0 引言
通信網絡已經普及到人類生活的各個方面，布控區域廣闊的網絡視頻采集系統也在迅速的發展，嵌入式視頻采集系統的服務器直接連入已經建成的網絡，既沒有線纜長度的限制，也沒有信號衰減的限制，通過沒有距離概念的網絡，徹底拋棄了地域的限制。系統具有幾乎無限的無縫擴展能力，所有設備都以IP地址劃分，增加設備只是意味著IP地址的增加，可組成非常復雜的視頻采集系統，服務器輸出的視頻數據已完成模擬到數字的轉換并壓縮，采用TCP/IP協議在網絡上傳輸，支持跨網關、跨路由器的遠程視頻信息傳輸。
本文根據網絡視頻采集的需要，將網絡傳輸與視頻采集相結合，設計了以S3C2440為核心的USB攝像頭視頻采集和嵌入式Linux系統下的視頻服務器，從而實現了遠程網絡視頻信息采集。
1 系統總體設計
該系統是以ARM9處理器S3C2440為核心，在嵌入式Linux系統平臺下，通過USB攝像頭采集視頻信息，然后對所得到的視頻數據通過內部總線送到視頻服務器MJPG-streamer上，視頻服務器經過對圖像壓縮處理，經過以太網傳輸出去，遠端客戶機通過瀏覽器或者專用軟件訪問視頻服務器，即可瀏覽現場信息，從而實現網絡視頻采集。系統總體如圖1所示。
2 系統硬件設計
系統的硬件框圖如圖2所示。
系統處理器采用高性能ARM9處理器S3C2440，S3C2440是基于ARM920T核心的RISC處理器，主頻為400 MHz，實現了MMU，具有AMBA總線和哈佛結構高速緩沖體系結構，有獨立的16 KB的指令緩存和16 KB的數據緩存。主要應用于高性能，低價格，低功耗的嵌入式設備和手持設備。處理器內部集成了完備的硬件資源，外部存儲控制器，4通道DMA，3通道的UART，2通道SPI，2通道USB主機和1通道USB設備，4通道PWM定時器和內部看門狗定時器，130個GPIO等。
NAND FLASH采用K9F2G08，該存儲芯片容量大，高達256 MB，改寫速度非常快，易于使用，具有可靠的耐用性，適合用于大量數據存儲，該FLASH以512 B為塊進行讀寫操作，通過輸入輸出接口傳送地址和命令，傳遞專門的數據接口與CPU相連，數據總線為8 b，寫入操作必須在空白區域進行，所以在改寫數據時要先進行擦除，然后再寫入。
NAND FLAsH在本系統中用來存放bootloader引導代碼，Linux內核代碼以及Yaffs文件系統。SDRAM為同步動態隨機存儲器，類似于PC機的內存，在系統啟動時，先將內核代碼從FLASH復制到SDRAM中，用來程序的讀取，存儲，執行，從而提高CPU讀取和寫入數據的速度。本采用2片32 MB的HY57V作為系統內存，把他們并聯起來形成32位的數據總線，提高CPU的訪問速度，增加運行Linux系統的流暢性。由于SDRAM掉電不能保存數據，所以要不斷的進行動態刷新來保存數據，使用之前要進行初始化。
目前最流行的以太網控制器是DAVICOM公司的DM9000網卡芯片，該芯片自適應10 Mb/s和100 Mb/s的網絡，處理器通過GPIO與網卡相連，支持3.3 V接口電壓，32位接口存儲器可以方便直接與S3C2440相連，在連接RJ-45接口，即可實現以太網物理層和數據鏈路層的連接。設備驅動程序在Linux操作系統下可以方便的移植，故選擇此網卡芯片作為以太網控制器。攝像頭采用市場普通USB攝像頭，即插即用，處理器通過USB控制器控制攝像頭。
3 系統軟件設計
本系統軟件可分為Bootloader，Linux內核，Yaffs文件系統和MJPG-streamer視頻服務器，系統框圖如圖3所示。
“Bootloader是在操作系統運行之前運行的一段小程序，來完成硬件設備的初始化，從而將系統軟硬件環境帶到合適狀態，為最終調用操作系統做好準備”。Bootloader可以從SAMSUNG公司官方網站下載，經過交叉編譯生成Bin文件，下載到板子上。
Linux內核采用Linux 2.6.32版本，運行make menuconfig配置萬能驅動USB攝像頭，在Device Drivers下，選擇Multimedia device，選擇Video Capture adapters，選擇V4L USB devices，選擇GSPA based webcams，即可選擇萬能驅動USB攝像頭。
系統采用Yaffs文件系統，Yaffs是專為嵌入式系統使用NAND型閃存而設計的一種日志型文件系統。它減少了一些功能，速度更快，掛載時間很短，對內存的占用較小，所以系統采用Yaffs文件系統。
