CN102387354A - 一种基于嵌入式Web服务器的视频监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于嵌入式Web服务器的视频监控系统。该系统的硬件主要包括用于视频图像采集的CPLD、视频解码芯片SAA7111A、用于视频图像处理的S3C2410。本发明与其他嵌入式Web服务器相比，具有安全性高、响应速度快、稳定性强的特点。这种基于嵌入式Web服务器的远程监控维护方式可以有效降低系统监控运行维护成本，提高监控运行维护效率。

Description

一种基于嵌入式Web服务器的视频监控系统

技术领域

本发明涉及视频监控技术领域，尤其涉及一种基于嵌入式Web服务器的视频监控系统。

背景技术

随着智能家居安防监控系统的普及，人们对安防系统软件的安全性和实时性要求越来越高。基于嵌入式Web服务器的智能家居安防监控系统可以智能地监控目标，系统用户可以通过使用客户端Web浏览器浏览嵌入式Web服务器所在监控设备处发生的事件。目前市场上监控系统嵌入式Web服务器的解决方案包括：自主开发针对某特定开发板特定应用目的的嵌入式Web服务器，或者直接采用目前比较成熟的开源嵌入式Web服务器再进行适当修改。当前比较成熟的开源服务器有3个：Httpd，Thttpd和BOA。Httpd是一款最简单的Web Server，采用多进程并发结构开发，但它的功能最弱，不支持认证，不支持CGI。Thttpd和BOA支持认证和CGI。BOA是一个单任务的服务器，对每个到来的请求都是依次处理，所以可能导致有的客户会等待很久。而Thttpd在运行过程中所需要的资源大于BOA。采用开源服务器可以节约开发成本，但是由于服务器为通用服务器，各有各的缺点，不能像特定开发的服务器完全紧密地与开发项目结合，从而使系统运行效率受到影响。自主开发的针对特定开发板的服务器具有量身定做的特点，以牺牲当前开发时间来换取系统长期的运行效率是值得的。

自主开发的服务器根据开发板的特性又分为在目标开发板上先移植操作系统和目标设备上无操作系统两类。开发目标板上无操作系统的Web服务器需要先开发TCP/IP协议栈软件，而且这类开发主要面向低端的资源非常有限的开发板。ARM2410开发板为较高端的开发设备，有足够的资源可供移植操作系统使用，和无操作系统的开发板相比减少了系统的开发周期。本发明采用嵌入式LNUIX操作系统，利用操作系统自带的TCP/IP协议栈提供的SOCKET编程接口设计一个简单的既具有较快的反应速度又只需较少资源的嵌入式Web服务器。

目前市场上监控系统嵌入式Web服务器的技术方案包括：自主开发针对某特定开发板特定应用目的的嵌入式Web服务器，或者直接采用目前比较成熟的开源嵌入式Web服务器再进行适当修改。当前比较成熟的开源服务器有3个：Httpd，Thttpd和BOA。

Httpd是一款最简单的Web Server，采用多进程并发结构开发，但它的功能最弱，不支持认证，不支持CGI。Thttpd和BOA支持认证和CGI。BOA是一个单任务的服务器，对每个到来的请求都是依次处理，所以可能导致有的客户会等待很久。而Thttpd在运行过程中所需要的资源大于BOA。采用开源服务器可以节约开发成本，但是由于服务器为通用服务器，各有各的缺点，不能像特定开发的服务器完全紧密地与开发项目结合，从而使系统运行效率受到影响。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种基于嵌入式Web服务器的视频监控系统，通过该系统可以有效降低系统监控运行维护成本，提高监控运行维护效率。

一种基于嵌入式Web服务器的视频监控系统，包括用于视频图像采集的CPLD、视频解码芯片SAA7111A、用于视频图像处理的S3C2410，嵌入式Web服务器位于S3C2410开发板上；该系统在CPLD的逻辑控制下，由SAA7111A采集CCD摄像头输入的视频模拟信号并数字化，将数字化的视频数据放入FIFO缓冲区中，完成之后发中断信号给S3C2410，由S3C2410以中断方式读取视频采集卡的数据并进行运动检测，通过一系列算法得到质量较高的图像；在此基础之上同时建立嵌入式数据库，提供Web服务功能，用户通过网络随时查看存储系统中保存的由运动检测算法检测到的异常视频图像。

