基于GPRS和嵌入式Linux的远程图像监控系统

引言

当前有线通信的图像监控系统由于其经济实用性而被广 泛采用，然而这种方式很大程度限定了它的应用前景。目前, 视频监控系统已经覆盖美国的大小城市。在美国，执法机构 正在逐渐普及和安装警用移动视频监控设备。而国内网络 视频监控系统虽发展较慢，主要以流媒体监控系统为主, 但随着平安城市建设的不断推进，网络视频监控将得到全面 发展。本系统是基于ARM嵌入式开发平台和GPRS田无线 传输网络的远程图像监控设计方案，系统应用了嵌入式技术 和无线移动网络技术的融合，实现了远程实时视频图像的监 控，可以被广泛地应用在不同的场合监控，例如居家办公场所、 能源系统、工业领域等。

1系统总体设计

远程视频图像监控系统分为嵌入式视频采集终端和监控中心服务器。嵌入式视频采集终端是基于嵌入式微处理器S3C2440和Linux核心平台，集成GPRS模块，采用USB摄 像头捕捉现场图像，通过GPRS网络发送实时压缩处理后的 图像数据，实现和监控中心的通信。监控中心服务器通过本 地网络与终端GPRS模块建立稳定连接，接收终端传输的图 像并实时显示。系统的实现方案如图1所示。

2系统具体设计与实现

2.1系统开发平台

本系统选取TQ2440开发板作为系统设计的硬件平台, 图2所示是系统硬件开发平台结构图。其中，采集终端硬件由 主控模块和扩展模块两部分组成。主控模块采用嵌入式微处理器S3C2440,该处理器内部集成了 ARM公司ARM920T处 理器核。另外，系统储存扩展了 256 MB的NANAD FLASH、 2 MB的NOR FLASH和64 MB的SDRAM。扩展模块包括 了中星微ZC301USB摄像头和SIM900模块。

中星微ZC301摄像头价格低，性能好且易使用，很容易 集成到嵌入式系统中。该款USB摄像头像素可达30万，最大 每秒传输帧数可达30，图片分辨率最大为600X800，内置了 JPEG硬件压缩引擎。

GPRS模块采用内嵌TCP/IP协议的SIM900模块，该 模块属于GSM/GPRS双频模块，尺寸小，功耗低，性价比 高，很适合嵌入式开发应用。S3C2440通过UART接口连接 SIM900模块并用AT命令控制GPRS模块，实现基于GPRS 访问和图像数据的传输。

系统软件平台以嵌入式Linux为基础，具体构建步骤是 在宿主机建立交叉编译环境，完成引导加载程序uboot的编 译移植，编译移植linux-2.6.30.4内核，包括串口驱动，USB 设备等驱动的移植，基于busybox-1.13.0构建的yaffs2文件系 统的移植。本系统根据开发需求，将图像数据的采集和发送 分别设计为两个线程并行运行，线程之间用PV信号量进行同 步，减少相互干扰。图3所示是本系统视频监控终端的应用程 序工作流程图。

2.2 图像数据采集和发送

V4L2 是 Video For Linux Two 的 简 称， 是 Video ForLinux API 的第二版本，是 Linux下开发视频设备程序的接口标准。为了使用 Linux下 V4L2 应用程序接口编写图像采集应用程序，在开发板上移植的 Linux 版本为 linux-2.6.30.4 内核，此版本内核支持中星微 ZC301USB 摄像头，只需在配置内核编译选项时把 ZC3XX Usb Camera Driver 驱动选中并重新编译进内核即可。

2.3 图像数据采集

V4L2 的绝大部分功能是通过 ioctl 系统调用完成的。图像数据采集过程包括打开视频设备文件、设置采集属性、内存映射实现和图像数据帧采集等。其中，图像数据帧缓存采用 FIFO 的方式，缓存队列将已采集到的视频图像数据的设备缓存存出队列，此时与之映射的内存空间就存储了采集到的视频图像数据，处理完毕重新使视频设备加入缓存队列。图像数据帧采集过程如图 4 所示。

2.4 GPRS 数据传输

本系统通过 S3C2440 对 SIM900 模块进行控制，与监控中心建立 GPRS 连接，将采集终端的图像数据进行实时传输，方便用户对视频图像的实时监控。由于 GPRS 模块内嵌 TCP/IP 协议，终端可以很方便地与 PC 端的监控中心建立 GPRS 无线网络稳定连接。

在视频图像采集终端与监控中心建立 GPRS 无线网络连接时，本系统选用可靠稳定的 TCP 协议。具体步骤为S3C2440 串口 1 控制 SIM900 模块，发送指定AT 命令主动向公网上的一个静态公网 IP 地址发起 TCP 连接，只要这个公网上的机器有确定的相应监听端口，就可建立 TCP 连接。所以系统需要知道当前 PC 机的静态公网 IP 地址和确定的监听端口。具体实现 GPRS 网络链路稳定连接的 AT 命令如表1所列。

3 监控服务中心器

监控中心与视频数据图像采集终端建立客户 / 服务器（C/S）模式。监控中心服务器使用普通 PC，有静态 IP 和开放监听端口。监控中心服务器具有监听 TCP 端口，返回数据包，描述接收的数据和大小，保存图像文件等功能。监控中心服务器工作流程如图 5 所示。

4 结 语

本系统充分发挥了永远在线的 GPRS 无线传输技术和高性能的嵌入式监控系统的优点，实现了远程图像监控。系统测试结果较满意，使用中国移动的 GPRS 网络服务，本系统的数据传输率大于 10 Kb/s，经压缩后分辨率为 320×240，图像大小在 50 Kb 左右并且能够在 4 s 左右传输到监控中心服务器上进行实时显示。经过以上测试，本系统具有较高的视频采集和传输速率，实现了基于 GPRS 无线传输技术的远程图像监控，具有广泛的应用前景。

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