本文介紹了一個(gè)基于嵌入式WEB技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)闡述其嵌入式服務(wù)器軟硬件部分的設(shè)計(jì)思想和體系架構(gòu)，并對(duì)其中涉及的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹。
1 基于嵌入式WEB技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述
目前，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的主流，而隨著微處理器技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，基于嵌入式WEB的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)逐漸得到了人們的廣泛關(guān)注，其主要原理是：嵌入式視頻服務(wù)器采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，內(nèi)置嵌入式WEB服務(wù)器，攝像機(jī)傳送過來的視頻信號(hào)經(jīng)高效壓縮芯片壓縮后，通過內(nèi)部總線傳送到內(nèi)置的WEB服務(wù)器。用戶在監(jiān)控端可以直接通過瀏覽器觀看WEB服務(wù)器上的攝像機(jī)視頻圖像，授權(quán)用戶還可以控制攝像機(jī)云臺(tái)鏡頭的動(dòng)作。本文所述的監(jiān)控系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。
圖 1 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖
本系統(tǒng)由攝像機(jī)、嵌入式WEB服務(wù)器、傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控端組成。攝像機(jī)用來采集監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的視頻。嵌入式WEB服務(wù)器是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，有硬件和軟件兩個(gè)部分，詳細(xì)結(jié)構(gòu)將在下面分別介紹。其主要功能包括：為監(jiān)控端提供WEB訪問頁面；對(duì)監(jiān)控端的訪問進(jìn)行有效性、安全性檢查；響應(yīng)監(jiān)控端的請(qǐng)求，為監(jiān)控端提供所需要的視頻圖像；接收監(jiān)控端的控制信息，經(jīng)過軟硬件轉(zhuǎn)換后對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行控制。每個(gè)服務(wù)器有自己的IP地址，在監(jiān)控端可以通過瀏覽器界面訪問服務(wù)器。監(jiān)控端的功能則是顯示現(xiàn)場(chǎng)視頻，并根據(jù)需要向服務(wù)器發(fā)送視頻請(qǐng)求以及對(duì)攝像機(jī)的控制信號(hào)。
2 嵌入式 WEB 服務(wù)器的硬件結(jié)構(gòu)
嵌入式WEB服務(wù)器的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。其主要由CPU芯片、MPEG-4音視頻編碼芯片、Flash芯片、SDRAM內(nèi)存、以太網(wǎng)絡(luò)接口、大容量硬盤組成。其中CPU采用MOTOROLA公司的PowerPC系列嵌入式通信處理器MPC8250。MPEG-4音視頻編碼芯片完成對(duì)從攝像頭傳送過來的視頻數(shù)據(jù)的壓縮和編碼。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及對(duì)圖像質(zhì)量的要求，本系統(tǒng)選用基于MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的分層可擴(kuò)展性編碼方案。壓縮后的視頻數(shù)據(jù)根據(jù)需要，可以存儲(chǔ)在大容量硬盤中，或者通過以太網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。為了實(shí)現(xiàn)視頻存儲(chǔ)功能，需要采用大容量的硬盤。
圖 2 嵌入式 WEB 服務(wù)器的硬件結(jié)構(gòu)
3 嵌入式 WEB 服務(wù)器的軟件系統(tǒng)
嵌入式WEB服務(wù)器的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵之一，包括嵌入式操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件兩大部分。
3.1 嵌入式操作系統(tǒng)
嵌入式操作系統(tǒng)是支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，是在系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、硬件相關(guān)性、軟件固態(tài)化等方面有著突出特點(diǎn)的專用操作系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用嵌入式LINUX操作系統(tǒng)，它是在根據(jù)系統(tǒng)需要對(duì)LINUX操作系統(tǒng)進(jìn)行小型化裁剪與實(shí)時(shí)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。使用LINUX的優(yōu)勢(shì)在于：其操作系統(tǒng)的源代碼是開放的，可根據(jù)需要進(jìn)行定制；系統(tǒng)內(nèi)核小，因而對(duì)硬件的要求相對(duì)要低；支持多任務(wù)多進(jìn)程，能提供較好的實(shí)時(shí)性。
3.2 應(yīng)用軟件
服務(wù)器的應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。其主要由WEB服務(wù)器、CGI程序、嵌入式數(shù)據(jù)庫mSQL、視頻調(diào)度與傳輸模塊、存儲(chǔ)管理與調(diào)度模塊、攝像機(jī)控制模塊等幾個(gè)重要部分組成。
3.2.1 WEB服務(wù)器與CGI程序
WEB服務(wù)器通過HTTP協(xié)議與監(jiān)控端瀏覽器軟件進(jìn)行信息交互，提供其他應(yīng)用程序模塊的接口以及視頻數(shù)據(jù)瀏覽界面和攝像機(jī)控制界面。此外，它還要對(duì)監(jiān)控端的訪問權(quán)限進(jìn)行控制，過濾監(jiān)控端的請(qǐng)求和控制信息，處理多個(gè)監(jiān)控端的請(qǐng)求和控制的同步和優(yōu)先級(jí)問題。 本系統(tǒng)選擇適合于嵌入式系統(tǒng)的Boa WEB服務(wù)器。Boa是一個(gè)單任務(wù)的HTTP服務(wù)器，支持能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)WEB技術(shù)的CGI技術(shù)，源代碼開放、性能高。同時(shí)服務(wù)器程序本身所占空間很小，因而十分適用于嵌入式系統(tǒng)。 同時(shí)，本系統(tǒng)采用了CGI(公用網(wǎng)關(guān)接口) 來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)WEB技術(shù)，CGI規(guī)定了WEB服務(wù)器調(diào)用其他可執(zhí)行程序(CGI程序)的接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。WEB服務(wù)器通過調(diào)用CGI程序?qū)崿F(xiàn)和瀏覽器的交互，也就是CGI程序接受瀏覽器發(fā)送給WEB服務(wù)器的信息，進(jìn)行處理，將響應(yīng)結(jié)果再回送給WEB服務(wù)器及瀏覽器。原則CGI程序可以用任何程序設(shè)計(jì)語言編寫，但是用C語言編寫的CGI程序具有執(zhí)行速度快、安全性高等特點(diǎn)。
