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基于嵌入式系统的视频监控系统实现马兵东，温向明北京邮电大学通信网络综合技术研究所，北京 (100876)E-mail：iammadong@摘要：针对交通路况和广场楼宇监控等视频监控特定环境，我们设计并实现了一套新的视频监控系统。
该系统采用嵌入式技术，将操作系统和应用程序固化在FLASH芯片上，以保证其运行稳定性，将摄像机采集的视频信号经过MPEG-4压缩和打包后，通过其网络通讯端口上传到传输网络，同时有效地减少了视频监控系统中的视频数据传输量和存储量。
关键词：视频监控，嵌入式1.引言视频监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。
随着网络技术、嵌入式处理器的飞速发展以及数字视频监控系统的迅速崛起，出现了网络数字视频监控系统[1]，在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；数字视频监控系统是以计算机通信技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统。
针对交通路况和广场楼宇监控等视频监控特定环境，我们设计并实现了一套新的视频监控系统。
该系统采用嵌入式技术，将操作系统和应用程序固化在FLASH芯片上，以保证其运行稳定性，将摄像机采集的视频信号经过MPEG-4压缩和打包后，通过其网络通讯端口上传到传输网络。
2.系统介绍2.1系统功能描述本系统用于移动目标的实时视频监控，分为远端设备(移动图像监视器)和近端设备(监控中心)两部分。
远端设备可将监控画面(视频/图像)通过移动公网、因特网传至近端设备，即监控中心。
同时，监控中心可以远程控制移动图像监视器的工作方式，从而达到良好的监控效果。
远端和近端也可以不通过因特网相连，实现监控中心的移动化。
2.2系统总体设计本系统基于Motorola i.MX系列处理器和Motorola ADS开发板，采用嵌入式Linux技术[2]，实现了远程视频监控功能。
系统总体设计如图1所示，远端和近端可以通过互联网相连。
图1系统总体设计图2.2.1系统各部分功能简介(1) 远端(移动图像监视器)整个远端部分以Motorola i.MX系列处理器和Motorola ADS开发板为核心，包括一个云台控制器用于控制云台转动、摄像头开/关和拍摄范围，一个模拟视频/JPEG转换卡，一个云台，以及一个置于云台之上的摄像头。
基于S3C2440网络视频传感器软硬件平台的设计与实现作者：杜宝祯曽佳马海燕来源：《数字技术与应用》2012年第10期摘要：提出了一种基于嵌入式linux和H.264的网络视频传感器节点软硬件平台的设计方案。
该方案构建了以ARM9处理器S3C2440A为核心、运行Linux操作系统的嵌入式软硬件平台，通过 USB驱动和video4linux实现使用USB摄像头采集视频图像数据。
同时针对视频图像数据量过大的问题，采用了H.264编码器实现对视频图像数据的压缩，为数据的远程传输带来便利。
关键词：SC2440 H.264 视频图像压缩中图分类号：TN919.91 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）10-0055-021、引言随着网络测控技术在工业领域和生产生活中的不断发展，人们对通过网络测控系统采集视频图像数据的需求越来越迫切。
但是由于视频图像数据量大，直接传输势必会增大网络传输的负担，增加网络阻塞的隐患；特别是在具有不确定性时延的网络中，实时采集将很难实现。
因此，对视频图像数据，在存储和传输前进行压缩处理，就成了一个极其有意义的工作和解决方案。
因此本文采用基于S3C2440A及H.264的网络视频传感器软硬件平台的设计方案，具有一定的通用性。
2、传感器硬件平台设计视频传感器节点在网络测控系统中承担着图像数据采集和压缩算法实现两大任务，因此这要求传感器的硬件平台要有具有强劲的计算能力和良好的网络性能。
在综合考虑了常用的51单片机和32位ARM控制器芯片后，本文采用了三星公司的S3C2440，外围设备主要有RAM、Nor FLASH、Nand Flash以及网络接口芯片等。
控制器的硬件平台结构如图1所示：2.1 S3C2440处理器三星公司的32位RISC微控制器S3C2440AL-40采用了16/32位ARM920T的RISC微处理器核心[1]。
ARM920T具备AMBA BUS，MMU和Harvard高速缓冲架构，使得数据处理能力更加强劲。
嵌入式系统课程设计题目1.ARM系统在LED显示屏中的应用（利用ARM系统控制彩色LED显示屏）2.ARM－Linux 嵌入式系统在农业大棚中的应用（温度、湿度和二氧化碳浓度是影响棚栽农作物生长的3 大要素。
