ARM6410開發(fā)環(huán)境下的異常檢測技術模塊的開發(fā)

苗露,趙謙，閆紅梅

(西安科技大學 通信與信息工程學院，陜西 西安 710054)

摘要：隨著數(shù)字視頻技術逐漸成為現(xiàn)代IT技術中的一類主要技術領域，場景視頻監(jiān)控技術在國防、能源、交通領域以及人們的日常生活和工作中發(fā)揮著日益重要的作用。通過分析目前數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)工作時間長，且長時間記錄無運動圖像，存儲的有效信息量少的問題，開發(fā)了一種用于無人值守監(jiān)控體系的異常入侵檢測模塊，分析了三種常見的異常入侵檢測算法，詳細介紹了本系統(tǒng)采用背景差分法實現(xiàn)移動目標檢測和聯(lián)動報警功能。通過在S3C6410芯片集成的開發(fā)板上測試，支持與傳統(tǒng)瀏覽器無縫對接，用戶無需專門安裝軟件便可直接通過瀏覽器訪問和控制該監(jiān)控系統(tǒng)進行實時預覽和查詢報警信息。該方案可廣泛應用于商場、家庭、銀行等無人值守的多種場合，達到安全防范效果,對移動目標檢測的研究和發(fā)展提供了一種新的應用模式。

關鍵詞：無人值守；異常入侵檢測；網(wǎng)頁監(jiān)控；報警存儲

DOI:10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2015.0220

文章編號：1672-9315(2015)02-0253-06

收稿日期:*2014-12-20責任編輯:高佳

基金項目:陜西省科技計劃工業(yè)攻關項目(2013K07-35，2014K06-37)；西安市科技計劃技術轉移促進工程(CXY1343(4))；西安市碑林區(qū)應用技術研發(fā)項目(GX1310，GX1311，GX1417 )

通訊作者：苗露(1982-)，女，陜西銅川人，工程師，E-mail:37973567@qq.com

中圖分類號：TD 7文獻標志碼： A

DevelopmentofanomalydetectiontechnologymodulebasedonARM6410

MIAOLu，ZHAOQian，YANHong-mei

(College of Communication and Information Engineering,Xi’an University of Science and Technology,Xi’an 710054,China)

Abstract：The digital video technology has become one of the main technology in modern IT technology.Scene video monitoring technology plays an increasingly important role in defense，energy，transportation and people’s daily life.A kind of abnormal intrusion detection module has been developed for unattended monitoring system by analyzing no moving images in the long working hours of digital monitoring system.The system has realized the function of moving target detection and alarm linkage by Integrating test on the S3C6410 chip development board，and connected to the browser completely.Users can access and control system to preview and query the alarm information through the browse and do not need to install the other software.The scheme can be widely used in a variety of unmanned occasion such as in shopping malls，households，banks and so on for the security objectives.The system provided a new application model for the researching and development of the moving target detection.

Key words：unattended; abnormal intrusion detection; web monitoring; alarm storage

0引言

視頻監(jiān)控技術是現(xiàn)代IT技術中的一類主要技術領域。在生活中，場景視頻監(jiān)控技術有著非常廣闊的應用前景，它在國防、能源、交通領域以及人們的日常生活和工作中發(fā)揮著日益重要的作用。 由于數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的工作時間長，數(shù)據(jù)存儲量相當龐大，給存儲容量提出了較高的要求。存儲監(jiān)控圖像的目的是記錄監(jiān)控場景中運動的圖像動作，長時間靜止的圖像包含的信息量極少，基本沒有存儲的意義[1]。鑒于此，需要有一個運動檢測算法判斷監(jiān)控圖像的全部或部分有無運動的發(fā)生、控制存儲模塊的動作，有效地節(jié)省存儲數(shù)據(jù)，減少不必要的回放。圖像序列的運動檢測及報警不僅可以替代監(jiān)視人員的部分工作，提高監(jiān)視系統(tǒng)的自動化水平，而且也可提高監(jiān)控存儲的效率。

本次設計模擬遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過運動檢測實現(xiàn)自動報警和圖片抓拍，可以有效地節(jié)省存儲空間，提高了自動化程度，并起到安全防范的作用，具有較高的實用價值。