嵌入式Web服务器由HTTP引擎、用户验证模块、应用程序接口模块、CGI程序4部分组成；HTTP引擎模块采用多进程模式，用于接收浏览器请求；也可将浏览器请求的静态Web页面发送给浏览器端的用户，还可将CGI程序的执行结果反馈给浏览器；用户验证模块主要用于维护系统的安全性；用户验证模块首先根据请求消息中有无Authorization报头字段来判断请求信息中有没有认证信息；HTTP协议中Authorization字段的内容包括认证的类型和用户密码字符串，它们由空格隔开；用户密码字符串由用户名和密码组成，中间由冒号隔开，同时用户密码字符串还经过了base64编码；

用户验证模块收到编码信息后，对认证信息进行解码，解码过程与编码过程相逆；服务器根据解码得到的用户名和密码搜索数据库，首先匹配用户名；如果在数据库中找到该用户名，则合法，接下来对密码进行匹配；系统存储的密码由Linux提供的crypt函数单向加密形成密文，匹配时将解码得到的密码和数据库中的密码的密文一起传给crypt函数。

当登录用户验证模块验证登录为合法时，系统调用Session模块，由Session模块产生Cookie值回送给合法客户端，从而保证客户端和服务器端的持续连接；若系统用户再次请求服务，则提供服务器给的Cookie值，系统判断合法，则回应请求并调用Session模块，生成新的Cookie值，回送给客户端，从而形成下一次的连接凭证。

用户初始登录时，HTTP引擎模块将用户连接的合法性交由用户验证模块进行校验；当浏览器访问嵌入式Web服务器上受密码保护的数据时，嵌入式Web服务器返回代码为401的响应，要求用户输入用户名和密码；带有用户名和密码的请求再次被发送到嵌入式Web服务器；如果用户名和密码正确，用户验证模块调用Session模块生成对应用户的Session值并保存在数据库中，从而保持HTTP的相关状态，为用户提供后继认证以区别不同的用户；同时，HTTP引擎判断请求是否为静态信息；若是，则由HTTP引擎模块直接将用户请求的静态Web页面发送给浏览器端用户；若请求为动态页面，HTTP引擎模块将收到的请求转发给应用程序接口，由应用程序接口模块调用CGI程序，再将CGI程序的执行结果反馈给浏览器；

若用户名和密码错误，用户验证模块将返回403错误代码，在浏览器上显示禁止访问错误；用户如果已经登录只是再次访问服务器文件，HTTP引擎模块将用户连接的参数交由用户验证模块；用户校验模块调用Session模块，Session模块将得到的用户传来的Session值在数据库中匹配，查找是否存在这个用户Session。同时在数据库中判断IP是否和第一次访问的相同，并检查此Session的有效访问时间。若以上判断都匹配，则说明该用户传过来的Session是合法的，处理方法和初始登录相同。同时，用户验证模块又会生成一个新的Session值，和返回给客户的结果一起发送，并将数据库中该用户的原Session覆盖。

本发明技术方案带来的有益效果：本发明重点探讨了智能家居安防监控系统中嵌入式Web服务器的设计方法与一些关键技术，开发的网站都能够在开发的服务器上很好地运行，包含预处理模块的测试表明，包含预取模块的服务器性能较好。本发明与其他嵌入式Web服务器相比，具有安全性高、响应速度快、稳定性强的特点。这种基于嵌入式Web服务器的远程监控维护方式可以有效降低系统监控运行维护成本，提高监控运行维护效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明的系统硬件结构图；

