張 莉，柳 松

(浙江長征職業(yè)技術學院 計信系，浙江 杭州310023)

隨著計算機技術以及網絡技術的迅速發(fā)展，嵌入式網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)將先進的嵌入式技術與視頻傳輸技術有效地結合在一起，成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。在監(jiān)控現(xiàn)場，利用嵌入式技術采用專用芯片和實時操作系統(tǒng)，把視頻壓縮和網絡傳輸功能集成到一個嵌入式網絡攝像機內，可以直接連入以太網，有效地提高系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。在監(jiān)控終端，一方面，遠程監(jiān)控人員通過在IE瀏覽器內輸入攝像機的IP，即可訪問到網絡攝像機，進行監(jiān)控現(xiàn)場的瀏覽[1]；另一方面，監(jiān)控人員也可通過專用的監(jiān)控終端軟件進行現(xiàn)場監(jiān)控，這兩種方式都無需安裝特殊的硬件設備即可方便地對監(jiān)控現(xiàn)場進行實時遠程監(jiān)控，大大降低了系統(tǒng)的成本，極大地方便了整個監(jiān)控系統(tǒng)的操作和維護。

嵌入式網絡化視頻監(jiān)控技術有效地改善了基于PC的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷，可以很好地解決基于PC的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題，如視頻數(shù)據(jù)量大[2]、直接存儲和傳輸將耗費大量的資源、實現(xiàn)圖像實時存儲和網絡傳輸困難等。

1 基于Web的嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構

基于Web的嵌入式網絡監(jiān)控系統(tǒng)主要由嵌入式網絡攝像機硬件、嵌入式軟件（采集端）和遠程管理軟件（瀏覽端）三部分組成。

在嵌入式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用結構中視頻處理和Web服務器高度集成[3]。監(jiān)控系統(tǒng)由安裝在現(xiàn)場的嵌入式網絡攝像機從攝像頭獲得原始的視頻信號,通過視頻編碼器，將模擬視頻數(shù)字化后壓縮成MPEG4視頻數(shù)據(jù)，然后通過流媒體服務器轉換成流媒體格式，從以太網接口實時地傳送到計算機網絡；實時監(jiān)控客戶端連接到計算機網絡上，從嵌入式視頻監(jiān)控模塊獲得MPEG4視頻數(shù)據(jù)[4]，直接通過瀏覽器即可觀看攝像機的圖像，授權用戶還可以控制攝像機、云臺、鏡頭的動作或對系統(tǒng)配置進行操作，并且該系統(tǒng)支持多客戶端同時監(jiān)控。

2 系統(tǒng)的主要功能

系統(tǒng)提供兩種用戶監(jiān)控界面：IE瀏覽器的監(jiān)控界面，能夠提供1路視頻的現(xiàn)場瀏覽、錄像、遠程控制（對攝像機云臺和鏡頭進行控制）和系統(tǒng)配置（報警設置、解碼器設置等）；專用程序控制界面，能夠提供1～6路網絡攝像機的圖像瀏覽、錄像及遠程控制。

系統(tǒng)具有基于圖像分析的異常報警功能，攝像機提供IO信號實現(xiàn)與其他報警設備的聯(lián)動，報警方式可以通過電子郵件傳送給指定的接收人，同時攝像機能夠將報警時刻拍攝的照片發(fā)送到指定的ftp服務器上。

系統(tǒng)具有帶寬自適應功能，能夠在Internet上自適應調整編碼速率，實現(xiàn)最佳的音視頻質量控制。

3 硬件設計

嵌入式網絡監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分的核心功能是視頻數(shù)據(jù)采集、壓縮、傳輸和控制[5]，是監(jiān)控系統(tǒng)前端的數(shù)據(jù)處理和交互中心。網絡攝像機有內置的CCD圖像模塊、視頻服務應用系統(tǒng)、Web服務器，可提供視頻處理、Internet接入等功能，支持TCP/IP等多種通信協(xié)議。硬件設計基于華邦公司的芯片組，內部邏輯結構如圖1所示。

硬件設計主要包括3個模塊：視頻處理模塊、基于嵌入式微處理器的最小系統(tǒng)和網絡接入模塊。

4 軟件設計

從總體上講該嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結構包括采集端的軟件體系結構和瀏覽端的軟件體系結構兩部分。結構模型分別如圖2、圖 3所示[6]。

