王中權(quán)++王昊++王新蓓

摘要：在日新月異的現(xiàn)代社會，人們對自身以及周邊環(huán)境的安全也越來越重視，這時視頻監(jiān)控以其方便、直觀、豐富的信息內(nèi)容而被廣泛的應(yīng)用于各類場所。本文以Linux操作系統(tǒng)和S3C6410開發(fā)板為平臺，采用USB視頻攝像頭，并進行bootloader、kernel、根文件系統(tǒng)、H.264視頻編碼庫的配置及移植。實現(xiàn)了在PC機服務(wù)器監(jiān)控終端上進行實時監(jiān)控和存儲圖片。實驗結(jié)果表明，該視頻監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定，采集圖像清晰。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控 Linux H.264

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）12-0005-01

1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件包括了ARM微處理器和外圍硬件設(shè)備，在本次設(shè)計中我們選擇了三星公司的tiny6410處理器的ARM11系列的S3C6410芯片作為整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心硬件。攝像頭選擇了中星微的301vUSB攝像頭。SDRAM芯片和FLASH芯片是ARM中的主要存儲設(shè)備，其中前者為系統(tǒng)運行和臨時數(shù)據(jù)提供存儲空間，后者中存儲系統(tǒng)運行所需要的代碼、內(nèi)核以及應(yīng)用程序等。

2 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件采用了先進的B/S軟件架構(gòu)，按照模塊化的設(shè)計方法對整個系統(tǒng)功能進行了設(shè)計，不同模塊之間利用接口函數(shù)進行數(shù)據(jù)信息的調(diào)用。B/S架構(gòu)是在C/S架構(gòu)的基礎(chǔ)上進行設(shè)計的。由于系統(tǒng)中視頻信號的壓縮采用了H.264算法，它具備較高的信號編碼效率，對網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的碼流結(jié)構(gòu)具有較強的適應(yīng)性，同時增加了數(shù)據(jù)信息的差錯恢復(fù)能力，在視頻信號網(wǎng)絡(luò)傳輸中取得了較好的應(yīng)用效果。視頻數(shù)據(jù)傳輸采用了RTP/RTCP協(xié)議和組播的方式，既保證了數(shù)據(jù)信息的實時傳送，又保證了視頻數(shù)據(jù)信息的傳輸質(zhì)量。在工作過程中，服務(wù)端首先對USB攝像頭進行初始化操作，然后由攝像頭完成對視頻信息的采集，通過H.264編碼程序?qū)Λ@得的視頻信號進行編碼處理，并且將編碼后的視頻數(shù)據(jù)壓縮成RTP流，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到客戶端。客戶端接收到RTP流后，先對其進行解碼處理，然后利用相應(yīng)的播放器對其進行回放操作。

2.1 Bootloader的移植

本次系統(tǒng)開發(fā)過程中采用了U-Boot-1.1.6，開發(fā)人員將事先編譯好的映像文件由JTAG口存放到Linux系統(tǒng)的開發(fā)板中，然后點擊開發(fā)板上的復(fù)位鍵，就完成了對Linux系統(tǒng)的Bootlaoder移植。

2.2 Linux內(nèi)核的移植

在Linux系統(tǒng)的源文件common-smdk.c中，找到smdk_default_nand_part語句，對其進行分區(qū)操作。然后開發(fā)人員可以使用make zImage命令對內(nèi)核進行相應(yīng)的編譯，在系統(tǒng)源代碼的根文件目錄下生成相應(yīng)的映像文件，最后利用串口將生成的映像文件鏈接到S3C6140的FLASH中，即完成了對Linux的移植。

2.3 根文件系統(tǒng)的建立

首先進行BusyBox的編譯處理，它是Linux系統(tǒng)開發(fā)過程中常用的一個工具軟件，內(nèi)存空間較小，主要存放Linux系統(tǒng)中的bin目錄、sbin目錄、usr目錄和相應(yīng)的Linuxrc文件。在系統(tǒng)開發(fā)時，可以在系統(tǒng)的硬件平臺中對其源代碼進行配置，即將busybox-1.13.0進行解壓縮后，將其Makefile文件進行相應(yīng)的修改。然后對其進行相應(yīng)的配置，并且將配置好的文件，以.config的名字進行保存。第三進行BusyBox的編譯和安裝，這是系統(tǒng)代碼中就有增加一個_install目錄，將其進行編譯就完成根文件系統(tǒng)的創(chuàng)建。

2.4 H.264優(yōu)化算法結(jié)構(gòu)

（1）去掉視頻信息中攜帶的冗余程序代碼：系統(tǒng)設(shè)計過程中已經(jīng)完成對H.264編碼算法的設(shè)置和優(yōu)化，所以可將去除視頻信息中攜帶的跟編碼器無關(guān)的冗余代碼，如跟多參考幀相關(guān)的代碼，降低編碼過程中程序跳轉(zhuǎn)的次數(shù)和需要判斷的條件數(shù)量。

（2）正確使用循環(huán)和分支操作：本次設(shè)計過程中我們將相應(yīng)代碼進行展開處理，將其分解成內(nèi)核循環(huán)程序和外核循環(huán)程序，雖然增加了程序的長度，但是提高了代碼執(zhí)行速度。

3 應(yīng)用模塊設(shè)計

3.1 USB攝像頭驅(qū)動

硬件選型設(shè)計中，我們選擇了中星微301v的攝像頭，Linux系統(tǒng)中同樣也包括了該攝像頭的驅(qū)動程序，我們只需完成相應(yīng)參數(shù)的配置即可，即將攝像頭驅(qū)動程序中的<*> ZC3XX USB Camera Driver語句，修改成301v USB Camera Driver，同時為了能夠使用V4L的要求，還需要對其驅(qū)動進行配置，將相關(guān)語句修改為V4L USB devices，然后再將驅(qū)動程序進行重新編譯，并且將得到的映像文件下載到S3C6140的開發(fā)板中。

3.2 視頻采集和編碼模塊的同步

在系統(tǒng)開發(fā)過程中設(shè)置了兩個緩沖區(qū)域，工作過程中輪換進行視頻信號的采集，當(dāng)采集到的視頻信號填滿一個緩沖區(qū)域后，系統(tǒng)就會改變多線程的條件，對當(dāng)前緩沖區(qū)域進行編碼處理，采集的圖像信息轉(zhuǎn)存到緩沖區(qū)域2。同時為了保證監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對多路視頻信號的壓縮編碼，要將FPGA緩存中的數(shù)據(jù)通過BT.656的格式進行輸出，然后利用多路視頻解碼芯片將輸出的BT.656格式數(shù)據(jù)進行YUV656配置，生成相關(guān)視頻信號的時序信號，將芯片中緩存的多路視頻數(shù)據(jù)信息讀出。

4 結(jié)語

本文主要對系統(tǒng)驅(qū)動程序、采集程序、壓縮程序和傳輸顯示程序進行了測試，給出了相應(yīng)的測試用例。測試結(jié)果表明系統(tǒng)能夠滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)對實時性的需求，具有較好的界面和功能穩(wěn)定性。

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