图2是本发明的系统总体框架图；

图3是本发明中嵌入式Web服务器处理数据的结构流程图；

图4是本发明的用户验证模块数据流程图；

图5是本发明中Session模块流程图；

图6是本发明中页面访问的邻接表表示图；

图7是本发明中页面与顶点表对应图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是通过使用多进程模型构造HTTP引擎来提高服务器的反应速度，使用SESSION保存客户端和服务器端的连接来提高系统的安全性与效率，改进基于Wcol法的智能预测算法来预测用户读取页面，从而提高服务器的效率。

基于嵌入式Web服务器的视频监控系统的硬件主要包括用于视频图像采集的CPLD、视频解码芯片SAA7111A、用于视频图像处理的S3C2410。嵌入式Web服务器位于S3C2410开发板上。系统硬件结构如图1所示。系统在CPLD的逻辑控制下，由SAA7111A采集CCD摄像头输入的视频模拟信号并数字化，将数字化的视频数据放入FIFO缓冲区中，完成之后发中断信号给S3C2410，由S3C2410以中断方式读取视频采集卡的数据并进行运动检测，通过一系列算法得到质量较高的图像。在此基础之上同时建立嵌入式数据库，提供Web服务功能，用户可以通过网络随时查看存储系统中保存的由运动检测算法检测到的异常视频图像。

嵌入式Web服务器以嵌入式Linux操作系统为基础，使用操作系统自带的TCP/IP协议。本发明利用TCP/IP协议栈提供的SOCKET编程接口设计一个简单的嵌入式Web服务器。嵌入式Web服务器由HTTP引擎、用户验证模块、应用程序接口模块、CGI程序4部分组成。为了克服HTTP协议的不可持续性，引入了Session的概念。使用Berkeley数据库管理系统实现服务器的Session功能，通过服务器预取功能提高服务器的效率。总体框架如图2所示。

HTTP引擎模块采用多进程模式，用于接收浏览器请求。也可以将浏览器请求的静态Web页面发送给浏览器端的用户，还可以将CGI程序的执行结果反馈给浏览器。

用户验证模块主要用于维护系统的安全性。用户初始登录时，HTTP引擎模块将用户连接的合法性交由用户验证模块进行校验。当浏览器访问嵌入式Web服务器上受密码保护的数据时，嵌入式Web服务器返回代码为401的响应，要求用户输入用户名和密码。带有用户名和密码的请求再次被发送到嵌入式Web服务器。

如果用户名和密码正确，用户验证模块调用Session模块生成对应用户的Session值并保存在数据库中，从而保持HTTP的相关状态，为用户提供后继认证以区别不同的用户。同时，HTTP引擎判断请求是否为静态信息。若是，则由HTTP引擎模块直接将用户请求的静态Web页面发送给浏览器端用户；若请求为动态页面，HTTP引擎模块将收到的请求转发给应用程序接口，由应用程序接口模块调用CGI程序，再将CGI程序的执行结果反馈给浏览器。

若用户名和密码错误，用户验证模块将返回403错误代码，在浏览器上显示禁止访问错误。用户如果已经登录只是再次访问服务器文件，HTTP引擎模块将用户连接的参数交由用户验证模块。用户校验模块调用Session模块，Session模块将得到的用户传来的Session值在数据库中匹配，查找是否存在这个用户Session。同时在数据库中判断IP是否和第一次访问的相同，并检查此Session的有效访问时间。若以上判断都匹配，则说明该用户传过来的Session是合法的，处理方法和初始登录相同。同时，用户验证模块又会生成一个新的Session值，和返回给客户的结果一起发送，并将数据库中该用户的原Session覆盖。

嵌入式Web服务器处理数据的结构流程图如图3所示。

1)HTTP引擎

早期的Web服务器采用单进程单连接模型。这种服务器在工作时只能响应一个连接请求，而其它连接必须等待至Web服务器完成与该连接的请求并关闭TCP连接。这种方式连接的效率比较低，用户浏览器能明显感到连接延时。本发明的Web服务器采用多进程模型，这种模型对来自多个客户的连接请求使用多个进程来进行分析处理，能解除单进程的长时间随机延时问题。

