張娜，王侃，楊琳

（商洛學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院，陜西商洛726000）

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)是集合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)，根據(jù)人們對(duì)視頻信息的時(shí)效性、靈活性等多方面高要求的特點(diǎn)，得到市場(chǎng)和人們的集中關(guān)注[1-2]。從生活的各種場(chǎng)合可以看到，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)從早先的軍事需求、銀行安全等高級(jí)別的安防領(lǐng)域擴(kuò)展到現(xiàn)在的校園安全、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和交通旅游等很多領(lǐng)域，充分體現(xiàn)了其專業(yè)性和可靠性的優(yōu)點(diǎn)[3-4]。針對(duì)傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)安全性差、時(shí)效性差、人力成本高且無(wú)法在客戶端隨時(shí)隨地查看監(jiān)控效果等缺點(diǎn)[5]，本文采用嵌入式Linux的操作系統(tǒng)、USB攝像頭、TCP傳輸協(xié)議及QT軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻圖像數(shù)據(jù)采集、傳輸及在客戶端實(shí)時(shí)顯示的功能。

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用嵌入式Linux的操作系統(tǒng)作為開(kāi)發(fā)的核心，系統(tǒng)通過(guò)服務(wù)器操控USB攝像頭設(shè)備進(jìn)行采集視頻數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)JPEG編碼、解碼壓縮控制數(shù)據(jù)的采集，最終采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程。在PC機(jī)（也就是客戶端）上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)玫綌?shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)解析拿到有效格式并進(jìn)行圖像顯示，最終實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 硬件平臺(tái)的構(gòu)建

本系統(tǒng)使用ITop-4412開(kāi)發(fā)板作為核心板，ITop-4412這款開(kāi)發(fā)板的處理器采取ARMA9核心處理器，板上安裝了能實(shí)現(xiàn)很多功能的硬件[6]。

1.2 軟件平臺(tái)的搭建

主要包括環(huán)境搭建、Uboot移植、內(nèi)核移植、根文件系統(tǒng)制作四方面。

1.2.1 環(huán)境搭建

在開(kāi)發(fā)之前，需要進(jìn)行交叉編譯環(huán)境的搭建，就是需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行文件更改和配置，并且安裝交叉編譯的工具鏈這兩個(gè)步驟[7]。在Ubuntu虛擬機(jī)的開(kāi)發(fā)環(huán)境中，要將現(xiàn)在所需要的文件進(jìn)行編譯，可以得到想要的程序與開(kāi)發(fā)用的操作系統(tǒng)等，并進(jìn)行設(shè)置操作，最終就需要上傳到系統(tǒng)需要的ARM開(kāi)發(fā)板使用。

搭建具體步驟為：

1）進(jìn)入虛擬機(jī)情況下，首先建立一個(gè)新目次在home下，利用mkdir號(hào)令建立，號(hào)令為mkdir/home/arm；

2）打開(kāi)剛剛創(chuàng)建的目錄arm，這時(shí)需要下載工具包，然后再把要用的編譯工具包放到arm目錄中；

3）把工具包解壓完成后，需要修改現(xiàn)在已經(jīng)有的環(huán)境所要配置的文件：sudo vim/etc/profile，profile文件中添加arm-Linux-的路徑:export PATH=$PATH，退出文件編譯器；

4）然后就要更新一下剛剛修改過(guò)的profile配置文件：打開(kāi)這個(gè)文件，然后用命令去更新，Source/etc/profile；

5）檢查是否已經(jīng)安裝成功。

環(huán)境是已經(jīng)完全搭建好了，需要檢查是不是好用，首先是打開(kāi)虛擬機(jī)，需要把寫好的代碼進(jìn)行編譯，看看有沒(méi)有報(bào)錯(cuò)誤，沒(méi)有問(wèn)題之后，使用arm的編譯工具再進(jìn)行編譯一次，打開(kāi)串口調(diào)試工具，查看系統(tǒng)文件的信息，然后就要進(jìn)行移植了。

1.2.2 Uboot移植

Uboot移植步驟為：

1）首先要修改Makefile文件，在文件中加上交叉編譯工具鏈所在的路徑，添加如下信息：CROSS_COMPFILE:=；

2）make clean（清除之前的編譯）；

3）配置要使用的Uboot信息（把系統(tǒng)信息編程私有的，主要針對(duì)要移植的開(kāi)發(fā)板做相應(yīng)修改）；

4）最后需要將Uboot進(jìn)行編譯，再使用make命令生成目標(biāo)文件，在生成的文件中有三個(gè)需要著重看一下，Uboot（elf文件）、Uboot.bin（二進(jìn)制文件）、System.map（符號(hào)映射表），后面還要再進(jìn)行更改。

再次進(jìn)行編譯Uboot，在串口調(diào)試終端上復(fù)位可以看到圖2串口信息。

圖2 串口信息圖

1.2.3 內(nèi)核移植

1）解壓：把壓縮包Linux-3.14.tar.xz首先復(fù)制在/home/linux目錄下，然后通過(guò)tar命令進(jìn)行解壓，解壓完之后就打開(kāi)linux-3.14文件；

