嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法，屬于視頻監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于保障人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活具有重要意義，在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域均有廣泛的應用。視頻監(jiān)控不僅應用于軍事、銀行、通信、電力、水利、交通等重要部門的監(jiān)視和報警，而且在博物館、商場超市、智能小區(qū)、家庭用戶和大型倉庫等日常生活環(huán)境中，也是必不可少的監(jiān)管和控制設備。
[0003]視頻監(jiān)控系統(tǒng)目前已經(jīng)成為安全防范體系中的一個重要組成部分，它通過固定攝像機直接觀看被監(jiān)視場所，可以把監(jiān)視場所的圖像和聲音內(nèi)容通過通信線路傳送到監(jiān)控中心。同時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)還可以與防盜報警等其他安全防范體系聯(lián)合運行，使得該監(jiān)控系統(tǒng)的安全保障能力更加強大。先進的視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常以計算機技術(shù)為核心，綜合多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)、數(shù)字圖像壓縮技術(shù)，并且與信息管理系統(tǒng)融合在一起，形成一個有機而完整的現(xiàn)代化遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足之處在于:現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的PC軟件設計應用比較廣泛，而嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計仍有較大發(fā)展空間。嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的服務器端如果設計精簡，可以廣泛應用于智能農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及軍事等領(lǐng)域，可將監(jiān)控范圍擴展至大規(guī)模無人地帶。目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計在這方面的應用較少，系統(tǒng)設計比較復雜，無法做到小型嵌入式系統(tǒng)設計；同時，由于視頻壓縮方式選擇大部分不是開源的，導致生產(chǎn)成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法，可應用于實際監(jiān)控環(huán)境中，還能為視頻信號分離算法和傳輸方案提供一個理想的實踐驗證平臺，具有效率高、功能強大、設計成本低等優(yōu)點。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法，包括服務器端設計和PC客戶端設計，
[0007]所述服務器端設計包括如下步驟:
[0008]步驟101:初始化設備并配置網(wǎng)絡數(shù)據(jù)幀的空間和視頻壓縮幀的大??；
[0009]步驟102:采用socket編程實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡接收和網(wǎng)絡發(fā)送；
[0010]步驟103:基于Video4Linux的API進行編程，采用內(nèi)存映射方式采集視頻圖像，并測試是否正確采集視頻圖像，若是，則進入步驟104 ;否則，返回步驟101 ;
[0011]步驟104:設置視頻采集的參數(shù)，將videodev的對象設置為全局變量，作為兩個線程的共享資源；
[0012]步驟105:為服務器端創(chuàng)建兩個并行的線程，分別為:用于采集處理的視頻采集線程和用于網(wǎng)絡傳輸?shù)姆站€程；視頻采集線程創(chuàng)建完成后，判斷是否退出視頻采集線程，若退出則進入步驟106，否則循環(huán)運行視頻采集線程；服務線程創(chuàng)建前，先打開socket，將本地IP綁定端口號，實時監(jiān)聽是否有PC客戶端需要進行網(wǎng)絡傳輸，若有PC客戶端需要進行網(wǎng)絡傳輸，則建立網(wǎng)絡連接；服務線程創(chuàng)建完成后，判斷是否退出服務線程，若退出則進入步驟106，否則循環(huán)運行服務線程；
[0013]步驟106:判斷是否有其他線程在工作，若有則進入等待，否則直接結(jié)束退出；
[0014]所述PC客戶端設計包括如下步驟:
[0015]步驟201:建立socket連接，測試該連接是否能正確傳輸數(shù)據(jù):若數(shù)據(jù)傳輸正常，就先發(fā)送PC客戶端的控制命令幀；
[0016]步驟202:開始讀取網(wǎng)絡數(shù)據(jù)幀，接收壓縮視頻流；
[0017]步驟203:判斷PC客戶端軟件是否為保存命令，若是保存命令，則將視頻流保存到文件中，執(zhí)行結(jié)束命令；若不是保存命令，就進入實時視頻播放階段，將視頻流放入緩沖區(qū)，并進入下一步；
[0018]步驟204:判斷緩沖區(qū)的視頻幀是否可解碼:若是，則采用XviD解碼器進行解碼，最后由SDL程序播放實時視頻圖像；若否，則返回步驟203繼續(xù)將視頻流放入緩沖區(qū)，直至可以解碼，播放實時視頻圖像，最后執(zhí)行結(jié)束命令。
[0019]步驟105中視頻采集線程的創(chuàng)建步驟如下:
[0020]步驟a)捕獲視頻幀數(shù)據(jù)，判斷當前網(wǎng)絡數(shù)據(jù)幀是否正在發(fā)送，若是，則循環(huán)等待，否則將線程互斥鎖上鎖；
[0021]步驟b)采用XviD編碼器對視頻幀數(shù)據(jù)進行壓縮，并將壓縮后的數(shù)據(jù)放到網(wǎng)絡數(shù)據(jù)幀中，等待發(fā)送；
[0022]步驟c)將線程互斥鎖解鎖，變換數(shù)據(jù)幀序列，準備下一次視頻圖像的采集和壓縮。
[0023]步驟105中服務線程的創(chuàng)建步驟如下:
[0024]步驟i)服務線程接收PC客戶端發(fā)送來的控制命令幀，并且根據(jù)控制命令幀設置米集參數(shù)；
[0025]步驟ii)查看線程互斥鎖是否上鎖，若已經(jīng)上鎖，則進入循環(huán)等待程序；若沒有上鎖，則將當前序號的數(shù)據(jù)幀上鎖，即設置framelocktframeout] = 1，進入網(wǎng)絡數(shù)據(jù)幀發(fā)送流程；