为了实现农业大棚中这3 种要素数据的远程实时采集,引入了当前嵌入式应用中较为成熟的ARM9 微处理器和Linux 嵌入式操作系统技术, 采用温度传感器PH100TMPA、湿度传感器HM1500 和二氧化碳浓度传感器NAP221A ,设计一种基于TCP/ IP 协议的嵌入式远程实时数据采集系统方案。
从硬件设计和软件实现2方面对该系统进行具体设计。
）3.ARM 嵌入式处理器在智能仪器中的应用（设计一种基于ARM 嵌入式处理器系统的智能仪器的硬件和软件设计方案, 并结合uc/o s2II或者Linux嵌入式实时操作系统, 给出一套完整的任务调度和管理的方法, 最后用实例说明）4.ARM系统在汽车制动性能测试系统中的应用（采用ARM系统构建一个路试法的汽车制动性能测试系统）5.ARM 嵌入式控制器在印染设备监控中的应用（针对拉幅热定型机,设计一种基于485 总线的分布式监控系统。
用ARM 嵌入式控制器实现主、从电机的同步运行和烘房温度的控制;在PC 机上用VB6. 0 设计转速和温度的监控画面;实现ARM、变频器和PC 机之间的数据通信。
）6.基于ARM系统的公交车多功能终端的设计（完成电子收费、报站、GPS定位等功能）7.基于ARM9的双CAN总线通信系统的设计（设计一种基于ARM9内核微处理器的双路CAN总线通信系统。
完成系统的总体结构、部分硬件的设计,系统嵌入式软件的设计,包括启动引导代码U - boot、嵌入式L inux - 操作系统内核、文件系统以及用户应用管理软件四个部分。
）8.基于ARM9 和Linux 的嵌入式打印终端系统（嵌入式平台上的打印终端的外围电路连接设计、嵌入式Linux 的打印机驱动程序开发和应用程序的开发）9.基于ARM 的车载GPS 终端软硬件的研究（重点研究基于ARM 的导航系统的软硬件设计）10.ARM系统在B超系统中的应用（完成系统软件硬件设计，包括外围电路）11.基于ARM 的嵌入式系统在机器人控制系统中应用（提出一种基于ARM、DSP 和arm-linux 的嵌入式机器人控制系统的设计方法, 完成控制系统的功能设计、结构设计、硬件设计、软件设计）12.基于ARM的视频采集系统设计（完成系统软件硬件设计，包括外围电路，采用USB接口的摄像头）13.基于ARM的高空爬壁机器人控制系统（构建一种经济型的爬壁机器人控制平台, 与上位机视觉定位和控制系统结合,使其适用于导航与定位、运动控制策略、多机器人系统体系结构与协作机制等领域。
第29卷第2期 2021年4月Vol.29 No.2Apr. 2021电脑与信息技术Computer and Information Technology文章编号：1005-1228（2021）02-0034-06基于Gstreamer 的视频采集编码与传输系统的设计张 雷，崔雪峰（沈阳航空航天大学 电子信息工程学院，辽宁 沈阳 110136）摘 要：为了降低视频传输过程中的延时。
系统从HD-SDI 摄像头采集格式为YUYV 的原始视频数据，一路经过NVIDIA 嵌入式平台Jetson TX2上HEVC 硬件编码、RTP 传输。
另一路作为预留接口，让Gstreamer 与其他应用程序进行交互。
在PC 端使用相同的视频数据进行软件编码。
结果表明，当压缩比一样的情况下，此系统中的HEVC 硬件编码器比软件编码器的编码速率快2个数量级，PSNR 高6dB。
从客户端接收显示的画面可以看到，系统实现了实时传输并且在4K 分辨率的时候依然可以正常进行实时观看。
关键词：Gstreamer；Jetson TX2；超高清视频编码；实时传输协议中图分类号：TN919.8，TP393 文献标识码：ADesign of Video Capture Coding and Transmission System Based on GstreamerZHANG Lei,CUI Xue-feng（Shenyang Aerospace University,School of Electronic Information Engineering, Shenyang 110136, China）Abstract：To reduce the delay in video transmission.The system collects the original video data in the format of YUYV from the HD-SDI camera, and all the way through HEVC hardware coding and RTP transmission on NVIDIA embedded platform Jetson TX2. The other is a reserved interface