基于ARM Linux的3G无线车载视频监控系统

作者：时间：2013-03-05来源：网络收藏

主要过程如下：
(1)打开视频设备。调用函数int open(constchar * pathname，int flags)，若返回值为-1，表示打开失败，否则，表示所打开设备的文件描述符。
(2)读取设备信息。Ioctl(cam_fp，VIDIOC_QUERYCAP，cap)函数来取得设备文件的属性参数并存储存于cap结构中，其中cam_fp指的是打开的视频设备文件描述符。
(3)选择视频的输入方式。通过ioetl(cam_fp，VIDIOC_S_INPUT，chan)函数设置视频设备的输入方式，其中chan的数据结构类型是V4L2 _input，用来指定视频的输入方式。
(4)设置视频帧的格式。通过ioctl(cam_fp，VIDIOC_S_FMT，fmt)函数设置视频的帧格式，其中fmt的数据结构类型是V4L2_format，用来指定视频的宽度、高度、像素大小等。
(5)读取视频数据。通过read(cam_fp，g_yuv，YUV_SIZE)函数，把摄像头一帧的数据存放到g_yuv中，其中YUV_SIZE指的是每帧数据的大小。
(6)关闭视频设备。通过close(cam_fp)函数来实现视频设备的关闭。根据流程图可对其进行相应操作。当摄像头通过USB接口连接后，程序中调用V4L API对设备文件的读操作read()，即可完成视频数据采集到内存中，视频数据可用图4形式保存，也可压缩后封装进数据包。本文是先将采集数据进行H．264压缩后再封装进数据包，并传输到监控PC进行处理。
3．2．3 视频压缩模块设计
因视频采集模块采集的视频数据信息量非常大，为了提高数据传输速度、降低网络数据流量、保证监控的实时性，有必要对车载摄像头采集的数据压缩编码。文中采用H．264硬编码方式(硬编码具有不占用CPU资源，运算速度快等优点，从而满足视频数据实时性的要求)将摄像头采集的图像系列压缩编码成流媒体。具体编码的过程如图5所示。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/148087.htm

