CN102333208A - 一种基于3g网络的无线监视系统 - Google Patents

一种基于3g网络的无线监视系统 Download PDF

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usb
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ppp
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刘斐然
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Inspur Electronic Information Industry Co Ltd
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Inspur Electronic Information Industry Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种基于3G网络的无线视频监视系统的设计方法。该方法利用ARM9处理器与3G网路，并利用其成本较低，可移动与便捷的特性，在非常简单的硬件环境下搭建了一套无线视频监视系统。由于该系统小巧并且基于linux内核，所以不仅便捷易于携带，而且具有很强的扩展性。本系统的主要工作原理是：系统采用处理器S3C2440A，利用linux2.6.30.4内核，通过3G网络，将USB摄像头采集的视频信号传输到远程终端并显示。并在采集与显示过程中对其做了一定的优化。本系统可以用作集群视频监控系统，其便捷与可移动的特性有效的保证了集群管理员对集群的24小时视频监控，异地监控等。最后的测试结果表明本系统通讯实时性很高，传输视频流畅而且图像质量较好。

Description

一种基于3G网络的无线监视系统
 
技术领域
本发明涉及嵌入式系统与linux网络程序设计技术领域，具体包括linux内核的移植，各种部件的驱动，以及视频采集与传输，接收与显示程序的编写。具体地说是一种基于3G网络的无线监视系统。
背景技术
随着技术的发展，人们对视频监控系统的需求量越来越大。传统的有线视频监控系统不仅安装复杂，而且有着维护困难，查看视频监控不方便等弊端。随着嵌入式处理器与3G网络的发展，使得构建一套小巧轻便的无线视频监控系统成为可能。
本发明利用了linux 2.6.30.4内核与3G网络，在基于S3C2440A的硬件电路板上实现了一套无线视频监控系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于3G网络的无线监视系统。
本发明的目的是按以下方式实现的，本发明的目的在于构建一套小巧轻便，可移动的无线视频监视系统。本发明包括硬件与软件。其利用了比较成熟的3G网络，使其与互联网结合，实现了异地实时监控的功能。而且本系统利用了linux内核，其扩展性很强，可以用作集群监控系统。
实施步骤如下：
硬件包括：
芯片：S3C2440A
LCD：东华3.5寸触摸屏
USB摄像头：Venus USB 2.0 Camera
3G卡：华为EC1260
本发明实现的具体步骤如下：
1）ARM9制版，可以采用任何结构的核心板，并扩展出USB接口即可。
2） BootLoader与linux内核的移植。其中BootLoader可以用开源版本。linux移植可以用arm9的默认配置文件进行编译。
3）USB摄像头驱动：其具体步骤为：
(1)进入驱动Linux源文件目录下，打开文件drivers/media/video/uvc/ uvc_driver.c。
(2)将被声明为usb_device_id的结构体数组uvc_ids[]中添加一个结构体，其个元素数据如下：
{.match_flags=USB_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR|
USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO,
.idVendor             = 0x0ac8,
.idProduct            = 0x3430,
.bInterfaceClass      = USB_CLASS_VIDEO,
.bInterfaceSubClass   = 1,
.bInterfaceProtocol   = 0,
.driver_info          = UVC_QUIRK_FIX_BANDWIDTH },
(3)保存并重新编译模块：make modules
(4)把驱动文件uvcvideo.ko下载到ARM9系统中并加载：modprobe uvcvideo.ko。
4）3G卡EC1260驱动,具体步骤如下：
把PPP功能配置到内核中：
Device Drivers--->
 [*]Network device support--->
<M> PPP (point-to-point protocol)Support
[*]PPP multilink support (EXPERIMENTAL)
[*]PPP filtering
<M>PPP support for async serial ports
<M>PPP support for sync tty ports
<M>PPP Deflate compression
< >PPP BSD-Compress compression
<M>PPP MPPE compression (encryption) (EXPERIMENTAL)
<M>PPP over Ethernet (EXPERIMENTAL)
< >PPP over ATM
< >PPP over L2TP (EXPERIMENTAL)
    [*]USB support--->
<M>USB Serial Converter support--->
<M> USB driver for GSM and CDMA modems
重新编译内核，插入驱动文件usbserial.ko,option.ko。此时插入华为EC1260 网卡，系统已经可以直接驱动，并且在/dev/目录中出现ttyUSBX等设备文件。
5）视频采集与发送软件编写，其主要处理过程为：
(1)开启TCP端口并监听：
struct sockaddr_in serv_addr; /* 本机地址信息 */
struct sockaddr_in client_addr; /* 客户地址信息 */
server_sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0))； 
bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
bzero(&client_addr, sizeof(client_addr));
serv_addr.sin_family=PF_INET;
serv_addr.sin_port=htons(server_port);
serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if (bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
perror("Tcp bind");
exit(1);}
if (listen(server_sockfd, 10) == -1) {
perror("Tcp listen");
exit(1);}
(2)如有连接则用UDP采集与发送视频信息：
client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_size);
…….