that lets Gstreamer interact with other applications. The same video data is used for software coding on PC. The results show that when the compression ratio is the same, the coding rate of the hardware encoder in this system is two orders of magnitude faster than that of the software encoder, and the PSNR is 6dB higher.As can be seen from the screen received from the client, the system realizes real-time transmission and can still watch in real time at 4K resolution.Key words: Gstreamer; Jetson TX2; HEVC encoder; RTP收稿日期：2020-09-04作者简介：张雷（1972-），男，副教授，博士，主要研究方向：图像压缩技术；（通讯作者）崔雪峰（1995-），男，硕士研究生，主要研究方向：图像处理。
第28卷第4期增刊2007年4月仪器仪表学报Chinese Journal of Scientific Instr umentVol 128No 14Apr 12007基于嵌入式L inux 的实时视频服务器的设计曾凡钢,戴曙光,穆平安(上海理工大学光学与电子信息学院 上海 200093)摘 要:本文介绍了一种网络实时视频服务器的设计和实现方法。
它基于嵌入式Linux 操作系统,采用目前最新的H.264视频编码技术和R TP/R TCP 传输协议,支持视频实时采集、编码、传输。
实验表明,系统实时监测性能良好,图像解码清晰、稳定,具有很强的实用性和广阔的发展前景。
关键词:视频服务器;H.264;R TP/R TC P ;图像压缩N e w design o f real 2time video ser ver ba sed on embedded L inuxZeng Fa ngang ,Dai Shuguang ,Mu Pi ng πan(College of O ptica l a nd Electronics I nf or mation Engi nee ring ,U ni versit y of S ha nghai f orScience and Technology ,S ha nghai 200093,Chi na )Abstract :Thi s paper int roduces a new de si gn of real 2t ime video server ,which supporti ng vi deo capt uring ,en 2coding and t ransporti ng.The server i s ba sed on embedded Li nux ,and compressi ng t he vi deo by H.264enco 2di ng t echnology 2t he newest st andard published by ITU 2T 2a nd R TP/R TCP t ransporti ng protocol.The Expe ri 2ment result s show t hat t he high qualit y of compression and stabilization of t ransporti ng.K ey w or ds :vi deo server ;H.264;R TP/R TCP ;video comp re ssio n1 引 言视频监控系统是日常生产生活中的重要辅助设备,应用十分广泛。
基于嵌入式Linux的视频图像采集与传输摘要:视频图像采集及处理技术在远程视频监控和可视电话中有着广泛的应用前景，驱动视频采集设备和获取视频数据并进行相应的处理，是实现这些应用的基础。
针对这些应用，构建了一个基于嵌入式Linux和PXA270微处理器的视频采集与传输系统，利用Video4Linux实现USB摄像头视频数据采集，采集的视频数据经JPEG压缩后，在PXA270为核心的系统控制下通过以太网进行传输，并通过重新编译移植Webcam_server应用程序实现了实时视频采集。
实验结果表明，该系统动态刷新良好，具有一定的实用性。
