摘要：根據增強家居安防系統(tǒng)的要求，提出一種視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計。通過分析ARM微處理器的結構體系和Linux操作系統(tǒng)的工作原理，給出了這種在ARM9核上移植瘦身后的Linux操作系統(tǒng)和應用程序的方案。用戶可經由任意網絡設備監(jiān)控ARM板上USB攝像頭采集到的圖像，實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)中的網絡視頻監(jiān)控的目的。
關鍵詞：嵌入式：微處理器；Web服務器：視頻監(jiān)控
O 引言
隨著科學技術的進步，人們對生活質量也提出了越來越高的要求，舒適、合理、便捷和安全的家居環(huán)境正逐步被大眾所青睞。視頻監(jiān)控作為家居安防的重要組成部分，也逐步受到人們的重視。這里設計采用ARM處理器嵌入Linux操作系統(tǒng)的方法實現(xiàn)家居視頻監(jiān)控。Linux操作系統(tǒng)作為嵌入式系統(tǒng)的新寵以其開源特點非常適合面向開發(fā)，而ARM核憑借其較高的指令和數據處理能力更是吸引了眾多研發(fā)人員的眼球，二者的結合為智能家居視頻監(jiān)控提供了一個嶄新的發(fā)展方向。
1 智能家居系統(tǒng)的總體架構
智能家居系統(tǒng)就是利用計算機技術、數字技術、網絡通信技術和綜合布線技術，將與家庭生活密切相關的家電控制系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)、網絡信息服務系統(tǒng)等通過家庭網絡有機結合起來，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全。
目前比較流行的智能家居系統(tǒng)由四大部分組成：家居安防系統(tǒng)、家居通訊系統(tǒng)、家居家電自動化控制系統(tǒng)和家居音視頻系統(tǒng)。圖1給出了一個簡單的智能家居系統(tǒng)架構。
智能家居系統(tǒng)中我們可以通過任意網絡設備訪問Web服務器的家庭網關以監(jiān)控家用電器、報警設備和攝像頭等設備的運行情況來實現(xiàn)住家的智能化。在現(xiàn)階段智能家居起步時期，家居設計的時候往往把音視頻系統(tǒng)放在很重要的位置，這里介紹一種用于居家的視頻監(jiān)控方法。
2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構
鑒于家居系統(tǒng)的結構特點，選用集軟硬件于一體，具有軟件代碼小、高度自動化、響應速度快等特點的嵌入式系統(tǒng)。設計采用ARM(Adva-nced RISC Machinesl核嵌入Linux操作系統(tǒng)的方法實現(xiàn)。系統(tǒng)主要由嵌入式S3C2410處理器、相關支撐硬件、USB攝像頭、嵌入式操作系統(tǒng)Li-nux及應用軟件等部分組成，該系統(tǒng)是可以獨立工作的“器件”。
2．1 系統(tǒng)的硬件結構
系統(tǒng)硬件部分主要包括S3C2410處理器、儲存器和外圍電路，其結構框架如圖2所示。
基于ARM9的嵌入式S3C2410處理器是整個系統(tǒng)的核心，它提供了豐富的片內資源，支持Linux操作系統(tǒng)，并能完成整個系統(tǒng)的調度工作。CPU內置USB控制器，USB攝像頭將采集到的圖像通過USB接口送與S3C2410進行處理，以等待發(fā)送。網絡芯片DM9000有成熟的Linux驅動程序支持，其100Mb／s以太網接口，以傳輸速率快為設計首選。
2．2 構建基于S3C241O的嵌入式Linux系統(tǒng)
Linux是一款可以免費使用，且源碼開放以便開發(fā)人員隨意裁剪，且具有穩(wěn)定性能的操作系統(tǒng)。宿主機選用Red Hat公司的IAnux9．0服務器版，并在其上構建嵌入式Linux開發(fā)平臺需要的交叉編譯環(huán)境。
在S3C2410上搭建嵌入式Linux軟件平臺需要完成引導加載程序Boot loader的移植；Linux操作系統(tǒng)內核的移植和包含應用程序的文件系統(tǒng)移植。
