２０１１年第６期 信息通信 ２０１１ （总第１１６期） ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ＆Ｃ０ＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ （Ｓｕｍ．Ｎｏ １１６） 嵌入式ｌ ｉｎｕｘ－￣多线程视频监控的设计和实现 王宣达，李临生 （太原科技大学信息工程系，山西太原０３００２４） 摘要：使用多任务操作系统ｌｉｎｕｘ的多线程技术设计和实现了一个民用领域的远程视频监控系统，实验证明该系统有良好的 灵活性，较好的可扩展性，而且节省成本。 关键词：嵌入式；多线程；视频采集；Ｖ４Ｌ２；ＡＲＭ 中图分类号：ＴＰ２７７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—１ １３１（２０１ １）０６－０１９１－０２ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｈｅｓｉｓ ｕｓｅ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｔｈｒｅａｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｔａｓｋ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｌｉｎｕｘ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ａｃｈｉｅｖｅｄ ａ ｌｏｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｖｉｄｅｏ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｃｉｖｉｌ ｕｓｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｉｔ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ，ｇｏｏｄ ｅｘｐａｎｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｓｔｓ ｌｏｗ． ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ｅｍｂｅｄｄｅｄ；Ｍｕｌｔｉｔｈｒｅａｄ；Ｖｉｄｅｏ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ；Ｖ４Ｌ２；ＡＲＭ 视频监控系统在各个领域都有着广泛的应用，它是当今大 络上，在监控终端使用ＩＥ浏览器，输入相应的ＩＰ地址即可访 型企业、银行、电力局等信息交流广泛的企业生产和管理的必 问视频服务器，从而获取视频监控画面。 备系统，同时随着硬件设备的价格下降，也出现了民用领域的 １．２嵌入式１ｉｎｕｘ视频监控系统的硬件平台 监控系统，比如家庭视频监控。现在的企业级视频监控处于安 ￥３Ｃ２４４０ａ是韩国三星公司生产的一款基于ＡＲＭ９２０Ｔ内核的 全性考虑多是局域网视频监控，而在安全适中的情况下，民用 １６／３２位精简指令级ＲＩＳＣ嵌入式微处理器，具有ＭＭｕ硬件单元， 领域需要的是更多的灵活性和便捷性。本文使用设计和实现视 采用五级流水线，其标准工作频率为４００ＭＨｚ，主要面向手持设 频监控使用了ｌｉｎｕｘ的多线程技术让多个家庭成员可以用客户 备以及高性价比，低功耗的应用。本系统使用了２５６ＭＢ的ＮＡＮＤ 端在不同地域同时通过因特网登陆访问视频监控资源，实现了 ＦＬＡＳＨ，６４Ｍ的ＳＤＲＡＭ和２Ｍ的ＮＯＲ ＦＬＡＳＨ，其硬件结构如图１所示。 多人监控。 ２嵌入式Ｌｉｎｕｘ多线程视频监控系统流媒体服务器的 １嵌入式Ｌｉｎｕ）觏频监控系统的设计思想 实现 １．