服务器首先创建一个套接字，然后为该套接字绑定一个地址，侦听客户发来的连接请求。在程序中我们使用自定义函数BIND来实现绑定功能，被绑定的地址包括一个IP地址和一个端口号。在套接字数据结构中，Serv-addr域保存了绑定的IP地址。

一旦建立好了套接字并绑定了地址，就调用自定义函数LISTEN启动侦听。程序会将套接字状态设置为TCP-LISTEN，并做好其它一些允许接受连接请求的工作。当程序开始侦听后，系统进入循环结构。当有连接请求时，通过ACCEPT函数来接收，同时通过FORK函数开辟子进程，由子进程来处理请求而父进程继续监听。其中子进程使用自定义函数handle-connection来处理请求。

handle-connection函数中，将浏览器请求信息存入接收缓存，函数提取请求行等内容，调用用户验证模块验证用户，根据不同的请求方法调用应用程序接口模块执行CGI或者直接返回请求的静态页面信息。

2)用户验证模块

在任何服务器中都会要求对客户进行身份验证。RFC2617定义两种认证方案：Basic认证方案和Digest认证方案。目前还有ssl方案等。其中Basic认证方案实现较简单，适合嵌入式应用。本服务器选择这种认证方案。

用户验证模块首先根据请求消息中有无Authorization报头字段来判断请求信息中有没有认证信息。HTTP协议中Authorization字段的内容包括认证的类型和用户密码字符串，它们由空格隔开。用户密码字符串由用户名和密码组成，中间由冒号隔开，同时用户密码字符串还经过了base64编码。

用户验证模块收到编码信息后，对认证信息进行解码，解码过程与编码过程相逆。服务器根据解码得到的用户名和密码搜索数据库，首先匹配用户名。如果在数据库中找到该用户名，则合法，接下来对密码进行匹配。系统存储的密码由Linux提供的crypt函数单向加密形成密文，匹配时将解码得到的密码和数据库中的密码的密文一起传给crypt函数。用户验证模块数据流程图如图4所示。

3)Session模块的实现

当登录用户验证模块验证登录为合法时，系统调用Session模块，由Session模块产生Cookie值回送给合法客户端，从而保证客户端和服务器端的持续连接。若系统用户再次请求服务，则提供服务器给的Cookie值，系统判断合法，则回应请求并调用Session模块，生成新的Cookie值，回送给客户端，从而形成下一次的连接凭证。Session模块的流程如图5所示。

4)服务器的预取

监控系统的页面较少而且链接简单，因此采用基于Wcol法的智能预测算法，并对它进行一定的改进。可以将系统的相互链接的页面看成一个图，图的存储可以采用邻接表法实现。

本发明算法的思路是，将系统网站中的相关页面用一个顶点表存储，再将其相关的链接存储在边表中。当用户请求一个URL时，服务器收到请求，解析出请求的URL，预取模块在邻接表中寻找该页面是否在内存中。不在，则去磁盘读取相应的页面，放入内存中；在，则直接读取返回给用户。与此同时，预取模块通过邻接表中查找的该页面的信息，在边表中找到此页面相关的链接，同时预测用户下次可能访问的页面、图片等信息，将信息放入内存中，从而提高访问速度。

预取工作围绕邻接表展开。网站每一个页面的信息构成顶点表，同一个页面的相关链接包括页面信息、图片信息等构成边表。邻接表如图6所示，相关数据结构定义如下：

服务器的网站模块的开发分为静态页面模块和CGI程序模块两部分，共有页面12张。该结构可以看成一棵树，因此page[15]这个顶点表数组中共存放12张页面信息。页面的存放顺序按照图7所示的层次优先顺序进行存放。

本发明技术方案带来的有益效果：本发明重点探讨了智能家居安防监控系统中嵌入式Web服务器的设计方法与一些关键技术，开发的网站都能够在开发的服务器上很好地运行，包含预处理模块的测试表明，包含预取模块的服务器性能较好。本发明与其他嵌入式Web服务器相比，具有安全性高、响应速度快、稳定性强的特点。这种基于嵌入式Web服务器的远程监控维护方式可以有效降低系统监控运行维护成本，提高监控运行维护效率。

