远程校园视频监控系统的设计与实现付天蓉

附件1：论文编号：（由教研室统一按市、县编码编号）2014年国家级教育教学科研论文、教学（活动）设计征集评选登记表（征文封面）学科类别（不要以编号代替）：论文题目远程校园视频监控系统的设计与实现作者姓名付天蓉学校名称思南县中等职业学校课题组成员姓名学校地址铜仁市（州、地）思南县（区、市、特区）思唐乡（镇）联系电话固定电话：[phone]移动电话：[phone]论文内容摘要（200字左右）当前，校园各类安全事件频发，为维护校园的安全，配备合适的安全设备势在必行。基于此，本文采用嵌入式Linux操作系统和ARM9处理器，通过USB摄像头对视频实时采集，经3G网络无线发射模块接入Internet，最终监控中心通过WEB浏览器对校园进行远程视频实时监控。这将降低校园各种违法行为发生，为校内人员提供了安全可靠的校园环境。个人诚信承诺（在括号内打“√”）：1.所写论文为本人原创，并非从网上直接下载或抄袭他人（√）2.所写案例真实，源于本人亲历的课堂（√）说明：一、学科类别：1、语文。2、数学。3、英语。4、文科综合。5、理科综合。6、其它综合（音、体、美等。如：如何做好班主任工作、如何提高学生的心理素质等）。二、论文题目不要太长。教学设计或教学案例直接点明是什么课的设计或案例，如：《祝福》教学设计、《分数的除法》教学案例（不要把某某版第某册第某课作为题目的组成部分）。三、凡是需要评职用的，请最好写和本学科相关的论文、教案、教学案例（需刻光盘）。四、论文格式为网上的通用格式。（必须要有内容摘要、关键词、文章引用等要素）。2远程校园视频监控系统的设计与实现【摘要】当前，校园各类安全事件频发，为维护校园的安全，配备合适的安全设备势在必行。基于此，本文采用嵌入式Linux操作系统和ARM9处理器，通过USB摄像头对视频实时采集，经3G网络无线发射模块接入Internet，最终监控中心通过WEB浏览器对校园进行远程视频实时监控。这将降低校园各种违法行为发生，为校内人员提供了安全可靠的校园环境。【关键词】Linux；ARM9；视频监控；实时采集0引言当前，中等职业学校向现代化建设了输送了大量技能型人才，逐渐成为我国教育的重要支柱之一。伴随着中等职业院校的快速发展，很多校园内失窃事件及其他突发问题也出现了，危害着人们的生命安全和财产安全。为解决这一问题，本文提出了ARM+Linux的3G无线视频监控系统，此系统能够实时采集校园视频，保障校内人员及财产的安全。1系统总体设计在本系统中，由USB摄像头获得原始视频信号，将模拟视频数字化，然后通过无线上网卡接入Internet，监控客户端连接到计算机网络上，授权用户直接通过IE浏览器或者下载专用软件观看摄像机的视频图像，流程图1如下所示：图12系统硬件结构前端后端TCP/IP视频采集网络发送视频显示网络接收3本系统的硬件结构主要由最小系统板模块mini2440开发板、视频采集模块和视频传输模块组成。视频采集模块是采用500万像素的谷客USB摄像头。最小系统板模块如图2所示：mini2440开发板CPU处理器选用Samsung推出的16/32位RISC微处理器S3C2440A，S3C2440A采用ARM920t内核，0.13um的CMOS标准宏单元和存储单元，主频为400MHZ，最高为533MHZ。开发板具有比较好的可扩展性及开发的持续性，配置了256M的NANDFLASH、64M的SDRAM、100M以太网RJ-45接口、3个串行口、1个USBHost和1个USBSlaveB型接口。视频传输模块是选用华为E261的3G（WCDMA）USB无线上网卡，其传输速率上行最高可达5.76Mb/s，下行最高可达可达7.2Mb/s，工作频段为WCDMA2100MHz。图23系统开发环境的搭建在宿主机（PC机）中构建Linux开发环境，本系统在进行开发时，先在PC机中安装Vmware虚拟机软件，再在虚拟机中安装Linux操作系统，开发时使用Fedora14版本，同时，在PC机上也要安装secureCRT软件，这是在Windows下登录UNIX或Linux服务器主机的软件对系统进行在线调试的工具。此外，应在宿主机上配置Linux系统下Samba服务，Fedora终端执行命令查看Samba服务器的安装情况：#rpm-qa|grepsamba，使文件能够在虚拟机和主机下共享。在以上配置后，还应在宿主机上配置Tftp服务器，使工作在宿主机上的软件能够对目标机的主要映像文件进行下载，依次执行命令：#yuminstallxineted#yuminstalltftp-server，以及设置Tftp服务器的根目录为/tftpboot。本次嵌入式Linux系统还包括：交叉环境搭建、Bootloader移植、Linux内核定制和构建根文件系统。3.1交叉环境搭建由于嵌入式在存储空间与处理器速度等硬件上的资源有限，不可能在所设计的系统上进行所有软件开发与调试，所以需要通过交叉编S3C2440AJTAGRS232USB摄像头NandFlashUSB无线上网卡SDRAM4译的方式将算法生成嵌入式系统所能运行的程序，再通过串口或者网口将程序下载到目标机上运行。在本系统中，选用的是arm-linux-gcc4.3.2编译器。在进行嵌入式开发之前，需要正确安装交叉编译工具,首先把arm-linux-gcc-4.3.2.tgz拷贝到samba服务器共享目录，然后在虚拟机中去切换到samba服务器共享的目录里找到arm-linux-gcc-4.3.2.tgz，然后使用命令tarxvzfarm-linux-gcc-4.3.2.tgz–C/进行解压，然后找到4.3.2，进入4.3.2，看到交叉编译工具，然后将路径导入path里面，使用命令echo#path，再使用添加路径，修改脚本vim/root/.bashrc，追加exportPATH=$PATH：/usr/local/arm/4.3.2/bin，然后注销系统立即生效,在终端里输入：arm-linux-gcc–v查看编译的版本号，立即显示：gccversion4.3.2立即生效。