１嵌入式Ｌｉｎｕ）觏频监控系统的软件平台 本视频监控使用Ｌｉｎｕｘ内核中的Ｖ４Ｌ２（Ｖｉｄｅｏ ｆｏｒ Ｌｉｎｕｘ ２） 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，且软 视频设备的子系统，它为１ｉｎｕｘ下的视频驱动提供了统一的接 硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗 口，使得应用程序可以使用统一的ＡＰＩ函数操作不同的视频设 有严格要求的专用计算机系统。 备，极大地简化了视频系统的开发和维护。采用ＴＣＰ／ＩＰ协议下 首先构建嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统，从软件角度上从底层到高层 的网络传输视频数据，可以实现远程视频监控系统，并在此基 分为：引导加载程序ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，内核，根文件系统，应用程 础上使用了多线程技术实现同时服务于多个用户的功能。 序。本系统移植的是２０１０．０６版本的ｕ—ｂｏｏｔ，２．６．３１内核，使用了 ２．１基于Ｖ４１２的视频采集的实现 基于Ｌｉｎｕｘ的Ｖ４Ｌ２视频规范的视频采集模式和ＴｃＰ／ＩＰ协议下的 嵌入式Ｌｉｎｕｘ视频监控使用基于Ｌｉｎｕｘ￣核提供的Ｖ４１２视 传输模式来实现该视频监控系统。 频规范进行视频采集，采用ｍｍａｐ￣存映射的方式为数据交换 模式。 视频采集主要步骤和对应的系统调用如下： （１）打开摄像头设备： ｖｉｄｅｏ．ｆｄ＝ｏｐｅｎ（ＣＦＧ ＣＡＭＥＲＡ，ＯＲＤＷＲ； （２）查看摄像头设备是否支持视频捕捉和视频流采集 ｖｉｄｅｏ．ｒｅｔ＝ｉｏｃｔｌ（ｖｉｄｅｏ．ｆｄ，ＶＩＤＩＯＣＱＵＥＲＹＣＡ￣＆ｖｉｄｅｏ． ｃａｐ）： （３）设置摄像头采集图片的格式 ｖｉｄｅｏ．ｒｅｔ＝ｉｏｃｔｌ（ｖｉｄｅｏ．ｆｄ，ＶＩＤＩＯＣ—Ｓ—ＦＭＴ，＆ｖｉｄｅｏ． ｆｏｒｍａｔ）： （４）设置帧率 ｖｉｄｅｏ．ｒｅｔ＝ｉｏｃｔｌ（ｖｉｄｅｏ．ｆｄ，ＶＩＤＩＯＣＳＰＡＲＭ，＆ｖｉｄｅｏ．ｆｐｓ）； （５）向驱动申请缓存区 图１嵌入式Ｌｉｎｕｘ视频监控系统的硬件结构图 ｖｉｄｅｏ．ｒｅｔ：ｉｏｃｔ１（ｖｉｄｅｏ．ｆｄ，ＶＩＤＩＯＣＲＥＱＢＵＦＳ，＆ｖｉｄｅｏ． 本视频监控包含视频数据的采集、处理、传输等功能，设 ｒｅｑｂｕｆ）： 计上分为两个模块：Ｌｉｎｕｘ视频采集模块、Ｌｉｎｕｘ流媒体服务 （６）把内核中的缓冲区映射到用户空间 器。采集模块使用ｌｉｎｕｘＶ４Ｌ２视频规范采集视频数据，Ｌｉｎｕｘ流 ｖｉｄｅｏ．ｍｅｍ［ｉ］＝ｍｍａｐ（Ｏ／＊ｓｔａｒｔ ａｎｙｗｈｅｒｅ ／＇ｖｉｄｅｏ．ｂｕｆｆ． 媒体服务器实现视频数据的传输，并用Ｌｉｎｕｘ多线程的方式服 １ｅｎｇｔｈ，ＰＲＯＴＲＥＡＤ，ＭＡＰ ＳＨＡＲＥＤ，ｖｉｄｅｏ．ｆｄ，ｖｉｄｅｏ．ｂｕｆＬ 务于多个用户等功能，视频图像最终以视频流的形式发布到网 ｍ．ｏｆｆｓｅｔ）： １９１ 信息通信 （７）将每个缓冲区放入视频采集队列 ｖｉｄｅｏ．ｒｅｔ＝ｉｏｃｔｌ（ｖｉｄｅｏ．ｆｄ，ＶｌＤＩＯＣＱＢＵＦ，＆ｖｉｄｅｏ． 王宣达等：嵌入式ｌｉｎｕ）ｒ下多线程视频监控的设计和实现 Ｌｉｎｕｘ多线程视频监控系统的工作过程：本系统使用ＴｃＰ／ＩＰ 协议进行通信，在ｌｉｎｕｘ中，数据传输模块是由ｌｉｎｕｘ ｓｏｃｋｅｔ实 现的。Ｓｏｃｋｅｔ工作分为两种模式：阻塞和非阻塞，阻塞模式下， 当系统完成指定任务之前，程序不能够继续执行后面的语句。 例如，服务器运行￣Ｕａｃｃｅｐｔ语句时，而没有客户连接服务请求 ｂｕｆｆ）： ２．２基＝ＪｚＴＣＰ／ＩＰ的的视频传输的实现 Ｌｉｎｕｘ３；的网络编程是通过ｓｏｃｋｅｔ接口实现的。