1異常入侵檢測技術的特點

異常入侵檢測即運動檢測是指在指定區(qū)域能識別圖像的變化，檢測運動物體的存在并避免由光線變化所帶來的干擾。在考慮運動區(qū)域的有效分割的情況下，如何從實時的序列圖像中將變化區(qū)域從背景圖像中提取出來，這對于目標分類、跟蹤等后期處理是非常重要的。由于背景圖像的動態(tài)變化，如天氣、光照、陰影及混亂干擾等的影響，使得運動檢測成為一項相當艱難的工作。

運動圖像中運動物體與背景的運動情況復雜多變，決定了大多數(shù)運動圖像的檢測與識別的方法都具有局限性。若加強限制條件，檢測到的運動物體就會被“過分割”；若放寬檢測權限，又會出現(xiàn)檢測“病態(tài)敏感”的缺陷，所以人們針對不同的運動情況采用相應的運動圖像檢測與識別算法，力求達到理想的檢測精度及實時性。

目前對運動物體檢測與跟蹤識別問題，基本上可分為兩種方法：數(shù)據(jù)驅動的方法和模型驅動的方法。前者的特點是不依賴于先驗知識，直接獲取圖像數(shù)據(jù)來達到目的；后者的特點是需要依賴已建構的模型或者先驗知識，再由模型去匹配物體。前者是以Divad Marr的視覺計算理論最具代表性；后者是以Bar Shalmon的目標跟蹤與關聯(lián)思想最具代表性，并且在計算后驗概率時，使用經(jīng)典的卡爾曼濾波或者序貫門特卡羅的方法(SMC)。這是由于運動物體本身的多樣性和復雜性導致，同時也說明運動物體檢測和識別是一個十分有潛力的研究領域[2-3]。

2異常入侵檢測算法

2.1常用的移動圖像檢測算法

視頻序列檢測為智能視頻監(jiān)控提供了便利，本系統(tǒng)通過運動檢測實現(xiàn)自動報警和圖片抓拍，而在以往的監(jiān)控系統(tǒng)中采用人工干預或者增加額外的報警電路的方式實現(xiàn)報警功能[4]。通過視頻序列檢測運動目標，可以提高監(jiān)控系統(tǒng)的自動化程度。運動目標提取和跟蹤是視覺分析、高級行為理解以及運動編碼等計算機視覺應用領域中基本而又重要的一步，是計算機視覺處理中的難點，運動目標檢測也是視覺領域的重要課題。

當前常用的移動圖像檢測算法主要有光流法、統(tǒng)計算法、幀間差分法和背景差分法。這幾種移動圖像檢測方法優(yōu)缺點比較見表1.

表1　移動圖像檢測方法優(yōu)缺點比較

2.2背景差分法

本模塊設計采用背景差分法進行運動圖像檢測。背景差分法基于圖像序列和參考模型的相減實現(xiàn)運動物體的檢測，由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)位置是固定的，場景不會實時變化，因此適合采用背景差法進行運動目標檢測。

背景差分法的基本原理，是通過將輸入圖像與背景模型進行比較的方法來檢測運動目標。設t時刻背景模型參考圖像為fb(t)，如果前幀的圖像為fc(t)，則背景差分圖像為fd(x,y,t)=|fb(x,y,t)-fc(x,y,t)|，對運動目標檢測的判斷是：若fd(x,y,t)>T，則(x,y)點是運動目標；反之則屬于背景，T是門限閾值。圖像序列檢測流程圖如圖1所示。

圖1　圖像序列檢測流程圖 Fig.1　Flowchart of image sequences detection

檢測后的圖像中面積最大的是藍色，只有這部分是真正意義上的運動。如圖2，圖3所示。

圖2　目標圖像的生成過程 Fig.2　Target image generation

圖3　目標圖像 Fig.3　Target image

該運動圖像顯示了如何動態(tài)維護一個“參照系”，這不僅是對前一瞬間圖像的統(tǒng)計，更是對過去圖像的數(shù)學計算。某種意義上說，這擴大了真正的運動，并確保運動圖像不容易被漸變的背景所干擾。

