基于H.264的远程数字视频监控系统

王中权++王昊++王新蓓

摘要：在日新月异的现代社会，人们对自身以及周边环境的安全也越来越重视，这时视频监控以其方便、直观、丰富的信息内容而被广泛的应用于各类场所。本文以Linux操作系统和S3C6410开发板为平台，采用USB视频摄像头，并进行bootloader、kernel、根文件系统、H.264视频编码库的配置及移植。实现了在PC机服务器监控终端上进行实时监控和存储图片。实验结果表明，该视频监控系统稳定，采集图像清晰。

关键词：视频监控 Linux H.264

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0005-01

1 硬件系统结构

系统硬件包括了ARM微处理器和外围硬件设备，在本次设计中我们选择了三星公司的tiny6410处理器的ARM11系列的S3C6410芯片作为整个视频监控系统的核心硬件。摄像头选择了中星微的301vUSB摄像头。SDRAM芯片和FLASH芯片是ARM中的主要存储设备，其中前者为系统运行和临时数据提供存储空间，后者中存储系统运行所需要的代码、内核以及应用程序等。

2 软件系统结构

系统软件采用了先进的B/S软件架构，按照模块化的设计方法对整个系统功能进行了设计，不同模块之间利用接口函数进行数据信息的调用。B/S架构是在C/S架构的基础上进行设计的。由于系统中视频信号的压缩采用了H.264算法，它具备较高的信号编码效率，对网络传输系统的码流结构具有较强的适应性，同时增加了数据信息的差错恢复能力，在视频信号网络传输中取得了较好的应用效果。视频数据传输采用了RTP/RTCP协议和组播的方式，既保证了数据信息的实时传送，又保证了视频数据信息的传输质量。在工作过程中，服务端首先对USB摄像头进行初始化操作，然后由摄像头完成对视频信息的采集，通过H.264编码程序对获得的视频信号进行编码处理，并且将编码后的视频数据压缩成RTP流，通过网络传送到客户端。客户端接收到RTP流后，先对其进行解码处理，然后利用相应的播放器对其进行回放操作。

2.1 Bootloader的移植

本次系统开发过程中采用了U-Boot-1.1.6，开发人员将事先编译好的映像文件由JTAG口存放到Linux系统的开发板中，然后点击开发板上的复位键，就完成了对Linux系统的Bootlaoder移植。

2.2 Linux内核的移植

在Linux系统的源文件common-smdk.c中，找到smdk_default_nand_part语句，对其进行分区操作。然后开发人员可以使用make zImage命令对内核进行相应的编译，在系统源代码的根文件目录下生成相应的映像文件，最后利用串口将生成的映像文件链接到S3C6140的FLASH中，即完成了对Linux的移植。

2.3 根文件系统的建立

首先进行BusyBox的编译处理，它是Linux系统开发过程中常用的一个工具软件，内存空间较小，主要存放Linux系统中的bin目录、sbin目录、usr目录和相应的Linuxrc文件。在系统开发时，可以在系统的硬件平台中对其源代码进行配置，即将busybox-1.13.0进行解压缩后，将其Makefile文件进行相应的修改。然后对其进行相应的配置，并且将配置好的文件，以.config的名字进行保存。第三进行BusyBox的编译和安装，这是系统代码中就有增加一个_install目录，将其进行编译就完成根文件系统的创建。

2.4 H.264优化算法结构

（1）去掉视频信息中携带的冗余程序代码：系统设计过程中已经完成对H.264编码算法的设置和优化，所以可将去除视频信息中携带的跟编码器无关的冗余代码，如跟多参考帧相关的代码，降低编码过程中程序跳转的次数和需要判断的条件数量。

（2）正确使用循环和分支操作：本次设计过程中我们将相应代码进行展开处理，将其分解成内核循环程序和外核循环程序，虽然增加了程序的长度，但是提高了代码执行速度。

3 应用模块设计

3.1 USB摄像头驱动

硬件选型设计中，我们选择了中星微301v的摄像头，Linux系统中同样也包括了该摄像头的驱动程序，我们只需完成相应参数的配置即可，即将摄像头驱动程序中的<*> ZC3XX USB Camera Driver语句，修改成301v USB Camera Driver，同时为了能够使用V4L的要求，还需要对其驱动进行配置，将相关语句修改为V4L USB devices，然后再将驱动程序进行重新编译，并且将得到的映像文件下载到S3C6140的开发板中。

3.2 视频采集和编码模块的同步

在系统开发过程中设置了两个缓冲区域，工作过程中轮换进行视频信号的采集，当采集到的视频信号填满一个缓冲区域后，系统就会改变多线程的条件，对当前缓冲区域进行编码处理，采集的图像信息转存到缓冲区域2。同时为了保证监控系统能够实现对多路视频信号的压缩编码，要将FPGA缓存中的数据通过BT.656的格式进行输出，然后利用多路视频解码芯片将输出的BT.656格式数据进行YUV656配置，生成相关视频信号的时序信号，将芯片中缓存的多路视频数据信息读出。

4 结语

本文主要对系统驱动程序、采集程序、压缩程序和传输显示程序进行了测试，给出了相应的测试用例。测试结果表明系统能够满足视频监控系统对实时性的需求，具有较好的界面和功能稳定性。

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