摘要：根據(jù)增強(qiáng)家居安防系統(tǒng)的要求，提出一種視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)分析ARM微處理器的結(jié)構(gòu)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(yīng)用程序的方案。用戶可經(jīng)由任意網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控ARM板上USB攝像頭采集到的圖像，實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的目的。
關(guān)鍵詞：嵌入式：微處理器；Web服務(wù)器：視頻監(jiān)控

O 引言
    隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)生活質(zhì)量也提出了越來(lái)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(shè)計(jì)采用ARM處理器嵌入Linux操作系統(tǒng)的方法實(shí)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(kāi)源特點(diǎn)非常適合面向開(kāi)發(fā)，而ARM核憑借其較高的指令和數(shù)據(jù)處理能力更是吸引了眾多研發(fā)人員的眼球，二者的結(jié)合為智能家居視頻監(jiān)控提供了一個(gè)嶄新的發(fā)展方向。

1 智能家居系統(tǒng)的總體架構(gòu)
    智能家居系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和綜合布線技術(shù)，將與家庭生活密切相關(guān)的家電控制系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)系統(tǒng)等通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，從而給用戶帶來(lái)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(dòng)化控制系統(tǒng)和家居音視頻系統(tǒng)。圖1給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的智能家居系統(tǒng)架構(gòu)。

    智能家居系統(tǒng)中我們可以通過(guò)任意網(wǎng)絡(luò)設(shè)備訪問(wèn)Web服務(wù)器的家庭網(wǎng)關(guān)以監(jiān)控家用電器、報(bào)警設(shè)備和攝像頭等設(shè)備的運(yùn)行情況來(lái)實(shí)現(xiàn)住家的智能化。在現(xiàn)階段智能家居起步時(shí)期，家居設(shè)計(jì)的時(shí)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(gòu)
    鑒于家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用集軟硬件于一體，具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)的嵌入式系統(tǒng)。設(shè)計(jì)采用ARM(Adva-nced RISC Machinesl核嵌入Linux操作系統(tǒng)的方法實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)主要由嵌入式S3C2410處理器、相關(guān)支撐硬件、USB攝像頭、嵌入式操作系統(tǒng)Li-nux及應(yīng)用軟件等部分組成，該系統(tǒng)是可以獨(dú)立工作的“器件”。
2．1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
    系統(tǒng)硬件部分主要包括S3C2410處理器、儲(chǔ)存器和外圍電路，其結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。

    基于ARM9的嵌入式S3C2410處理器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它提供了豐富的片內(nèi)資源，支持Linux操作系統(tǒng)，并能完成整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)度工作。CPU內(nèi)置USB控制器，USB攝像頭將采集到的圖像通過(guò)USB接口送與S3C2410進(jìn)行處理，以等待發(fā)送。網(wǎng)絡(luò)芯片DM9000有成熟的Linux驅(qū)動(dòng)程序支持，其100Mb／s以太網(wǎng)接口，以傳輸速率快為設(shè)計(jì)首選。
2．2 構(gòu)建基于S3C241O的嵌入式Linux系統(tǒng)
    Linux是一款可以免費(fèi)使用，且源碼開(kāi)放以便開(kāi)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(jī)選用Red Hat公司的IAnux9．0服務(wù)器版，并在其上構(gòu)建嵌入式Linux開(kāi)發(fā)平臺(tái)需要的交叉編譯環(huán)境。
    在S3C2410上搭建嵌入式Linux軟件平臺(tái)需要完成引導(dǎo)加載程序Boot loader的移植；Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核的移植和包含應(yīng)用程序的文件系統(tǒng)移植。
    Boot Loader是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前執(zhí)行的一段小程序。Linux內(nèi)核有自己的結(jié)構(gòu)體系，智能家居系統(tǒng)的Linux內(nèi)核由標(biāo)準(zhǔn)Linux內(nèi)核裁剪而來(lái)。設(shè)計(jì)直接通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用訪問(wèn)Linux的內(nèi)核資源，編譯內(nèi)核時(shí)加入U(xiǎn)SB攝像頭Webeve 2000主芯片OV511的驅(qū)動(dòng)和以太網(wǎng)控制芯片DM90-00的驅(qū)動(dòng)，文件系統(tǒng)選用Ramdisk技術(shù)。

3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
3．1 Vide04Linux程序
    Vide04Linux(簡(jiǎn)稱V4L)是Linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，它針對(duì)視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程提供一系列接口函數(shù)。對(duì)于USB接口攝像頭，其驅(qū)動(dòng)程序中提供基本的I／O操作接口函數(shù)open、read、write、close等。
3．2 網(wǎng)絡(luò)通信程序
    在TCP／IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，通信的兩個(gè)進(jìn)程間相互作用的主要模式是瀏覽器／服務(wù)器模式，即客戶向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)器接收到請(qǐng)求后，提供相應(yīng)的服務(wù)。
    Linux中的網(wǎng)絡(luò)編程是通過(guò)Socket接口來(lái)進(jìn)行的，Socket相當(dāng)于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信兩端的插座，只要對(duì)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(shù)據(jù)了。在智能家居系統(tǒng)中，用戶所持有的任意網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的和家用ARM9開(kāi)發(fā)板就是Socketet通信的兩端。
3．3 嵌入式WEB服務(wù)器和視頻監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)
    家居系統(tǒng)選用的Web服務(wù)器是一款非常小巧的，執(zhí)行代碼只有約60kB的一個(gè)單任務(wù)嵌入式boa服務(wù)器。客戶端瀏覽器和嵌入式Web服務(wù)器之間通過(guò)HTTP協(xié)議所進(jìn)行的“請(qǐng)求一>響應(yīng)”的工作原理如圖3所示。

    構(gòu)建嵌入式服務(wù)器boa，并針對(duì)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(shè)置boa．-conf文件里的用戶訪問(wèn)權(quán)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(rèn)首頁(yè)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(kāi)發(fā)板的／etc目錄下。
    CGI(通用網(wǎng)關(guān)接口)定義了Web服務(wù)器與其他可執(zhí)行程序(CGI)之間進(jìn)行交互的接口標(biāo)準(zhǔn)。CGI程序用來(lái)完成Web網(wǎng)頁(yè)中表單數(shù)據(jù)處理的動(dòng)態(tài)交互工作，CGI程序與Web服務(wù)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(yàn)，通過(guò)后完成本地?cái)?shù)據(jù)的上傳。
    CGI程序?qū)ndex．html提交數(shù)據(jù)的處理，通過(guò)登陸后提供進(jìn)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(wǎng)頁(yè)的打開(kāi)而自動(dòng)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(wǎng)頁(yè)打開(kāi)時(shí)刻的靜止圖像。
    我們可以通過(guò)手動(dòng)刷新來(lái)達(dá)到觀看視頻的目的，這里在CGI程序里嵌入Java Script程序?qū)崿F(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(dòng)載入的動(dòng)態(tài)視頻，如圖5所示，達(dá)到了視頻監(jiān)控的目的。

4 結(jié)論
    采用S3C2410處理器嵌入Linux操作系統(tǒng)的方法實(shí)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(shí)現(xiàn)，用一個(gè)精簡(jiǎn)的操作系統(tǒng)完成圖像采集與網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓δ埽诌m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(shí)現(xiàn)，事實(shí)上，一個(gè)龐大的智能家居系統(tǒng)完全可以由S3C2-410處理器、相關(guān)硬件和嵌入裁剪得當(dāng)?shù)腖inux操作系統(tǒng)完成。