網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及網(wǎng)絡(luò)信息安全

1、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及網(wǎng)絡(luò)信息平安 摘要：隨著社會的快速開展，科技不斷進(jìn)步。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，滿足了大多數(shù)環(huán)境和場所對平安的需求。筆者主要設(shè)計(jì)了一套基于嵌入式Linux的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)融合了嵌入式Linux技術(shù)、嵌入式Web效勞器以及多線程通信等技術(shù)，監(jiān)控采集終端便攜輕巧，監(jiān)控查詢非常簡便，有效實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控，傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題迎刃而解。關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控系統(tǒng)；S3C2440；網(wǎng)絡(luò)通信；Linux0引言目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用非常普及。傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在很多缺陷，包括實(shí)際布線量大、傳輸距離短、數(shù)據(jù)占內(nèi)存大、查詢繁瑣、模擬圖像質(zhì)量低和保護(hù)性不強(qiáng)等。此外，

2、在精細(xì)化、數(shù)字化的趨勢下，針對上述問題，采取最新的音視頻處理和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，通過太網(wǎng)及其他網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻圖像，可以有效解決遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的問題。1系統(tǒng)方案論述本文所設(shè)計(jì)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有很強(qiáng)的通用性，且性能高，以嵌入式技術(shù)為根底。該系統(tǒng)的組成局部包括嵌入式Web效勞器、嵌入式硬件平臺、USB攝像頭采集前端以及客戶端等。USB攝像頭采集前端主要用于采集圖像視頻數(shù)據(jù)，在MEJEPG算法的根底上壓縮處理視頻數(shù)據(jù)，借助網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭_(dá)效勞器，客戶端只需登錄即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)嵌入式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括硬件和軟件兩個(gè)方面。軟件方面主要是Linux系統(tǒng)設(shè)計(jì)，客戶端查看視頻數(shù)據(jù)非常簡單，主要通過

3、端軟件或者瀏覽器實(shí)現(xiàn)。硬件資源主要包括USB攝像頭、TQ2440開發(fā)板和WiFi無線網(wǎng)卡【1】。硬件設(shè)計(jì)方面，本系統(tǒng)開發(fā)主要采用核心板和底板相結(jié)合的模式。核心板采用S3C2440核心板。底板設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，包括USB攝像頭接口電路、核心板接口電路、LCD接口電路、串口電路、復(fù)位電路以及電源電路等。對于S3C2440核心板，主要采用了ARM920T內(nèi)核，32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，ARMV7指令集，主頻高達(dá)4000MHz，且運(yùn)算能力很強(qiáng)，高達(dá)450MIPS。該種內(nèi)核處理器有明顯優(yōu)勢，特別是在支持OS及人機(jī)交互設(shè)備管理等方面。本系統(tǒng)使用UVC攝像頭，普通USB接口即可使用。具體來說，WiFi無線網(wǎng)卡選擇的型

4、號為TL-WN321G+WiFi。這種無線網(wǎng)卡內(nèi)置智能天線，且為USB式總線接口，所具備的無線訪問能力非常穩(wěn)定、高效，最高可達(dá)20dBm的發(fā)射功率，2.42.48kMHz的工作頻率，同時(shí)，有廣泛的覆蓋范圍，室內(nèi)可達(dá)100m，室外可達(dá)300m。通常來說，底板電路設(shè)計(jì)在整個(gè)硬件電路設(shè)計(jì)中極其重要，且具有數(shù)字電路與高頻電路的特點(diǎn)。為了將印刷電路板上的噪聲干擾最小化，本設(shè)計(jì)采用了相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)，增強(qiáng)電路板的抗干擾性能。第一，電源和地線采用粗導(dǎo)線，降低毛刺噪聲影響；第二，確保電源線、底線走向和數(shù)據(jù)傳輸方向相同；第三，為了縮小地線電位差，地線需要構(gòu)成死循環(huán)回路；第四，布線時(shí)，盡量不采用90折線，采用45折線

5、盡可能降低高頻信號的對外發(fā)射與耦合；第五，完成布線后，需要對焊盤進(jìn)行淚滴處理，有利于保證信號的穩(wěn)定性。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)大致流程為利用USB攝像頭采集前端和視頻效勞軟件，獲取相應(yīng)的視頻數(shù)據(jù)，處理這些數(shù)據(jù)并發(fā)送給用戶?；诖?，輸入和輸出兩個(gè)線程的創(chuàng)立有重要作用。輸出線程主要用于傳輸視頻圖像數(shù)據(jù)，滿足用戶需求，輸入線程負(fù)責(zé)采集視頻數(shù)據(jù)。兩個(gè)線程之間有良好的互通性。共享內(nèi)存中，輸入線程寫入圖像視頻數(shù)據(jù)，輸出線程讀取這些數(shù)據(jù)并傳輸。本系統(tǒng)中，使用的攝像頭驅(qū)動是Linux下通用的spca5xx，驅(qū)動版本為spca5xx-v4l1goodbye.tar.gz。由于ZC301P芯片缺乏足夠支持，因此需要采取相應(yīng)措

