基于ARM的视频监控终端的设计与实现

系统的软件设计

　　视频监控终端的软件设计主要完成两方面的工作：

　　（1）在硬件上搭建一个软件平台，搭建嵌入式Linux软件开发平台需要完成UBOOT移植、嵌入式Linux操作系统内核移植以及嵌入式Linux操作系统的设备驱动程序的开发等工作。

　　（2）在软件平台的基础上，开发系统的应用程序。借助交叉编译工具,开发视频监控终端上运行的采集、压缩、传输程序。

　　构建基于S3C2410的Linux平台
　　Linux具有许多优点，如开放源码；功能强大的内核，支持多用户、多线程、多进程、实时性好、功能强大稳定；大小功能可定制；支持多种体系结构。

　　构建嵌入式Linux开发平台需要先构建交叉编译环境，如图4所示。一套完整的交叉编译环境包括主机和目标机。在开发中主机是一台装有红帽公司的FedoreCore 2操作系统的PC机，目标机是基于S3C2410的视频监控终端。选用的交叉编译器是GCC3.3.4 for ARM版，嵌入式Linux内核源代码包版本号为2.6.8RC。

　　2.6.8RC版的Linux内核源代码包中包含了所有的功能模块。系统中只用到了其中的一部分。因此，编译内核之前首先要配置内核，裁减掉冗余的功能模块，经过定制的内核才符合系统设计。具体步骤如下：

　　（1）键入命令make menuconfig，对内核进行配置，选择YAFFS文件系统，支持NFS启动，系统使用的是USB接口的摄像头，故要启用USB设备支持模块，包括USB设备文件支持模块、USB主控制器驱动模块等。此外，USB摄像头属于视频设备，为了使应用程序能够访问它，还需要启用Video4Linux模块。

　　（2）用make dep命令生成内核程序间依赖关系。

　　（3）make zImage命令生成内核映像文件。

　　（4）make modules和make modules_install命令生成系统可加载模块。

　　这样就生成了zImage内核映像文件，把它下载到目标平台的Flash中。

　　本设计采用USB外置摄像头，在内核配置时要求以模块形式加载。首先要完成驱动程序，驱动中需要提供基本的I/O操作接口函数open、read、write、close的实现，对中断的处理实现，内存映射功能以及对I/O通道的控制接口函数ioctl等，并把他们定义在struct file_operations中。这样当应用程序对设备文件进行诸如open、close、read、write等，系统调用操作时，嵌入式Linux内核将通过file_operations结构访问驱动程序提供的函数。接着把USB驱动程序编译成可以动态加载的模块，这样摄像头就可正常工作了。

　　视频监控终端软件的设计
　　视频监控终端软件按功能分为三部分：视频采集、压缩、传输。这个软件的开发都是基于先前配置好的嵌入式内核。

　　(1）视频采集部分

　　使用Video4Linux接口函数访问USB摄像头设备，捕获实时的视频流。首先完成v4l_struct数据结构的定义，如设备基本信息，图像属性，各个信号源属性等；采集模块一方面通过USB集线器采集USB摄像头中的图像，另一方面启动多个采集线程，分别在不同的端口上监听，一旦有请求连接，采集线程立即从设备缓冲区中把视频流数据读出，放入到视频处理缓冲区中进行下一步的处理。

　　(2）视频数据的压缩部分

　　在视频监控系统中，大量的数据需要通过网络传输，为了保证传输质量和传输实时性，就需要在传输之前进行编码压缩以减少数据量，本文采用MPEG-4编码标准进行数据压缩。在网络上可以下载到开源的xvidcore软件作为视频压缩的核心算法，xvidcore是一个高效的、移植性很强的多媒体编码软件，将它在PC机上进行交叉编译，生成的文件拷贝到目标系统下。

　　(3) 视频数据传输部分

　　传输模块的作用在于把压缩之后的视频流传送到远程的PC机客户上，视频流数据的传输是基于TCP/IP协议。视频传输采用了标准的RTP传输协议。RTP是目前解决流媒体实时传输问题的最好办法，在Linux平台上进行实时流媒体编程，需要使用一些开放源代码的RTP库，如LIBRTP、JRTPLIB等。定义一种较为简单的握手协议：PC机端的采集程序不停地发请求数据包到采集终端，采集终端把已经捕获的图像打包返回给主机。每个RTP信息包被封装在UDP消息段中，然后再封装在IP数据包中发送出去。接收方自动组装接收到的数据帧，还原成视频数据。

结束语

　　本文介绍了一种基于ARM的视频监控系统的设计方案，采用软压缩算法，讨论了系统的硬件和软件设计。本系统和市场上其它视频监控系统相比，开发周期短，价格低廉，适用于对视频图像要求不太高的场合。