MJPG-streamer是一款免費基于IP地址的視頻流服務器，它的輸入插件從攝像頭讀取視頻數據，這個輸入插件產生視頻數據并將視頻數據復制到內存中，它有多個輸出插件將這些視頻數據經過處理，其中最重要的輸出插件是網站服務器插件，它將視頻數據傳送到用戶瀏覽器中，MJPG-streamer的工作就是將其中的一個輸入插件和多個輸出插件綁定在一起，所有的工作都是通過它的各個插件完成的。MJPG-stream er源碼包可從SourceForge網站下載使用。各個文件如下：
(1)input_testpicture.so。這是一個圖像測試插件，它將預設好的圖像編譯成一個頭文件，可以在沒有攝像頭的情況下傳輸圖像，從而方便調試程序。
(2)input_uvc.so。此文件調用USB攝像頭驅動程序V4L2，從攝像頭讀取視頻數據。
(3)input_control.so。這個文件實現對攝像頭轉動的控制接口。
(4)output_http.so。這是一個功能齊全的網站服務器，它不僅可以從單一文件夾中處理文件，還可以執行一定的命令，它可以從輸入插件中處理一幅圖像，也可以將輸入插件的視頻文件根據現有M-JPEG標準以HTTP視頻數據服務流形式輸出。
(5)output_file.so。這個插件的功能是將輸入插件的JPEG圖像存儲到特定的文件夾下，它可以用來抓取圖像。
將MJPG-streamer視頻流服務器移植到目標板上運行，從而可以實現網絡視頻數據的采集，具體移植過程：
(1)首先移植MJPG-streamer依賴的jpeg庫。在/usr/local目錄下解壓源碼包tar xvzf jpegsrc.v8b.tar.gz。
(2)修改配置文件./configure--prefix=/usr/video/jpeg--host=arm-linux-gnueabi，編譯：make，安裝：make install，最后將/usr/local/video/jpeg/lib目錄下的libjpeg.so.8文件拷貝到文件系統中的lib目錄下。
(3)解壓源碼包：tar zxvf mjpg-streamer.tar.gz;
(4)修改源碼：修改頂層Makefile及plugins目錄中的各級Makefile將所有CC=gcc修改為CC=arm-linux-gcc。修改/usr/local/mjpg-streamer-r63/plugins/input_uvc目錄下的Makfile文件，在CFLAGS+=-O2-DLINUX-D_GNU_SOURCE-Wall-shared-fPIC后加上I//usr/loc al/video/jpeg//include，把$(CC)$(CFLAGS)-ljpeg-o$@input_uvc.c v412uvc.lo jpeg_utils.lodynctrl.lo代碼修改為$(CC)$(CFLAGS)-ljpeg-L/usr/local/video/jpeg/lib-o$@input_uvc.c v412uvc.lojpeg_utils.lo dynctrl.lo，從而加載前面編譯安裝的jpeg庫文件，使得MJPG-streamer能夠調用到jpeg庫。
(5)交叉編譯：make CC=arm-linux-gcc，交叉編譯器為arm-linux-gcc4.3.2，生成ARM板可執行的二進制文件。
網絡視頻采集系統軟件流程圖如圖4所示。
4 系統測試
將應用程序通過超級終端工具傳輸到ARM板上，設置視頻服務器應用程序start_uvc.sh開機啟動，將交換機引出的雙絞線通過RJ-45接口連接到ARM板，在超級終端下進入ARM板，用ifconfig命令配置服務器相應網段的IP地址，將板子上電之后即可執行視頻采集程序。從客戶端瀏覽器輸入ARM板IP地址發出訪問請求，服務器接收到請求后與客戶端建立連接，將視頻數據發送到客戶端監聽端口，客戶端就可以得到連續的現場現場畫面，從而實現網絡視頻采集功能。客戶端測試畫面如圖5所示。
5 結語
隨著互聯網的不斷發展，視頻信息采集進入到一個新的時代，本系統設計基于S3C2440的高速信息處理能力和豐富的硬件接口，在網絡功能強大的Linux操作系統平臺下，移植MJPG-streamer視頻流服務器，模塊結構清晰，易于管理，利用現有網絡資源，很容易實現遠程的網絡視頻采集，克服了現有視頻采集的距離問題，開發簡單，可移植性高，并且系統運行穩定。
系統改進思路：無線局域網WLAN成為無線通信使用熱點，通過移植WIFI模塊可以實現無線網絡視頻采集，從而擺脫網線的限制，更加方便使用，在MJPG-streamer軟件中有一個input_control.so的輸入插件沒有用到，加上該插件可以實現攝像頭的位置的控制，比如自動跟蹤的功能，另外可以加入智能模式識別算法，從攝像頭讀取的視頻信息識別物體，辨別出人、動物、汽車等物體，從而是系統功能更加強大。