張娜，王侃，楊琳

（商洛學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院，陜西商洛726000）

遠程視頻監(jiān)控技術(shù)是集合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)，根據(jù)人們對視頻信息的時效性、靈活性等多方面高要求的特點，得到市場和人們的集中關(guān)注[1-2]。從生活的各種場合可以看到，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)從早先的軍事需求、銀行安全等高級別的安防領(lǐng)域擴展到現(xiàn)在的校園安全、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和交通旅游等很多領(lǐng)域，充分體現(xiàn)了其專業(yè)性和可靠性的優(yōu)點[3-4]。針對傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)安全性差、時效性差、人力成本高且無法在客戶端隨時隨地查看監(jiān)控效果等缺點[5]，本文采用嵌入式Linux的操作系統(tǒng)、USB攝像頭、TCP傳輸協(xié)議及QT軟件設(shè)計實現(xiàn)遠程視頻圖像數(shù)據(jù)采集、傳輸及在客戶端實時顯示的功能。

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計

視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用嵌入式Linux的操作系統(tǒng)作為開發(fā)的核心，系統(tǒng)通過服務(wù)器操控USB攝像頭設(shè)備進行采集視頻數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過JPEG編碼、解碼壓縮控制數(shù)據(jù)的采集，最終采用無線網(wǎng)絡(luò)通訊進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。在PC機（也就是客戶端）上，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)玫綌?shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)解析拿到有效格式并進行圖像顯示，最終實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 硬件平臺的構(gòu)建

本系統(tǒng)使用ITop-4412開發(fā)板作為核心板，ITop-4412這款開發(fā)板的處理器采取ARMA9核心處理器，板上安裝了能實現(xiàn)很多功能的硬件[6]。

1.2 軟件平臺的搭建

主要包括環(huán)境搭建、Uboot移植、內(nèi)核移植、根文件系統(tǒng)制作四方面。

1.2.1 環(huán)境搭建

在開發(fā)之前，需要進行交叉編譯環(huán)境的搭建，就是需要對系統(tǒng)進行文件更改和配置，并且安裝交叉編譯的工具鏈這兩個步驟[7]。在Ubuntu虛擬機的開發(fā)環(huán)境中，要將現(xiàn)在所需要的文件進行編譯，可以得到想要的程序與開發(fā)用的操作系統(tǒng)等，并進行設(shè)置操作，最終就需要上傳到系統(tǒng)需要的ARM開發(fā)板使用。

搭建具體步驟為：

1）進入虛擬機情況下，首先建立一個新目次在home下，利用mkdir號令建立，號令為mkdir/home/arm；

2）打開剛剛創(chuàng)建的目錄arm，這時需要下載工具包，然后再把要用的編譯工具包放到arm目錄中；

3）把工具包解壓完成后，需要修改現(xiàn)在已經(jīng)有的環(huán)境所要配置的文件：sudo vim/etc/profile，profile文件中添加arm-Linux-的路徑:export PATH=$PATH，退出文件編譯器；

4）然后就要更新一下剛剛修改過的profile配置文件：打開這個文件，然后用命令去更新，Source/etc/profile；

5）檢查是否已經(jīng)安裝成功。

環(huán)境是已經(jīng)完全搭建好了，需要檢查是不是好用，首先是打開虛擬機，需要把寫好的代碼進行編譯，看看有沒有報錯誤，沒有問題之后，使用arm的編譯工具再進行編譯一次，打開串口調(diào)試工具，查看系統(tǒng)文件的信息，然后就要進行移植了。

1.2.2 Uboot移植

Uboot移植步驟為：

1）首先要修改Makefile文件，在文件中加上交叉編譯工具鏈所在的路徑，添加如下信息：CROSS_COMPFILE:=；

2）make clean（清除之前的編譯）；

3）配置要使用的Uboot信息（把系統(tǒng)信息編程私有的，主要針對要移植的開發(fā)板做相應(yīng)修改）；

4）最后需要將Uboot進行編譯，再使用make命令生成目標文件，在生成的文件中有三個需要著重看一下，Uboot（elf文件）、Uboot.bin（二進制文件）、System.map（符號映射表），后面還要再進行更改。

再次進行編譯Uboot，在串口調(diào)試終端上復(fù)位可以看到圖2串口信息。

圖2 串口信息圖

1.2.3 內(nèi)核移植

1）解壓：把壓縮包Linux-3.14.tar.xz首先復(fù)制在/home/linux目錄下，然后通過tar命令進行解壓，解壓完之后就打開linux-3.14文件；

