摘　要：討論了一種基于Internet視頻監控在嵌入式系統中的解決方案，并介紹了這種嵌入式設備的硬、軟件組成以及實現難點。通過這套設備，便可以利用終端機的網頁瀏覽器訪問、配置掛接其上的網絡攝像頭，從而達到重復利用Internet資源進行視頻監控的目的。

　　關鍵詞：嵌入式Linux設備；互聯網；網絡攝像頭
　　
　　隨著Internet的不斷普及，寬帶日漸盛行，使得利用Internet資源進行多樣化的開發與應用不再像以前那般遙不可及。本文討論一種利用Internet資源進行視頻監控的方案，對接入Internet的網絡攝像頭可通過互聯網資源進行遠程訪問和監控。

　　1可行性分析

　　目前，傳統監視設備在各個領域發揮著重要的作用，給人們提供很大的方便，但如果視頻監控兩地相距較遠，則需要額外鋪設或租用大量的傳輸線路，其代價非常高，如果能夠利用Internet現有的網絡資源進行監視，不僅范圍可以到達全球各處，而且具有方便、可靠、價格低廉等優點，普通的家庭用戶也可使用。

　　嵌入式系統是這幾年的熱門話題，廣泛應用于移動計算設備、網絡設備、信息電器、工控設備、車載設備、娛樂設施、儀器儀表等場合。Linux是一個的操作系統，其優異的性能、源代碼的公開越來越多地受到世人的矚目。Linux在嵌入式系統中的應用，更是天作之合，掀起一場新技術應用的波瀾。本系統采用了Linux嵌入式系統，正是考慮了他的穩定性、可靠行、可移植性等諸多特點。

　　視頻數據在傳輸過程中采用了JPEG編碼對其進行解壓縮，現有的網絡速度基本上都已經達到512 kb，若將一幀壓縮數據（幾kB~幾十kB）通過Internet傳播，已有足夠的帶寬，能夠滿足實時顯示的需要。

　　2系統架構

　　系統的核心部件是一臺嵌入式Linux設備（Web Camera Watcher，WCW）。使用時先將網絡攝像頭的USB插頭接入WCW，然后將WCW接入網絡，進行適當地配置后（如訪問IP、密碼等），便可通過局域網或互聯網訪問控制WCW，完成對網絡攝像頭的操作，如圖1所示。

　　2.1從局域網內部訪問

　　首先給WCW分配一個合適的IP，以便局域網內部的計算機和WCW在同一個網段，這時從局域網內部任意一臺PC通過網頁瀏覽器便可訪問網絡攝像頭資源。

　　2.2從互聯網訪問

　　如果WCW擁有合法IP，直接訪問這個IP即可；如果WCW并未擁有合法IP，而是通過Router的NAT進入互聯網的（因為IPV4資源的短缺，目前主要通過代理服務作為IPV4到IPV6的過渡），這時可先在Router上加入適當的PortForward規則，隨后通過訪問Router的IP（轉發到WCW）即可通訊；如果局域網內部有DMZ（Demilitarized Zone，非軍事交戰區），可將WCW放入DMZ區內，保持這個局域網內部原有的安全性能。

　　3硬件組成

　　WCW硬件系統主要由CPU、內存、Flash存儲器、USB接口、網絡通訊硬件等部分組成，如圖2所示。

　　3.1中央處理器CPU

　　CPU是系統的核心部件，本系統選用了Samsung針對網絡通信領域的S3C2510MPU，內置一塊 ARM940T。ARM（Advanced RISC Machine）體系結構目前被公認為業界的32位嵌入式RIS C微處理器結構。所有的ARM處理器均共享這一體系結構，確保開發者轉向更高性能的ARM處理器進行軟件開發時得到更多回報。

　　3.2內存

　　考慮到目前絕大部分網絡攝像頭的分辨率為640*480，一幅24位的BMP圖片需占用內存約為640*480*3=921.6 kB， Linux系統約需要2 M左右內存空間，加上視頻緩沖、JPEG緩沖以及上層應用程序運行等需要，本系統選用了Samsung 8 M內存。

　　3.3FLASH存儲器

　　選用2 M的SST39VF320。Linux內核（含驅動）大約需要1.2 M存放空間，其余800 k空間用來存放上層應用程序、網頁、Java/ActiveX控件以及參數。在Flash頭部置入了一個Loader程序，該程序負責系統的加載以及升級工作。

　　3.4USB接口

　　由于目前的網絡攝像頭均采用通用USB接口傳輸數據，本系統為其配備了USB適配器和2個USB插槽，1個用于接入網絡攝像頭，1個留作擴展。

　　線路板在設計時，應該注意外接電源的功率和USB插槽的負載能力，以便在加入其他擴充USB設備時（如攝像頭云臺等），避免出現攝像頭工作不穩定的現象。

　　3.5網絡通訊硬件

　　網絡通訊硬件包括交換機芯片、RJ45插槽、無線模塊（或藍牙模塊）。隨著計算機技術的發展，無線技術得到了廣泛的普及應用，為了適應發展要求，在WCW硬件上加入了無線模塊，將其擴充為一個Wireless AP設備，可適應在一些特殊場合的應用。

