基于嵌入式uClinux的视频监控系统的研究与实现
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摘要
视频监控系统是安全防范系统的重要组成部分，以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也有长足的发展，由传统的模拟视频监控发展到现在的数字视频监控，其中又以基于网络的嵌入式数字视频监控技术发展最快、最具推广应用前景。
本文在分析了视频监控技术的现状和特点的基础上采用了以嵌入式WEB服务器和CCD摄像头为主体，以Web访问为交互方式的视频监控系统设计方案。设计的过程中，使用专用芯片SAA7111A和IME6400进行视频信号的采样和MPEG-4编码，提高了采集编码的效率并减小了对控制芯片的CPU的占用率；编码后的数字视频信号通过内部的总线送到嵌入式WEB服务器中，由WEB服务器负责向网络上的用户发送；该WEB服务器基于ARM7系列微处理器S3C44BOX及嵌入式Linux操作系统uClinux平台上构建，使得该服务器具有较高的性能指标；对uClinux的内核进行了更新，使用了最新的Linux-2.6内核，改善了系统的实时性。整个系统需要一个IP地址就可以连接到Internet上，网络上的用户可以直接使用浏览器进行远程实时监控，受权用户还可以对系统进行操作和配置。
在校园局域网内进行测试，实验结果表明，多个用户向服务器请求现场视频流时，能够同时稳定的播放清晰流畅的画面，无明显抖动和延时；远程操控服务器端时(如云台)，动作延时很小，并能很好的完成动作。
The video monitor system is an important part of security defense system, which is widely used in a lot of occasion, for its intuition and convenience. Recently, Video monitor system has been well developed along with a very fast speed development of the technology of computer, network and image processing, from traditional analog technology for modern digital technology. Embedded digital Video monitor system is the fastest development part of the domain of digital security defense system.
Based on the analyses of the current situation of video supervise and characteristic,this paper bring forword a solution which is made up of embedded WEB server and vidicon and we can visit and control the system with Web. We use SAA7111A and IME6400 to process analog video into digital MPEG-4 video, and then send the encoded signals to embedded WEB server, so the server can send them to users on internet. We use S3C44B0X, which is ARM7 series microprocessor produced by Samsung co.,Ltd, and embedded OS uClinux to construct our video server. We also use the latest Linux kernel Linux-2.6 to update uClinux. The system only need one IP address, and users can see the images by their browser, authorized users also can operate and configure the system.
Experiment is tested in school local netwok. The result indicates: users can broadcast clear and smooth picture at the same time, without obvious shaking and delay when they ask for WEB server;It can work well without delay when web server is controlled remotly.
本文在分析了视频监控技术的现状和特点的基础上采用了以嵌入式WEB服务器和CCD摄像头为主体，以Web访问为交互方式的视频监控系统设计方案。设计的过程中，使用专用芯片SAA7111A和IME6400进行视频信号的采样和MPEG-4编码，提高了采集编码的效率并减小了对控制芯片的CPU的占用率；编码后的数字视频信号通过内部的总线送到嵌入式WEB服务器中，由WEB服务器负责向网络上的用户发送；该WEB服务器基于ARM7系列微处理器S3C44BOX及嵌入式Linux操作系统uClinux平台上构建，使得该服务器具有较高的性能指标；对uClinux的内核进行了更新，使用了最新的Linux-2.6内核，改善了系统的实时性。整个系统需要一个IP地址就可以连接到Internet上，网络上的用户可以直接使用浏览器进行远程实时监控，受权用户还可以对系统进行操作和配置。
在校园局域网内进行测试，实验结果表明，多个用户向服务器请求现场视频流时，能够同时稳定的播放清晰流畅的画面，无明显抖动和延时；远程操控服务器端时(如云台)，动作延时很小，并能很好的完成动作。
The video monitor system is an important part of security defense system, which is widely used in a lot of occasion, for its intuition and convenience. Recently, Video monitor system has been well developed along with a very fast speed development of the technology of computer, network and image processing, from traditional analog technology for modern digital technology. Embedded digital Video monitor system is the fastest development part of the domain of digital security defense system.
Based on the analyses of the current situation of video supervise and characteristic,this paper bring forword a solution which is made up of embedded WEB server and vidicon and we can visit and control the system with Web. We use SAA7111A and IME6400 to process analog video into digital MPEG-4 video, and then send the encoded signals to embedded WEB server, so the server can send them to users on internet. We use S3C44B0X, which is ARM7 series microprocessor produced by Samsung co.,Ltd, and embedded OS uClinux to construct our video server. We also use the latest Linux kernel Linux-2.6 to update uClinux. The system only need one IP address, and users can see the images by their browser, authorized users also can operate and configure the system.
Experiment is tested in school local netwok. The result indicates: users can broadcast clear and smooth picture at the same time, without obvious shaking and delay when they ask for WEB server;It can work well without delay when web server is controlled remotly.
引文
[1] 刘慧明，王汝琳．视频监控系统的发展理念与实践[J]．智能建筑，2004(03)
[2] 梁春雁，谢剑英．智能大厦的视频监控系统设计[J]．测控技术，1999(10)：28～30
[3] Evelyn Redtree. Why Digital Surveillance Systems Are Replacing Analog Systems, Security World. Nov/Dec 2000.
