徐 友，章國寶

（東南大學(xué) 自動化學(xué)院，江蘇 南京 210096）

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控是安全防范系統(tǒng)的組成部分，它是一種防范能力較強(qiáng)的綜合系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而被廣泛應(yīng)用于許多場合，隨著各類院校等科研機(jī)構(gòu)硬件設(shè)施的全面升級，各種儀器采購數(shù)量不斷增多，怎樣進(jìn)行有效的管理已成為許多學(xué)校共同面對的難題。筆者設(shè)計出一款針對學(xué)校各種儀器管理的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控終端，該視頻終端除了可以實(shí)時監(jiān)控儀器的工作狀況外，還實(shí)現(xiàn)了用戶管理和檢測儀器啟停等功能。

1 視頻終端硬件設(shè)計

視頻終端硬件的整體架構(gòu)[1]如圖1所示，分為主控模塊和視頻采集模塊。

主控模塊采用ARM處理器NUC960。視頻終端充分利用了該處理器集成的片上資源：10 M/100 Mb MAC控制器擴(kuò)展Ethernet接口電路連接校園網(wǎng)；USB2.0控制器擴(kuò)展Nand Flash用于大量的數(shù)據(jù)存儲；EBI總線單元擴(kuò)展SDRAM用于存放linux內(nèi)核及文件系統(tǒng)等；PCI總線接口用于ARM與DSP的通信；IIC總線接口一路連接控制實(shí)時時鐘電路，另一路連接控制數(shù)碼管顯示電路；GPIO接口連接電流檢測電路讀取儀器的啟停狀態(tài)；UART接口一路與校園卡讀卡器通信，另一路用于系統(tǒng)調(diào)試；PS2接口為校園卡讀卡器供電。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)框圖Fig.1 Block diagram of system structure

視頻采集模塊采用DSP處理器SPCT6100。CCD攝像頭采集到的模擬視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)入SPCT6100，該處理器采用先進(jìn)的H.264視頻編解碼技術(shù)，并包含4路視頻輸入、一路音頻輸入和一路音視頻輸出。SPCT6100通過PCI總線與ARM處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2 視頻終端軟件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

終端系統(tǒng)的軟件架構(gòu)主要由硬件驅(qū)動程序、操作系統(tǒng)平臺、應(yīng)用程序[2]組成，如圖2所示。

圖2 軟件架構(gòu)框圖Fig.2 Block diagram of software structure

硬件驅(qū)動程序?yàn)椴僮飨到y(tǒng)訪問底層硬件提供標(biāo)準(zhǔn)的接口，包括PCI驅(qū)動、以太網(wǎng)驅(qū)動、IIC驅(qū)動、USB驅(qū)動、UART驅(qū)動、GPIO驅(qū)動等。操作系統(tǒng)平臺包括BootLoader引導(dǎo)程序和Linux操作系統(tǒng)。Bootloader負(fù)責(zé)初始化硬件設(shè)備和建立內(nèi)存空間映射圖，引導(dǎo)程序進(jìn)入操作系統(tǒng)[3]。操作系統(tǒng)一方面負(fù)責(zé)內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、線程管理等，另一方面為應(yīng)用程序提供運(yùn)行環(huán)境[4]。視頻終端的應(yīng)用程序主要完成的功能有實(shí)時視頻傳輸、網(wǎng)絡(luò)通信、檢測儀器的啟停狀態(tài)、讀取校園卡信息、保存數(shù)據(jù)、控制實(shí)時時鐘、數(shù)碼管顯示等。

2.2 應(yīng)用程序設(shè)計

視頻終端應(yīng)用程序的主體流程如圖3所示，視頻終端啟動后首先進(jìn)行開機(jī)自檢，主要檢測網(wǎng)絡(luò)狀況、讀卡器和電流檢測輸入端狀態(tài)等。自檢若未通過，將錯誤代碼顯示在數(shù)碼管中，安裝人員可以根據(jù)錯誤代碼很快判斷終端的哪個部分出現(xiàn)故障。自檢完畢后將進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，主要是建立RTSP服務(wù)和TCP服務(wù)[5]，終端采集的實(shí)時視頻通過RTSP傳送給客戶端，另外終端與客戶端建立TCP連接，等待客戶端查詢終端采集到的其他數(shù)據(jù)。具體功能分為3個模塊，即視頻模塊、圖片模塊和設(shè)置查詢模塊。