2）對最上層的目錄Makefile文件進行修改，主要是修改體系架構(gòu)和交叉編譯器；

3）導(dǎo)入默認配置$makeexynos_defconfig；

4）使用make進行編譯，需要把內(nèi)核全部編譯。

完成上述的操作步驟，就會在目錄下新生成一個文件，這個zImage是已經(jīng)被壓縮過之后的鏡像文件。

1.2.4 根文件系統(tǒng)制作

根文件系統(tǒng)制作的步驟為：

1）在官網(wǎng)上將源碼包保存在本地，下載地址路徑http://busybox.net/downloads/；

2）使用tar命令，把下載好的文件包進行解壓，并且保存到新建目錄下；

3）在當(dāng)前目錄下，打開源碼的文件，使用命令cd；

4）對源碼編譯；

5）安裝busybox：要安裝的路徑是在/linux目錄下，也就是源碼的同一級目錄下；

6）打開上一步安裝好的那一級目錄，創(chuàng)建需要的目錄，也就是系統(tǒng)文件夾；

7）添加庫：刪掉不需要的庫，保證庫的容量不能超過8 M；

8）增添系統(tǒng)的啟動文件，需要在etc下添加文件inittab。

重新編譯內(nèi)核，需要注意的是新制作的文件系統(tǒng)尺寸若超出8 M，刪除不需要的庫文件。

2 服務(wù)器端的設(shè)計

該嵌入式視頻監(jiān)控的軟件設(shè)計包括了服務(wù)端和客戶端。服務(wù)端是實現(xiàn)了在特定條件下對視頻采集的部分和通過TCP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)進行傳輸?shù)牟糠?；客戶端部分主要是接受所采集到的視頻數(shù)據(jù)和通過QT軟件處理進行視頻顯示[8]。如圖3是服務(wù)器端軟件功能處理的流程圖。

圖3 服務(wù)器端軟件流程圖

2.1 視頻采集的實現(xiàn)

Video4Linux2（V4L2）是在Linux操作系統(tǒng)中有關(guān)視頻設(shè)備的相關(guān)內(nèi)核驅(qū)動，設(shè)備包括了USB接口攝像頭和視頻捕捉卡等[9]。利用V4L2視頻采集接口采集圖片，并將采集到的圖片轉(zhuǎn)換為jpeg格式的客戶端數(shù)據(jù)包。

設(shè)計思路：本模塊采用線程處理，提供一個線程接口函數(shù)給服務(wù)器，開啟線程后便可開始圖片的采集與轉(zhuǎn)換得到圖片數(shù)據(jù)。

2.2 視頻圖像的網(wǎng)絡(luò)傳輸

本系統(tǒng)使用TCP/IP協(xié)議進行視頻流的傳輸，通過使用socket的編程實現(xiàn)代碼的編寫，在服務(wù)器端進行監(jiān)控，一直等待客戶端的請求消息，并且發(fā)送USB攝像頭獲取到的視頻數(shù)據(jù)。代碼中通過調(diào)用listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)；創(chuàng)建套接字listenfd進行監(jiān)控客戶端的連接情況。

使用socket建立起網(wǎng)絡(luò)之后，通過函數(shù)tcp_server_send進行數(shù)據(jù)傳輸。

3 客戶端的設(shè)計及實現(xiàn)

3.1 客戶端設(shè)計

客戶端接收到服務(wù)器傳輸過來的數(shù)據(jù)并使用QT軟件進行圖像視頻顯示。QT本身是一個可跨平臺的框架，它是基于C++的應(yīng)用開發(fā)的[10]。在客戶端的設(shè)計中，首先使用QT軟件平臺中已提供的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，進行實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的兩端連接，接下來客戶端需要向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)包進行請求，收到請求回應(yīng)后，通過結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)類型進行圖像接收，顯示圖像時就要用到QT中自帶的類QPixmap，這個類的功能是能夠接收單個文件在畫板上顯示文件內(nèi)容，前提是需要知道文件路徑，并且路徑的格式是字符串，使用QPainter里面的drawPixmap()這個函數(shù)，將需要顯示的文件繪制到設(shè)備上面。

qDebug()<<"qt_jpeg size="<

pixmap->loadFromData((unsigned char*)ppic->jpeg,ppic->jpeg_len,"JPEG");

ui->label->setPixmap(*pixmap);

timer->start(60);

3.2 客戶端實現(xiàn)

通過使用QT中的TCP協(xié)議實現(xiàn)了客戶端與服務(wù)器的連接，并進行視頻數(shù)據(jù)顯示，客戶端初始化效果如圖4所示，按下開始按鈕，建立網(wǎng)絡(luò)通信，開始進行顯示視頻數(shù)據(jù)，效果如圖5所示，客戶端正常運行。

圖4 客戶端初始化效果圖

圖5 運行效果圖

3.3 數(shù)據(jù)分析

在相對穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，同時保證數(shù)據(jù)源質(zhì)量的前提下，對采集、接收到的數(shù)據(jù)包進行統(tǒng)計，結(jié)果如表1所示。

表1 采集和接收到的數(shù)據(jù)包統(tǒng)計

4 結(jié)語

本文是基于QT的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，使用Linux操作系統(tǒng)搭建環(huán)境，通過USB攝像頭連接在ITop-4412開發(fā)板采集視頻圖像數(shù)據(jù)，用TCP傳輸協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)傳送給客戶端，使用QT軟件設(shè)計進行視頻顯示，最終通過交叉編譯工具將系統(tǒng)移植到ITop-4412開發(fā)板。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)能實時、穩(wěn)定地傳輸視頻數(shù)據(jù)，并取得了良好的監(jiān)控效果，該系統(tǒng)具有實時性強、可擴展性強、靈活性高的優(yōu)點，達到了方案的預(yù)期效果。