嵌入式無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)分析

康田 劉蒙琦 李志鵬

【摘 要】社會各種技術(shù)的不斷發(fā)展，使得居民、組織的防盜意識不斷增加，人們總想尋找一種可以提升安全感的設(shè)備，而視頻監(jiān)控直觀、準(zhǔn)確、高效的滿足了人們這一需求，并逐步發(fā)展起來，滿足了人們對于不在場時，所需證據(jù)、事實、現(xiàn)況了解的需求，對人們生活、工作等方面有很大的作用。本文將通過對嵌入式無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的分析、研究，以求更好的服務(wù)人民。

【關(guān)鍵詞】嵌入式；無線視頻；監(jiān)控；分析

一、前言

近年來，隨著科技的不斷進(jìn)步，視頻監(jiān)控系統(tǒng)也在不斷完善著自身，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控主要是有線的，其移動性差，安裝復(fù)雜，且消耗太大，而如今的視頻監(jiān)控系統(tǒng)由wifi、4G等無線系統(tǒng)連接起來，大大克服了以往的困難，并且也產(chǎn)生了多種操作系統(tǒng)。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要有數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化多媒體監(jiān)控系統(tǒng)，兩者在不同的領(lǐng)域內(nèi)不斷發(fā)揮著自己的能力和作用，為社會生活及非生活用途提供了非同一般的效果。

二、無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計

視頻監(jiān)控將采用三星公司的處理器，并移植其他操作系統(tǒng)及視頻流服務(wù)器，利用一些相關(guān)插件來完成圖像的相關(guān)工作，在這個環(huán)節(jié)里，視頻數(shù)據(jù)是借用無線網(wǎng)絡(luò)來傳達(dá)給客戶端的。此外，選用的USB 攝像頭，必須支持其壓縮圖象，以保圖像正確、順利顯示，并且它可以在遠(yuǎn)程視頻時能夠大大提高該裝置的性能，保證在沒有其他輔佐軟件的同時，對圖像進(jìn)行自我壓縮，這節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本，也降低了開發(fā)難度。

三、服務(wù)端設(shè)計

1.數(shù)據(jù)采集

本服務(wù)器的數(shù)據(jù)是基于一個軟件實現(xiàn)的，這個軟件可以通過多線程技術(shù)，輸入線程來完成采集，輸出的線程響應(yīng)來自用戶的請求，并向客戶端發(fā)送視頻數(shù)據(jù)。由于該軟件所占很小的運(yùn)算和控制核心及內(nèi)存，而服務(wù)端的大多數(shù)工作都是由攝像頭單個完成的。而嵌入式設(shè)備是集硬件、軟件于一身的、可自主處理的設(shè)備，它不像硬盤那樣有大容量的存儲量，但具有便利靈活、性價比高等特點(diǎn)，從軟件角度看它，又有固定性、所需配置要求低、實時性高的特點(diǎn)，就目前所知，Linux在嵌入式領(lǐng)域正穩(wěn)步進(jìn)行開發(fā)、發(fā)展模式。因而，該軟件與嵌入式設(shè)備有高度的契合性，能夠大量提高它的工作能力、效果。

2.數(shù)據(jù)傳輸

在上述使用的軟件中，數(shù)據(jù)的傳輸是依靠無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的，而網(wǎng)絡(luò)通信是又是依靠編程程序?qū)崿F(xiàn)的。在服務(wù)端這端，通過這個編程創(chuàng)建一個應(yīng)用程序接口，并為該接口綁定一個用于連接其他設(shè)備的鏈接，并使其中一個用于反應(yīng)客戶端的用戶消息；若客戶端命令，該服務(wù)端就會自動與之建立可靠的連接，兩者可通過另兩種函數(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信。

四、PC客戶端的實現(xiàn)

因為之前的一些設(shè)備在網(wǎng)頁界面顯示時有延遲、停頓等現(xiàn)象，傳輸效果不盡人意，損失大量市場，因而希望在PC 機(jī)上研發(fā)一種能夠移植性好、操作簡易的客戶端，以求進(jìn)行實時監(jiān)控、實時視頻錄像等工作。又為了滿足一些常出門在外的客戶，在手機(jī)移動端上，則希望開發(fā)一款占據(jù)空間小、能夠完備掌控設(shè)備、操作簡單、不影響設(shè)備正常運(yùn)作的手機(jī)APP客戶端，實現(xiàn)直接的監(jiān)控、拍照、視頻錄像等功能。本文將本著上述的觀念進(jìn)行開發(fā)、設(shè)計，力求設(shè)計出更好的產(chǎn)品。