(1)创建H．264编码结构。调用SsbSipH264Encodehlit(width，height，frame_rate，bitrate，gop_num)函数实现，其中width表示图像的宽度，height表示图像的高度，frame_rate表示帧频，bitrate表示比特率或码率，gop_num表示两个相离关键帧之间最多包含多少个帧(B或P帧)。
(2)初始化H．264编码结构，调用SsbSipH264Encode Exe(handle)函数。
(3) 获取视频输入地址，调用SsbSipH264EncodeGetInBuf(handle，0)函数来实现，该函数返回视频输入的首地址，存放在p_inbuf中。
(4)输入视频数据，调用memcpy(p_inbuf，yuv_bur，frame_size)函数实现，p_inbuf存放需要编码的数据，yuv_buf存放原始视频数据，frame_size表示数据的大小。
(5)编码视频数据，对p_inbuf内容进行H．264编码，调用SsbSipH264EncodeExe(handle)函数实现。
(6) 输出已编码的数据，调用 SsbSipH264EncodeGetOutBuf(handle，size)，该函数返回已编码图像的首地址，size表示已编码图像的大小。
(7)关闭硬编码设备，调用SsbsipH264Encode DeInit(handle)函数实现的。
3．2．4 嵌入式服务器boa移植
Linux支持boa、HTTPD、THTTPD等几种Web服务器，其中boa Web服务器更适合于嵌入式系统，因为它是一个单任务、支持CGI(Common Gateway Interface，通用网关接口)功能的Web服务器，只能依次完成用户的请求，而不会fork出新的进程来处理并发出连接请求，可执行代码只有约60K。
首先进入boa源码目录的src子目录，执行命令．／con-figure生成Maketile文件，然后修改Makefile文件找到CC=gcc，将其改成CC=arm-linux-gcc，再将CPP=gcc-E改成CPP=arm-linux-gcc-E，并保存退出。然后运行make进行编译，得到的可执行程序为boa，之后执行命令arm-linux-strip boa，将调试信息去掉，得到的最终程序。第二步完成boa的配置，使其能够支持CGI程序的执行。Boa需要在／etc目录下建立一个boa目录，里面放入boa的主要配置文件boa．conf，主要文件的含义有：AccessLog／var／log／boa／access_log访问日志文件。如果没有以／开始，则表示从服务器的根路径开始；VerboseCGILogs是否记录CGI运行信息，如果没有注释掉，则记录，注释掉则不记录；Document Root／var／wwwHTML文档的主目录，如果没有以／开始，则表示从服务器的根路径开始；DirectoryMaker／usr／lib／boa／boa_indexer当HTML目录没有索引文件时，用户只指明访问目录时，boa会调用该程序生索引文件给用户，因为该过程比较慢最好不执行，可以注释掉；Scri ptAlia／cgi-bin／／var／www／cgi-bin／指明CGI脚本的虚拟路径对应的实际路径。一般所有的CGI脚本都要放在实际路径里，用户访问执行时输入站点+虚拟路径+CGI脚本名。对boa．conf进行修改的必须要保证是使其他的辅助文件和设置必须和boa．conf里的配置相符，不然boa就不能正常工作。另外还需要创建日志文件所在目录／var／log／boa，创建HTML文档的主目录／var／www，将mime．types文件拷贝到／etc目录，创建CGI肢本所在目录／var／www／cgi-bin／。
3．2．5 CGI程序的设计
CGI提供了一个Web服务器的外部程序通道，运行在服务器上，由浏览器输入触发，是Web服务器和系统中其他程序的连接通道。CGI程序就是符合这种接口的程序。服务器接收到用户的请求，并将数据送给CGI程序。CGI程序接收到数据后，启动编写好的应用程序，并按照用户提供的数据执行。应用程序执行完成后，返回执行结果，并通过Web服务器传送给用户浏览器显不。
CGI模块程序的设计主要包括如下几部分：Web服务器的配置、HTML页面的编写、CGI脚本实现。
(1)Web服务器的配置
嵌入式Web服务器采用boa，其配置是以文本的形式提供，放在文件系统中的／etc／httpd／conf／目录下面，其主要配置在以上的boa服务器移植中讲述过了。
(2)HTML页面的编写
因为系统的设计的主要方向是能够通过USB摄像头进行实时监控。所以为了实现简单化，抛开一些不必要复杂的选择项。主要的HTML页面有登录界面、注册界面和监控界面。这些HTML放在嵌入式文件系统的／var／www目录下。
(3)CGI脚本实现
实现动态Web页面的第二步是用C编写CGI程序，CGI程序分为以下几部分：根据POST方法或GET方法从提交的表单中接收数据；URL编码的解码；用printf()函数来产生HTML源代码，并将经过解码后的数据正确地返回给浏览器。
3．2．6 远程视频数据接收模块设计
目前流行的浏览器有IE、FireFox、Chrome等，对于普通的文本及HTML文件支持的GIF、JPEG等格式的图片都可以轻松的显示，但对于实时视频数据，这些普通浏览器无法正常的显示。所以实时视频数据接收模块主要完成的工作是视频数据的接收、RTP报文的解封装、发送RTcP反馈信息、H．264视频解码和Web浏览器的显示。
本系统采用ActiveX控件技术，嵌入在Web页面中，来完成视频数据的接收、RTP协议、解码和最后的显示工作。最重要的一点，系统采用双缓冲技术，来满足视频的解码速度的问题，实现实时播放。具体流程图如图6所示。

4 系统的测试与结论
本文设计了一种基于ARM S3C2440的嵌入式视频监控系统，首先通过USB采集中星微摄像头作为服务器，实现利用V4L2技术对USB摄像头进行数据采集，并将数据送入H．264编码模块进行数据的压缩，压缩后的数据经过视频服务器RTP封装打包，最后通过嵌入式Web服务器与远程视频监控客户端进行交互。本系统在实际的运营网络中进行了测试，目标定位信息接收速率为1次／s，动态定位精度小于等于10 m；能实现动态视频传输，且视频传输流畅，图像最大分辨率可达VGA(640×480像素)，视频传输的质量优于基于2．5G网络的车辆监控系统(图像最大的分辨率为320×240像素，且基本上只能传输静态图像)。