基于ARM的无线网络视频监控系统设计与实现

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基于ARM的无线网络视频监控系统设计与

实现

作者：邹翰 刘昌华

来源：《软件导刊》2016年第03期

摘 要：利用ARM cortex-A8开发一个无线网络视频监控系统。采用系统采用B/S架构，

用WiFi网络传输视频数据，由Web视频服务器、无线传输模块和远程监控终端3部分组成。

探讨Web视频服务器的软硬件设计，包括服务器硬件平台搭建、Linux系统移植部署、MJPG-

streamer移植及WiFi网络构建。测试结果表明，系统运行稳定，实时性较高，可实现多终端

同时监控，采集到的图像清晰流畅，无明显失真，视频监控效果良好。

关键词：B/S架构；ARM cortex-A8；视频监控；WiFi；MJPG-streamer

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2016）003-0063-03

作者简介：邹翰（1991-），男，湖北荆州人，武汉轻工大学数学与计算机学院硕士研究

生，研究方向为嵌入式技术；刘昌华（1963-），男，湖北武汉人，武汉轻工大学数学与计算

机学院副教授、硕士生导师，研究方向为计算机网络及应用、嵌入式FPGA设计。

0 引言

随着平安城市和智能小区建设的快速发展，视频监控技术成为IT领域最热门应用技术之

一。视频监控技术经历了模拟视频监控、数字视频监控和网络视频监控3个阶段[1]。有线网络

视频监控系统[2]存在布线繁琐、监控点固定和在复杂环境下适应性差等问题；3G无线网络视

频监控系统[3]由于受网络成本和通信速度的限制，应用范围并不广泛；WiFi网络技术具有使

用成本低、传输速率高及网络构建简单的优点，更加符合市场需要。结合嵌入式技术可靠性

高、成本低、体积小和实时性强等特点，基于ARM的无线视频监控系统具有广泛的应用前

景。本文提出一种基于WiFi无线网络的视频监控系统。

1 系统概述

该无线视频监控系统整体结构如图1所示，由USB摄像头采集视频图像，经搭载有Web

视频服务器的ARM平台进行压缩编码并传输到网络，各终端再通过无线网络接收，并在Web

浏览器中显示。其中，ARM平台Web视频服务器构建使用MJPG-streamer开源软件，采用多

线程模式，支持多用户监控。网络通信采用WiFi通信技术，支持WiFi无线网络的移动终端和

PC机均可作为视频监控设备。

2 硬件设计

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2.1 系统硬件主体设计

该系统硬件主体结构如图 2 所示，主要由 ARM cortex-A8处理器 S5PV210、SDRAM、

NAND Flash、RTC电路、复位电路、WiFi模块和USB摄像头构成，智能手机和PC机浏览器

构成系统监控平台。

2.2 S5PV210处理器

该无线视频监控系统采用三星公司SP5PV210处理器，该处理器采用ARM cortex-A8内

核，ARM V7指令集，主频可达1GHZ，核心板配1GB内存和1GB NANDFlash。微处理器性

能稳定、功能强大且支持多种操作系统，可以适应处理能力要求较高的应用。

2.3 USB摄像头

摄像头选用C270罗技720p高清摄像头，该产品采用CMOS成像元件来捕获画面，最高

速度可达30 f /s，支持USB2.0接口。该USB摄像头属于免驱动摄像头，是一种支持UVC

（USB Video Class，视频设备类）标准协议的摄像头，将这种摄像头连接到支持该标准的操作

系统上，系统会自动为其配置、安装驱动。

2.4 WiFi模块

WiFi（Wireless Fidelity，802.11b标准）是一种能够将个人电脑、手持设备等终端以无线

方式互相连接的技术。它传输速率较高，最高可达11Mbps，有效距离也较长，在信号较弱或

不稳定的情况下，带宽可自动调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，这有效地保障了网络的可靠

性[4]。该系统WiFi模块选择了迅捷（FAST）FW150US 无线网卡，该网卡内部使用rtl8188eu

芯片，支持USB接口。此芯片的Linux驱动由厂商提供，安装、使用十分方便，可以满足系

统设计需求。

3 软件设计

3.1 软件主体结构

Web视频服务器软件主体结构如图3所示。包括Linux操作系统、内核驱动程序和应用程

序3个部分。其中本系统所使用的USB摄像头和WiFi模块的驱动程序已经集成在Linux内核

中，在编译内核时进行相应配置和选择，就可以实现对这两个模块的支持。

3.2 Linux操作系统移植

Linux操作系统移植主要包括Uboot移植、Linux内核配置和根文件系统制作3个部分。系

统使用Linux发行版Ubuntu12.04作为软件开发平台，采用交叉编译方式，交叉编译器版本为

arm-linux-gcc_4.4.6。

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（1）Uboot移植。Uboot （ Universal Boot Loader，通用引导装载程序） 遵循GPL公约，