1.設(shè)計

QT Creator是跨平臺的Qt IDE，是Qt被Nokia收購后推出的一款新的輕量級集成開發(fā)環(huán)境，其設(shè)計目標(biāo)是為了使相關(guān)研發(fā)人員在開發(fā)產(chǎn)品時，能夠通過這個程序框架更快速、輕易的完成開發(fā)任務(wù)，而本文所提到的客戶端設(shè)計就是在它的基礎(chǔ)之下完成的。我們將在軟件的設(shè)計界面上放置兩個行編輯：分別用于輸入服務(wù)端的IP和端口號；6個控件則是為了服務(wù)于連接服務(wù)器，斷開服務(wù)器，以及拍攝視頻，停止拍攝，保存所錄內(nèi)容，退出所在界面等功能；界面中間我們也放置1個指令用來顯示拍攝到的視頻的一些數(shù)據(jù)，以便顯示視頻內(nèi)容。

2.客戶端視頻的顯示流程

我們得知，在客戶端和服務(wù)器中間，兩者是靠協(xié)議完成工作任務(wù)的，包括建立網(wǎng)絡(luò)連接、實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿模鴶z像頭采集到的視頻數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綍簳r置放輸出、輸入資料的內(nèi)存當(dāng)中的，當(dāng)這個區(qū)域有數(shù)據(jù)要使用時便會觸發(fā)信號函數(shù)，進(jìn)而自動調(diào)用對應(yīng)的槽來使用視頻數(shù)據(jù)。

五、系統(tǒng)測試

本視頻監(jiān)控系統(tǒng)將針對PC 機(jī)下的客戶端，對其進(jìn)行系統(tǒng)測試，利用基于BSD許可開發(fā)的跨平臺計算機(jī)視覺庫來顯示當(dāng)前時間。根據(jù)需求對本文數(shù)據(jù)采集所用到的軟件進(jìn)行重新編寫，編寫后的文件上傳到一個文件夾里，修改為Makefile、編譯，生成可執(zhí)行文件，將其放置到系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)文件中。

登錄終端仿真軟件，接上USB攝像頭和無線網(wǎng)絡(luò)WiFi，設(shè)置局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、路由等信息。配置完服務(wù)器后啟動客戶端，連接WiFi信號，輸入服務(wù)器的IP地址以及端口號。在終端執(zhí)行命令，而另一頭的客戶端，便能直觀地觀察到攝像頭采集的視頻。

本文數(shù)據(jù)采集所移植的視頻流服務(wù)器是使用數(shù)字編碼信號序列來形成視頻圖像。在運(yùn)行過程中，獲取了數(shù)字編碼信號序列的相關(guān)數(shù)據(jù)，為了解其編碼性能，將它與相同分辨率的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。在相同的分辨率下，本文所用的壓縮率遠(yuǎn)高于其他視頻數(shù)據(jù)的壓縮率，而在圖像質(zhì)量上，本文數(shù)據(jù)采集所用的質(zhì)量優(yōu)上，其他視頻數(shù)據(jù)則略有浮動，使用效果不穩(wěn)定。

六、結(jié)語

我們可以從測試中看出，在移植了視頻流服務(wù)器后，本視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定、清晰的反映視頻數(shù)據(jù)，所拍攝的內(nèi)容、圖像像素高，并且能夠同步對圖像進(jìn)行實時處理，符合設(shè)計預(yù)測，并且在此基礎(chǔ)上還可根據(jù)更多的工具開發(fā)其新功能。本文所介紹的嵌入式無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效、快速、低耗能的展示成效圖，能夠應(yīng)用于多個領(lǐng)域或場合，其開發(fā)前景廣泛。

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第一作者簡介：

康田，1982.08.19，工程師。

（作者單位：河南黃河河務(wù)局信息中心）