嵌入式视频监控系统的设计及运用

摘 要 随着科学技术的不断进步，视频监控技术得到了迅速发展，并已广泛应用于社会安防等领域，目前，视频监控系统正朝着嵌入式的方向发展，相关软件、硬件技术已经趋于成熟，为嵌入式视频监控系统的研发与普及奠定了良好的基础。本文对嵌入式视频监控系统的组成进行了简要介绍，并分别从设计者的角度对嵌入式视频监控系统进行分析。

【关键词】嵌入式 视频监控 系统

近年来，视频监控系统已经遍布人们生活的各个角落，广泛应用于交通、电力、银行、商场等场所，在维护社会秩序方面起到了一定作用。然而，随着科学技术的发展，一种基于嵌入式技术的视频监控系统逐渐取代传统的视频监控系统。嵌入式系统开发的目的是强化其应用性，适用范围更广，通过对视频流进行编码、压缩，可经过互联网在获得授权的数字终端上观看视频。

1 嵌入式视频监控系统的框架

为达到实时监控的目的，设计人员将用于录像的摄像头放置于被监控点附近，通过视频线缆将图象传送至监控室。因此，嵌入式视频监控系统包括服务器端与客户端两大部分，服务器端的组成有硬件开发平台、嵌入式计算机操作系统（以Linux为主）、应用层软件、视频采集卡、无线传输模块，客户端则由计算机、操作系统、应用软件组成，嵌入式系统的框架如图1所示。

服务器端是嵌入式视频监控系统的核心，其硬件核心是嵌入式微处理器，结合多种外设（摄像头、无线网卡等），为客户端提供图像资源。客户端则是将服务器端编码、压缩处理后的视频进行解码，并通过显示器播放视频图像。基于无线传输与互联网技术的嵌入式视频监控系统实现了视频的远距离传输、控制，这解决了嵌入式视频监控系统在大面积假设过程中的布线问题。

2 嵌入式视频监控系统应用软件的设计

根据嵌入式视频监控系统的组成，在设计相关应用软件时，需要分别考虑服务端软件与客户端软件的不同，通过软件设计流程图对比，不同组成部分的软件设计思想存在明显差异。

由此可以看出，服务器端应用软件与客户端应用软件之间是相互关联的，服务器端所采集到的视频数据需要在客户端应用软件发出请求后进行传输。基于视频处理方式的不同，服务器端应用软件主要实现的视频信号的压缩、编码，而客户端应用软件则是对受到的视频信号进行解压、解码，并在显示器上进行播放。

2.1 服务器端应用软件的设计思想

根据视频监控系统的实际需要，服务器端需具备多线程任务处理能力，其中有3个线程需要占用一定的系统资源，分别为主线程、视频信号采集线程、视频信号发送线程。其中，主线程的任务是对系统外设进行初始化，保证参数设置的正确性。视频信号采集线程则负责将摄像头录制的视频信号采集至视频信号缓存区，同时经过视频采集卡完成视频的压缩、编码过程。视频信号发送线程则将位于缓存区的视频信号通过制定接口对外发送，这一过程的结束则意味着服务器端的主要任务完成。

2.2 客户端应用软件的设计

与服务器端相类似，嵌入式视频监控系统的客户端软件依然需要同时运行多个线程，其中主要包括主线程、视频信号接收线程和视频信号解码显示线程。在客户端通电之后，客户端程序开始运行，完成相关配置的初始化过程，主线程保证客户端软件的正常工作，避免大数据流下导致的软件崩溃，当主线程向服务器端发送视频信号请求线程后，视频信号接受线程开始工作，将接收到的视频信号交由视频信号解码显示线程，最终将视频信号投放在显示器上。在此过程中，客户端应用软件需要调用recvform（）不断接受服务器端发送来的UDP数据包，此类数据包被存放于客户端计算机的缓存区，并按照一定的顺序进行排列，以便于下一步的MJPEG解码过程，解码后的视频通过调用SDL进行播放。

3 嵌入式视频监控系统测试

为保证系统测试的准确性，关于嵌入式视频监控系统的测试一般选择有线传输和无线传输两种模式，从使用的角度看，基于无线传输技术的嵌入式视频监控系统将成为未来发展的主流，所以，这里以无线传输模式下的嵌入式视频监控系统为例。

首先，在对嵌入式视频监控系统进行测试之前，需要记录服务器端与客户端的IP地址；其次，检测检查客户端应用软件对摄像头的控制命令；再次，在视频监控系统客户端的控制矩阵上对显示画面进行选择性切换，检查切换画面是否正确；最后，将已经保存的录像进行拷贝，检查该录像能否通过解码在其它客户端上播放。

检查视频录像保存结果的主要原因在于无线网络传输环境的不稳定性所带来的数据包丢失问题，视频传输过程中的数据包丢失较为普遍，然而，如果出现连续性的数据包丢失，则会导致视频播放错误。以在无线传输环境下的视频监控系统数据传输测试为例，具体如表1所示。

由此可见，无线传输环境下的嵌入式视频监控系统的信号传输依然保持了较高的稳定性，丢包率维持在较低水平，四次测试的丢包率分别为0.0932%、0%、0.15%和0.181%，平均丢包率为0.1065%。

在画质方面，由于无线传输模式通过互联网进行数据的传输，相比较有线传输模式，无线传输模式下的嵌入式视频监控系统画质较好。导致这种情况的主要原因是有线传输模式存在能量的衰减，在无信号放大器的情况下，随着服务器端与客户端的距离增加，图像质量将不断下降。

总的来说，嵌入式视频监控系统的稳定性较以往有所提高，无线传输技术的使用，在降低嵌入式视频监控系统设计成本的同时，也实现了对嵌入式技术的有效利用，推动了嵌入式视频监控系统在社会各领域的广泛应用。

4 总结

嵌入式技术的广泛使用，實现了视频监控系统的小型化、节能化和低成本化，这对于视频监控系统的推广应用有着积极意义。通过不断完善嵌入式视频系统的硬件设计，开发具有多种功能的应用软件，使嵌入式视频监控系统同时具有便携性与灵活性的特点，结合无线传输技术，使视频监控系统真正摆脱远距离传输信号质量差、成本高等一系列问题。

参考文献

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作者简介

张帆（1990-），男，山西省忻州市五台县沟南村人。大学本科学历。研究方向为物联网与嵌入式。

作者单位

山西农业大学信息学院 山西省晋中市 030800