內容摘要：闡述了一種基于GPRS和嵌入式Linux的遠程圖像監控系統設計和實現方法。該系統主要由嵌入式視頻采集終端和監控中心服務器組成。其中，嵌入式視頻采集終端主要由攝像頭視頻采集模塊、ARM模塊、SIM900模塊組成，監控中心服務器可實時監控遠程終端的圖像。系統軟件采用嵌入式Linux，可編程實現圖像數據采集、壓縮和GPRS模塊的網絡連接與傳輸。

   引言

    當前有線通信的圖像監控系統由于其經濟實用性而被廣泛采用，然而這種方式很大程度限定了它的應用前景。目前，視頻監控系統已經覆蓋美國的大小城市。在美國，執法機構正在逐漸普及和安裝警用移動視頻監控設備。而國內網絡視頻監控系統雖發展較慢，主要以流媒體監控系統為主，但隨著平安城市建設的不斷推進，網絡視頻監控將得到全面發展。本系統是基于ARM嵌入式開發平臺和GPRS無線傳輸網絡的遠程圖像監控設計方案，系統應用了嵌入式技術和無線移動網絡技術的融合，實現了遠程實時視頻圖像的監控，可以被廣泛地應用在不同的場合監控，例如居家辦公場所、能源系統、工業領域等。

    1 系統總體設計

    遠程視頻圖像監控系統分為嵌入式視頻采集終端和監控中心服務器。嵌入式視頻采集終端是基于嵌入式微處理器S3C2440和Linux核心平臺，集成GPRS模塊，采用USB攝像頭捕捉現場圖像，通過GPRS網絡發送實時壓縮處理后的圖像數據，實現和監控中心的通信。監控中心服務器通過本地網絡與終端GPRS模塊建立穩定連接，接收終端傳輸的圖像并實時顯示。系統的實現方案如圖1所示。

    2 系統具體設計與實現

    2.1 系統開發平臺

    本系統選取TQ2440開發板作為系統設計的硬件平臺，圖2所示是系統硬件開發平臺結構圖。其中，采集終端硬件由主控模塊和擴展模塊兩部分組成。主控模塊采用嵌入式微處理器S3C2440，該處理器內部集成了ARM公司ARM920T處理器核。另外，系統儲存擴展了256 MB的NANAD FLASH、2MB的NOR FLASH和64 MB的SDRAM。擴展模塊包括了中星微ZC301USB攝像頭和SIM900模塊。

    中星微ZC301攝像頭價格低，性能好且易使用，很容易集成到嵌入式系統中。該款USB攝像頭像素可達30萬，最大每秒傳輸幀數可達30，圖片分辨率最大為600x800，內置了JPEG硬件壓縮引擎。

    GPRS模塊采用內嵌TCP/IP協議的SIM900模塊，該模塊屬于GSM/GPRS雙頻模塊，尺寸小，功耗低，性價比高，很適合嵌入式開發應用。S 3C2440通過UART接口連接SIM900模塊并用AT命令控制GPRS模塊，實現基于GPRS訪問和圖像數據的傳輸。

    系統軟件平臺以嵌入式Linux為基礎，具體構建步驟是在宿主機建立交又編譯環境，完成引導加載程序uboot的編譯移植，編譯移植linux -2.6.30.4內核，包括串口驅動，USB設備等驅動的移植，基于busybox-1.13.0構建的yaffs2文件系統的移植。本系統根據開發需求，將圖像數據的采集和發送分別設計為兩個線程并行運行，線程之間用PV信號量進行同步，減少相互干擾。圖3所示是本系統視頻監控終端的應用程序工作流程圖。

    2.2 圖像數據采集和發送

    V4L2是Video For Linux Two的簡稱，是Video For Linux API的第二版本，是Linux下開發視頻設備程序的接口標準。為了使用Linux下V4L2應用程序接口編寫圖像采集應用程序，在開發板上移植的Linux版本為linux-2.6.30.4內核，此版本內核支持中星微ZC301USB攝像頭，只需在配置內核編譯選項時把ZC3XX Usb Camera Driver驅動選中并重新編譯進內核即可。

    2.3 圖像數據采集

    V4L2的絕大部分功能是通過ioctl系統調用完成的。圖像數據采集過程包括打開視頻設備文件、設置采集屬性、內存映射實現和圖像數據幀采集等。其中，圖像數據幀緩存采用FIFO的方式，緩存隊列將已采集到的視頻圖像數據的設備緩存存出隊列，此時與之映射的內存空間就存儲了采集到的視頻圖像數據，處理完畢重新使視頻設備加入緩存隊列。圖像數據幀采集過程如圖4所示。

    2.4 GPRS數據傳輸

    本系統通過S3C2440對SIM900模塊進行控制，與監控中心建立GPRS連接，將采集終端的圖像數據進行實時傳輸，方便用戶對視頻圖像的實時監控。由于GPRS模塊內嵌TCP/IP協議，終端可以很方便地與PC端的監控中心建立GPRS無線網絡穩定連接。

    在視頻圖像采集終端與監控中心建立GPRS無線網絡連接時，本系統選用可靠穩定的TCP協議。具體步驟為S3C2440串口1控制SIM900模塊，發送指定AT命令主動向公網上的一個靜態公網IP地址發起TCP連接，只要這個公網上的機器有確定的相應監聽端口，就可建立TCP連接。所以

    系統需要知道當前PC機的靜態公網IP地址和確定的監聽端口。具體實現GPRS網絡鏈路穩定連接的AT命令如表1所列。

    3 監控服務中心器

    監控中心與視頻數據圖像采集終端建立客戶/服務器(C/S)模式。監控中心服務器使用普通PC，有靜態IP和開放監聽端口。監控中心服務器具有監聽TCP端口，返回數據包，描述接收的數據和大小，保存圖像文件等功能。監控中心服務器工作流程如圖5所示。

   4 結語

    本系統充分發揮了永遠在線的GPRS無線傳輸技術和高性能的嵌入式監控系統的優點，實現了遠程圖像監控。系統測試結果較滿意，使用中國移動的GPRS網絡服務，本系統的數據傳輸率大于10 Kb/s，經壓縮后分辨率為320x240，圖像大小在50 Kb左右并且能夠在4 s左右傳輸到監控中心服務器上進行實時顯示。經過以上測試，本系統具有較高的視頻采集和傳輸速率，實現了基于GPRS無線傳輸技術的遠程圖像監控，具有廣泛的應用前景。