0 引言

隨著Internet和個人計算機的普及， Internet用戶已達到了空前的數(shù)量， 而對網(wǎng)絡的利用也已經(jīng)逐漸滲透到了各個行業(yè)， 現(xiàn)在已出現(xiàn)了如視頻會議、電子商務等新型業(yè)務， 這些業(yè)務的推出大大方便了人們的生活， 提高了社會效率。同樣， 視頻監(jiān)控技術發(fā)展也經(jīng)歷了模擬監(jiān)控、數(shù)字監(jiān)控階段， 現(xiàn)在正在向大規(guī)模網(wǎng)絡監(jiān)控技術方向發(fā)展。

網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)具有能夠克服地域的限制、傳輸信號不易受干擾、網(wǎng)絡帶寬可復用的巨大優(yōu)勢， 因而較之傳統(tǒng)監(jiān)控模式具有更廣闊的發(fā)展空間。為此， 本文結合相關技術， 提出了一種基于嵌入式Web服務器的遠程監(jiān)控系統(tǒng)方案， 該方案整合了門禁、紅外監(jiān)測、煙霧探測等外圍設備， 并具有監(jiān)控智慧化、存儲設備成本低、網(wǎng)絡資源占用率小、方便擴展等特點。

1 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)以S3C2410為控制核心， 并基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)來開發(fā)設計。nand flash設備采用cramfs文件系統(tǒng)， 上電后掛載yaffs文件系統(tǒng)來保存臨時數(shù)據(jù)文件， 并提供有SD卡接口以用于保存視頻文件。

本系統(tǒng)中的視頻采集設備采用中芯微的ZC301芯片中的USB Camera.該芯片目前在市場上已被廣泛應用， 它能夠支持Video4linux.

Video4linux作為Linux系統(tǒng)中可支持影像設備的一組API, 只要配合適當?shù)囊曨l采集設備和驅動，就可以實現(xiàn)影像采集。

網(wǎng)絡接入系統(tǒng)一般有兩種設計方式， 一是通過外部擴展網(wǎng)絡芯片RTL8019AS來實現(xiàn)， 另一種是通過外部擴展的GPRS模塊（設計中， GPRS核心模塊可采用wavecomQ2403A） 來實現(xiàn)。前者適合應用在檢測地點固定的情況下， 而后一種方式既能提供事件觸發(fā)短信發(fā)送功能， 又可以提供GPRS網(wǎng)絡接入功能， 從而使得視頻監(jiān)控系統(tǒng)在汽車、野外現(xiàn)場等環(huán)境中也能夠得到應用。

此外， 本系統(tǒng)還擴展了紅外、煙霧測控設備、門禁系統(tǒng)， 并配備了報警裝置， 其系統(tǒng)硬件設計的整體框圖如圖1所示。

智能家居" p="" src="http://files.chinaaet.com/images/2012/06/14/5173bb00-1237-4100-be01-1a09ebd2f2a2.jpg" title="智能家居" />

2 軟件設計

本系統(tǒng)軟件由后臺進程和前臺用戶接口兩部分組成。為了防止競態(tài)的出現(xiàn)， 在軟件實現(xiàn)時，用戶CGI接口可利用system V的郵箱通信機制向后臺進程提出請求。后臺開設有線程接收請求并對各設備功能模塊進行統(tǒng)一調度。圖2所示是本系統(tǒng)的軟件整體結構框架。下面分別對系統(tǒng)的各個模塊進行介紹。

2.1 紅外探測模塊及煙霧檢測模塊

目前多數(shù)家居監(jiān)控方案主要采用網(wǎng)絡攝像頭作為監(jiān)控終端設備， 用戶可通過Web瀏覽器隨時隨地的監(jiān)控家中狀況， 這給用戶帶來了巨大的便捷。但是， 由于它連續(xù)不間斷的監(jiān)控， 缺點也是顯而易見。首先是對存儲設備容量有巨大的要求， 由于被迫記錄了大量的非必要視頻， 存儲空間被嚴重浪費。面對這個問題， 智能化成為對數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的又一個主要要求。本文提出的方案是一種基于事件觸發(fā)的機制， 系統(tǒng)可以實現(xiàn)智能控制并只保存發(fā)生異常時的視頻文件。這種設計能有效節(jié)省系統(tǒng)存儲開支、靈活控制監(jiān)控設備， 為用戶提供很大方便。在基于事件觸發(fā)機制的方案設計中， 主要有針對軟、硬件的兩種設計方向。

其一是軟件主導的觸發(fā)方案， 這種方式可以參考motion開源軟件項目的設計思路， 其原理是對采集到的jpeg圖片進行比對， 當差異超過規(guī)定閾值則觸發(fā)相應動作。motion是一個運行在Linux操作系統(tǒng)環(huán)境下的應用軟件， 它最大的特點就是能夠探測采集到畫面有效部分的變化， 也就是說， 能夠監(jiān)測到運動。當畫面有變化時， motion將以一定的頻率采集jpeg文件， 并將其壓縮為視頻文件自動保存。

這種軟件的實現(xiàn)機制依托實時的數(shù)據(jù)分析，對系統(tǒng)的處理和運算能力要求較高， 因此， 在實際使用中會有一些限制， 但是， 隨著處理器運算能力的提高， 作為監(jiān)控系統(tǒng)的智能化發(fā)展方向，將會有很好的發(fā)展前景。