2）對(duì)最上層的目錄Makefile文件進(jìn)行修改，主要是修改體系架構(gòu)和交叉編譯器；

3）導(dǎo)入默認(rèn)配置$makeexynos_defconfig；

4）使用make進(jìn)行編譯，需要把內(nèi)核全部編譯。

完成上述的操作步驟，就會(huì)在目錄下新生成一個(gè)文件，這個(gè)zImage是已經(jīng)被壓縮過(guò)之后的鏡像文件。

1.2.4 根文件系統(tǒng)制作

根文件系統(tǒng)制作的步驟為：

1）在官網(wǎng)上將源碼包保存在本地，下載地址路徑http://busybox.net/downloads/；

2）使用tar命令，把下載好的文件包進(jìn)行解壓，并且保存到新建目錄下；

3）在當(dāng)前目錄下，打開(kāi)源碼的文件，使用命令cd；

4）對(duì)源碼編譯；

5）安裝busybox：要安裝的路徑是在/linux目錄下，也就是源碼的同一級(jí)目錄下；

6）打開(kāi)上一步安裝好的那一級(jí)目錄，創(chuàng)建需要的目錄，也就是系統(tǒng)文件夾；

7）添加庫(kù)：刪掉不需要的庫(kù)，保證庫(kù)的容量不能超過(guò)8 M；

8）增添系統(tǒng)的啟動(dòng)文件，需要在etc下添加文件inittab。

重新編譯內(nèi)核，需要注意的是新制作的文件系統(tǒng)尺寸若超出8 M，刪除不需要的庫(kù)文件。

2 服務(wù)器端的設(shè)計(jì)

該嵌入式視頻監(jiān)控的軟件設(shè)計(jì)包括了服務(wù)端和客戶端。服務(wù)端是實(shí)現(xiàn)了在特定條件下對(duì)視頻采集的部分和通過(guò)TCP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)牟糠?；客戶端部分主要是接受所采集到的視頻數(shù)據(jù)和通過(guò)QT軟件處理進(jìn)行視頻顯示[8]。如圖3是服務(wù)器端軟件功能處理的流程圖。

圖3 服務(wù)器端軟件流程圖

2.1 視頻采集的實(shí)現(xiàn)

Video4Linux2（V4L2）是在Linux操作系統(tǒng)中有關(guān)視頻設(shè)備的相關(guān)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，設(shè)備包括了USB接口攝像頭和視頻捕捉卡等[9]。利用V4L2視頻采集接口采集圖片，并將采集到的圖片轉(zhuǎn)換為jpeg格式的客戶端數(shù)據(jù)包。

設(shè)計(jì)思路：本模塊采用線程處理，提供一個(gè)線程接口函數(shù)給服務(wù)器，開(kāi)啟線程后便可開(kāi)始圖片的采集與轉(zhuǎn)換得到圖片數(shù)據(jù)。

2.2 視頻圖像的網(wǎng)絡(luò)傳輸

本系統(tǒng)使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行視頻流的傳輸，通過(guò)使用socket的編程實(shí)現(xiàn)代碼的編寫，在服務(wù)器端進(jìn)行監(jiān)控，一直等待客戶端的請(qǐng)求消息，并且發(fā)送USB攝像頭獲取到的視頻數(shù)據(jù)。代碼中通過(guò)調(diào)用listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)；創(chuàng)建套接字listenfd進(jìn)行監(jiān)控客戶端的連接情況。

使用socket建立起網(wǎng)絡(luò)之后，通過(guò)函數(shù)tcp_server_send進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3 客戶端的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

3.1 客戶端設(shè)計(jì)

客戶端接收到服務(wù)器傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)并使用QT軟件進(jìn)行圖像視頻顯示。QT本身是一個(gè)可跨平臺(tái)的框架，它是基于C++的應(yīng)用開(kāi)發(fā)的[10]。在客戶端的設(shè)計(jì)中，首先使用QT軟件平臺(tái)中已提供的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的兩端連接，接下來(lái)客戶端需要向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)包進(jìn)行請(qǐng)求，收到請(qǐng)求回應(yīng)后，通過(guò)結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行圖像接收，顯示圖像時(shí)就要用到QT中自帶的類QPixmap，這個(gè)類的功能是能夠接收單個(gè)文件在畫板上顯示文件內(nèi)容，前提是需要知道文件路徑，并且路徑的格式是字符串，使用QPainter里面的drawPixmap()這個(gè)函數(shù)，將需要顯示的文件繪制到設(shè)備上面。

qDebug()<<"qt_jpeg size="<

pixmap->loadFromData((unsigned char*)ppic->jpeg,ppic->jpeg_len,"JPEG");

ui->label->setPixmap(*pixmap);

timer->start(60);

3.2 客戶端實(shí)現(xiàn)

通過(guò)使用QT中的TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了客戶端與服務(wù)器的連接，并進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)顯示，客戶端初始化效果如圖4所示，按下開(kāi)始按鈕，建立網(wǎng)絡(luò)通信，開(kāi)始進(jìn)行顯示視頻數(shù)據(jù)，效果如圖5所示，客戶端正常運(yùn)行。

圖4 客戶端初始化效果圖

圖5 運(yùn)行效果圖

3.3 數(shù)據(jù)分析

在相對(duì)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，同時(shí)保證數(shù)據(jù)源質(zhì)量的前提下，對(duì)采集、接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。

表1 采集和接收到的數(shù)據(jù)包統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語(yǔ)

本文是基于QT的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使用Linux操作系統(tǒng)搭建環(huán)境，通過(guò)USB攝像頭連接在ITop-4412開(kāi)發(fā)板采集視頻圖像數(shù)據(jù)，用TCP傳輸協(xié)議通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給客戶端，使用QT軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行視頻顯示，最終通過(guò)交叉編譯工具將系統(tǒng)移植到ITop-4412開(kāi)發(fā)板。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)、穩(wěn)定地傳輸視頻數(shù)據(jù)，并取得了良好的監(jiān)控效果，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活性高的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了方案的預(yù)期效果。