CN104052968A - 一种基于家庭网关的远程视频监管系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于家庭网关的远程视频监管系统，该系统包括：数据终端设备、GPRS数据终端、数据中心设备；其中，所述数据终端设备通过串行接口或无线通讯方式连接到所述GPRS数据终端上，并将数据打成IP包，通过GPRS空中接口接入到GPRS网络，通过各种网关和路由将IP包发送至所述数据中心设备。在本发明实施例中，借助嵌入式的家庭网关平台，利用外接USB摄像头捕捉图像，外接GPRS Modem与Internet及GPRS连接，远程Web监控室内图像，并使图像以彩信形式发送到手机，实现了数字家庭的远程监控。采用无线蓝牙控制技术，减少布线开销，选择uClinux系统更高度优化，代码紧凑，应用程序可移植性良好，且系统升级十分容易。

Description

一种基于家庭网关的远程视频监管系统

技术领域

本发明涉及远程监管技术领域，尤其涉一种基于家庭网关的远程视频监管系统。

背景技术

视频监控业务具有悠久的历史，在传统上广泛应用于安防领域。近年来，随着数字图像处理技术和数字电路技术的飞速发展，图像信号的数字化和处理变得比较普遍，利用数字图像处理技术进行动态监测和现场监控都已成为现实，而且具有相当高的灵敏度和可靠性。视频监控系统以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用于金融系统、交通系统、公安系统、教育系统和医疗系统等众多领域。传统的视频监控技术已不再适应时代发展的需要，而以计算机、网络通信技术为基础，以智能图像分析为特色的网络视频监控系统逐渐成为监控领域的发展方向。

数字监控系统：九十年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示，从而大大提高了图像质量，这种基于PC机的多媒体主控台系统称为数字化视频监控系统。全数字的视频监控系统，可以基于PC机或嵌入式设备构成监控系统，并进行多媒体处理。采用数字监控系统，对目标范围实时监控，并以此为中心建立一整套软硬件结合的完整体系，减少不必要的环节和操作，提高了整个系统的反应速度和效率。

网络化多媒体监控系统：随着宽带网络的普及，微处理器技术的快速发展，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控逐渐从本地监控向远程监控发展，出现了以网络视频服务器为代表的远程网络视频监控系统。网络视频服务器解决了视频流在网络上的传输问题，从图像采集开始进行数字化处理、传输，这样使得传输线路的选择更加多样性，只要有网络的地方，就提供了图像传输的可能。

随着移动技术的发展，3G、4G时代的到来，家庭监控业务开始兴起，嵌入式家庭网关是伴随着数字家庭网络概念诞生的面向家庭用户的智能接入设备，是未来物联网中连接外部Intemet家庭内部网络的中枢，能实现家庭内部设备的设置、管理和共享以及远程监控的功能。

相对于造价昂贵、不能与家电设备联动、无法远程网络监控、性价比低的传统监控设备，基于家庭网关的嵌入式监控系统具有网络功能强大、所需设备简单、维护成本低等优势，非常适合于数字家庭的安防监控。

第一代视频监控：传统模拟闭路视监控系统(CCTV)：依赖摄像机、缆、录像机和监视器等专用设备。例如，摄像机通过专用同轴缆输出视频信号。缆连接到专用模拟视频设备，如视频画面分割器、矩阵、切换器、卡带式录像机(VCR)及视频监视器等。模拟CCTV存在大量局限性：有限监控能力只支持本地监控，受到模拟视频缆传输长度和缆放大器限制；有限可扩展性，系统通常受到视频画面分割器、矩阵和切换器输入容量限制；录像负载重，用户必须从录像机中取出或更换新录像带保存，且录像带易于丢失、被盗或无意中被擦除；录像质量不高，录像是主要限制因素，录像质量随拷贝数量增加而降低。

