基于ARM的移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

    (1)采集視頻數(shù)據(jù)
    系統(tǒng)是在嵌入式Linux系統(tǒng)平臺上采用Video4Linux編程來采集視頻的。一般攝像頭是直接讀視頻設(shè)備，采集到視頻數(shù)據(jù)并存在文件中。對文件進(jìn)行操作，這樣程序運(yùn)行效率會很低。本系統(tǒng)摒棄這種方法，采用mmap(內(nèi)存映射)方式截取視頻數(shù)據(jù)。mmap()系統(tǒng)調(diào)用使得進(jìn)程之間通過映射同一個(gè)普通文件實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存。普通文件被映射到進(jìn)程地址空間后，進(jìn)程可以向訪問普通內(nèi)存一樣對文件進(jìn)行訪問，不必再調(diào)用read()，write()等操作。采用共享內(nèi)存通信的一個(gè)顯而易見的好處是效率高，因?yàn)檫M(jìn)程可以直接讀寫內(nèi)存，而不需要任何數(shù)據(jù)的拷貝。

    (2)傳輸視頻數(shù)據(jù)
    本系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻數(shù)據(jù)，用套接字(Socket)編程實(shí)現(xiàn)。

    (3)采集線程與傳輸線程同步
    流媒體服務(wù)器的設(shè)計(jì)有個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：保證連續(xù)不斷的視頻流。針對這一點(diǎn)，本系統(tǒng)采用多線程編程，采集和傳輸并行執(zhí)行。用互斥量和標(biāo)志位來實(shí)現(xiàn)采集線程和傳輸線程的同步。
    采集數(shù)據(jù)時(shí)給互斥量加鎖，直到當(dāng)前幀采集完并填充完當(dāng)前幀頭結(jié)構(gòu)體才解鎖互斥量，再開始傳輸。同理，傳輸當(dāng)前幀時(shí)采集線程等待，直到當(dāng)前幀傳輸完。采集完兩幀數(shù)據(jù)傳輸?shù)诙鬏斖瓿珊螅杉甑谌龓瑐鬏數(shù)谌龓Ｒ来搜h(huán)，采集完第N幀傳輸?shù)贜幀。此時(shí)實(shí)際只傳輸了第2幀到第N幀，即N-1幀。
    用戶的視覺反應(yīng)需要時(shí)間，此丟棄第一幀的設(shè)計(jì)思想并不會使畫面失真。反而連續(xù)不斷的視頻流傳輸?shù)娇蛻舳藶橛脩裟軌颢@得良好的視頻質(zhì)量打下了基礎(chǔ)。
    采集線程：

