隨著科技的飛速發(fā)展及生活水平的不斷提高，人們對(duì)智能化家居生活的需求也逐漸增大；為了順應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展的需求，滿足人們的需求，眾多廠家也紛紛研發(fā)并推出了各種各樣的智能家居產(chǎn)品。例如，許多智能家居產(chǎn)品運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，通過全數(shù)字化傳輸，可以實(shí)現(xiàn)戶戶通話、留影留言、家居安防、信息發(fā)布、多媒體、家電智能控制、IP電話等功能，可以利用智能終端、電腦、手機(jī)對(duì)家中的電器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理，同時(shí)基于小區(qū)寬帶網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)上的智能家居系統(tǒng)還可以在物業(yè)管理、消防、水、電、煤等方面提供多方位的服務(wù)，為用戶創(chuàng)造一個(gè)高效、舒適、安全、便利的居住環(huán)境。

    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)的新寵以其開源特點(diǎn)非常適合面向開發(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)等通過家庭網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合起來，從而給用戶帶來最大程度的高效、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)中我們可以通過任意網(wǎng)絡(luò)設(shè)備訪問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是一類Unix計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱。Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核的名字也是"Linux".Linux操作系統(tǒng)也是自由軟件和開放源代碼發(fā)展中最著名的例子。嚴(yán)格來講，Linux這個(gè)詞本身只表示Linux內(nèi)核，但在實(shí)際上人們已經(jīng)習(xí)慣了用Linux來形容整個(gè)基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU 工程各種工具和數(shù)據(jù)庫的操作系統(tǒng)。Linux得名于計(jì)算機(jī)業(yè)余愛好者Linus Torvalds.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。設(shè)計(jì)直接通過系統(tǒng)調(diào)用訪問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Socket接口來進(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)

　　WEB服務(wù)器也稱為WWW（WORLD WIDE WEB）服務(wù)器，主要功能是提供網(wǎng)上信息瀏覽服務(wù)。 WWW 是 Internet 的多媒體信息查詢工具，是 Internet 上近年才發(fā)展起來的服務(wù)，也是發(fā)展最快和目前用的最廣泛的服務(wù)。正是因?yàn)橛辛薟WW工具，才使得近年來 Internet 迅速發(fā)展，且用戶數(shù)量飛速增長(zhǎng)。

　　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程序用來完成Web網(wǎng)頁中表單數(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)頁的打開而自動(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)頁打開時(shí)刻的靜止圖像。

　　我們可以通過手動(dòng)刷新來達(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?，十分適用于智能家居系統(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。

技術(shù)資料出處:齊躍峰 劉宇鵬 燕山大學(xué)
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