[0026]步驟iii)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)幀發(fā)送后，將當前序號的數(shù)據(jù)幀解鎖，即設置framelock [frameout] = 0，準備下一幀的網(wǎng)絡發(fā)送。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果是:采用XviD進行編解碼，效率高、功能強大，且XviD是免費共享的資源，可在官方網(wǎng)站上直接下載使用，有利于降低嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計成本；由SDL程序播放實時視頻圖像，編程簡單、穩(wěn)定、靈活，相比于Directshow具有更好的兼容性和可移植性；服務器端設計精簡，可以制作出多個小型的嵌入式服務器端，通過無線方式傳輸，達到大規(guī)模范圍的監(jiān)控效果；采用本發(fā)明方法設計的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以廣泛應用于智能農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域，監(jiān)控范圍較普通視頻監(jiān)控系統(tǒng)可擴展范圍更大，也可以與傳感器結(jié)合，進一步拓展了其與智能物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的兼容性。
【附圖說明】
[0028]圖1是嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的服務器端的工作流程圖。
[0029]圖2是嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的PC客戶端的工作流程圖。
[0030]圖3是嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的服務器端的設計流程圖。
[0031]圖4是圖3中視頻采集線程的設計流程圖。
[0032]圖5是圖3中視頻采集線程的設計流程圖。
[0033]圖6是嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的PC客戶端的設計流程圖。
[0034]圖7是嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的服務器端的數(shù)據(jù)幀傳輸結(jié)果。
[0035]圖8是嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的PC客戶端的數(shù)據(jù)幀傳輸結(jié)果。
【具體實施方式】
[0036]嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括服務器端和PC客戶端，服務器端和PC客戶端之間通過無線網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0037]服務器端的軟件程序采用C語言編寫，為了開發(fā)的方便，一般先在裝有Linux系統(tǒng)的PC機上用C語言編寫服務器端的程序，初步調(diào)試成功后再移植到嵌入式開發(fā)板中。服務器端需要實現(xiàn)的基本功能包括:
[0038]I)實現(xiàn)數(shù)字視頻采集；
[0039]2)實現(xiàn)XviD視頻流壓縮，此功能采用軟件實現(xiàn)；
[0040]3)將視頻數(shù)據(jù)和部分參數(shù)打包成一個數(shù)據(jù)幀，再由TCP/IP協(xié)議或RTP/RTCP協(xié)議，通過無線局域網(wǎng)發(fā)送到網(wǎng)絡；
[0041]4)接收PC客戶端發(fā)送的控制命令幀，控制視頻采集的參數(shù)。
[0042]如圖1所示，服務器端主要包括視頻采集、視頻壓縮、網(wǎng)絡發(fā)送三個部分。視頻采集程序從攝像頭采集到原始視頻圖像，經(jīng)過軟件視頻壓縮后，通過網(wǎng)絡發(fā)送到無線局域網(wǎng)。
[0043]PC客戶端的操作系統(tǒng)為Linux，PC客戶端需要實現(xiàn)的基本功能有:
[0044]I)無線網(wǎng)絡中接收TCP/IP協(xié)議或RTP/RTCP協(xié)議包，提取出其中的視頻壓縮數(shù)據(jù)包。
[0045]2)將不斷接收到的視頻壓縮包放入一個視頻緩沖區(qū)內(nèi)；
[0046]3)實現(xiàn)視頻流的軟件解碼，解壓所需的視頻流和參考視頻流均在視頻緩沖區(qū)內(nèi)；
[0047]4)實現(xiàn)視頻流的實時播放功能；
[0048]5)實現(xiàn)視頻壓縮流的保存和文件播放功能；
[0049]6)可以在PC客戶端輸入一些控制命令，并將命令通過網(wǎng)絡發(fā)送到服務器端。
[0050]如圖2所示，PC客戶端軟件由網(wǎng)絡接收程序得到網(wǎng)絡視頻幀，然后在視頻流緩沖區(qū)暫存，由相應的視頻解壓程序解壓視頻流后，最后由PC客戶端軟件實時播放。此外，PC客戶端還具有保存視頻壓縮流的功能，輸入文件播放命令可以播放保存在硬盤上的視頻流文件。通過視頻解壓模塊，可以實現(xiàn)文件播放，實現(xiàn)由顯示器播放視頻功能?？刂泼钣蒔C客戶端鍵盤輸入，它的傳輸方向與視頻流相反?？刂泼畎环掌鞫私邮盏胶?，由服務器端發(fā)送給視頻采集程序，用于控制服務器端的視頻分辨率、采集速率、亮度、色彩空間等參數(shù)。
[0051]嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡發(fā)送和網(wǎng)絡接收采用socket編程實現(xiàn)，socket接口是一種特殊的1/0，它也是一種文件描述符。每一個socket都用協(xié)議、本地地址、本地端口來描述。一般編程時應注意包含socket, h的頭文件，然后進入打開socket、建立鏈接、數(shù)據(jù)傳輸、關(guān)閉socket的基本流程完成網(wǎng)絡通信。
[0052]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0053]嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法，包括服務器端設計和PC客戶端設計。
[0054]如圖3所示，服務器端設計包括如下步驟:
[0055]步驟101:初始化設備并配置網(wǎng)絡數(shù)據(jù)幀的空間和視頻壓縮幀的大小；
[0056]步驟102:采用socket編程實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡接收和網(wǎng)絡發(fā)送；
[0057]步驟103:基于Video4Linux的API進行編程，采用內(nèi)存映射方式采集視頻圖像，并測試是否正確采集視頻圖像，若是，則進入步驟104 ;