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2023年12月17日发(作者:tara朴智妍)

第19卷 第17期 电子设计工程 2011年9月 Vo1.19 No.17 Electronic Design Engineering Sep.2011 基于ARM嵌入式的视频监控系统的设计 龙世瑜,魏武,卢碧燕 (湛江师范学院信息科学与技术学院,广东湛江524048) 摘要:提出一种基于ARM嵌入式开发平台视频监控的实现方案。通过V4L2在Linux下构建视频图像采集和显示, 然后使用servfox和spcaview构建视频服务器,系统可在Linux和Windows操作系统下通过窗口或者网页进行视频监 控和图像抓拍。测试表明系统的监控图像清晰,并具有体积小、成本低、可靠性强等优点。 关键词:Linux;V4L2;sevfox;视频监控;抓拍 中图分类号:TN99 文献标识码:A 文章编号:1674—6236(2011)17—0135—02 Design of video supervision system based on ARM embedded LONG Shi—yu.WEI Wu。LU Bi—yan (Information Science and Technology School, 矾gNormal University,Zhanjiang 524048,China) Abstract:A realization scheme is proposed to construct a video supervision system based on ARM embedded developing platform.V4L2 constructs image sampling and displays on Linux operating system,and a video server is constructing using servfox and spcaview,the system can realizes video supervision and snapshot through window or webpage on Linux and Windows operating systems.The experiment result indicates that the image captured by the system is clear,and the system has the advantage of small volume,low cost,stable performance,etc. Key words:Linux;V4L2;sevfox;video monitor;snapshot supervision 目前,嵌入式系统在视频监控中的应用越来越广泛。伴随 着网络的强大功能,视频监控更侧重网络监控方案.要求体积 2 系统硬件 小、远程化、成本低、功耗小、操作界面人性化等。本系统基于嵌 CPU处理器使用Samsung¥3C2440A,主频400 MHz,最 入式Linux平台上利用USB摄像头采集视频图像,通过视频图 高533 MHz;64 M SDRAM、32 bit数据总线、SDRAM时钟频 像压缩及结合网络进行视频图像传输,使远程监控成为可能。 率100 MHz;256 M/1 GB Nand Flash。掉电非易失、2 M Nor 1 系统概述 F1ash,掉电非易失;统宝3.5真彩LCD,屏集成4线电阻式触 摸屏,屏幕分辨率可以达到1 024 ̄768象素;100 M以太网 视频图像监控系统由4部分组成.分别为视频图像采 RJ一45接口(采用DM9000网络芯片)、串行口、USB Host、 集、视频图像处理、视频图像传输、视频图像显示。视频图像 USB Slave B型接口、SD卡存储接口、路立体声音频输出接 采集部分由数字摄像头、USB通道和嵌入式处理器构成、视 口,麦克风接口、JTAG接口、4 USER Leds、6 USER buttons 频图像处理主要是视频图像压缩.由算法实现、视频图像传 (带引出座)、FC总线AT24C08芯片、20 pin摄像头接口;摄 输主要利用视频服务器来实现、视频图像显示主要是在远程 像头用良田.兼容SN9C20X系列芯片的驱动.本系统的内核 的主机上实现视频图像的浏览、保存和处理等,Linux主机上 中集成了该驱动。 由应用程序实现。Windows主机上通过浏览器上的JAVA程 序实现。系统原理框图如图1所示。 3 系统软件 3.1 Linux内核的移植 移植新内核主要是为了给LCD以及摄像头添加相应的 驱动支持,在Fedora 9中打开内核的目录,使用缺省配置文 件进行配置:在内核中添加V4L支持、添加万能USB摄像头 驱动GSPCAI”。 图1系统框图 3.2基于V4L2的图像采集程序 Fig.1 System block diagram 系统使用的交叉编译工具为ai'n ̄一linux—gcc一4.3.2。设计 收稿日期:2011-06—26 稿件编号:201106131 使用到的应用程序都要通过该编译器编译后下载到开发板 作者简介:龙世瑜(1967一),男,广东湛江人,硕士,高级实验师。 研究方向:嵌入式系统。 一135- 