服务器应用 程序先创建一个ｓｏｃｋｅｔ，ｓｏｃｋｅｔ就像一个文件描述符，用来引用 到来，服务器就会停止在ａｃｃｅｐｔ语句上等待连接服务请求的到 来。而实际过程中，我们需要轮询多个ｓｏｃｋｅｔ，所以不能够阻塞 到某一个ｓｏｃｋｅｔ上，因而需要设置成非阻塞模式，但是这种 轮询 使ｃＰＵ处于 等待方式，从而降低性能，浪费系统资源。 Ｌｉｎｕｘ提供的ｓｅｌｅｃｔ系统调用很好的解决了这个问题，它允许把 进程挂起，同时使系统内核监听所要求的一组文件描述符，当某 文件描述符准备就绪时，ｓｅｌｅｃｔ（）调用将返回指示该文件描述 —系统分配给服务器进程的资源，并且这部分资源只能由该进程 访问，对该进程是独占的。服务器通过使用ｓｏｃｋｅｔ系统调用的 方式创建ｓｏｃｋｅｔ，创建之后该ｓｏｃｋｅｔ不能被其它进程共享。 然后，服务器进程给刚刚创建的ｓｏｃｋｅｔ绑定一个名字。本 地的ｓｏｃｋｅｔ会分配一个在Ｌｉｎｕｘ文件系统中的文件名。对于网 络ｓｏｃｋｅｔ，其名称通常是与特定网络相关的服务标识（如：端口 号）以便其他客户程序连接，系统能够通过这个标识符将带有 符己准备好的信息，然后服务器即可接收连接，建立连接，并创 特定端口的访问请求指定给服务器进程。Ｓｏｃｋｅｔ名称的绑定是 建一个子线程专门用来服务此客户端，主线程循环调用ｓｅ］ｅｃｔ等 通过ｂｉｎｄ系统调用实现的。之后，服务器进程就会等待客户对 待下一个客户端的连接请求。刚创建的子线程在已经建立好的 该命名的ｓｏｃｋｅｔ发起链接请求。使用ｌｉｓｔｅｎ系统调用创建一个 连接上循环发送视频数据来响应客户端，客户端通过监听服务 请求队列，最后使用ａｃｃｅｐｔ系统调用接受请求。 器端口接收视频数据，所以多线程配合ｓｅｌｅｃｔ系统调用节省了系 ３ Ｌｉｎｕｘ多线程视频监控的实现 统资源，无需让ｃＰＵ等待，同时实现了服务于多个客户的需求。 ４结语 ． 本文详细描述使用多线程和ｓｏｃｋｅｔ网络编程的方式来实 现１ ｉｎｕｘ操作系统下的多线程视频监控系统的设计思路和实现 方式。其中主要综合运用了两个技术完成了视频监控系统的设 计：①使用Ｌｉｎｕｘ下多任务的工作特性，实现了多线程服务的 流媒体服务器，提高了多用户对视频监控的实时性要求，同时 节约了系统的资源；②运用Ｌｉｎｕｘ网络编程原理，最终实现了 ＴｃＰ协议下的远程视频监控系统的设计。下一步的工作主要是提 高视频监控系统数据的安全性，和用户界面的友好性，扩展更 多的民用视频监控功能。 参考文献： ［１］安津．嵌入式视频监控基于ＡＤＳＬ的实现［Ｄ］．天津大 学，２００６ ［２］基于ＡＲＭ视频采集系统的设计与实现［Ｄ］．大连海事大学 研究生硕士论文，２００７ ［３］黄欢，和卫星，吕继东，等．基于无线局域网的煤矿视频监 控系统［Ｊ］．工矿自动化，２００８（２）：４５—４８． ［４］罗亚非．基于ＴＣＰ的ｓｏｃｋｅｔ多线程通信［Ｊ］．电脑知识与技 术，２００９（０３） ［５］李宝国．基于嵌入式ＡＲＭ的远程视频监控系统研究［Ｄ］． 南京理工大学，２００９ 图２基于嵌入式Ｌｉｎｕｘ多线程远程视频监控系统软件结构图 （上接第１９３页） 防范病毒的过程实际上就是技术对抗的过程，随着病毒的 术的发展，为电子商务贸易提供了基本的保障。在今后的发展 繁衍和传播方式的变化，反病毒技术必须不断调整。网络防病 中，电子商务网络安全体系将会更加完善。 毒应该利用网络优势，使病毒逐渐成为网络安全体系中的一部 反，防杀结合，重在预防，并把防病毒、防黑客、灾难恢复等几 参考文献 个方面综合考虑，形成一整套安全机制，才能有效地保障整个 ［１］王宝济．网络建设实用指南［Ｍ］．人民邮电出版社，２００８ 网络的安全。 ［２］黎洪松，裘晓峰．网络系统集成技术及应用［Ｍ］．科学出 ３．结语’ 版社，２００７ ｌ 互联网技术的发展，使得电子商务的形式、内容变得日益 丰富和生动，带动了电子商务的普及与发展。信息与网络安全技 作者简介：陈伟，１９６０年，湖北武汉人，大学本科学历，致力于 基于互联网的信息安全体系研究。 １９２