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
ret = open_video(V4L_FILE, &vd, 8, VIDEO_PALETTE_JPEG, 320, 240);
if(ret != 0) goto err;
while(1)
{
imageptr = get_frame_address(&vd);
get_first_frame(&vd);
memcpy(buffer,imageptr,MAX_BUFF);
cnt = sendto(sockfd, buffer,MAX_BUFF, 0, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
usleep(30000);
}
6）视频接收与显示软件的编写，其主要与处理过程为：
(1)用TCP连接视频监控系统，为控制线程：
tcpsockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)；
if (connect(tcpsockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1)   {
perror("tcp connect");
exit(1);}
(2)用UDP接收数据并显示，为传输线程：
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
bind(sockfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));
while(1)
{
recvfrom(sockfd,buffer,MAX_BUFF,0,(struct  sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));
showpic(buffer,&vd);
}
其中showpic函数为在LCD中显示图像，其利用了libjpeg库，并对其做了优化，使其直接读写内存而不经过文件系统，使其效率提升了至少一倍：
int showpic(char *imageptr,fb_v4l *vd)
{
struct jpeg_decompress_struct cinfo;
struct jpeg_error_mgr jerr;
int x,y;
unsigned char *buffer;
unsigned short *tempbuf;
cinfo.err = jpeg_std_error(&jerr);
jpeg_create_decompress(&cinfo);
jpeg_stdio_src(&cinfo,imageptr,MAX_BUFF);
 (void)jpeg_read_header(&cinfo,TRUE);
 (void) jpeg_start_decompress(&cinfo);
buffer = (unsigned char *) malloc(320*3); 
tempbuf = (unsigned short *) malloc(320*240*2);
y =0 ;
while(cinfo.output_scanline < cinfo.output_height)
{ 
jpeg_read_scanlines(&cinfo, &buffer, 1);
unsigned short color;
for ( x = 0; x < cinfo.output_width; x++)
      {       color=RGB888toRGB565(buffer[x*3],buffer[x*3+1],buffer[x*3+2]);
fb_pixel(tempbuf,320,240,x,y,color);
  }
y++;
}
memcpy(vd->fbp,(char *)tempbuf,320*240*2);
jpeg_finish_decompress(&cinfo);
jpeg_destroy_decompress(&cinfo);
free(buffer);
free(tempbuf);
}
本发明的优异效果是：集群无线视频监视系统，利用ARM9够造的嵌入式系统中实现视频传输与显示等工作，并采用3G网络的传输方式，使得系统小巧轻便易于携带，具有可移动的特性，并能提供异地监控的功能；在图像采集与显示的过程中进行了优化处理，使得图像传输与显示速度较快，质量较高。其移植了linux内核，使得其具有很强的扩展性。本系统采用处理器S3C2440A，由于该系统小巧并且基于linux内核，所以不仅便捷，而且具有很强的扩展性。
附图说明
图1为本系统软件流程图。
具体实施方式
    参照说明书附图对本发明的系统作以下详细地说明。
本发明的基于3G网络的无线监视系统A, 是利用ARM9处理器与3G网路可移动与便捷的特性，利用ARM9的嵌入式系统实现视频传输与显示功能，利用linux 2.6.30.4内核，通过3G网络，将USB摄像头采集的视频信号传输到远程终端并显示，搭建成无线视频监视系统，硬件包括：芯片：S3C2440A；LCD：东华3.5寸触摸屏；USB摄像头：Venus USB 2.0 Camera；3G卡：华为EC1260；
具体步骤如下：
1）ARM9制版，采用任何结构的核心板，并扩展出USB接口；
2） BootLoader与linux内核的移植，其中BootLoader用开源版本，linux移植用arm9的默认配置文件进行编译；
3）USB摄像头驱动：其具体步骤为：
(1)进入驱动Linux源文件目录下，打开文件drivers/media/video/uvc/ uvc_driver.c；
(2)将被声明为usb_device_id的结构体数组uvc_ids[]中添加一个结构体，其个元素数据如下：
{.match_flags=USB_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR|
USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO,
.idVendor             = 0x0ac8,
.idProduct            = 0x3430,
.bInterfaceClass      = USB_CLASS_VIDEO,
.bInterfaceSubClass   = 1,
.bInterfaceProtocol   = 0,
.driver_info          = UVC_QUIRK_FIX_BANDWIDTH },
(3)保存并重新编译模块：make modules
(4)把驱动文件uvcvideo.ko下载到ARM9系统中并加载：modprobe uvcvideo.ko；
4）3G卡EC1260驱动,具体步骤如下：
把PPP功能配置到内核中：
Device Drivers--->
 [*]Network device support--->
<M> PPP (point-to-point protocol)Support
[*]PPP multilink support (EXPERIMENTAL)
[*]PPP filtering
<M>PPP support for async serial ports
<M>PPP support for sync tty ports
<M>PPP Deflate compression
< >PPP BSD-Compress compression
<M>PPP MPPE compression (encryption) (EXPERIMENTAL)
<M>PPP over Ethernet (EXPERIMENTAL)
< >PPP over ATM
< >PPP over L2TP (EXPERIMENTAL)
    [*]USB support--->
<M>USB Serial Converter support--->