关键词: PXA270；嵌入式Linux；USB摄像头；图像采集与传输Abstract:Video image acquisition and processing technology had a broad application prospect in the long distance supervisory control with video and video telephone. Driving video acquisition equipments and gaining video data to process accordingly are the basis of realization the applications. Aiming at the applications, designed a video acquisition and transmission system based on PXA270 with embedded Linux. The system used USB camera combined with Video4Linux to implement video data acquisition, then were encoded in JPEG, and sent by Ethernet under the control of the PXA270. In theend, compiling and transplanting the webcam server application, actualized real-time video image acquisition. The experimental results shows that the system can be refreshed dynamically better, and it is very useful and practical. Keywords:PXA270; embedded Linux; USB camera; image acquisition and transmission1 引言视频图像可以对客观事物进行形象、生动的描述，它是一种直观而具体的信息表达形式，也是一种重要的信息载体。
而随着嵌入式系统的不断发展，它所涉及的领域包括工业控制、网络通信、军事国防、航空航天等，我们所熟悉的电子产品几乎都可以找到嵌入式系统的影子。
利用嵌入式微处理器构建的视频图像采集系统[1]具有体积小、成本低、稳定性高等优点，在智能交通、计算机视觉、通信等领域得到了广泛应用。
2 系统平台上的硬件系统与软件系统本系统的硬件平台采用Intel公司的PXA270[2] [3]微处理器。
该处理器是Intel公司于2004年4月发布的面向移动电话和掌上电脑需求，基于Xscal架构的PXA27x系列处理器，最高主频可达624MHz。
PXA270最引人注目的是加入了无线多媒体扩展技术（Wireless MMX），大大提升了多媒体处理能力；同时PXA270还加入了Intel SpeedStep 动态电源管理技术，实现嵌入式设备的智能电源管理。
此外，PXA270具有丰富的扩展接口：SD/SDIO/MMC、CF/PCMCIA、CMOS/CCD CAMERA、USB2.0、KEYBOARD等。
平台的软件系统采用内核为Linux-2.6.18的嵌入式Linux操作系统。
嵌入式Linux操作系统具有相当多的优点，它的内核稳定、功能强大、支持多种硬件平台、源代码完全开放，可裁减和低成本的特性非常适合于嵌入式应用，并且Linux本身直接提供完整的TCP/IP协议，可非常方便地进行网络应用。
3 基于Video4Linux的视频图像采集在Linux 下，设备驱动程序可以看成Linux内核与外部设备之间的接口。
设备驱动程序向应用程序屏蔽了硬件具体实现细节，使得应用程序可以像操作普通文件一样来操作外部设备。
在Linux下，视频采集设备的正常使用依赖于Video4Linux标准的支持。
Video4Linux（简称V4L）是Linux中关于视频设备的内核驱动，它为针对视频设备的应用程序编程提供了一系列接口函数，这些视频设备包括TV卡、视频捕捉卡和USB摄像头等。
视频采集的一般流程为：（1）打开视频设备；（2）读取设备信息；（3）进行视频采集；（4）对采集的视频数据进行处理和显示；（5）关闭视频设备。
视频采集主要有两种方法：（1）直接从设备读取；（2）内存映射。
本系统采用第二种方法进行视频采集，其优点是当采用内存映射时，直接用mmap()系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存。
普通文件被映射到进程地址空间后，进程可以像访问普通内存一样对文件进行访问，不必再调用read()，write()等操作。