Boot Loader是在操作系統(tǒng)內核運行之前執(zhí)行的一段小程序。Linux內核有自己的結構體系，智能家居系統(tǒng)的Linux內核由標準Linux內核裁剪而來。設計直接通過系統(tǒng)調用訪問Linux的內核資源，編譯內核時加入USB攝像頭Webeve 2000主芯片OV511的驅動和以太網控制芯片DM90-00的驅動，文件系統(tǒng)選用Ramdisk技術。
3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)
3．1 Vide04Linux程序
Vide04Linux(簡稱V4L)是Linux中關于視頻設備的內核驅動，它針對視頻設備的應用程序編程提供一系列接口函數。對于USB接口攝像頭，其驅動程序中提供基本的I／O操作接口函數open、read、write、close等。
3．2 網絡通信程序
在TCP／IP網絡應用中，通信的兩個進程間相互作用的主要模式是瀏覽器／服務器模式，即客戶向服務器發(fā)出服務請求，服務器接收到請求后，提供相應的服務。
Linux中的網絡編程是通過Socket接口來進行的，Socket相當于進行網絡通信兩端的插座，只要對方的Socket和自己的Socket有通信聯(lián)接，雙方就可以發(fā)送和接收數據了。在智能家居系統(tǒng)中，用戶所持有的任意網絡設備的和家用ARM9開發(fā)板就是Socketet通信的兩端。
3．3 嵌入式WEB服務器和視頻監(jiān)控的實現(xiàn)
家居系統(tǒng)選用的Web服務器是一款非常小巧的，執(zhí)行代碼只有約60kB的一個單任務嵌入式boa服務器?？蛻舳藶g覽器和嵌入式Web服務器之間通過HTTP協(xié)議所進行的“請求一>響應”的工作原理如圖3所示。
構建嵌入式服務器boa，并針對具體情況配置boa，這里在／etc下建立boa目錄，并在／etc／boa目錄下建立boa．conf文件。設置boa．-conf文件里的用戶訪問權限User nobody為user 0；Group nogroup為Group 0；日志目錄Errorlog和AccessLog為var／log／boa／error log和／var／log／boa／access log；html文件目錄為／var／www；默認首頁為／var／www／；cgi腳本目錄為ScriptAlias／cgi-bin／／var-／www／cgi-bin。在Makefile文件里修改交叉編譯器的路徑，并把PC上／etc／mime．types文件拷貝到開發(fā)板的／etc目錄下。
CGI(通用網關接口)定義了Web服務器與其他可執(zhí)行程序(CGI)之間進行交互的接口標準。CGI程序用來完成Web網頁中表單數據處理的動態(tài)交互工作，CGI程序與Web服務器，以及客戶端瀏覽器之間交互工作的原理如圖4所示。
這里編寫的CGI程序主要完成客戶端瀏覽器用戶名和密碼的校驗，通過后完成本地數據的上傳。
CGI程序對index．html提交數據的處理，通過登陸后提供進入視頻監(jiān)控界面(http：／／211．81．251．32：8888)的鏈接，我們用webc-am server作為瀏覽器端視頻播放器，該播放器可隨著監(jiān)控網頁的打開而自動下載到用戶端瀏覽器，并不需要專用的瀏覽器，但看到監(jiān)控效果是網頁打開時刻的靜止圖像。
我們可以通過手動刷新來達到觀看視頻的目的，這里在CGI程序里嵌入Java Script程序實現(xiàn)圖像每秒自刷新一次，嵌入自刷新部分程序如下：
這樣就可以看到每隔一秒圖像就自動載入的動態(tài)視頻，如圖5所示，達到了視頻監(jiān)控的目的。
4 結論
采用S3C2410處理器嵌入Linux操作系統(tǒng)的方法實現(xiàn)視頻監(jiān)控可最大程度地節(jié)省系統(tǒng)的軟硬件資源，硬件部分是系統(tǒng)穩(wěn)定性、指令執(zhí)行速度和體積等方面的最佳選擇，軟件部分以裁剪Linux操作系統(tǒng)的方法實現(xiàn)，用一個精簡的操作系統(tǒng)完成圖像采集與網絡傳輸的功能，十分適用于智能家居系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控。不僅如此，智能家居的其它功能均可采用類似方法實現(xiàn)，事實上，一個龐大的智能家居系統(tǒng)完全可以由S3C2-410處理器、相關硬件和嵌入裁剪得當的Linux操作系統(tǒng)完成。