秦斐

摘 要 網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室能夠?qū)崿F(xiàn)無空間限制、無地域限制的實驗設(shè)備的共享，甚至可以遠(yuǎn)程操作。本文完成了網(wǎng)絡(luò)傳輸程序設(shè)計，既實現(xiàn)了C/S模式下的網(wǎng)絡(luò)通信，又實現(xiàn)了B/S模式下的網(wǎng)絡(luò)通信，使用戶既能通過網(wǎng)絡(luò)用專用軟件對實驗室進(jìn)行監(jiān)視，也可以直接用常用的瀏覽器來完成監(jiān)視任務(wù)。旨在開發(fā)設(shè)計一種成本低廉、用于實時觀測高校網(wǎng)絡(luò)實驗室真實物理設(shè)備運行或者生化反應(yīng)漸變過程的基于嵌入式的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室 視頻監(jiān)控 嵌入式 B/S模式

中圖分類號：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、引言

網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室是使用BSDA結(jié)構(gòu)，通過校園網(wǎng)，學(xué)校教師和學(xué)生將可以有效利用空余時間，隨時的使用實驗室的資源和設(shè)備，同時老師可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗，通過網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室可以使學(xué)校各個學(xué)院之間的實驗室資源得到共享，避免了重復(fù)投資、浪費資源的現(xiàn)象，有利于學(xué)校的發(fā)展節(jié)約很多資金。國內(nèi)外的很多學(xué)校和科研機構(gòu)已經(jīng)搭建了許多成功案例。

網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室視頻監(jiān)控系統(tǒng)將嵌入式技術(shù)和視頻傳輸技術(shù)有效結(jié)合在一起，克服了以往視頻監(jiān)控系統(tǒng)的局限性，改善了以往視頻監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷。嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件是一個單獨的設(shè)備，它不受到計算機系統(tǒng)中其它軟件影響，所以更加穩(wěn)定，便于實現(xiàn)模塊化設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器可以進(jìn)行遠(yuǎn)程實時控制與維護(hù)。

本設(shè)計旨在開發(fā)設(shè)計一種成本低廉、用于實時觀測高校網(wǎng)絡(luò)實驗室真實物理設(shè)備運行或者生化反應(yīng)漸變過程的基于嵌入式的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)同時具有錄像功能，以便將夜間的實驗過程真實記錄下來，便于實驗者日后查詢需要。

二、嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢

嵌入式系統(tǒng)是用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設(shè)備的裝置。是以應(yīng)用為主，軟硬件可裁剪的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)需要把軟件、硬件以及人力資源等元素綜合起來考慮。事實上，任何一個嵌入式產(chǎn)品都是軟、硬件的結(jié)合體，都是軟、硬件綜合開發(fā)的結(jié)果，因此在系統(tǒng)開發(fā)過程中，必須綜合考慮各個方面的因素。

三、基于嵌入式的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由監(jiān)控前端部分、網(wǎng)絡(luò)通訊部分和遠(yuǎn)程監(jiān)控端部分構(gòu)成，圖 1為一個視頻采集系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。

監(jiān)控前端部分用來完成視頻采集工作，也叫視頻采集部分，可由傳感器和本地處理單元構(gòu)成。本設(shè)計中為了降低成本采用普通的USB口攝像頭來獲取視頻圖像。視頻采集部分主要分為基于嵌入式處理器的方法，它是利用嵌入式設(shè)備或嵌入式處理器等組成智能攝像頭；在這種方法下視頻采集部分具有結(jié)構(gòu)小巧、性能穩(wěn)定、系統(tǒng)專用性強，可適用于多種場合等特點，是現(xiàn)在最好的一種方法之一，因此本設(shè)計中采用此方法搭建。然而，由于要同時實現(xiàn)視頻采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)壓縮、網(wǎng)絡(luò)通信等功能，因此對軟硬件設(shè)備和系統(tǒng)開發(fā)有很高要求，在功能實現(xiàn)上受硬件設(shè)備性能的影響比較大。

四、基于嵌入式的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

（一）Linux下的視頻數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)。

通過Video4Linux實現(xiàn)在Linux下對于視頻采集設(shè)備的支持，通常簡稱為V4L。在Linux下，V4L決定了視頻采集設(shè)備的正常使用，因此在編譯Linux內(nèi)核時應(yīng)注意如下配置：首先選中編譯Mulitmedia devise—>Video for Linux，再在Mulitmedia devise—>Video for Linux—>的各項按照視頻采集設(shè)備的類型進(jìn)行配置。

本系統(tǒng)中采用USB接口的通用外置紅外攝像頭，該攝像頭的配套芯片為微星ZC301芯片，為確保微星ZC301接口芯片在Linux下的正常驅(qū)動，即能夠支持該主機的USB控制器UHCI或OHCI，以及內(nèi)核中Video4Linux的支持，必須將其驅(qū)動程序加載進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)核，當(dāng)驅(qū)動程序加載完成，攝像頭可正常工作后，即可進(jìn)行下一步對視頻流的采集編程。

（二）網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊的設(shè)計。

本系統(tǒng)采用基于socket套接字的以太網(wǎng)口編程。Socket就是網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程中的ID。網(wǎng)絡(luò)通信實際上就是是進(jìn)程間的通信。在網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點都有一個唯一的IP地址，兩個進(jìn)程在通信的時候，先確定雙方的IP地址。但是IP地址只能確定進(jìn)程所在的終端，而同一個終端可能會有多個進(jìn)程，所以只有IP地址還不能夠確定單個進(jìn)程，因此還需要用Socket提供的其它信息：端口號。對于同一終端機而言，一個端口號只能分配給一個進(jìn)程。所以將網(wǎng)絡(luò)地址和端口號結(jié)合就可以確定Internet網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程。

五、研究結(jié)論

嵌入式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室視頻監(jiān)控系統(tǒng)將嵌入式技術(shù)和視頻傳輸技術(shù)有效結(jié)合在一起，克服了以往視頻監(jiān)控系統(tǒng)的局限性，改善了以往視頻監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷。網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器從 Internet 監(jiān)控系統(tǒng)實時信息，從而實現(xiàn)了遠(yuǎn)程實時控制、調(diào)整、維護(hù)。本設(shè)計完成了網(wǎng)絡(luò)傳輸程序設(shè)計，既實現(xiàn)了C/S模式下的網(wǎng)絡(luò)通信，又實現(xiàn)了B/S模式下的網(wǎng)絡(luò)通信，使用戶既能通過網(wǎng)絡(luò)用專用軟件對實驗室進(jìn)行監(jiān)視，也可以直接用常用的瀏覽器來完成監(jiān)視任務(wù)。

（作者：南京理工大學(xué)教師）

參考文獻(xiàn)：

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