林天亮， 邵文濤

(東北大學a. 計算中心(網(wǎng)絡中心);b. 信息科學與工程學院，遼寧 沈陽110819)

0 引 言

伴隨著時代的進步和人類生活水平的不斷提高，視頻監(jiān)控報警［1］成為了家庭安防的一個越來越廣泛的需求。傳統(tǒng)的家庭視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，無法聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控端軟件操作繁瑣，查尋困難等特點難以贏得人們的青睞。

近些年來出現(xiàn)的C/S(Client/Server)模式［2］的視頻監(jiān)控系統(tǒng)是對傳統(tǒng)的監(jiān)控的一大改進，它采用專用的客戶端軟件，可通過客戶端軟件進行對被監(jiān)控端的監(jiān)看或者控制。但這需要專門的客戶端安裝程序，不能針對隨時隨地不同的用戶群體，兼容性差，不能夠?qū)崿F(xiàn)快速部署安裝和配置，具有較大的局限性。

本文設計了基于B/S(Browser/Server)模式［3］的嵌入式智能視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用戶不受時間和地點的限制，在使用寬帶網(wǎng)絡的基礎上提供圖像、聲音和各種報警信號。用戶不需要特殊的軟件，只需要打開瀏覽器就可以對監(jiān)控目標進行實時監(jiān)控、監(jiān)督管理與錄像存儲，當傳感器檢測到異常情況發(fā)生時，系統(tǒng)也可通過事先設置好的報警模式，通過電話網(wǎng)絡、移動通信網(wǎng)絡或者Internet 網(wǎng)絡將報警信息傳送給定制用戶，并對異常情況進行錄像抓拍。

1 B/S 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

B/S 結(jié)構(gòu)，即瀏覽器/服務器結(jié)構(gòu)，它是隨著Internet 技術(shù)的興起，對C/S 結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶工作界面是通過WWW 瀏覽器來實現(xiàn)，極少部分事務邏輯在前端(Browser)實現(xiàn)，但是主要事務邏輯在服務器端(Server)實現(xiàn)。B/S 結(jié)構(gòu)，主要是利用了不斷成熟的WWW 瀏覽器技術(shù)，結(jié)合瀏覽器的多種script 語言(VBscript、Javascript)和ActiveX 技術(shù)，用通用瀏覽器就實現(xiàn)了原來需要復雜專用軟件才能實現(xiàn)的強大功能，并節(jié)約了開發(fā)成本，是一種全新的軟件系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)［4］。

B/S 結(jié)構(gòu)和C/S 結(jié)構(gòu)的區(qū)別與聯(lián)系如表1 所示。通過表1 比較可知，對于安全性要求較高、操作范圍較小的網(wǎng)絡一般采用C/S 結(jié)構(gòu)，但系統(tǒng)的改進和升級比較困難。B/S 結(jié)構(gòu)基本上只需要管理服務器就可以了，所有的客戶端只是瀏覽器，幾乎不需要任何客戶端的維護，升級只需要在服務器端就可以了。B/S 結(jié)構(gòu)成為了以后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的潮流，由于本系統(tǒng)主要是為了實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控和用戶操作的簡單性，擬采用B/S 結(jié)構(gòu)。

表1 B/S 結(jié)構(gòu)與C/S 結(jié)構(gòu)區(qū)別與聯(lián)系

2 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)主要是基于B/S 模式的視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)，客戶端主要是采用瀏覽器的方式進行視頻信息的監(jiān)控或者對云臺的控制。在這種結(jié)構(gòu)下，一部分事務邏輯在前端實現(xiàn)，但是主要事務邏輯在服務器端實現(xiàn)，所以系統(tǒng)的整個軟件實現(xiàn)部分幾乎都是在服務器端設計與開發(fā)的。

本系統(tǒng)是在整個Linux［5］的基礎上構(gòu)建的，主要包括兩部分:Linux 操作系統(tǒng)模塊軟件和應用程序模塊軟件。Linux 操作系統(tǒng)除了系統(tǒng)Bootloader、內(nèi)核、文件系統(tǒng)外主要是攝像頭驅(qū)動、網(wǎng)絡驅(qū)動、USB 驅(qū)動［6］等驅(qū)動程序和相應的網(wǎng)絡傳輸協(xié)議程序;而應用軟件則主要是由圖像視頻采集、視頻存儲、Web 服務器［7］應用軟件、SQlite 數(shù)據(jù)庫［8］應用軟件、CGI 程序、視頻流網(wǎng)絡發(fā)送程序、網(wǎng)站的搭建、網(wǎng)頁的編寫以及報警信號處理程序等組成。整個系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)圖

2.1 Java applet 程序設計

Java Applet 就是用Java 語言編寫的一些小應用程序，它可以直接嵌入到網(wǎng)頁中產(chǎn)生特殊的效果［9］。本論文的設計是基于B/S 模式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要在瀏覽器下觀看視頻信息。但所有的網(wǎng)頁并不具備視頻播放的功能，所以必須加上相應的Flash player［10］等具有播放功能的軟件協(xié)議才可實現(xiàn)視頻觀看。而Java applet 就是嵌入到網(wǎng)頁中具有視頻播放功能的應用程序。當用戶在瀏覽器端通過HTTP 協(xié)議訪問Web 服務器時，Applet 小程序被下載到用戶計算機上執(zhí)行，這樣就使得用戶端簡單方便，只要安裝瀏覽器就可實現(xiàn)視頻監(jiān)控。

