基于嵌入式的远程视频监控系统研究

赵荣华 关 迪 谷 月

（沈阳理工大学 辽宁 沈阳 110159）

基于嵌入式的远程视频监控系统研究

赵荣华 关 迪 谷 月

（沈阳理工大学 辽宁 沈阳 110159）

随着网络技术发展，视频监控技术逐渐从本地模拟信号系统向基于嵌入式的远程监控系统转变，监控系统的网络化、数字化和智能化水平不断提高。本文主要对基于嵌入式远程视频监控系统设计进行分析，重点分析视频监控系统的硬件和软件设计的关键技术。应用实践证明该系统性能稳定，视频图像质量高，还能为数字视频广播和点播设计提供借鉴。

视频监控；嵌入式系统；例LINUX

0.引言

随着多媒体技术的发展以及网络宽带增加，传统视频监控模式的缺点和不足日益明显，基于IP网络视频监控的优点更加明显，视频监控也逐渐从传统视频监控向基于IP网络视屏监控转变，基于IP的网络视频监控在视频会议、家庭和生产现场等领域中的应用越来越广[1]。本文对基于嵌入式的远程视频监控系统设计进行分析。

1.视频监控发展阶段分析

1.1 本地模拟信号监控系统

本地模拟信号监控系统包括摄像机、视频矩阵、监视器和录像机几个部分，系统将摄像机采集的视频与监视器相连，通过键盘控制切换和控制；录像机为磁带录像机[2]。本地模拟信号监控系统具有以下几个缺点，系统属于有线信号系统，传输距离对监控质量的影响大；二是系统属于内部局域网，无法联网控制，只能针通过点对点方式现场监控；三是线路复杂，布线工作量大；四是模拟视频信号需要占据大量存储介质，查询操作复杂。

1.2 基于PC插卡数字监控系统

基于PC插卡数字监控系统发展 依赖于微机技术发展和普及。该系统主要由PC机插视频卡构成，监控现场包括摄像机、各类探头、数据采集设备等几个部分，各个部分通过线路相连，再与监控终端PC机或工控机相连[3]。基于PC插卡数字监控系的优点在于终端功能强大，现场操作便利，缺点在于稳定性和可靠性不足，受环境影响大，恶劣环境下监控系统的性能不高。

1.3 基于嵌入式远程视频监控系统

嵌入式远程视频监控系是一种提供网络视频传输和共享的嵌入式设备系统，系统采用嵌入式一体化结构设计，系统面向实时处理的硬件平台，集成了多通道视频和网络传输多功能，将视频信号采集、压缩、复合后转换为网络IP包，再经根据网络协议实时传输视频压缩数据。由于视频和网络功能都集中于小体积设备内，系统可直接与局域网相连，方便实时查看。也无需布设大量线缆，系统设备安装方便[4]。用户端无需加装硬件设备，可直接通过浏览器或人机界面查看监控视频。

2.基于嵌入式的远程视频监控系统实现

基于嵌入式的远程视频监控系统可以实时采集视频信号，再对视频信号进行压缩编码和网络传输，系统硬件结构详见图1。

本系统采用多媒体处理芯片DM642实现嵌入式网络的视频服务器，不仅达到服务器端视频处理计算量要求，还能减少系统开发成本和难度。与传统DSP相比，DM642多媒体处理芯片可满足视频应用广泛性、灵活性和多样性要求，并充分利用集成的多种新型片内外设，适应多媒体数字化处理和网络通信应用。使用视频A/D芯片SAA7115S实现信号转换，A/D芯片SAA7115S可兼容多宗不同制式输入和信号选择输入，并可输出4:2:2、RGB的等多种信号输出形式。同时使用PAL制式输入方式。A/D芯片SAA7115S通过DSP芯片DM642通过I2C总线控制初始化。视频编码使用H.264视频压缩算法，该算法使用了多种先进的编码方式，如高精度1/4像素运动估计、多帧运动补偿技术等，压缩编码的效率更高。码率相同情况下，该算法获得的主客观质量更高[5]。本系统使用DM642VLIW结构和专用操作指令集，并对传统编码方式进行优化，自主开发DM642的视频压缩算法。

DM642片内集成了以太网介质接入控制器，为DSP和网络提供了定制连接口。因而视频信号经编码处理后可以直接通过MII接口与网络相连和传输。数据网络发送分为两种，本系统专门编写了一个服务器软件用于发送视频图像数据。系统还能直接经网络接受用户指令，根据用户指令调节编码压缩比、转动云台、调节摄像头参数。