本設計選擇移植開源的運動圖像檢測源碼motion-3.2.12作為運動物體檢測算法，該源碼集成了圖像運動檢測、變化的重要圖像信息以jpg和avi格式存儲功能[5-7]。修改官方參考配置文件motion.conf：設置圖像分辨率為640×480，攝像頭采集速率為5幀/s；設置圖像像素變化為檢測圖像變化的閾值threshold=38 400個像素點；檢測到視頻中入侵物體并且其像素變化超過閾值時，保存運動目標的圖像信息，并觸發(fā)執(zhí)行madpaly播放mp3格式的音頻文件。

3模塊的功能結構

3.1模塊的功能結構

本系統(tǒng)主要包括5大部分：聲卡驅動移植、USB攝像頭驅動移植、madplay播放器移植、報警程序設計、運動檢測程序移植及圖像存儲。系統(tǒng)架構圖如圖4所示。

圖4　系統(tǒng)架構圖 Fig.4　System architecture

移動圖像檢測與監(jiān)控系統(tǒng)具體的功能結構如圖5所示。

圖5　移動監(jiān)測系統(tǒng)功能圖 Fig.5　Function of mobile monitoring system

3.2Ubuntu 13.04開發(fā)環(huán)境搭建

Ubuntu 13.04是一個以桌面應用為主的 Linux操作系統(tǒng)，Ubuntu 13.04項目完全遵從開源軟件開發(fā)的原則[8-10]。本次系統(tǒng)設計基于ARM11的嵌入式系統(tǒng)，S3C6410為核心芯片，開發(fā)環(huán)境為ubuntu13.04，標準C為主要開發(fā)語言[11]，可移植性好，支持二次開發(fā)。

3.2.1內核配置與驅動移植

使用kernel(Linux3.0.1)，進入內核頂層目錄，根據(jù)LCD屏(4.3寸)的屬性選擇相應的參考配置文件[12]。

3.2.2一鍵燒寫Linux

1) 制作SD卡

①在win7系統(tǒng)下，將準備好的SD卡格式化為FAT32格式；

②通過工具燒寫SD_Writer.exe將mmc_ram256.bin燒寫到SD卡中；

③將準備好的u-boot.bin和zImage拷貝到SD卡中。

2) 燒寫Linux到開發(fā)板的NandFlash

①SD卡插入開發(fā)板卡槽，設置撥碼開關為SD卡啟動；

②打開DNW，配置串口信息，如圖2,3所示；

③開發(fā)板上電，燒寫Linux到開發(fā)板的NandFlash。

④燒寫成功，撥碼開關NandFlash啟動，重啟開發(fā)板，如圖6所示。

圖6　串口配置 Fig.6　A serial port configuration

圖7　Linux燒寫成功 Fig.7　Successful burning of Linux

3.2.3掛載yaffs2根文件系統(tǒng)

1) 配置NFS網(wǎng)絡文件系統(tǒng)并啟動;

sudo apt-get install portmap

sudo apt-get install nfs-kernel-server

sudo gedit /etc/exports

:/forlinx/root *(rw,sync,no_root_squash,no_subtree_check)

sudo /etc/init.d/portmap restart

sudo /etc/init.d/nfs-kernel-server restart

2)設置主機的IP為192.168.0.235;

3)將準備好的yaffs2根文件系統(tǒng)解壓到工作目錄/forlinx/root

sudo tar xzf OK6410_yaffs2_v1.0.tgz -C /forlinx/root

4)在開發(fā)板上設置并保存啟動參數(shù)

在u-boot命令行下輸入如下命令設置u-boot啟動參數(shù)并保存[4]:

setenv bootargs “root=/dev/mtdblock2 rootfstype=yaffs2

console=ttySAC0,115200”

setenv bootargs

“root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.235:/forlinx/root

ip=192.168.0.232:

192.168.0.235:

192.168.0.1:

255.255.255

.0::eth0:off

console=ttySAC0,115200”

saveenv；printenv

5)重新啟動開發(fā)板，Linux內核啟動后會通過NFS網(wǎng)絡文件系統(tǒng)自動掛載PC機上的yaffs2根文件系統(tǒng)。

3.3模塊的詳細設計開發(fā)