　　4軟件組成

　　WCW軟件系統主要由Linux內核、硬件設備驅動、采集模塊、通訊模塊、訪問界面組成，如圖 3所示。

　　4.1Linux內核

　　使用已去除MMU（內存管理單元）的μClinux 2.4.20。這是一個穩定的版本，系統運行可靠、對各種硬件支持的接口都非常完善，在嵌入式OS方案中，是一個極好選擇。

　　4.2遠程訪問

　　WCW內部的Web Server一直監聽80端口的http請求，當用戶從Internet遠程的計算機通過網頁瀏覽器訪問WCW時，WCW顯示登錄頁面，當用戶輸入正確的用戶名和密碼后，返回配置頁面和一個Java或ActiveX控件，通過這個控件用戶可以瀏覽到攝像頭的資源。Java/ActiveX控件負責傳送用戶指令并解壓、顯示返回的視頻數據。

　　4.3通訊模塊

　　通訊模塊主要由WCW的上層應用程序Web Server和Webcam Server組成，實際上他們構成了Linux Socket的服務器端。Web Server的端口號為標準的80端口，Webcam Server可以使用預留的用戶自定義端口，他們一直處于監聽狀態，其中Web Server負責與遠端的網頁瀏覽器互相通訊；Webcam Server負責與下載到用戶計算機上的Java/ActiveX控件進行指令傳遞，當為數據請求指令時，調用采集模塊進行視頻數據的采集與處理，之后打包返回，交由Java/ActiveX控件程序處理顯示；當為參數修改指令時，調用底層設備驅動接口函數修改攝像頭屬性（如圖像大小、亮度等）。

　　視頻數據在傳輸過程中難免會碰到網絡高峰期，應用程序應該能夠智能判斷在某一時間段內超時并重新建立連接，這樣的連接方式才夠健壯。故此，在編寫ActiveX/Java控件和Linux Socket服務端程序時，要盡量采用非阻塞方式，當處理好各種意外情況的發生時，非阻塞方式能夠實現非常強大的功能。

　　4.4采集模塊

　　采集模塊直接與USB設備驅動打交道，完成圖像采集、處理、參數設置的應用層程序。

　　由于是在Internet上傳送視頻數據，為了提高顯示速度，避免出現網絡阻塞，圖像在傳送之前一定要進行壓縮。要求采用壓縮率較好的算法，而且在人眼的視覺范圍內不能有太大的失真。本方案使用JPEG有損壓縮算法，能夠得到很大的壓縮率和較小的失真。

　　注意：在編寫Java/ActiveX控件時，每個解壓、顯示JPEG視頻流動作后，所有資源（包括物 理內存、瀏覽器資源或COM組件資源）要能及時釋放，否則，在長時間的連續運轉過程中網 頁瀏覽器隨時會崩潰。

　　4.5底層驅動

　　WCW軟件系統中的一個難點就是需要為很多硬件設備編寫可靠的驅動程序，在每完成一個硬 件的驅動后應能及時調試其穩定性，編寫一段調試代碼進行長時間測試（硬件問題可在此時 一同調試解決），保證在每個獨立的驅動程序正常工作后進行整體調試，否則很可能在 出現問題時需要大量時間尋找問題所在，從而降低開發效率。
4.6擴展功能
　　在此基礎上可外加一個USB接口的攝像頭云臺，用于在遠端控制攝像頭反饋各方位的現場情 況（如上所提需要2個USB控制接口）。同樣也需要相應的USB驅動和上層應用程序，也可根 據實際需要添加其他USB設備。
　　UPNP（Universal Plug and Play）通用即插即用，是這幾年的發展趨勢，他是一種不依附 于任何操作系統或應用程序的協議。連接在網絡上的所有UPNP設備可以互相告知對方自己的 資源和修改方法，他們可以智能地完成許多配置工作。WCW上只需要編寫UPNP客戶端的代碼 ，當他的上層路由器也支持UPNP時（UPNP Server），就不需要用戶自己手動修改ROUTER的 參數，而是由WCW和ROUTER協調完成，這對用戶來說是透明的，也是對WCW軟件組成的進一步 擴展。

　　5結語

　　目前該系統已經投入使用，可以使用網頁瀏覽器（如IE）在多個平臺上（Windows，Linux 等）進行管理和監控，運行情況良好。在家庭娛樂、多媒體教室、跨國辦公等領域有較好的 應用前景。

　　參考文獻

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　　［2］陳莉君.深入分析Linux內核源代碼［M］.北京：人民郵電出版社，2002.
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　　［4］張益貞.Visual C++.實現MPEG/JPEG編解碼技術［M］.北京：人民郵 電出版社，2001.