支持ARM处理器和Linux，具有较高的可靠性和稳定性[5]，是Linux内核执行之前的一段初

始化程序。将Uboot移植到S5PV210硬件平台上，主要根据平台修改硬件初始化代码并添加

S5PV210及其硬件平台构架相关头文件，在这些文件中指定Uboot内核、文件系统镜像等在

NANDFlash中的地址和加载到SDRAM中的地址，还包括CPU和硬件平台相关的宏定义等。

将移植好的Uboot烧写到NANDFlash中，启动后配置环境变量，确定Linux系统的启动方

式。

（2）Linux内核配置、编译及下载。本系统选用Linux2.6.35.7版本的内核，编译内核采

用menuconfig图形化配置方式。进入内核源码所在目录。执行make menuconfig命令，通过菜

单选项对Linux的功能进行选择和配置，选中这些项Device Drivers下的如下项：Multimedia

support；Video For Linux [*] Video capture adapters；[*]V4L USB devices； USB Video Class

（UVC） [*]UVC input events device support。保存退出，执行make zImage命令，生成内核镜

像文件zImage。根文件系统采用busybox开源软件制作，制作完成后，使用NFS将其挂载到

开发板上，方便后续系统调式。

3.3 MJPG-streamer开源程序移植

MJPG-streamer是一款开源的视频流应用软件，采用USB摄像头内部的硬件压缩功能处理

图像，使CPU的负荷大大减少，特别适用于嵌入式系统[6]。该软件使用的V4L2接口（Video

for Linux two）是Linux操作系统下用于采集图像、视频和音频数据的API接口，用于从USB

摄像头采集图像[7]。在Linux系统中，一切皆文件，外接设备也可以看成是一种设备文件，

V4L2驱动所支持的USB摄像头设备文件是/dev/v4l/video0。MJPG-streamer通过USB摄像头进

行视频数据采集，通过HTTP或者文件方式访问UVC摄像头。MJPG-streamer将USB摄像头

采集到的图像存入 pglobal->buffer 缓冲区中，监控终端通过浏览器向Web视频服务器发出请

求，服务器响应请求，连续地将pglobal->buffer缓冲区中的图像发送给请求者，从而产生视频

流。MJPG-streamer编译后生成动态库文件 input_、output_ 、output _和

www文件夹，将其拷贝到根文件系统中。其中，input_ 模块负责将从USB摄像头中获

取的视频数据输出到output_和output_ 两个模块中，output_将JPEG图片存

储到指定文件夹中，监控终端通过浏览器以HTTP的方式访问视频和图像数据。执

行./mjpg_streamer -i "./input_ -r 640 × 480 -d 500" -o "./output_ -w www"，即启

动Web视频服务器程序。其中，-i指定输入插件，-r表示每帧图像大小，-d表示发送频率，-o

指定输出模块，-w www表示帧图像输出文件目录为www。

3.4 WiFi模块程序

（1）网卡驱动程序。rtl8188eu驱动代码开源[8]，进入驱动源码目录cd

8188eu_USB_linux/driver/rtl8188eu，修改Makefile，指定系统平台、编译器、内核源码目录，

具体如下：CONFIG_PLATFORM_I386_PC = n；CONFIG_PLATFORM_ARM_S3C2K4 = y；

KSRC = /opt/kernel。执行make 编译生成内核模块，将其拷贝到开发板执行insmod

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，加载到Linux内核中。加载成功后，执行ifconfig wlan0，串口终端会显示无线网卡