2.2 表單的程序設計

在HTML 中，表單(Form)［11］是最主要的傳遞信息的手段，它的元素包括按鈕、輸入文本框、單選框、復選框、多選框等［12］。用戶的所有操作均是在瀏覽器的網(wǎng)頁中進行，用戶除了觀看視頻外還可通過頁面進行控制，比如通過控制云臺的移動來調(diào)整視頻的監(jiān)控范圍。這些表單通過CGI 程序連接到后臺去執(zhí)行。

2.3 嵌入式Web 服務器設計

嵌入式Web 服務器以TCP/IP 協(xié)議棧［13］為基礎構(gòu)建，需要實現(xiàn)HTTP、TCP 和UDP 等協(xié)議，賦給服務器相應的IP 地址，通過網(wǎng)絡就可以將設備接入Internet。任何一個客戶機，都可以通過HTTP 協(xié)議與嵌入式Web 服務器建立連接［14］。在嵌入式Linux 環(huán)境下，主要有3 個Web 服務器:httpd、thttpd 和Boa。httpd 是最簡單的一個Web 服務器，它的功能最弱，不支持認證，不支持CGI。如果Web 服務器僅需提供一些靜態(tài)頁面，例如簡單的在線幫助、系統(tǒng)介紹等，完全可以用靜態(tài)服務器httpd 來實現(xiàn)。thttpd 和Boa 都支持認證、CGI 等，功能都比較全。若需提高系統(tǒng)的安全性，或需要與用戶進行交互，例如數(shù)據(jù)查詢、實時狀態(tài)查詢等，則必須使用動態(tài)Web 技術(shù)，Boa 相比thttpd 而言，功能比較齊全，更支持以后的擴展［15］。本系統(tǒng)中采用Boa 來實現(xiàn)嵌入式Web 服務器。本系統(tǒng)嵌入式Web 服務器的體系框圖設計如圖2 所示。

圖2 嵌入式Web 服務器系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.4 應用層程序設計

基于B/S 模式的視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)主要是通過啟動嵌入式Web 服務器中的CGI 應用程序［16］來實現(xiàn)的。開啟Web 服務器后，服務器會等待客戶端的連接請求，如果有客戶端連接請求，服務端系統(tǒng)將不斷進行實時視頻數(shù)據(jù)采集、壓縮處理等其他操作，將相應的視頻信息傳送給客戶端進行觀看。并且當傳感器檢測到有報警觸發(fā)信號時，傳感器將會通過外部中斷啟動視頻錄制程序，錄制的視頻數(shù)據(jù)將會自動保存在U 盤中。該應用程序主要包含:登陸界面的驗證、圖像采集、圖像傳輸、視頻的錄制、云臺的控制等。為了使這幾部分能同時運行，提高效率，本系統(tǒng)采用了多線程編程實現(xiàn)。

3 系統(tǒng)軟件調(diào)試

軟件部分調(diào)試主要分為:底層系統(tǒng)軟件和應用程序調(diào)試，其中底層軟件調(diào)試主要是為各硬件電路提供驅(qū)動，應用程序則是實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

由于嵌入式系統(tǒng)本身資源的缺乏，Linux 通常采用宿主機+目標機的交叉調(diào)試方式。在主機上編輯、編譯軟件，然后在目標板上運行驗證程序。宿主機是安裝有嵌入式Linux 開發(fā)環(huán)境的PC 機，可以利用它強大的功能資源高效地完成目標系統(tǒng)的開發(fā)。在前面的硬件調(diào)試好之后，就可以將我們制作好的Bootloader、Linux 內(nèi)核以及包含應用程序的跟文件系統(tǒng)下載到目標板上。用交叉網(wǎng)線把目標板通過交換機連到互聯(lián)網(wǎng)上。用戶要在遠程的PC 機上的瀏覽器上實現(xiàn)視頻圖像數(shù)據(jù)控制。

調(diào)試好整個系統(tǒng)應用程序后，把之前所設置好的網(wǎng)頁放入嵌入式Web 服務器中，運行應用程序，在PC上打開瀏覽器輸入所設置的目標板的IP 地址:202.118.11.10，就可以進入視頻監(jiān)控主頁，點擊“歡迎進入東北大學視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)”并輸入用戶名“NEU_HARD”和密碼“123456”就可瀏覽視頻監(jiān)控頁面，如圖3 所示。

圖3 監(jiān)控頁面

4 結(jié) 語

本文根據(jù)目前家庭安防行業(yè)的需求和網(wǎng)絡通信技術(shù)的快速發(fā)展，提出并設計出了一種基于B/S 模式的視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，客戶端主要是采用瀏覽器的方式進行視頻信息的監(jiān)控或者對云臺的控制。本系統(tǒng)具有體積小巧、性能穩(wěn)定、操作簡單、可維護性強等優(yōu)點。實現(xiàn)了在瀏覽器端就可對家庭環(huán)境進行實時監(jiān)控以及報警觸發(fā)視頻錄像的功能。

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