以上对本发明实施例所提供的一种基于嵌入式Web服务器的视频监控系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于嵌入式Web服务器的视频监控系统，其特征在于，该系统包括用于视频图像采集的CPLD、视频解码芯片SAA7111A、用于视频图像处理的S3C2410，嵌入式Web服务器位于S3C2410开发板上；该系统在CPLD的逻辑控制下，由SAA7111A采集CCD摄像头输入的视频模拟信号并数字化，将数字化的视频数据放入FIFO缓冲区中，完成之后发中断信号给S3C2410，由S3C2410以中断方式读取视频采集卡的数据并进行运动检测，通过一系列算法得到质量较高的图像；在此基础之上同时建立嵌入式数据库，提供Web服务功能，用户通过网络随时查看存储系统中保存的由运动检测算法检测到的异常视频图像。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，嵌入式Web服务器由HTTP引擎、用户验证模块、应用程序接口模块、CGI程序4部分组成；HTTP引擎模块采用多进程模式，用于接收浏览器请求；也可将浏览器请求的静态Web页面发送给浏览器端的用户，还可将CGI程序的执行结果反馈给浏览器；用户验证模块主要用于维护系统的安全性；用户验证模块首先根据请求消息中有无Authorization报头字段来判断请求信息中有没有认证信息；HTTP协议中Authorization字段的内容包括认证的类型和用户密码字符串，它们由空格隔开；用户密码字符串由用户名和密码组成，中间由冒号隔开，同时用户密码字符串还经过了base64编码；

用户验证模块收到编码信息后，对认证信息进行解码，解码过程与编码过程相逆；服务器根据解码得到的用户名和密码搜索数据库，首先匹配用户名；如果在数据库中找到该用户名，则合法，接下来对密码进行匹配；系统存储的密码由Linux提供的crypt函数单向加密形成密文，匹配时将解码得到的密码和数据库中的密码的密文一起传给crypt函数。

3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，当登录用户验证模块验证登录为合法时，系统调用Session模块，由Session模块产生Cookie值回送给合法客户端，从而保证客户端和服务器端的持续连接；若系统用户再次请求服务，则提供服务器给的Cookie值，系统判断合法，则回应请求并调用Session模块，生成新的Cookie值，回送给客户端，从而形成下一次的连接凭证。

4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，用户初始登录时，HTTP引擎模块将用户连接的合法性交由用户验证模块进行校验；当浏览器访问嵌入式Web服务器上受密码保护的数据时，嵌入式Web服务器返回代码为401的响应，要求用户输入用户名和密码；带有用户名和密码的请求再次被发送到嵌入式Web服务器；如果用户名和密码正确，用户验证模块调用Session模块生成对应用户的Session值并保存在数据库中，从而保持HTTP的相关状态，为用户提供后继认证以区别不同的用户；同时，HTTP引擎判断请求是否为静态信息；若是，则由HTTP引擎模块直接将用户请求的静态Web页面发送给浏览器端用户；若请求为动态页面，HTTP引擎模块将收到的请求转发给应用程序接口，由应用程序接口模块调用CGI程序，再将CGI程序的执行结果反馈给浏览器；

若用户名和密码错误，用户验证模块将返回403错误代码，在浏览器上显示禁止访问错误；用户如果已经登录只是再次访问服务器文件，HTTP引擎模块将用户连接的参数交由用户验证模块；用户校验模块调用Session模块，Session模块将得到的用户传来的Session值在数据库中匹配，查找是否存在这个用户Session。同时在数据库中判断IP是否和第一次访问的相同，并检查此Session的有效访问时间。若以上判断都匹配，则说明该用户传过来的Session是合法的，处理方法和初始登录相同。同时，用户验证模块又会生成一个新的Session值，和返回给客户的结果一起发送，并将数据库中该用户的原Session覆盖。

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