《电子设计工程)2ol 1年第l7期 上运行。将编好的应用程序V4L2.C交叉编译后下载到板。 servfox.下载到板上,输人命令chmod+x servfox为它添加可 V4L(Video orf Linux)是Linux下提供的一个音视频接口 规范,所有的音视频驱动编写都要用到这些接口。 执行属性 客户端程序使用spcawiew,该程序用于在Linux主机上 对服务器进行监控,无需移植。在Linux上编译spcaview.由于 V4L从2.4.1.x的内核版本中开始出现,设计使用的 Video for Linux2(简称V4L2)是V4L的改进版,修复了第一代 中的部分BUG 。 此软件包依赖与libsdl,所以在安装spcaview之前,需要安装 SDL一1.2.13.安装spcaview软件后,在源文件目录上有3个可 设计的图像采集及处理程序主要基于V4L2架构,通过 对一些ioctl函数的调用来实现视频设备的打开,图像的采集 执行文件.spcacat:简单图片的抓取工具,不能用于网络监视 客户端,Spcaserv:流媒体服务器,Spcaview:用来纪录数据流. 处理。图像的显示等。几个主要的ioctl函数的简介: 1)ioctl(fd,VIDIOC—S—FMT,&fert):用于设置图像的格式。 2)ioctl(fd,VIDIOC—REQBUFS,&req):向内存申请缓冲 区,申请的buffer个数存在count中。 3)ioctl(fd,VIDIOC—QUERYBUF,&buf):查询已经分配 的V4L2的视频缓冲区的相关信息,包括视频缓冲区的使用 状态、在内核空间的偏移地址、缓冲区长度等。 4)ioctl(fd,VIDIOC—QBUF,&buf):放一个空的视频缓冲 区到视频缓冲区输入队列中,函数执行成功后,指令的视频 缓冲区进入视频输入队列,在启动视频设备拍摄图像时,相应 的视频数据被保存到视频输入队列相应的视频缓冲区中。 5)iocfl(fd,VIDIOC_sTREAM0N,&type):启动视频采集 命令,应用程序调用VIDIOC—STREAMON启动视频采集命令 后,视频设备驱动程序_j干始采集视频数据,并把采集到的视 频数据保存到视频驱动的视频缓冲区中。 图像采集处理流程图如图2所示。 打开视频设备 查询视频设备输出的视频格式 启动视频采集 (VlDlOC—ENUM—FMT) (VID10C—STREMON) 查询视频设备的设备能力 (VIDIOC—QUERYCAP) 等待视频完成 (SELECT) 查询视频采集格式 (VIDIOC—S—FMT) 从视频缓冲输出队列获取一个 有视频数据的视频缓冲区 申请内核空间的视频缓冲区 (VIDIOC—DQBUF) (YIDIOC—S—FMT) 申请内核空闻的视频缓冲区信息 读取视频数据并保存成 并映射到用户空间 (VIDIOC—QUERYBUF—MMAP) 关视频设备 释放一个空问的视频缓冲区到 视频输入队列中 (VIDIOC—QBUF) 图2图像采集处理流程网 Fig.2 Image sampling flow chart 3.3网络服务器 系统采用Boa服务器。Boa是一种非常小巧的Web服务 器,其可执行代码只有大约60 kB左右。作为一种单任务 Web服务器,Boa只能依次完成用户的请求,Boa支持CGI, 能够为CGI程序f rk出一个进程来执行[31。板上移植该服务 器,Boa服务器默认开机自动运行,配置conf文件。 服务器端应用程序使用servfox,servfox—Rl_13解压修 改Makefile文件:CC=arm—linux—gcc,编译后得到可执行文件 一】36- 也能用来播放数据,也能作为网络监视客户端用。 4监控过程 4.1在Linux操作系统上的监控 正常启动运行开发板,运行服务器端程序servfox."se ̄fox —d/dev/video0一S 320x240一W 7070。 在Linux上运行:./spcaview—g—S 320x240一W 10.1.91.230: 7070 其中l0.1.91.230是服务器的IP地址,这样就可以在PC 机上看见USB摄像头采集进来的数据了。 系统是装在虚拟机巾的fedora 9 linux系统,可以流畅地 观察到摄像头监控区域的情况。 4.2 Windows操作系统上的监控 对于网络监控的客户端,能够跨平台的工具目前只有浏 览器。通过浏览器来监控,无论是Linux、Windows、MacOS或 者其他的UNIX系统,只要有图形界面的浏览器,在桌面环境 下都可以对远程的摄像头所“控制”的范围进行监控151。 Mini2440上已经有Boa服务器可供使用,Spcaview中的 http-java—applet文件夹中已经包含了一个可以监控使用的 web页面,将该文件夹复制到Boa服务器的主文件夹/www下。 由于http-java-applet文件夹内含的WEB主页面(Index. htm1)包含了JAVA控件,所以先在主机上安装JAVA环境, 让浏览器支持JAVA插件[53。 安装好JRE后,在浏览器的地址栏上输入服务器地址, 即可实现远程监控[51。 4.3远程抓拍 通过web表单提交CGI来运行应用程序。 通用网关接口(CGI)规范允许Web服务器执行其他的 程序并将它们的输出储存在发送给web浏览器的文本、图形 和音频中。服务器与CGI程序的结合能够扩充WorJd de Web的能力[61。 CGI程序日『以由C、Perl或者UNIX Shel1脚本等流行编 稃语言编写。 在本设计中,网页上的按钮shoot the picture提交了一个 名为V4L的CGI文件v41.cgi,该文件是用shell脚本编写的. 用于在板上运行已编译好的图像采集程序并对抓拍的图片 返回到新打开的网页中进行查看。 Shell脚本(v41.cgi)内容如下: #!,biI1/sh (下转第139页) 