说明编译器在系统中安装成功，也使得当前编译器的版本生效。3.2Bootloader移植Bootloader是在操作系统内核运行前的一段小程序，通过Bootloader，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图工作，从而引导操作系统的正常工作。本系统采用u-boot。u-boot全称为universalbootloader，即通用Bootloader，这是德国DENX小组开发的用于多种嵌入式SOC的Bootloader程序。安装步骤：首先获取u-boot源码包,把源码包复制到Samba服务器共享目录下解压：#tarxvzfu-boot-2010.03.tgz–C../#makedistclean#makesmdk2440a_config#make在当前目录下可以生成一个u-boot.bin，通过samba服务器直接复制到桌面上，再利用DNW下载到开发板上。3.3Linux内核定制在Linux内核中，超过80%的内容是由各种驱动程序组成。内核裁剪就是把一些不必要的驱动删除，以减少内核空间，用makemenuconfig命令就可以在已有的内核基础上进行裁剪。本文采用的内核是Linux-2.6.32.2。最新的Linux-2.6.32.2内核不仅支持USB摄像头，而且也支持3G上网，只需添加驱动模块即可。把linux-2.6.32.2.tar.gz通过Samba服务器，从windows中复制内核源码包到宿主机Fedora共享目录，然后在虚拟机内fedora终端解压内核文件包：tarxvzflinux-2.6.32.2.tar.gz–C../，在上一级目录出现linux-2.6.32.2内核版本，切换进去就会出现内核对应的根目录，进行内核编译。编译内核步骤：（1）拷贝config_x35为文件.config:#cpconfig_mini2440_x35.config。（2）改内核目录下的Makefile:5MakefileARCH？=armCROSS_COMPILE？=arm-linux-。（3）执行makemenuconfig定制内核组件，以root权限执行#makemenuconfig进行内核裁剪。（4）编译内核：#makezImage编译完成后，文件zImage生成在/arch/arm/boot/目录。（5）把mkz2uimage文件拷贝到samba服务器共享目录，在Fedora终端执行命令：#cpmkz2uimage../linux-2.6.32.2/arch/arm/boot/（6）把./mkz2uimage,zImage转换为uImage得到uImage，即得到裁剪后的定制内核。（7）通过uboot下载烧写内核，首先secureCRT中配置宿主机和目标机的IP地址属同一个网段：SMDK2440AprintenvSMDK2440Asetenvipaddr192.168.1.226//开发板IPSMDK2440Asetenvserverip192.168.1.200//WindowsIPSMDK2440Asetenvgatewayip192.168.1.1//网关SMDK2440AsaveenvSMDK2440AcpuImage/tftpboot/SMDK2440Atftp0x30008000uImageSMDK2440Ananderase60000500000SMDK2440Anandwrite0x300080000x600000x500000，再执行bootm启动测试，即可看到内核启动成功。3.4构建根文件系统在嵌入式Linux系统中，除了以上两个步骤，还需构建根文件系统，这是Linux操作系统的文件目录以及其中的程序和配置文件。通常一个分区存放着根文件系统的所有文件，挂载根文件系统就是指Linux系统正常启动后挂载到这个分区。本文采用用于发布阶段的YAFFS根文件系统：虚拟机中fedora实现步骤：（1）在windows复制源码包到samba服务共享目录:（2)解压根文件系统源码包#tarxvzfroot_qtopia.tar.gz–C../（3）需要一个打包工具，复制mkyaffs2image.tgz到samba共享目录，然后进行解压：#tarxvzfmkyaffs2image.tgz–C#mkyaffs2image-128Mroot_qtopia/root_qtopia.img。将生成root_qtopia.img拷贝到tftpboot：#cproot_qtopia.img/tftpboot/然后通过u-boot下载。（4）设置u-boot引导参数，启动内核挂载YAFFS根文件系统6将root_qtopia.img拷贝至/tftpboot/SecureCRT中依次输入命令：SMDK2440Atftp0x30008000root_qtopia.imgSMDK2440Ananderase0x560000$filesizeSMDK2440Anandwrite.yaffs0x300080000x560000$filesize启动YAFFS：SMDK2440Asetenvbootargsnoinitrdroot=/dev/mtdblock3init=/linuxrcconsole=ttySAC0SMDK2440AsaveenvSMDK2440Aboot4无线视频传输的软件设计4.1视频服务器软件设计无线视频的传输是基于web的3G网络远程实时传输，添加MJPG-streamer软件包解压下载运行就能实现该功能，这是从USB摄像头采集图像，把他们以流的形式通过基于IP的网络传输到浏览器。开发Mjpg-streamer的总体思路：首先是input_init初始化摄像头，然后在input_run函数将摄像头采集的视频帧存入缓存区以取出视频帧，用memcpy_picture把视频