其二是硬件主導的觸發(fā)方案， 本設計使用的便是這種方式。本系統(tǒng)采用紅外傳感器來探測異常， 同時整合了煙霧傳感器來監(jiān)控火災， 當監(jiān)控范圍內(nèi)出現(xiàn)異常時便觸發(fā)中斷， 并由中斷處理程序啟動視頻采集和火災報警等功能。采集到的視頻和資料將保存在外部存儲設備上。而門禁系統(tǒng)中的報警開關， 則可在用戶刷卡回到家中后， 自動關閉監(jiān)控功能。

2.2 數(shù)字壓縮單元

本系統(tǒng)采用MPEG-4視頻編碼器來對視頻圖像進行壓縮編碼， 并利用FFmpeg視頻處理工具來實現(xiàn)。H.264算法具有很高的編碼效率， 在相同的重建圖像質量下， 能夠比H.263節(jié)約50%左右的碼率。H.264的碼流結構網(wǎng)絡適應性強， 同時增加了差錯恢復能力， 能夠很好地適應IP和無線網(wǎng)絡?？梢哉f， H.264是目前壓縮率最高的視頻壓縮標準， 并已在數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)中得到應用。

本系統(tǒng)的設計主要是針對家居監(jiān)控應用， 家庭中的大部分都采用ADSL等設備接入網(wǎng)絡。由于會受到上行帶寬的限制， 故導致在進行網(wǎng)絡視頻監(jiān)控時視頻信號傳輸不流暢， 影響監(jiān)控效果。

針對這種情況， 通過對MPEG系列壓縮算法的核心進行分析， 發(fā)現(xiàn)其采用了I幀、P幀和B幀的模式， 其中I幀是關鍵幀， P幀是前向預測幀， B幀是后向預測幀。譯碼器收到一個I幀， 可無條件立刻解碼； 而當譯碼器收到P幀或B幀， 則必須先譯碼前面的P幀或I幀， 然后才能進行譯碼。這樣， P幀對于I幀的依賴就形成了很大的延時。之后， 借鑒相關技術來對MPEG算法進行優(yōu)化， 便可以通過對GOP （Group Of Picture） 這一值進行設置來縮短I幀產(chǎn)生的間隔。這樣， 在以后的擴展中， 就可以利用帶寬實時檢測技術動態(tài)的設置GOP, 從而最大限度地利用帶寬進行視頻傳輸。

2.3 嵌入式web服務器模塊

嵌入式Web系統(tǒng)提供有一種經(jīng)濟實用的互聯(lián)網(wǎng)嵌入式接入方案， 故可為管理、控制和監(jiān)測多種設備提供一個很好的途徑。由于嵌入式設備中的資源有限， 只能選擇輕量級的Web Server （如：thttpd、boa等）， 考慮到應用的廣泛性， 本系統(tǒng)也選擇了boa服務器。作為與用戶交互的主要方式，Web page力求簡潔， 并可提供很多的功能接口。

這些功能接口基本可以分為兩種類型， 一種是觸發(fā)動作功能， 主要利用button觸發(fā)實現(xiàn)現(xiàn)場圖片的采集等動作的操作。另一種是文件交互功能，這種功能的實現(xiàn)相對比較復雜， 它不只需要button觸發(fā)， 還需要一些文本域作為用戶配置的傳遞機制。動態(tài)Web交互功能主要通過form窗體來實現(xiàn)， 當用戶點擊功能接口， 瀏覽器將窗體內(nèi)容通過http協(xié)議傳輸給服務器后， 服務器再根據(jù)form中的action字段來調用相應的CGI文件。在經(jīng)過CGI的一系列URL解析動作后， 即可得到對應參數(shù)， 系統(tǒng)根據(jù)得到的參數(shù)調用相應的功能函數(shù)，最終實現(xiàn)用戶對動態(tài)頁面的操作功能。

本系統(tǒng)在文件交互功能Web頁設計中采用了iframe嵌入CGI文件的方式， CGI代碼同時擔負讀寫文件和頁面顯示兩個功能。這種實現(xiàn)方式有時會遇到iframe高度自適應問題， 系統(tǒng)如果禁止scrolling （下拉列表） 功能， 那么， iframe的高度是不能變化的， 需要預先設置。而實際情況是CGI將要顯示的高度往往是不確定的， 系統(tǒng)無法預知所要顯示的數(shù)據(jù)的長度或表格行數(shù)。為此，本系統(tǒng)使用javascript腳本來在客戶端進行調節(jié)，并通過在CGI代碼中加入如下代碼來實現(xiàn)iframe高度的自動調節(jié)。

2.4 文件系統(tǒng)

根據(jù)需保存文件的類型， 本系統(tǒng)提供有兩種文件系統(tǒng)， 其中不會被修改的文件使用cramfs文件系統(tǒng)進行保存， 而將臨時數(shù)據(jù)保存在yaffs文件系統(tǒng)中。用于與用戶交互的文件類型主要有三種， 分別為配置文件、實時數(shù)據(jù)文件以及臨時文件。配置文件主要進行系統(tǒng)設置， 包括常溫范圍、短信發(fā)送對方手機號碼等配置信息； 實時數(shù)據(jù)文件中包括實時采集到的煙霧信息和視頻信息等； 臨時文件則用于一些需要臨時存放在系統(tǒng)中的文件。另外， 系統(tǒng)上電后需要檢測并掛載外部大容量存儲設備， 如SD卡或U盤等， 以用于存放歷史數(shù)據(jù)文件， 實際操作時，用戶可以通過網(wǎng)頁來配置當前需要采用哪種外圍存儲設備以及存儲容量等相關信息。

3 結束語

本文介紹的系統(tǒng)可為用戶提供良好的用戶接口。它結合事件驅動機制， 能夠讓用戶在節(jié)約大量存儲成本的同時， 在更大范圍內(nèi)更靈活的得到監(jiān)控信息， 并具有很好的實用性和擴展性。