<M> USB driver for GSM and CDMA modems
重新编译内核，插入驱动文件usbserial.ko,option.ko，此时插入华为EC1260 网卡，系统直接驱动，并且在/dev/目录中出现ttyUSBX设备文件；
5）视频采集与发送软件编写，其处理过程为：
(1)开启TCP端口并监听：
struct sockaddr_in serv_addr; /* 本机地址信息 */
struct sockaddr_in client_addr; /* 客户地址信息 */
server_sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0))； 
bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
bzero(&client_addr, sizeof(client_addr));
serv_addr.sin_family=PF_INET;
serv_addr.sin_port=htons(server_port);
serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if (bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
perror("Tcp bind");
exit(1);}
if (listen(server_sockfd, 10) == -1) {
perror("Tcp listen");
exit(1);}
(2)如有连接则用UDP采集与发送视频信息：
client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_size);
…….
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
ret = open_video(V4L_FILE, &vd, 8, VIDEO_PALETTE_JPEG, 320, 240);
if(ret != 0) goto err;
while(1)
{
imageptr = get_frame_address(&vd);
get_first_frame(&vd);
memcpy(buffer,imageptr,MAX_BUFF);
cnt = sendto(sockfd, buffer,MAX_BUFF, 0, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
usleep(30000);
}
6）视频接收与显示软件的编写，其主要与处理过程为：
(1)用TCP连接视频监控系统，为控制线程：
tcpsockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)；
if (connect(tcpsockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1)   {
perror("tcp connect");
exit(1);}
(2)用UDP接收数据并显示，为传输线程：
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
bind(sockfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));
while(1)
{
recvfrom(sockfd,buffer,MAX_BUFF,0,(struct  sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));
showpic(buffer,&vd);
}
其中showpic函数为在LCD中显示图像，其利用了libjpeg库，并对其做了优化，使其直接读写内存而不经过文件系统，使其效率提升了至少一倍：
int showpic(char *imageptr,fb_v4l *vd)
{
struct jpeg_decompress_struct cinfo;
struct jpeg_error_mgr jerr;
int x,y;
unsigned char *buffer;
unsigned short *tempbuf;
cinfo.err = jpeg_std_error(&jerr);
jpeg_create_decompress(&cinfo);
jpeg_stdio_src(&cinfo,imageptr,MAX_BUFF);
 (void)jpeg_read_header(&cinfo,TRUE);
 (void) jpeg_start_decompress(&cinfo);
buffer = (unsigned char *) malloc(320*3); 
tempbuf = (unsigned short *) malloc(320*240*2);
y =0 ;
while(cinfo.output_scanline < cinfo.output_height)
{ 
jpeg_read_scanlines(&cinfo, &buffer, 1);
unsigned short color;
for ( x = 0; x < cinfo.output_width; x++)
      {       color=RGB888toRGB565(buffer[x*3],buffer[x*3+1],buffer[x*3+2]);
fb_pixel(tempbuf,320,240,x,y,color);
  }
y++;
}
memcpy(vd->fbp,(char *)tempbuf,320*240*2);
jpeg_finish_decompress(&cinfo);
jpeg_destroy_decompress(&cinfo);
free(buffer);
free(tempbuf);
}。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (1)

1.一种基于3G网络的无线监视系统, 其特征在于利用ARM9处理器与3G网路可移动与便捷的特性，利用ARM9的嵌入式系统实现视频传输与显示功能，利用linux 2.6.30.4内核，通过3G网络，将USB摄像头采集的视频信号传输到远程终端并显示，搭建成无线视频监视系统，硬件包括：芯片：S3C2440A；LCD：东华3.5寸触摸屏；USB摄像头：Venus USB 2.0 Camera；3G卡：华为EC1260；
具体步骤如下：
1）ARM9制版，采用任何结构的核心板，并扩展出USB接口；
2） BootLoader与linux内核的移植，其中BootLoader用开源版本，linux移植用arm9的默认配置文件进行编译；
3）USB摄像头驱动：其具体步骤为：
(1)进入驱动Linux源文件目录下，打开文件drivers/media/video/uvc/ uvc_driver.c；
(2)将被声明为usb_device_id的结构体数组uvc_ids[]中添加一个结构体，其个元素数据如下：
{.match_flags=USB_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR|
USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO,
.idVendor             = 0x0ac8,
.idProduct            = 0x3430,
.bInterfaceClass      = USB_CLASS_VIDEO,
.bInterfaceSubClass   = 1,
.bInterfaceProtocol   = 0,
.driver_info          = UVC_QUIRK_FIX_BANDWIDTH },
(3)保存并重新编译模块：make modules