第二代视频监控：当前“模拟-数字”监控系统(DVR)：“模拟-数字”监控系统是以数字硬盘录像机DVR为核心半模拟-半数字方案，从摄像机到DVR仍采用同轴缆输出视频信号，通过DVR同时支持录像和回放，并可支持有限IP网络访问，由于DVR产品五花八门，没有标准，所以这一代系统是非标准封闭系统，DVR系统仍存在大量局限：复杂布线，“模拟-数字”方案仍需要在每个摄像机上安装单独视频缆，导致布线复杂性；有限可扩展性，DVR典型限制是一次最多只能扩展16个摄像机；有限可管理性，需要外部服务器和管理软件来控制多个DVR或监控点；有限远程监视/控制能力，不能从任意客户机访问任意摄像机，只能通过DVR间接访问摄像机；磁盘发生故障风险，与RAID冗余和磁带相比，“模拟-数字”方案录像没有保护，易于丢失。

基于PC机方案的家庭网关不仅成本较高，而且要求计算机一直处于开机并可进行通信的状态，为适应普通用户，家庭网关应设计为基于廉价的非Pc机设备。但是，若采用8位、16位单片机.由于速度慢且资源有限，不能实现复杂的控制，所以也不太理想。一般的家庭网关采用有线连接方式，布线麻烦，且成本较高，不易于升级和推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于家庭网关的远程视频监管系统，不仅具有普通监控系统的的快速视频处理能力、数字信息抗干扰能力、便于快速查询记录等优点，而且依托网络，发挥宽带网络带来的优势，通过IP网络，把监控视频中心和能够连接网络的任何一个点进行互联结合，达到理想的闭路监控系统的远程、集中、实时效果。

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于家庭网关的远程视频监管系统，所述系统包括：数据终端设备、GPRS数据终端、数据中心设备；其中，

所述数据终端设备通过串行接口或无线通讯方式连接到所述GPRS数据终端上，并将数据打成IP包，通过GPRS空中接口接入到GPRS网络，通过各种网关和路由将IP包发送至所述数据中心设备。

优选地，所述GPRS数据终端的硬件结构采用模块化设计，包括：数据处理模块、远程通信模块、模/数转换模块和显示模块。

优选地，所述数据处理模块包括AT89C55和X25045两个芯片，其中，AT89C55用于处理与远程通信模块、模/数转换模块和显示模块间的数据传输。

优选地，采用串行E2PROM器件X25045对数据进行存储。

优选地，所述远程通信模块包括：GPRS无线模块、SIM卡和串口模块。

优选地，所述GPRS无线模块采用MC35GPRS模块，用于将数据或命令通过与其连接天线发射出去，或接收远端监控中心发送的数据，再将接收到的数据或命令进行相应的协议处理后，通过所述MAX3238送入单片机进行处理。

优选地，所述串口模块采用MX3238用于起电平转换和串行通信。

优选地，所述模/数转换模块的功能将采集到的模拟信号转换成数字量。

优选地，所述模/数转换模块采用AD0832芯片，将模拟信号送入AD0832转换成数字量，再送入T89C55芯片进行计算和处理。

在本发明实施例中，借助嵌入式的家庭网关平台，利用外接USB摄像头捕捉图像，外接GPRS Modem与Internet及GPRS连接，远程Web监控室内图像，并使图像以彩信形式发送到手机，实现了数字家庭的远程监控。采用无线蓝牙控制技术，减少布线开销，选择免费uClinux系统，uClinux是专门针对没有M～r0(内存管理单元)的CPU，适合嵌入式系统小型化应用，比传统Linux系统更高度优化，代码紧凑，同时保持了Linux的稳定、良好的移植性，优秀的网络功能，对各种文件系统的完备支持等优点，在uClinux系统上开发的应用程序可移植性良好，且系统升级十分容易。

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是本发明实施例的基于家庭网关的远程视频监管系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的GPRS数据终端的结构组成示意图；