姚遥,等 以市场为导向的嵌入式系统课程群建设 我系派专人参加了中南六省区高校苏州校企交流会,与 设与实践fJ】.企业技术开发,2o09(28):145. XU Jin—song,LIU Yu—bi,JIANG Jing.The construction and practice of application-oriented undergraduate courses of 长三角知名企业签订就业基地协议。跟苏州众多嵌入式企业 保持业务上的联系,对嵌入式人才需求信息十分清楚,每学 期开课之前.会调研当前人才市场对嵌入式人才的需求情 况.针对市场需求大的职位和要求的技能来设计开设的课程 内容。同时,当课程大纲设计出来之后,会直接交给嵌入式企 业的技术总监和工程师进行反馈.对大纲中不合理的地方进 行改进。经过这样的课程大纲培养出来的学生自然就受到用 embedded system[J].Technological Development of Enterprise, 2009(28):145. 【2】孙天泽,袁文菊.嵌入式设计及Ljnux驱动开发指南【M】.北 京:电子工业出版社。20o6. [3】李耀波,杜丽敬,徐洋.高棱嵌入式系统课程群规划的探讨 人单位的青睐。 4.3师资建设 【J].科技信息,2007(19):59. 【3】LI Yao-bo,DU Li-jing,XU Yang.Discussion on the layout of embedded system subjects in college[J].Science&Technology Infclrmation,20o7(19):59. 想培养嵌入式人才,必须拥有嵌入式师资,系里面为培 养具有“双师”素质教师搭建师资培养的平台。通过培训、企 业定岗实践、为企业提供技术服务,培养出符合专业要求的 师资队伍。目前通过与苏州众多嵌入式企业保持业务上的联 系,这个平台初步建立起来了。 [4]李慧仙.高校课程群三论【J】.煤炭高等教育,2006(7):113一 l15. LI Hui-xian.On the COUrse group in universities in China[J1. Mei Tan Higher Education,2006(7):113—115. 通过上面3项课程群建设措施,我们可以做到3点:1) 是学生的学习目的非常明确.选择这个领域的学生非常清楚 他要学什么知识;2)是就业市场非常大,学生不用担心就业 问题;3)是学生有实际工作经验的“双师”型老师带路。 【5】覃永新,蔡启仲,陈文辉.嵌入式系统课程群建设的探讨【J]. 高教论坛,2009(3):20—21. QIN Yong・xin,CAI Qi—zhong,CHEN Wen-hui.Research of he buitlding of embedded systems course group【J].Higher Education Forum,2009(3):20—21. 5结束语 嵌入式系统课程群建设是一项长期、艰难的任务,新知 【6】朱旭东,张健.软件工程专业嵌入式系统方向操作系统课 识更新速度明显快于传统学科.企业对员工的要求也在随着 市场的变化不断变化。高校嵌入式系统课程体系的规划与建 设,必须根据市场的需求,既重视融合学科的基础知识积累, 又强调实践性,使嵌入式系统的教学紧随嵌入式技术浪潮的 发展。 参考文献: 程群优化整合研究[J].现代计算机,2009(12):92-93. ZHU Xu—dong,ZHANG Jian.Research on integration and optimization of the course group of operating systems for embedded system—oriented software engineering majors[J]. Modem Computer,2009(12):92-93. 【l】徐劲松,刘钰碧,蒋晶.应用型本科嵌入式系统课程群建 (上接第136页) /www/http-java—apple#v412 echo”Content-type:text/html;eharset=gb2312” echo echo”……………………” 参考文献: 【l】韦东山.嵌入式Linux应用开发完全手册【M】.北京:人民邮 电出版社.2008. 【2】科波特.LINUXi ̄.备驱动程序[M].3Y&.北京:中国电力出 版社.2006. echo”<div class-”img”><img src=”1.jpg”/></div>” exit 0 【3】斯洛斯.ARM嵌入式系统开发[M].北京:北京航空航天大 学出版社.2005. 5结束语 系统采用开源的Linux系统,降低了开发成本,可以任意 [4]刘淼.嵌入式系统接口设计与Linux驱动程序开发【M】.北 京:北京航空航天大学出版社.2006. 裁剪和制定内核,方便移植。与传统PC机的监控系统相比, 本系统具有体积小、成本低、可靠性强等优势。本系统还具有 一f5】凌明.嵌入式系统高 ̄tC156言编程[,M].北京:北京航空航 天大学出版社.2011. 定的扩展性.可以增加适当的功能扩展来满足用户更高的 【6]杨水清.ARM ̄A.式Linux系统开发技术详解(珍藏版)[M】. 北京:电子工业出版社.2009 要求.如在图像采集端加入设置入侵检测或者报警等控制 功能。 —139— 


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