圖2 采集端軟件體系結構

圖3 瀏覽端軟件體系結構

從功能角度，采集端的軟件體系結構可劃分為5個部分：(1)現(xiàn)場預覽、運動檢測及報警部分。原始碼流捕獲組件從代理軟卡中得到YUV格式的視頻數(shù)據(jù)，由DirectDraw顯示組件進行多路的現(xiàn)場預覽；運動檢測組件從捕獲的YUV數(shù)據(jù)中，抽取Y分量，進行運動檢測，確定是否有異常，報警組件根據(jù)異常情況進行報警。(2)存儲部分。壓縮碼流捕獲組件從代理軟卡中得到多路壓縮的復合媒體流，通過存儲組件存為標準格式的多媒體文件，同時向數(shù)據(jù)庫中寫相應的文件信息。(3)回放部分，即多媒體播放部分。異步源過濾器直接打開多媒體文件，在多媒體播放控制器的協(xié)調下，完成解碼及同步的視頻顯示和音頻播放。(4)前端設備控制功能。設備控制器接收用戶界面發(fā)出的或網絡傳送來的（多用戶代理轉發(fā)的）控制命令，控制解碼器，完成對云臺、鏡頭等前端設備的控制。(5)自適應網絡傳輸部分。完成現(xiàn)場多媒體數(shù)據(jù)及歷史多媒體數(shù)據(jù)的自適應網絡的傳輸，用于支持瀏覽端的現(xiàn)場預覽和記錄回放功能。其基本過程是碼流經碼率控制部分進行碼率調整，然后由RTP組件傳送到網絡中。傳輸啟動之初組播控制器根據(jù)多用戶代理提供瀏覽端的組播策略來協(xié)商組播策略；傳輸過程中，RTCP組件實時監(jiān)測網絡狀況并反饋給決策控制器，決策控制器控制分離器、視頻抽幀器、音頻轉移器和碼流復合器組件，完成碼流的動態(tài)整合。

從功能的角度，瀏覽端的軟件體系結構可劃分為4個部分：(1)前端設備控制部分。前端設備控制器接收用戶界面發(fā)出的控制命令，通過客戶端代理發(fā)送到網絡，完成對采集端的云臺、鏡頭等設備的遠程控制。(2)采集端回放信息檢索部分，采集端回放檢索器通過與采集端的交互，給出滿足限定條件（日期、監(jiān)控地點）的歷史記錄的信息。(3)網絡的接收與反饋部分。組播控制器根據(jù)客戶端代理給定的用戶的基本帶寬情況（局域網還是非局域網）及請求的任務類型（現(xiàn)場預覽還是歷史回放），確定該接收碼流是否基于組播策略接收。RTP組件完成碼流的接收，RTCP組件檢測碼流的丟包率并反饋給客戶端代理，由其反饋給采集端。(4)多媒體信息播放部分，同步源過濾器從RTP組件得到碼流，在控制器的協(xié)調下，完成解碼及同步的視頻顯示和音頻播放。

瀏覽端的ActiveX控件主要完成了視頻接收、解碼及顯示的功能，將視頻接收和解碼程序創(chuàng)建為一個動態(tài)鏈接庫，通過控制調用這個動態(tài)鏈接庫，實現(xiàn)了與采集服務器的通信以及實時視頻的顯示。

本系統(tǒng)可實現(xiàn)對監(jiān)控現(xiàn)場的瀏覽、云臺鏡頭等的控制、圖像參數(shù)的設置、用戶的管理等。即插即用的設計方案靈活性強，所有編碼、解碼、壓縮等功能都集成在一起，可直接接入網絡中的任何一個節(jié)點，可利用已有的網絡系統(tǒng)，省去了復雜的布線，降低了成本。同時提供了訪問權限的賬號管理機制，對訪問者采用權限校驗方式，只有授權用戶才可對網絡攝像機進行訪問，為系統(tǒng)的安全提供了保障。鏡頭固定、系統(tǒng)用作安全監(jiān)視時，可輔助值班人員自動發(fā)現(xiàn)運動對象并發(fā)出報警信息。當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)運動對象后，自動記錄運動對象出現(xiàn)的時刻和當前幀位置作為異常事件檢索的索引，自動存儲并可發(fā)送給指定的服務器。

[1]李侃，廖啟征.基于S3C2410平臺與嵌入式 Linux的圖像采集應用[J].微計算機信息，2009，22(3-2)：125-128.

[2]梁修如，嚴國萍.嵌入式視頻監(jiān)控服務器系統(tǒng)典型方案及其性能分析[J].視頻技術應用與工程，2005(10)：93-96.

[3]默罕莫德·默森，夏瑋瑋.嵌入式視頻監(jiān)控服務器硬件的設計與實現(xiàn)[J].低壓電器，2004(12)：25-28.

[4]岳峰，陳凌峰.基于流媒體技術的網絡視頻監(jiān)控研究[J].計算機應用研究，2005(2)：215-216.

[5]王從俠，陳啟美.基于B/S的帶寬自適應視頻監(jiān)控發(fā)布系統(tǒng)[J].空軍工程大學學報，2005，6(1)：48-51.

[6]鄭國榮，熊昌鎮(zhèn)，張彥.一種基于ARM和嵌入式 Linux的視頻服務器設計[C].中國計量協(xié)會冶金分會2010年會，2010.