图3是本发明实施例的传输数据过程示意图；

图4是本发明实施例的基于android的彩信收发过程示意图。

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。

这里对本发明实施例系统的底层硬件平台及接口进行详细说明。嵌入式家庭网关以ARM9为硬件平台，提供了以太网、SD卡、JTAG、USB等多种硬件接口，外接了USB摄像头、GPRS Modem和触摸屏/LCD等模块。系统采用基于ARM920T内核的S3C2410A微处理器作为嵌入式家庭网关的CPU。Flash选用的是64M NandFlash芯片K9F1208UOM。SDRAM采用32M SDRAM芯片HY57V561620BT-H。触摸屏/LCD采用3.5寸带触摸网TFT-LCD屏。GPRS Modem选用MC55模块，MC55内嵌连接Internet的可由AT指令驱动的TCP/IP协议栈，可通过串口对模块进行设置和控制。USB摄像头选用web-eye2000，它是基于OV5I1芯片的USB数字图像传感器设备，提供640*480格式高清晰静止图像捕获模式。

另外，家庭网关采用的操作系统为ARM uCLinux，其优势是源代码完全开放、免费并且遵循GPL协议，系统稳定、功能强大而且内核小，易于定制和裁剪，具有良好的移植性，可应用于多种硬件平台。标准Linux是针对有MMU的处理器设计的。在这种处理器上，虚拟地址被送到MMU，把虚拟地址映射为物理地址。通过赋予每个任务不同的虚拟－物理地址转换映射，支持不同任务之间的保护。对uCLinux来说，其设计针对没有MMU的处理器，不能使用处理器的虚拟内存管理技术。uCLinux仍然采用存储器的分页管理，系统在启动时把实际存储器进行分页。在加载应用程序时程序分页加载。但是由于没有MMU管理，所以实际上uCLinux采用实存储器管理策略。uCLinux系统对于内存的访问是直接的，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统对内存空间没有保护，各个进程实际上共享一个运行空间。一个进程在执行前，系统必须为进程分配足够的连续地址空间，然后全部载入主存储器的连续空间中。

同时，uClinux有着特别小的内核和用户软件空间，同样也可以很快熟悉uclinux的一些特性。对于设计内核或系统空间的应用程序的开发者，要特别注意uClinux既没有内存保护，也没有虚拟内存模型，另外，有些内核系统调用也有差异。

通用分组无线业务(General Packet Radio Service，GPRS)，是在GSM系统的基础上建立的移动网络系统，其使用分组交换技术，能兼容GSM，并且能在网络上传输高速数据，GPRS在传统的GSM网络中引入了3个新的器件：分组控制单元(Packet Control Unit，PCU)、GPRS服务支持节点(Serving GPRS Support Node，SGSN)和GPRS网关支持节点(GatewayGPRS Support Node，GGSN)，GPRS通信具有以下特点：

资源利用率高：GPRS引进了分组交换的传输模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这就是说多个用户可高效率地共享同一无线通信，从而提高了资源的利用率，而GSM传输数据方式为电路交换模式，在整个连接时期内，用户无论是否传送数据都将独自占用无线信道。GPRS用户的计费按通信的数据流量为计费标准。

传输速度高：GPRS数据传输速度可达57.6KB/s，最高可达到115-117.2kb/s，完全可以满足用户应用的需求。

接入时间短：GPRS接入等待时间短，可快速建立连接，平均为2s。

提供实时在线功能：用户将初始处于连线和在线状态，这将使访问服务变得非常简单、快速。

支持IP协议和X.25协议：GPRS支持Internet上应用最广泛的IP协议和X.25协议，而且由于GSM网络覆盖面广，使得GPRS能提供Internet和其它分组网络的全球性无线接入。

从上述的GPRS特点可以看出，GPRS网络特别适合于频发小数据量的实时传输。工业的远程数据采集系统就是一个比较典型的频发小数据量的实时传输系统。

图1是本发明实施例的基于家庭网关的远程视频监管系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：

数据终端设备、GPRS数据终端、数据中心设备；其中，

数据终端设备通过串行接口或无线通讯方式连接到GPRS数据终端上，并将数据打成IP包，通过GPRS空中接口接入到GPRS网络，通过各种网关和路由将IP包发送至数据中心设备。