对应的MAC地址等信息。

（2）AP模式。无线网卡的AP模式，就是无线网卡发射一个无线WiFi信号即产生一个

热点供其它设备连接。本系统使WiFi模块在AP模式下使用hostapd，这是一个开源应用软

件，能将无线网卡切换到master模式，模拟AP功能。具体流程如下：解压在驱动程序目录中

提供的hostapd源码，进入hostapd源码目录。make编译得到hostapd可执行程序，将其拷贝到

开发板。应用运行时需要依赖配置文件rtl_hostapd_，可以参考源码目录中配置文件修

改，interface=wlan0 指定网络设备，ssid=zouhan指定热点名称，wpa_passphrase=12345678指

定热点密码。运行./hostapd /etc/rtl_hostapd_ -B，hostapd程序启动。此时终端设备可以

搜到热点zouhan，连接时会停留在“正在获取IP……”，原因是没有给客户端分配IP地址。

（3）动态分配IP给客户端。使用dnsmasq工具动态分配IP给客户端，它提供了DNS

（Domain Name System，域名系统）功能和可选择的DHCP（Dynamic Host Configuration

Protocol，动态主机配置协议）功能，使DHCP分配的地址能在DNS中正常解析，从而使

DHCP分配的地址和相关命令可以配置到每台设备中。dnsmasq支持静态和动态两种DHCP配

置方式，本系统使用动态方式分配IP。具体方法如下：make编译后将src目录下生成可执行程

序dnsmasq拷贝到开发板。该可执行程序运行时需要依赖配置文件，可以参考源

码目录下的e对其作如下修改：listen-address=192.168.1.1，127.0.0.1指定

服务监听的网络接口地址，domain=指定绑定的域名，dhcp-range= 192.168.1.1，

192.168.1.150，255.255 .255.0，12h指定动态分配IP地址的范围。执行./dnsmasq -C

/etc/，终端设备显示已连接或者受限制，表示已经连接上热点。

4 系统测试

完成Linux系统搭建后，将编译好的程序挂载在开发板上，将启动MJPG-steamers和WiFi

模块程序的命令添加到Linux启动配置文件/etc /init.d/rcS中，使得系统启动即可运行Web视频

服务器并产生热点。用手机或笔记本连接系统产生的热点，连接成功后再通过Web浏览器输

入视频服务的域名或IP地址（192.168.1.1），即可查看Web视频服务器发回的

图像。用top命令显示Web视频服务器资源占用情况，得出进程mjpg-streamer的CPU占用率

为6%左右，内存占用率为25%左右。观察监控效果，各监控终端显示的视频图像无明显失真

和抖动，画质清晰流畅，实时性较高，总体来说视频监控效果良好。

5 结语

本文主要介绍了结合ARM嵌入式技术和WiFi无线网络技术实现的无线网络视频监控系

统。系统利用S5PV210处理器为核心的ARM平台和开源的MJPG-streamer软件完成Web视频

服务器构建，通过WiFi网络实现视频数据传输。由于系统基于B/S架构软件模式，使得客户

端得到了统一，通过浏览器，多用户可以同时进行远程视频监控。本系统具有高实时性，成本

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低，体积小，以及运行稳定、可靠等特点。此外，系统使用的无线视频监控平台方便了远程操

控，在该平台基础上还可以扩展其它应用功能，具有一定的实用性和市场价值。

参考文献：

[1] 朱长坡.浅析网络监控应用发展[J].数字技术与应用，2010（6）：172.

[2] 张跃进，谢昕.嵌入式网络数字视频监控系统的设计[J].计算机工程与设计，2009，30

（4） ： 805-807.

[3] 李波，卢文科，朱文超.基于3G和H.264的无线视频监控系统的设计[J].微计算机信

息，2011，27（5）：78-80.

[4] 马超俊，一种基于ARM的WiFi无线运动监控系统设计[J].电子测试，2014（7）：4-8.

[5] 郑国玲，李辉，武维.基于 S3C2410 的U-Boot的移植方法研究[J].计算机工程与设计，

2009，30（ 24）：5643-5645.

[6] 任克强，刘苏，谢斌，基于ARM11和Linux的网络视频监控系统[J].电视技术，

2014，38（5）：15-19.

[7] 屈执勤，吕杨，基于ARM Linux的图像采集与蓝牙传输[J].单片机与嵌入式系统应用，

2007（8）： 28-30.

[8] 无线网卡驱动[EB/OL].http：//.

（责任编辑：陈福时）

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