基于Wi-Fi技术的无线视频监控系统设计

刘涛，吕勇，毛海波

（北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 100192）

基于Wi-Fi技术的无线视频监控系统设计

刘涛，吕勇，毛海波

（北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 100192）

为了打破常规视频监控的局限性，实现组网方便，易于扩展的视频监控系统，利用嵌入式技术，设计一种基于Wi-Fi无线网络的嵌入式视频监控系统。该系统以ARM11处理器S3C6410为硬件平台，采用USB摄像头进行视频信息采集，以ZD1211无线网卡进行数据传输，在嵌入式Linux操作系统下，移植流媒体服务器MJPG-streamer，实现远程视频信息的采集，且将该视频信息在B/S模式或者C/S模式下进行显示。应用结果表明该系统解决现有视频监控的布线以及距离问题，具有功耗少、可移植性高、并且运行稳定等特点，具有广泛的应用价值。

Linux；USB摄像头；MJPG-streamer；Wi-Fi；视频监控

0 引言

随着数据传输技术快速发展，以及人们安全意识的提高，视频监控系统已被广泛应用在各个领域，给人们的生活带来便利和安全。相比于传统的视频采集监控系统，该无线Wi-Fi视频监控系统突破了有线网络的局限性，给信息交流提供了极大的便利，并且具有可靠性高、组网方便、可远程监控、运行稳定、便于安装和携带等优点。此外，整个系统内的设备均以IP地址的形式进行添加，增加设备即增加IP地址的数量，而不会增加系统载荷，从而极大简化监控系统的物理结构，并节约了成本。

该基于Wi-Fi技术的无线视频监控系统，将无线Wi-Fi传输和视频采集相结合，以S3C6410为核心，以USB摄像头进行视频信息采集，并将视频信息传输至嵌入式Linux系统的视频服务器，且视频服务器通过Wi-Fi无线网络将视频信息下发至终端并显示。

1 系统总体设计

该系统以嵌入式平台为基础，对图像进行实时采集并通过无线网络进行实时通信传输。系统主要设计思路是将嵌入式视频监控系统与Web服务器结合，采用Wi-Fi技术将视频信息经由无线发送到网络中，用户只需要通过自带视频解码功能的浏览器便可以对视频信息进行访问[2]。总体而言，该系统融合了嵌入式技术、网络技术和图像处理技术，因此其具有布网方便和便于安装等优点，此外，系统采用B/S模式对视频进行访问和显示，因此无需对客户端进行维护，极大地降低了人工成本和物质成本。

如图1所示，该系统包括视频信号采集装置、嵌入式系统、无线Wi-Fi模块以及终端。其中，视频信号采集装置为USB摄像头，用以采集视频信息；嵌入式系统为开发平台，其包括流媒体服务器以及Web服务器；无线Wi-Fi模块是服务器与终端的传输介质，将处理后的视频信息从服务器端发送至终端；终端可以是手机设备也可以是其他具有显示屏幕且具有无线Wi-Fi的移动终端。通过该系统，用户只需连接网络，便可以对视频进行实时监控。

图1 总体框图

2 系统硬件设计

系统硬件是整个无线监控系统的基础，硬件的选择直接决定着系统性能的优劣。如图2所示，系统硬件主要包括S3C6410处理器、中星微zc301摄像头和zd1211无线Wi-Fi模块。

系统处理器采用高性能ARM11处理器S3C6410，该处理器是ARM公司推出的新一代RISC处理器，采用了64/32位内部总线架构，该64/32位内部总线结构由AXI、AHB和APB总线组成，它包括许多强大的硬件加速器，如视频处理、音频处理、二维图形显示操作和缩放以及一个集成的多格式编解码器支持MPEG4/ H.263/H.264编码、译码以及VC1的解码等。在嵌入式Linux平台下，USB摄像头对监控范围进行视频信息采集，并将采集到的视频信息经内部总线发送至嵌入式内部流媒体服务器，并经视频服务器对视频信息进行图像压缩处理，经由无线Wi-Fi下发至终端。同时，终端可以通过浏览器或者该系统的Android客户端对视频服务器进行访问，最终实现对无线Wi-Fi视频监控的视频数据的实时访问。

图2 硬件总体框图

3 系统软件设计

系统的软件部分主要包括Bootloader、Linux内核、Yaffs文件系统、MJPG-streamer服务器、USB摄像头驱动以及无线Wi-Fi驱动，如图3所示，为该系统的软件设计框图。其中，系统软件设计中的交叉编译工具链为arm-linux-gcc4.3.3。

图3 软件系统框图

参照图3，该系统软件从下至上依次运行。具体地，在视频采集及传输过程中，首先运行Bootloader，Bootloader的主要功能是实现CPU以及相关硬件的初始化，且触发操作系统工作。该系统中的Bootloader经交叉编译链编译后应用至系统中。

Linux内核采用Linux 3.0.1版本，该系统通过对设备驱动程序进行移植,从而实现对内核的操作控制[4]。其中，设备驱动程序是硬件和内部软件之间的通信桥梁，只有通过它才能将硬件和软件很好地结合，通过调用驱动文件中各个硬件对应的接口便可方便地调用和操作硬件设备，例如，通过调用USB摄像头和相应无线Wi-Fi模块的接口，便可启动和操作USB摄像头和相应无线Wi-Fi模块。