3.3.1madplay播放器移植

1)編譯、安裝zlib庫

進入zlib-1.1.4源碼目錄，生成Makefile文件。

configure

-shared

-prefix=/home/ping/SDK-MOTION/resources/madplay

/zlib-1.1.4/ install

將生成的動態(tài)庫拷貝到y(tǒng)affs2根文件系統(tǒng)下的/lib目錄下。

2)編譯、安裝libid3tag庫

進入libid3tag-0.15.1b源碼目錄，生成Makefile文件。編譯、安裝：make clean; make; make install。

3)編譯、安裝libmad庫

進入libmad-0.15.1b源碼目錄，生成Makefile文件。

./configure

-host=arm-linux

-prefix=/home/ping/SDK-MOTION/resources/madplay/

libmad-0.15.1b/_install

4) 編譯應用程序madplay

進入madplay-0.15.2b源碼目錄，生成Makefile文件。

./configure

-host=arm-linux

make clean; make

cp madplay /forlinx/root/usr/sbin

5) 測試madplay

將任意mp3文件放在根文件系統(tǒng)某一目錄下，在開發(fā)板上執(zhí)行madplay程序。

3.3.2ffmpeg的移植與安裝

進入ffmpeg-0.5.1源碼目錄，生成Makefile文件。

./configure-prefix=./_install

-arch=arm

-cross-prefix=arm-linux-enable -shared

編譯、安裝：make clean; make; make install。

3.3.3動態(tài)檢測程序motion的移植與安裝

motion是一個開源的用于監(jiān)控異常入侵(大多數(shù)是人)的動態(tài)監(jiān)測程序。

1) 編譯、安裝motion程序

進入motion-3.2.12源碼目錄，生成Makefile文件。

./configure-prefix=${PWD}/_install-host=arm-linux

-with-ffmpeg=/home/ping/

SDK-MOTION/resources/ffmpeg/ffmpeg-0.5.1/_install-without-mysql

2) 配置motion

①拷貝motion源碼目錄下的./_install/etc/motion-dist.conf到y(tǒng)affs2/etc/motion目錄下，并重命名為motion.conf。

②修改motion.conf配置文件，需修改的內容如下所示。

3.3.4安裝cambozola

1) 進入cambozola源碼目錄，找到cambozola.jar并拷貝到開發(fā)板的/web/cam目錄下。

cd cambozola-latest-0.92/dist

cp cambozola.jar /forlinx/root/web/cam

2) 安裝java環(huán)境，使瀏覽器支持通過cambozola顯示實時視頻流。

3.3.5boa服務器的配置

本設計使用的yaffs2根文件系統(tǒng)中自帶boa服務器對其重新配置即可使用。

3.4功能測試

1)在PC機和OK6410開發(fā)板之間接好電源、串口線、網(wǎng)線，以及攝像頭和音響。

2)進入/etc/init.d/rcS目錄，修改啟動腳本，使其開機自啟動。

圖8　網(wǎng)頁監(jiān)控界面 Fig.8　Web monitoring interface

3)點擊主頁上的【網(wǎng)頁監(jiān)控】按鈕或者【查看實時監(jiān)控視頻】按鈕，即可進入網(wǎng)頁監(jiān)控界面，看到實時視頻流，如圖9所示。

圖9　實時視頻流 Fig.9　Real-time video streaming

4) 點擊網(wǎng)頁上的【系統(tǒng)設置】按鈕，即可進入監(jiān)測系統(tǒng)設置界面，如圖10所示。

圖10　系統(tǒng)功能配置 Fig.10　System function configuration

5) 點擊網(wǎng)頁上的【功能簡介】按鈕，即可進入該監(jiān)測系統(tǒng)的功能簡介界面。在這里，我們可以看到該系統(tǒng)具體的功能架構圖以及它實現(xiàn)的具體功能和步驟。

4結論

本次系統(tǒng)設計基于ARM11的嵌入式系統(tǒng)，S3C6410為核心芯片，開發(fā)環(huán)境ubuntu13.04，標準C為主要開發(fā)語言，兼具模塊化思想，可移植性好，支持二次開發(fā)。采用當前的主流B/S結構，可廣泛應用于商場、家庭、銀行、超市、交通等無人值守的場合。本系統(tǒng)只對報警信息進行圖片抓拍，節(jié)省了存儲空間，更符合用戶的需求。

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