圖3 應(yīng)用程序主體流程Fig.3 Main process of application program

2.2.1 視頻模塊

視頻模塊是整個應(yīng)用程序的核心，DSP把原始視頻數(shù)據(jù)壓縮為H.264格式傳輸給ARM處理器。在視頻數(shù)據(jù)處理中，視頻壓縮比和視頻質(zhì)量尤為重要，經(jīng)過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，具有高壓縮比的同時還擁有高質(zhì)量流暢的圖像，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經(jīng)濟(jì)[6]。

視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和流暢性也是考慮的重點(diǎn)，采用主流的實(shí)時流協(xié)議RTSP，它具有可擴(kuò)展性，易解析，安全，獨(dú)立于傳輸，多服務(wù)器支持等諸多優(yōu)點(diǎn)。RTSP在體系結(jié)構(gòu)上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成數(shù)據(jù)傳輸。RTSP提供了一個可擴(kuò)展框架，使實(shí)時數(shù)據(jù)，如音頻與視頻的受控、點(diǎn)播成為可能。

本終端視頻采用PAL D1格式，每秒25幀，分辨率為704×576?？烧{(diào)節(jié)亮度、對比度、飽和度等視頻參數(shù)。

2.2.2 圖片模塊

圖片模塊完成的功能是每分鐘從視頻流中截取一張圖片保存在終端的Nand Flash中，并通過TCP連接將圖片傳給客戶端。這樣既可以通過圖片保存儀器使用狀況的歷史記錄，又避免了直接保存視頻占用大量的空間。

終端中視頻解碼后的格式為YUV420P，根據(jù)YUV420P格式的采樣方法先得到圖像的RGB像素點(diǎn)，最后通過jpeglib庫壓縮得到j(luò)pg格式的圖片。

終端還提供了同步圖片的功能。即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況異常時，TCP無法建立連接，每分鐘保存的圖片不能及時傳給客戶端，只能先保存在終端里。等到網(wǎng)絡(luò)狀況恢復(fù)時，可將此段時間保存的圖片一起傳給客戶端。這樣大大增強(qiáng)了終端監(jiān)控儀器的穩(wěn)定性。

2.2.3 設(shè)置查詢模塊

視頻終端與客戶端建立TCP連接，客戶端定時查詢終端的工作數(shù)據(jù)，包括通過GPIO電流檢測查詢儀器的啟動和停止?fàn)顟B(tài)，查詢校園卡讀卡器中的刷卡信息，查詢終端的開關(guān)信息，查詢終端的串號信息等。

客戶端還可通過TCP連接設(shè)置終端的工作參數(shù)，包括控制終端的重啟、設(shè)置終端的系統(tǒng)時間等。設(shè)置終端的系統(tǒng)時間時，終端會通過設(shè)置實(shí)時時鐘來記錄系統(tǒng)時間，實(shí)時時鐘電路利用電池可以保存此時間，這樣在終端斷電停止工作時仍然可實(shí)現(xiàn)時鐘同步。

3 結(jié)束語

筆者設(shè)計的基于儀器管理的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控終端在完成基本的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的同時，還實(shí)現(xiàn)了儀器管理和用戶信息管理等功能[7]，可以讓管理人員實(shí)時地觀察儀器設(shè)備的運(yùn)行狀況，一旦在運(yùn)行過程中出現(xiàn)不正確的操作或者設(shè)備發(fā)生損壞時，管理員也可以及時進(jìn)行必要的處理。此外，終端結(jié)合儀器管理和用戶信息管理為數(shù)字化校園提供了一種可行的解決方案。終端即將投入生產(chǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。

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[4]Winbond Electronics Corporation.W90X900 Linux BSP InstallationGuide[M].Taiwan:WinbondElectronicsCorporation，2008.

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