[4] 施裕丰，陈坚，陈启转，梁炯达．网络式多媒体监控系统[J]．计算机工程，2000(03)
[5] 胡永红．智能多路视频监控系统的设计[J]．微机发展，2001(02)：75～76
[6] 刘富强著．数字视频监控系统开发及应用[M]．北京：机械工业出版社，2003．3
[7] 钟晓庆．计算机在闭路电视监控系统中的应用[J]．计算机系统与应用，1999(04)
[8] 芮雨，余松煌．基于VxWorks的视频监控系统[J]．电视应用，2000(12)
[9] 沈承东，谭庆平．基于MPEG4的数字视频监控系统设计和实现[J]．计算机工程，2002(08)：235-237
[10] 张少彬，林莉．基于MPEG-4的数字远程集中监控系统的设计[J]．计算机工程，2007(01)：265～267
[11] 吴学勇，过润秋．基于IP组播数字视频监控系统设计[J]．仪器仪表与分析监测，2006(02)
[12] 郭伟，夏汉青．基于IP组播的船载无线视频监控系统[J]．数据通信，2005(02)：45～46
[13] 卢曦，刘德明．RTP协议在嵌入式网络处理器中的设计与实现[J]．计算机与数字工程，2006(11)：16～20
[14] 张宛方，苏鸿根．基于RTP／UDP／IP协议实时传输MPEC-4流媒体文件[J]．计算机工程与设计，2004(8)：1409-1410
[15] 郑洪超．嵌入式MPEG-4解码系统的设计与实现[J]．电子技术应用，2005(04)：58～60
[16] 张海英，胡冰，赵新田，吴升艳．用SAA7111A设计模拟视频转换接口[J]．电子技术应用，2003(01)：52～54
[17] Philips Semiconductors. Data sheet for SAA7111A enhanced video input processor [EB/OL].
[18] 闫红刚，戚文芽．MPEG4音、视频编码芯片IME6400及其应用[J]．国外电子元器件，2004(08)：30～33
[19] Steve Furber. ARM Soc体系结构[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2002
[20] INTIME Corporation IME6400 Hardware Reference Manual, Korea 2003.
[21] 马海红，何嘉斌．基于ARM的嵌入式系统FLASH接口设计与编程[J]．仪表技术与传感器．2005(01)：39～42
[22] 张新菊，刘羽．基于S3C4480的以太网驱动程序设计与实现[J]．陕西理工学院学报(自然科学版)，2006(04)
[23] 袁学文，庞辉．以太网控制器RTL8019AS的工作原理及应用[J]．电子质量，2005(05)
[24] 王红宇，赵然，乔和．基于RTL8019AS单片机在网络数据传送中应用[J]．辽宁工程技术大学学报，2003(05)：655～666
[25] Karim Yaghmour. Building Embedded Linux Systems. 0'Reilly 2003.4
[26] Lain Bate, Steve Liu. Real-time Embedded Systems[J]. Computing&Contuol Engineering. Jotunal, 2002.8
[27] Anon. Embedded Linux gains high-availability framework[J]. Electronic Design,2001;49(21):36
[28] Bollinger. Survey of Linux applications[J]. IEEE Software, 1999;16(1):72-79
[29] 孙天泽、袁文菊、张海峰著．嵌入式设计及Linux驱动开发指南[M]．电子工业出版社，2005．2
[30] 李岩、荣盘祥编著．基于S3C44BOX嵌入式uCLinux系统原理及应用[M]．北京：清华大学出版社，2005．1
[31] 李善平、刘文峰、李程远等著．Linux内核2.4版源代码分析大全[M]．北京：机械工业出版社，2002．1
[32] 田军营、韩建海、马志荣著．uClinux源代码中Makefile文件完全解析[M]．北京：机械工业出版社，2005．7
[33] 周立功、陈明计、陈渝著．ARM嵌入式Linux系统构建与驱动开发范例[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2006．1
[34] JONATHA NCORBET, ALESSANDRO RUBINI&GREG KROAH-HARTMAN著．魏永明、耿岳、钟书毅译．LINUX Device Driver．中国电力出版社，2006．1
[35] 邹思轶．嵌入式Linux设计与应用[M]．北京：清华大学出版社，2002．
[36] 卜鸥．Linux系统中网络设备驱动的研究[J]．乐山师范学院学报，2006(05)：73～75
[37] 李恒超，张家树．基于嵌入式Web的远程监控研究[J]．西南交通大学学报，2003(03)：263～266
[38] McCombile. Embedded Web Server Now and in the Future[M]. Realtime Manazine,1998(1)
[39] Mi-Joung Choi. An Efficient Embedded Web Server for Web-based Network Element Management[J]. IEEE Internet Computer,2000
[40] 高柏柏、邵时．低端嵌入式设备Web服务器的研究与实现[J]．计算机工程，2005(10)：219～221
[2] 梁春雁，谢剑英．智能大厦的视频监控系统设计[J]．测控技术，1999(10)：28～30
[3] Evelyn Redtree. Why Digital Surveillance Systems Are Replacing Analog Systems, Security World. Nov/Dec 2000.