3．2．2 動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁的設(shè)計(jì)
    嵌入式Web服務(wù)器是Web服務(wù)器簡化后的專用系統(tǒng)。本系統(tǒng)選用適合嵌入式系統(tǒng)的Boa Web服務(wù)器。Boa是一個(gè)單任務(wù)的HTTP服務(wù)器，支持能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)Web技術(shù)的Java Script技術(shù)，源代碼開放，性能高。同時(shí)服務(wù)器本身所占空間很小，因而十分適用于嵌入式系統(tǒng)。
    鑒于Boa移植技術(shù)已經(jīng)很成熟，故不詳細(xì)討論。
    Applet是能夠嵌入到一個(gè)HTML頁面中，且可通過Web瀏覽器下載和執(zhí)行的一種Java類。它是Java技術(shù)容器(container)的一種特定類型。Applet可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，由瀏覽器自動(dòng)裝載并執(zhí)行。這恰恰非常符合本系統(tǒng)的要求，因此選用Applet來很好地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁，打開網(wǎng)頁就可以看到視頻數(shù)據(jù)，方便快捷。
    (1)設(shè)計(jì)流程
    Applet不能單獨(dú)運(yùn)行，需要嵌入在網(wǎng)頁中借助瀏覽器的解釋。必須要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)HTML文件來告訴瀏覽器需裝載什么以及如何運(yùn)行它。其執(zhí)行順序如下：
    ①瀏覽器裝入U(xiǎn)RL；
    ②瀏覽器裝入HTML文檔；
    ③瀏覽器裝入Applet類；
    ④瀏覽器運(yùn)行Applet。
    本系統(tǒng)Java Applet實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能：視頻數(shù)據(jù)通過Socket傳送到客戶端顯示；將客戶端調(diào)節(jié)視頻帶參數(shù)發(fā)送到服務(wù)器；將客戶端點(diǎn)擊的運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)發(fā)送到服務(wù)器。其中init和start函數(shù)在Applet開始執(zhí)行時(shí)調(diào)用，通過start創(chuàng)建2個(gè)線程：用于socket通信；提供用戶界面顯示視頻和相應(yīng)用戶操作。用戶界面設(shè)計(jì)用到Sun的SwingWorker類庫。
    (2)雙緩沖技術(shù)
    雙緩沖技術(shù)主要應(yīng)用于屏幕閃爍現(xiàn)象的消除。在一幀圖像的繪制過程中，如果一幀圖像的繪制時(shí)間大于屏幕的刷新時(shí)間，就會造成視覺上不連貫的效果。繪制時(shí)可在內(nèi)存中建立兩個(gè)圖形緩沖區(qū)，其中一個(gè)緩沖區(qū)(前臺)用于存放顯示的當(dāng)前幀，并在屏幕上顯示；同時(shí)在另一個(gè)緩沖區(qū)中完成下一幀的繪制。因?yàn)楫嬅娴睦L制過程是在用戶不可見的情況下進(jìn)行，自然也就消除了這種閃爍現(xiàn)象。
    為了保證用戶的觀看質(zhì)量，本系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁的設(shè)計(jì)中引入這種雙緩沖技術(shù)。采用Java語言中component類的一個(gè)可用于創(chuàng)建圖形緩沖區(qū)的方法createImage(int width，int height)，其參數(shù)為繪制區(qū)域的大小。該方法返回一個(gè)大小為繪制區(qū)域的Image對象。調(diào)用該對象的getGraphics()方法得到一個(gè)GraphiCS對象，將它視為后臺的Graphics對象。此后，可調(diào)用Graplaics類的各種繪圖方法，以繪制所需的畫面。此時(shí)，所有的操作都是在后臺的Image對象中進(jìn)行的，并沒有顯示到屏幕上。當(dāng)繪制完成后，再調(diào)用前臺Graphics對象的drawlmage(Image img，int x，int y，ImageObserver observer)方法將已準(zhǔn)備好的Image顯示到屏幕上。其中Image參數(shù)就是createImage方法所返回后臺的Image對象，ImageObserver參數(shù)是與前臺Graphics對象相關(guān)的Component對象或其派生類對象。

4 系統(tǒng)測試
    在PXA270上搭建Boa，將Java Applet小程序編譯后生成的．class執(zhí)行文件、HTML腳本index．html及相關(guān)文件拷貝到／var／www／下。將編譯好的流媒體服務(wù)器的二進(jìn)制文件下載到PXA270上。加載攝像頭和USB無線網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行boa，再運(yùn)行流媒體服務(wù)器。在PC端打開瀏覽器輸入pxa270的IP地址，就可以看到網(wǎng)頁監(jiān)控的畫面，畫面清晰且視頻流暢，如圖4所示。

5 結(jié) 語
    本文充分利用多媒體技術(shù)和嵌入式技術(shù)各自的特點(diǎn)，介紹了一種用ARM實(shí)現(xiàn)移動(dòng)視頻監(jiān)控的方法，給出了軟硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及USB無線網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的具體實(shí)現(xiàn)過程。設(shè)計(jì)了流媒體服務(wù)器，搭建了Boa作為Web服務(wù)器及實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁。利用USB無線網(wǎng)卡免去了布線的煩惱；利用B／S結(jié)構(gòu)使得可以通過瀏覽器來監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)跨平臺監(jiān)視；利用雙緩沖技術(shù)，實(shí)現(xiàn)較高的視頻質(zhì)量。基于ARM的移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)使得操作簡單，攜帶方便，可靠性高，成本低，具有良好的開發(fā)及應(yīng)用前景。