6、施，通過修改內(nèi)核源碼，添加驅(qū)動，加強(qiáng)該設(shè)備的支持。本系統(tǒng)主要采用驅(qū)動模塊方式，使用insmod命令加載模塊，實(shí)現(xiàn)攝像頭驅(qū)動，高效便捷。視頻設(shè)備在Linux中使用時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)讀寫等操作，幾乎與訪問普通文件相同，攝像頭設(shè)備文件對應(yīng)/dev/v4l2/video0文件。V4L2是Linux下可供視頻編程的標(biāo)準(zhǔn)接口。V4L2是Linux系統(tǒng)下視頻設(shè)備驅(qū)動程序接口標(biāo)準(zhǔn)，為上層應(yīng)用程序提供了一系列接口函數(shù)。對于視頻圖像采集，其可通過操作視頻設(shè)備完成。V4L2操作設(shè)備文件時(shí)非常高效，在應(yīng)用程序中可以直接調(diào)用函數(shù)。V4L2支持兩種數(shù)據(jù)采集方式。第一，內(nèi)存映射方式map，通常用于連續(xù)視頻數(shù)據(jù)的采集。通過map函

7、數(shù)，用戶空間可以獲取內(nèi)核緩沖區(qū)地址。這種方式非常高效，能夠直接處理內(nèi)核緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。第二，直接讀取方式read，主要用于靜態(tài)圖片數(shù)據(jù)采集，可以在用戶空間和內(nèi)核空間持續(xù)拷貝視頻數(shù)據(jù)。這種方式利大于弊，雖然便于操作，但是占用內(nèi)存空間大，效率很難提高。本文主要采用的設(shè)計(jì)方案是內(nèi)存映射方式。關(guān)于輸入與輸出隊(duì)列的定義，輸入隊(duì)列主要接收和存儲視頻數(shù)據(jù)，輸出隊(duì)列主要向外驅(qū)動視頻數(shù)據(jù)。MPEG采用幀間壓縮的方式，僅存儲連續(xù)幀之間有差異的地方。因此，其壓縮比擬大，是壓縮運(yùn)動圖像及伴音的視音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。獲取圖像數(shù)據(jù)后，通過傳輸可以在FrameBuffer上顯示。由于本系統(tǒng)需要通過網(wǎng)絡(luò)才能傳輸所采集的視頻數(shù)據(jù)，因此

8、傳輸前需要壓縮編碼圖像數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)MPEG-4視頻編解碼方案，在此選用MPG440芯片。MPEG-4相比于其他標(biāo)準(zhǔn)，壓縮比更高，不僅占存儲空間小，而且圖像效果優(yōu)質(zhì)，特別適合在低帶寬條件下傳輸視頻，圖像質(zhì)量極佳。進(jìn)行視頻流壓縮編碼后，需要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸。作為遠(yuǎn)程嵌入式設(shè)備通信的標(biāo)準(zhǔn)，Web瀏覽器具有豐富的功能，完全可以與遠(yuǎn)端設(shè)備通信。使用普通的Web瀏覽器，監(jiān)控中心的主機(jī)可以獲取實(shí)時(shí)視頻，進(jìn)行遠(yuǎn)端控制。此外，需要將Web效勞器構(gòu)建在遠(yuǎn)端嵌入式系統(tǒng)中。考慮到嵌入式設(shè)備資源有限，假設(shè)處理大量用戶請求，需要花費(fèi)很長時(shí)間。為此，在Linux下，常用效勞器不太適合，如Apache等。使用與嵌入式設(shè)備相對口

9、的Web效勞器更為適宜，不僅存貯空間大，而且?guī)缀醪徽加脙?nèi)存空間，對于嵌入式應(yīng)用場合非常適宜?？蛻舳朔矫?，本設(shè)計(jì)主要采用B/S架構(gòu)客戶端效勞器結(jié)構(gòu)。通過瀏覽器，用戶可訪問Web效勞器Boa，通過運(yùn)行后臺效勞器，瀏覽器上會顯示結(jié)果。本設(shè)計(jì)中，只要處于局域網(wǎng)，且輸入視頻效勞器IP地址正確，所有PC或移動終端均可實(shí)時(shí)接收、采集視頻數(shù)據(jù)。在瀏覽器上，JavaApplet小程序只要正常運(yùn)行，客戶端就可以直接播放監(jiān)控圖像，使用效果良好。其端口號設(shè)置為8080。只要擁有IP地址和端口號，就可以創(chuàng)立Socket對象，同時(shí)，創(chuàng)立Socket對象的輸入、輸出流。3結(jié)語本系統(tǒng)基于嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)特性，設(shè)計(jì)了一種基于嵌入