文件系统采用Yaffs文件系统，它是一个专门为NAND Flash存储器设计的一种日志型嵌入式文件系统，具有速度快、挂载时间短、占用内存小等优点。

MJPG-streamer为视频服务器的开源项目，使用的是v4l2接口。主要功能是从摄像头中获取视频信息，并将视频信息以流的形式通过基于IP的网络传输至终端，从而实现通过浏览器（例如Firefox）或者安装于终端的客户端对视频信息进行查看。此外，该系统充分利用MJPG-streamer，以调用摄像头的硬件压缩功能，从而降低服务器的载荷，进而使得整个系统具备节约资源、减少内存占用、运行速度快等优点。

MJPG-streamer经过交叉编译链编译后会生成对应插件，其包括output-plugin和input-plugin，inputplugin的功能是将获取到的视频信息复制到内存空间，而output-plugin的功能则是将input-plugin复制到内存空间的视频信息从内存中取出，该系统主要采用webserver-output-plugin，从而将从内存中取出的视频信息传输至网络浏览器。可执行文件MJPG-streamer将output-plugin和input-plugin有机结合，从而保证系统视频信息的正常传输。

MJPG-streamer的移植主要包括jpeg库的移植以及mjpg-stream的移植，具体步骤如下：

（1）jpeg库的移植

①解压源码包tar xzvf jpegsrc.v8b.tar.gz；

②配置源码./configure--prefix=/home/6410/ video/jpeg--host=arm-linux；

③编译：Make；安装：make install；

④拷贝libjpeg.s0.8库至文件系统lib目录下；

（2）mjpg-stream的移植

①解压源码tar xvf mjpg-streamer-r63.tar.gz；

②修改源码：

修改顶层makefile及plugins目录中的各级makefile；③编译：make；

④移植：拷贝*.so到文件系统的mjpeg目录下，将mjpg_streamer放到bin下并改变权限。

mjpg_streamer工作流程图如图4所示。

4 系统测试

将编译好的文件通过SD卡配置到系统中，检查USB摄像头和无线Wi-Fi模块的连接状态，确定连接无误后，启动USB摄像头和无线Wi-Fi模块，通过串口向系统发送控制指令，其中应用到的控制指令以及作用如下所示：

图4 MJPG_streamer工作流程图

通过上述内容对系统进行配置后，USB摄像头将对监控范围进行视频采集，嵌入式系统获取USB摄像头采集的视频信息，对视频信息进行图像处理及压缩处理后，再通过其中的Web服务器及其对应的无线Wi-Fi模块向终端下发视频信息，终端可通过其安装的客户端或浏览器的网址输入栏输入系统预存的IP地址发送访问请求，服务器段接收到该访问请求后，即与客户端建立连接，并响应客户端的访问请求，将视频信息通过无线Wi-Fi发送至终端，并在终端进行实时显示。

Android客户端的测试画面如图5所示。

图5 Android客户端测试画面

5 结语

本文提出的一种基于Wi-Fi技术的无线视频监控系统，有效解决现有技术中监控系统的布线复制以及远程布线困难等问题。此外，该系统不仅能在传统的PC端进行监控视频的实时显示，还能在便携式终端对监控视频进行实时显示，增大了使用的便捷性，使用户随时随地对监控范围进行监控。再者，视频信息通过无线Wi-Fi进行传输，有效解决传统的近距离监控，进而实现远程视频监控。综上所述，该系统具备视频图像清晰、运行稳定、显示流畅等优点，还有效解决现有监控系统的缺点，为传统监控系统的局限提供了更有效有力的解决方案。

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Design of Wireless Video Monitoring System Based on Wi-Fi Technology

LIU Tao，LV Yong，MAO Hai-bo
(School of Instrument Science and Optoelectronic Engineering,Beijing Information Science&Technology University,Beijing 100192）

In order to break the routine limitations of video monitoring,and make it more easily to create the network.Designs a video monitoring system based on Wi-Fi which takes S3C6410 ARM11 processor as a hardware platform,and collects video information through the USB camera.The remote video monitoring which can realize the remote video capture and display under the B/S or C/S model is worked by transplanting the streaming media server MJPG-streamer and by taking ZD1211 wireless card as communication based on the Linux operating system.The results of application show that the system has overcome the problem of wiring and distance.It's character is low power consumption,high portability and running stability which has widely application value.

Linux;USB Camera;MJPG-Streamer;Wi-Fi;Video Monitoring

1007-1423（2015）01-0049-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.01.012

荣亮.Linux操作系统内核分析与研究[D].江西师范大学,2007.DOI：10.7666/d.y1223611

刘涛（1988-），男，河北石家庄人，硕士研究生，研究方向为光电应用技术

吕勇（1971-），男，安徽芜湖人，博士，教授，研究方向为光电检测及精密测试

2014-11-28

2014-12-28

北京信息科技大学本科生培养-大学生科研训练项目资助（No.PXM2014_014224_000079）、专业建设-光信息科学与技术项目资助（No.PXM2014_014224_000066）、大学生科技创新计划

毛海波（1992-），男，辽宁朝阳人，本科生，研究方向为光电应用技术