如图2所示，GPRS数据终端的硬件结构采用模块化设计，包括：数据处理模块、远程通信模块、模/数转换模块和显示模块。其中，该数据处理模块包括AT89C55和X25045两个芯片，其中，AT89C55用于处理与远程通信模块、模/数转换模块和显示模块间的数据传输。为了保证数据不会因为掉电而丢失，采用串行E2PROM器件X25045对数据进行存储。

远程通信模块包括：GPRS无线模块、SIM卡和串口模块。

其中，该GPRS无线模块采用MC35GPRS模块，用于将数据或命令通过与其连接天线发射出去，或接收远端监控中心发送的数据，再将接收到的数据或命令进行相应的协议处理后，通过MAX3238送入单片机进行处理。串口模块采用MX3238用于起电平转换和串行通信。由于传输数据的承载方式是GPRS网络，所以SIM卡是不可缺少的，功能是存储数据和在安全条件下完成客户身份鉴定和客户信息加密计算的全过程。

模/数转换模块采用AD0832芯片，将模拟信号送入AD0832转换成数字量，再送入T89C55芯片进行计算和处理。

显示模块主要是考虑到当现场有管理人员巡视时，可以方便实时地了解现场情况，系统使用了一种管理键盘和LED显示器的专用智能控制芯片HD7279A，HD7279A与处理器之间采用串行接口，其接口电路和外围电路电简单，占用的接口线数目少，只需4条，具有较高的性价比。

典型的嵌入式Web服务器有Boa和thttpd等，它们和Apache等高性能的Web服务器主要的区别在于它们一般是单进程服务器，只有在完成一个用户请求后才能响应，另一个用户的请求，而无法并发响应。Boa是一个非常小巧的Web服务器，可执行代码只有约60KB。它是一个单任务Web服务器，只能依次完成用户的请求，而不会fork出新的进程来处理并发连接请求。但Boa支持CGI，能够为CGI程序fork出一个进程来执行。Boa的设计目标是速度和安全，在其站点公布的性能测试中，Boa的性能好于Apache服务器。

CGI是在物理上是一段程序，运行在服务器上，提供同客户端HTML页面的接口。即客户端与服务器的接口。

比如留言本的工作流程：先由用户在客户端输入一些信息，如名字之类的东西。接着用户按一下“留言”(到目前为止工作都在客户端)，浏览器把这些信息传送到服务器的CGI目录下特定的cgi程序中，于是cgi程序在服务器上按照预定的方法进行处理。在本例中就是把用户提交的信息存入指定的文件中。cgi程序给客户端发送一个信息，表示请求的任务已经结束。此时用户在浏览器里将看到“留言结束”的字样。整个过程结束。传输数据示意图如图3所示。

下面对基于android的彩信收发过程进行说明。MMS消息由MMS头信息和MMS消息体构成。MMS头信息定义了发送者和接受者之间传递信息的方式，消息体则包含了描述部分和图像、文本、声音等内容部分。本文彩信封装程序将文本文件和图像封装成ITI/nS文件，其软件实现过程如图4所示。

在彩信封装程序中，函数SetMessage0设置了彩信的版本、发送方、接收方号码、发送时问、发送优先级和内容类型等多媒体消息的基本信息；函数AddContents0实现添加彩信的内容，如文本和图像。函数readFile()读取文本和图像进行编码；最后由createMmsFile0完成mms文件的创建。彩信封装实现流程图如图4所示。

在本发明实施例中，借助嵌入式的家庭网关平台，利用外接USB摄像头捕捉图像，外接GPRS Modem与Internet及GPRS连接，远程Web监控室内图像，并使图像以彩信形式发送到手机，实现了数字家庭的远程监控。采用无线蓝牙控制技术，减少布线开销，选择免费uClinux系统，uClinux是专门针对没有M～r0(内存管理单元)的CPU，适合嵌入式系统小型化应用，比传统Linux系统更高度优化，代码紧凑，同时保持了Linux的稳定、良好的移植性，优秀的网络功能，对各种文件系统的完备支持等优点，在uClinux系统上开发的应用程序可移植性良好，且系统升级十分容易。