[4] 施裕丰，陈坚，陈启转，梁炯达．网络式多媒体监控系统[J]．计算机工程，2000(03)
[5] 胡永红．智能多路视频监控系统的设计[J]．微机发展，2001(02)：75～76
[6] 刘富强著．数字视频监控系统开发及应用[M]．北京：机械工业出版社，2003．3
[7] 钟晓庆．计算机在闭路电视监控系统中的应用[J]．计算机系统与应用，1999(04)
[8] 芮雨，余松煌．基于VxWorks的视频监控系统[J]．电视应用，2000(12)
[9] 沈承东，谭庆平．基于MPEG4的数字视频监控系统设计和实现[J]．计算机工程，2002(08)：235-237
[10] 张少彬，林莉．基于MPEG-4的数字远程集中监控系统的设计[J]．计算机工程，2007(01)：265～267
[11] 吴学勇，过润秋．基于IP组播数字视频监控系统设计[J]．仪器仪表与分析监测，2006(02)
[12] 郭伟，夏汉青．基于IP组播的船载无线视频监控系统[J]．数据通信，2005(02)：45～46
[13] 卢曦，刘德明．RTP协议在嵌入式网络处理器中的设计与实现[J]．计算机与数字工程，2006(11)：16～20
[14] 张宛方，苏鸿根．基于RTP／UDP／IP协议实时传输MPEC-4流媒体文件[J]．计算机工程与设计，2004(8)：1409-1410
[15] 郑洪超．嵌入式MPEG-4解码系统的设计与实现[J]．电子技术应用，2005(04)：58～60
[16] 张海英，胡冰，赵新田，吴升艳．用SAA7111A设计模拟视频转换接口[J]．电子技术应用，2003(01)：52～54
[17] Philips Semiconductors. Data sheet for SAA7111A enhanced video input processor [EB/OL].
[18] 闫红刚，戚文芽．MPEG4音、视频编码芯片IME6400及其应用[J]．国外电子元器件，2004(08)：30～33
[19] Steve Furber. ARM Soc体系结构[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2002
[20] INTIME Corporation IME6400 Hardware Reference Manual, Korea 2003.
[21] 马海红，何嘉斌．基于ARM的嵌入式系统FLASH接口设计与编程[J]．仪表技术与传感器．2005(01)：39～42
[22] 张新菊，刘羽．基于S3C4480的以太网驱动程序设计与实现[J]．陕西理工学院学报(自然科学版)，2006(04)
[23] 袁学文，庞辉．以太网控制器RTL8019AS的工作原理及应用[J]．电子质量，2005(05)
[24] 王红宇，赵然，乔和．基于RTL8019AS单片机在网络数据传送中应用[J]．辽宁工程技术大学学报，2003(05)：655～666
[25] Karim Yaghmour. Building Embedded Linux Systems. 0'Reilly 2003.4
[26] Lain Bate, Steve Liu. Real-time Embedded Systems[J]. Computing&Contuol Engineering. Jotunal, 2002.8
[27] Anon. Embedded Linux gains high-availability framework[J]. Electronic Design,2001;49(21):36
[28] Bollinger. Survey of Linux applications[J]. IEEE Software, 1999;16(1):72-79
[29] 孙天泽、袁文菊、张海峰著．嵌入式设计及Linux驱动开发指南[M]．电子工业出版社，2005．2
[30] 李岩、荣盘祥编著．基于S3C44BOX嵌入式uCLinux系统原理及应用[M]．北京：清华大学出版社，2005．1
[31] 李善平、刘文峰、李程远等著．Linux内核2.4版源代码分析大全[M]．北京：机械工业出版社，2002．1
[32] 田军营、韩建海、马志荣著．uClinux源代码中Makefile文件完全解析[M]．北京：机械工业出版社，2005．7
[33] 周立功、陈明计、陈渝著．ARM嵌入式Linux系统构建与驱动开发范例[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2006．1
[34] JONATHA NCORBET, ALESSANDRO RUBINI&GREG KROAH-HARTMAN著．魏永明、耿岳、钟书毅译．LINUX Device Driver．中国电力出版社，2006．1
[35] 邹思轶．嵌入式Linux设计与应用[M]．北京：清华大学出版社，2002．
[36] 卜鸥．Linux系统中网络设备驱动的研究[J]．乐山师范学院学报，2006(05)：73～75
[37] 李恒超，张家树．基于嵌入式Web的远程监控研究[J]．西南交通大学学报，2003(03)：263～266
[38] McCombile. Embedded Web Server Now and in the Future[M]. Realtime Manazine,1998(1)
[39] Mi-Joung Choi. An Efficient Embedded Web Server for Web-based Network Element Management[J]. IEEE Internet Computer,2000
[40] 高柏柏、邵时．低端嵌入式设备Web服务器的研究与实现[J]．计算机工程，2005(10)：219～221