而且采用共享内存通信的一个显而易见的好处是效率高，因为进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝。
采用内存映射实现视频采集的部分源代码如下：（1）调用VIDIOCGBUF获取映射的buffer信息ioctl(vd->fd, VIDIOCGBUF,&(vd->mbuf)) （2）将mmap与video_mbuf绑定int v4l_mmap_init(v4l_device *vd) { if(v4l_get_mbuf(vd)<0) return -1;if((vd->map=mmap(0,vd->mbuf.size,PORT_READ|POR T_WRITE, MAP_SHARED,vd->fd))<0) return -1; return 0;}（3）进行图像采集前的设置int v4l_grab_init(v4l_device *vd) { vd->mmap.width=640; //设置图像窗口vd->mmap.height=480; //窗口大小为640?480vd->mmap.format=VEDIO_PALETTE_YUV420P; //采样格式为YUV420P …}（4）调用VIDIOCMCAPTURE开始一帧的截取ioctl(vd->fd,VIDIOCMCAPTURE,&(vd->mmap)); （5）调用VIDIOSYNC等待一帧截取结束if(ioctl(vd->fd, VIDIOSYNC,&frame)<0) {perror(v4l_sync);return -1;} 该函数成功返回则表示一帧采集已完成，采集到的图像数据放到起始地址为vd->map+vd->mbuf.offsets[vd->frame]的内存区中，读取该内存区中的数据便可得到图像数据。
接着可以做下一次的VIDIOCMCAPTURE。
使用V4L进行图像采集时，可采用“不间断采集”的方法加快采集过程。
驱动程序要提供至少两帧图像大小的缓冲空间，在一帧缓冲完成之后，不管此时应用程序有无提出新的VIDIOCMCAPTURE请求，驱动都将第二帧图像覆盖保存至另一个缓冲内，两个缓冲轮流使用，不丢任何帧。
4 视频图像压缩与传输通过以上采集程序获得的图像数据为原始数据，可以根据图像采集格式将图像信息存储成文件，通过网络用webserver传输到服务器端刷新显示。
如果不对图像进行压缩，则图像数据较大，不便于在网络上传输，这就要求系统首先对原始视频图像数据进行压缩处理，而通用网络浏览器一般支持BMP、JPG、GIF三种网络图片格式，因此本系统采用JPEG压缩方式。
JPEG是Joint Photographic Experts Group（联合图像专家组）的缩写，文件后缀名为“.jpg”或“.jpeg”，是最常用的图像文件格式，是由一个软件开发联合会组织制定，是一种有损压缩方式，能够将图像压缩到很小的储存空间。
JPEG格式是目前网络上最流行的图像格式，JPEG压缩技术十分先进，它用有损压缩方式去除冗余的图像数据，在获得较高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像，非常适合于视频网络传输。
Linux中没有jpeg函数库，需要下载jpegsrc.v6b.tar.gz 后，在/usr/src解压安装：cd jpeg-6b ./configure Make Make install 这样，Linux就支持jpeg函数库了，在编译器编译连接时带有-l jpeg选项就能连接上jpeg函数库了。
利用下面函数将采集到的YUV420P的原始图像数据直接压缩成JPEG格式进行传输：int yuv420p_to_jpeg(char **jpeg_data, unsigned char *image, int width, int height,int quality)，其中，jpeg_data 指向压缩图像数据指针的指针，image为采集图像原始数据，width为长度,height为高度，quality为压缩质量，函数的返回值为产生压缩图像数据的长度。
现在企事业的业务大多通过Web技术[4]来部署实现。
通过Web方式主要有以下几点优势：（1）可以简化界面的工作，直接使用浏览器界面，而浏览器已是计算机的必备软件了。
（2）很容易实现超出局域网范围的远程控制，并可以实现远程自动系统升级。
（3）应用层程序开发快捷，由于Web标准的统一，使得开发是跨平台的。
而嵌入式系统性能的增强也使得Web 服务进入嵌入式领域成为可能。
Web服务的优势也同样适用于嵌入式系统。
webserver又被称为HTTP Server，它是对HTTP协议服务器端功能的实现。
HTTP协议是架构在TCP/IP协议上的应用级协议，其目的是方便和加速对分布式协同工作的超媒体信息系统的访问。
