基于ARM的嵌入式无线视频监控系统

 　　3.2 图像采集模块设计

　　Video4linux(V4L)是Linux的影像串流系统与嵌入式影像系统的基础，是Linux Kernel中支持影像设备的一组APIs，配合适当的视频采集卡与视频采集卡驱动程序，可以实现影像采集、AM/FM无线广播、影像CODEC、视频切换等功能。Video4linux为二层式架构，上层为Video4linux驱动程序本身，下层架构则是影像设备的驱动程序。这里用到的是 Video4linux的上层驱动程序，即Video4linux本身所提供给程序开发人员的APIs[3]。Video4linux视频图像采集流程如图4所示。

　　3.3 H.264图像压缩模块设计

　　H.264是ITU-T视频编码专家组(VCEG)和ISO/IEC活动图像编码专家组(MPEG)的联合视频组（JVT）开发的一个新的数字视频编码标准[4]。在技术上，H.264标准有很多优势，如统一的VLC符号编码，高精度、多模式的位移估计，基于4×4块的整数变换、分层的编码语法等。这些措施使得H.264算法具有很高的编码效率，在相同的重建图像质量下能够比H.263降低50%左右的码率。

　　H.264的码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，能够很好地适应IP和无线网络[5]。H.264能以较低的数据速率传送基于IP的视频流，在视频质量、压缩效率和数据包恢复丢失等方面，超越了现有的MPEG-2、MPEG-4和H.26x视频通信标准，更适合窄带传输，是目前监控系统最为理想的信源压缩编码标准。

　　相对于有线网络而言,无线网络状况更不稳定,除去网络流量所造成的传输速率的波动外,设备的移动速度和所在位置也会严重地影响到传输速率。其次,无线信道的环境也要比有线信道恶劣得多，数据的误码率也要高许多,而高压缩的码流对传输错误非常敏感,还会造成错误向后面的图像扩散,因此无线流媒体在信源和信道编码上需要很好的容错技术。错误恢复的工具随着视频压缩编码技术的提高在不断改进。旧的标准(H.261、H.263、MPEG-2的第二部分)中,使用片和宏块组的划分、帧内编码宏块、帧内编码片和帧内编码图像来防止错误的扩散。之后改进的标准(H.263+，MPEG-4)中,使用多帧参考和数据分割技术来恢复错误。H.264标准在以前的基础上提出了三种关键技术来进行错误的恢复，分别是参数集合、灵活的宏块次序(FMO)和冗余片(RS)。 FMO是H.264的一大特色，可以是一帧中的宏块顺序分割，使分割后的片的尺寸小于无线网络的MTU尺寸，避免在网络层再进行一次数据分割，降低了数据传输的额外开销。

　　3.4 嵌入式Web服务器设计

　　本系统选用适合嵌入式系统的Boa服务器，它是单任务HTTP服务器，占用空间小，另外支持动态Web技术的CGI技术，源代码开放，性能高。嵌入式Boa服务器移植到Linux系统中的网上相关资料很多，不再赘述。下面重点介绍应用程序接口CGI程序设计。

　　公共网关接口CGI是HTTP服务器与其他机器上的程序进行“交谈”的一种工具[6]，其程序须运行在网络服务器上。CGI是一个用于Web服务器与外部程序之间通信方式的标准，使得外部程序能生成HTML、图像或其他内容，而服务器处理的方式与那些非外部程序生成的HTML、图像或其他内容的处理方式是相同的。使用CGI的原因在于它是一个定义良好并被广泛支持的标准，没有CGI就不可能实现动态的Web页面，除非使用一些服务器中提供的特殊方法。

　　CGI程序入口为main()函数，函数首先执行初始化用到的变量，然后根据提供的环境变量Environmentv获取当前访问用户的用户名，判断用户的访问权限，然后根据REQUESM得到用户的请求方法。如果是POST，则根据Contentl获取用户请求内容并分析；如果是GET，则根据 Querys获取信息并分析请求内容，最后根据用户权限做出相应的处理；如果是其他的请求方法，则返回错误，不支持该请求方法。流程图如图5所示。

　　S3C2410凭借其高性价比、丰富的接口以及对网络的强大支持,使其非常适合做网络视频监控系统的Web视频服务器的处理器。H.264算法具有很高的编码效率，在相同的重建图像质量下，能够比H.263降低50%左右的码率。H.264的码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，能够很好地适应IP 和无线网络。本系统支持动态IP,可以直接连入以太网,能够即插即看。通过局域网(100 Mb/s以太网)内部测试,可以达到25帧/秒CIF图像(320×240)要求,传输延迟0.6 s以内，编码后的码率150 Kbit/s，由客户端软件解码恢复后的视频图像清晰、流畅、没有抖动现象，能获得较好的视频质量。

　　参考文献

　　[1] 刘富强.数字视频监控系统开发及应用[M].北京：机械工业出版社，2003.

　　[2] 饶鸣.网络摄像头中嵌入式Web服务器的设计与性能分析[D].华中科技大学，2007：10-12.

　　[3] 陈俊宏.Embedded Linux嵌入式系统原理与实务[M].北京：中国铁道出版社，2004.

　　[4] 夏祥.基于嵌入式Web技术的视频监控系统的构建[D]. 复旦大学，2008：22-23.

　　[5] 胡书卫，陆培伦.一种基于Linux的嵌入式视频监控系统实现[J].安防系统设计，2009(1)：38-40.

　　[6] 王旭辉，谢蕾.基于本体的多模式Web服务发现研究[J].计算机工程与设计，2009，30(16)：3868-3871.