(4)把驱动文件uvcvideo.ko下载到ARM9系统中并加载：modprobe uvcvideo.ko；
4）3G卡EC1260驱动,具体步骤如下：
把PPP功能配置到内核中：
Device Drivers--->
 [*]Network device support--->
<M> PPP (point-to-point protocol)Support
[*]PPP multilink support (EXPERIMENTAL)
[*]PPP filtering
<M>PPP support for async serial ports
<M>PPP support for sync tty ports
<M>PPP Deflate compression
< >PPP BSD-Compress compression
<M>PPP MPPE compression (encryption) (EXPERIMENTAL)
<M>PPP over Ethernet (EXPERIMENTAL)
< >PPP over ATM
< >PPP over L2TP (EXPERIMENTAL)
    [*]USB support--->
<M>USB Serial Converter support--->
<M> USB driver for GSM and CDMA modems
重新编译内核，插入驱动文件usbserial.ko,option.ko，此时插入华为EC1260 网卡，系统直接驱动，并且在/dev/目录中出现ttyUSBX设备文件；
5）视频采集与发送软件编写，其处理过程为：
(1)开启TCP端口并监听：
struct sockaddr_in serv_addr; /* 本机地址信息 */
struct sockaddr_in client_addr; /* 客户地址信息 */
server_sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0))； 
bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
bzero(&client_addr, sizeof(client_addr));
serv_addr.sin_family=PF_INET;
serv_addr.sin_port=htons(server_port);
serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if (bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
perror("Tcp bind");
exit(1);}
if (listen(server_sockfd, 10) == -1) {
perror("Tcp listen");
exit(1);}
(2)如有连接则用UDP采集与发送视频信息：
client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_size);
…….
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
ret = open_video(V4L_FILE, &vd, 8, VIDEO_PALETTE_JPEG, 320, 240);
if(ret != 0) goto err;
while(1)
{
imageptr = get_frame_address(&vd);
get_first_frame(&vd);
memcpy(buffer,imageptr,MAX_BUFF);
cnt = sendto(sockfd, buffer,MAX_BUFF, 0, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
usleep(30000);
}
6）视频接收与显示软件的编写，其主要与处理过程为：
(1)用TCP连接视频监控系统，为控制线程：
tcpsockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)；
if (connect(tcpsockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1)    {
perror("tcp connect");
exit(1);}
(2)用UDP接收数据并显示，为传输线程：
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
bind(sockfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));
while(1)
{
recvfrom(sockfd,buffer,MAX_BUFF,0,(struct  sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));
showpic(buffer,&vd);
}
其中showpic函数为在LCD中显示图像，其利用了libjpeg库，并对其做了优化，使其直接读写内存而不经过文件系统，使其效率提升了至少一倍：
int showpic(char *imageptr,fb_v4l *vd)
{
struct jpeg_decompress_struct cinfo;
struct jpeg_error_mgr jerr;
int x,y;
unsigned char *buffer;
unsigned short *tempbuf;
cinfo.err = jpeg_std_error(&jerr);
jpeg_create_decompress(&cinfo);
jpeg_stdio_src(&cinfo,imageptr,MAX_BUFF);
 (void)jpeg_read_header(&cinfo,TRUE);
 (void) jpeg_start_decompress(&cinfo);
buffer = (unsigned char *) malloc(320*3); 
tempbuf = (unsigned short *) malloc(320*240*2);
y =0 ;
while(cinfo.output_scanline < cinfo.output_height)
{ 
jpeg_read_scanlines(&cinfo, &buffer, 1);
unsigned short color;
for ( x = 0; x < cinfo.output_width; x++)
       {          color=RGB888toRGB565(buffer[x*3],buffer[x*3+1],buffer[x*3+2]);
fb_pixel(tempbuf,320,240,x,y,color);
    }
y++;
}
memcpy(vd->fbp,(char *)tempbuf,320*240*2);
jpeg_finish_decompress(&cinfo);
jpeg_destroy_decompress(&cinfo);
free(buffer);
free(tempbuf);
}。
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CN103841148A (zh) * 2012-11-23 2014-06-04 京信通信系统（中国）有限公司 监控程序中利用可靠与非可靠网络的主从通信方法及系统
CN109361871A (zh) * 2018-11-30 2019-02-19 四川九州电子科技股份有限公司 一种将网络摄像头模拟为usb摄像头的方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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