本系统传输层设计多种不同传输协议，用于传统不同类型数据。对于信息包较小的操作控制命令，采用TCP传输协议。对于视频图像数据，则采用UDP多播传输协议。该设计方式的的优点在于传统传输协议TCP对准确性要求高，数据必须准确地传输至客户端，因而TCP传输协议更适合用于传输控制命令，确保服务器和客户端正确接收操作指令。UDP传输协议的缺点在于未提供网络流量控制、数据包丢失处理，而压缩算法采用帧间压缩法，数据包丢失对视频图像质量产生影响，因而需要完善基于UDP传输协议的应用程序设计，提高程序的可靠性。

3.客户端软件设计

3.1 客户端软件系统整体设计

客户端软件基于LINUX平台设计，客户可通过网络从实现远程视频数据接收，客户端软件详见图2。数字视频解码后，通过LINUX下多媒体库软件实现，该软件还提供视屏截图、亮度调节等功能，视频显示效率更高，软件系统占用资源效率更低。

图1 视频服务器硬件结构

3.2 客户端软件关键技术

从本质上讲，UDP多播数据通信的可靠性不高，数据通信和解码显示时间可能存冲突，导致视频数据丢失，因而设计过程中需要考虑数据通信问题。此外，数据包传输过程中，不同数据包的时延不同，虽然数据传输速率是定值，但是归顺是数据传输率可能发大范围变动，如若直接解码和显示视频数据将导致视频图像出现不规律抖动，因而必须采取措施减少UDP数据通信问题。本客户端软件创建了两个并行线程，分别为数据接收和解码[6]。还创建了一个环境缓冲区，用于缓冲视频数据。解码线程可直接从环形缓冲区内读取数据、解码和显示。

图2 客户端软件的总体设计框图

环形缓冲区包含多个同等类型内存块，并创建标读写标志。接收线程向环形缓冲区与写入帧数据的同时将写标志指向下一缓冲区，解码线程则从缓冲区读取帧数据后将读标志植入下一帧图像所在缓冲区。由于接收线程与视频解码线程在同一时间操作缓冲区，因而接收线程和解码线程相互制约，设计过程中也需要协调接收线程和解码线程两者的运行速度，保证读标志少于写标志。本系统解码系统受缓冲区大小的影响，如若缓冲区过大，系统时延将延长，无法实现实时监控。如若缓冲区过小，缓冲区移除将影响解码质量，因而需要根据网络状况及编码数据码率合理设计缓冲区。

4.结语

将本方案用于高速公路数字视频监控系统，结果显示该系统运行状况良好，客户端解码视频后，视频图像清晰、流畅，未出现视频图像抖动问题。并且本系统硬件和软件设计思路不仅可用于视频监控系统，还可用于数字视频广播及点拨系统，为数字视频广播和点播系统设计提供指借鉴指导。

[1]郭广明.基于 S3C2410A的嵌入式远程视频监控系统的设计[J]. 科技管理研究,2010,14:233-235+263.

[2]赵书朵,谌海云,高凤水,武卫丽.基于 ARM的嵌入式多路远程视频监控系统的设计[J].中国测试,2010,05:66-68.

[3]冯飞雨,于春梅,胡立锋. 基于S3C2440的嵌入式远程视频监控系统的设计[J].安防科技,2011,03:14-17.

[4]吴健,赵建军,朱继珍. 基于Linux及S3C2440A的嵌入式远程视频监控系统的设计[J]. 微型机与应用,2011,21:29-31.

[5]陈张荣,贾俊铖,严建峰.基于嵌入式系统的网络视频监控系统设计[J].仪表技术与传感器,2016,02:39-41+48.

[6]王茂茹.基于 S3C2410芯片技术的嵌入式远程视频监控系统设计[J].软件导刊,2015,07:124-126.

G322

B

1007-6344（2016）07-0325-01

赵荣华(1995.10--) 男，辽宁省盘锦市人，本科学历，专业：电子信息科学与技术。

关迪（1995.05--）男，辽宁省凤城市人，本科学历，专业：计算机科学与技术。

谷月（1995.03--）男，辽宁省大连市人，本科学历，专业：计算机科学与技术。