远程监控系统是以数字网络为传输介质、网络视频服务器核心。综合全面的使用数字视频处理技术、自动控制、网络传输技术和人工智能等技术，不仅有普通监控系统的的快速视频处理能力、数字信息抗干扰能力、便于快速查询记录等优点，而且依托网络，发挥宽带网络带来的优势，通过IP网络，把监控视频中心和能够连接网络的任何一个点进行互联结合，达到理想的闭路监控系统的远程、集中、实时效果。通常远程监控系统以集中监控管理系统为主，监控中心对属下各网点进行统一的监控管理，远程监控以轮巡监视为主、录像为辅。

通过对各网点的轮巡监视，一方面强化了安全管理力度，另一方面同时也对各网点工作服务质量实施了有效的监督。如果需要，远程监控主机或监控工作站利用网络视频集中监控系统管理软件，通过网络可以直接访问网点本地主机存储设备，调用历史录像数据进行回放观看。管理人员足不出户通过桌面联网电脑访问监控主机即可实现对营业厅图像的实时监控功能，图像画面流畅、清晰度高，从而在一定程度上替代了管理部门对营业厅的例行检查工作，大大提高了对营业厅监管工作的效率。

本发明主要针对上班族由于工作繁忙无法照料家中的老人或者小孩，能够通过浏览网页达到随时监控的目的，例如观察老人饮食起居、小孩是否按时完成作业等情况，减轻了上班族的负担并减少了时间，可以做到对孩子学习习惯的纠正及安全问题的防范，操作简便，设备量小；另外，也适用于防盗。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例所提供的基于家庭网关的远程视频监管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 (9)

1.一种基于家庭网关的远程视频监管系统，其特征在于，所述系统包括：数据终端设备、GPRS数据终端、数据中心设备；其中，

所述数据终端设备通过串行接口或无线通讯方式连接到所述GPRS数据终端上，并将数据打成IP包，通过GPRS空中接口接入到GPRS网络，通过各种网关和路由将IP包发送至所述数据中心设备。

2.如权利要求1所述的基于家庭网关的远程视频监管系统，其特征在于，所述GPRS数据终端的硬件结构采用模块化设计，包括：数据处理模块、远程通信模块、模/数转换模块和显示模块。

3.如权利要求2所述的基于家庭网关的远程视频监管系统，其特征在于，所述数据处理模块包括AT89C55和X25045两个芯片，其中，AT89C55用于处理与远程通信模块、模/数转换模块和显示模块间的数据传输。

4.如权利要求3所述的基于家庭网关的远程视频监管系统，其特征在于，采用串行E2PROM器件X25045对数据进行存储。

5.如权利要求2所述的基于家庭网关的远程视频监管系统，其特征在于，所述远程通信模块包括：GPRS无线模块、SIM卡和串口模块。

6.如权利要求5所述的基于家庭网关的远程视频监管系统，其特征在于，所述GPRS无线模块采用MC35GPRS模块，用于将数据或命令通过与其连接天线发射出去，或接收远端监控中心发送的数据，再将接收到的数据或命令进行相应的协议处理后，通过所述MAX3238送入单片机进行处理。

7.如权利要求5所述的基于家庭网关的远程视频监管系统，其特征在于，所述串口模块采用MX3238用于起电平转换和串行通信。

8.如权利要求5所述的基于家庭网关的远程视频监管系统，其特征在于，所述模/数转换模块的功能将采集到的模拟信号转换成数字量。

9.如权利要求8所述的基于家庭网关的远程视频监管系统，其特征在于，所述模/数转换模块采用AD0832芯片，将模拟信号送入AD0832转换成数字量，再送入T89C55芯片进行计算和处理。