基于Linux操作系统的远程图像监控系统.pdf

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1、第3 0 卷第5 A 期昆明理工大学学报(理工版)V o l3 0N o 5 A：盟芏：!盆主：型兰磐翟当i=盘：匹耋=：兰垩：型：馨!兰：兰型量：型：鹫2：2 2：基于L i n u x 操作系统的远程图像监控系统王鲲鹏，李玉惠，唐强(昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明6 5 0 0 5 1)摘要：研究了一种基于L i n u x 操作系统的远程图像监控系统的设计与实现过程该系统为实现基于L i n u x 操作系统的远程实时图像监控系统提供了一种解决方案，同时为实现远程嵌入式实时监控系统开启了一种切实可行的思路关键词：L i n u x 操作系统；数码相机；图像采集；S o c k

2、 e t 编程中图分类号：T P 3 9 1文献标识码：A文章编号：1 0 0 7 8 5 5 X(2 0 0 5)5 A 一0 1 4 7 0 4R e m o t eI m a g eM o n i t o r i n gS y s t e mB a s e do nL i n u xO SW A N GK u n p e n g，L IY u-h u i T A N GQ i a n g(F a c u l t yo f I n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n ga n dA u t o m a t i o n，K u n m i n gU n

3、i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y，K u n m i n g6 5 0 0 5 1，C h i n a)A b s t r a c t：W em a k ear e s e a r c ho nt h ed e s i g n i n ga n di m p l e m e n t i n gp r o c e s so fak i n do fr e m o t ei m a g em o n i t o r i n gs y s t e mb a s e dO OL i n u x0 S(O p e r a t

4、 i n gS y s t e r n)T h i ss y s t e mp r o v i d e sas o l u t i o nt oar e m o t er e a l t i m ei m a g em o n。i t o r i n gs y s t e mb a s e do nL i n u xO S，a n dp r o v i d e saf e a s i b l ea p p r o a c hf o ri m p l e m e n t i n ga Ne m b e d d e dr e m o t er e a l t i m ei m a g em o n

5、 i t o rs y s t e m K e yw o r d s：l i n u xO S；d i t j t a lc a m e r a；i m a g ec o l l e c t i o n；s o c k e tp r o g r a m m i n gO 引言随着计算机的普及和网络技术的飞速发展，远程视频监控技术也随之突飞猛进作为一种基于L i n u x操作系统的远程图像监控系统的实现范例，着重论述以P C 机为平台实现该系统的方法和步骤，它为构建基于L i n u x 操作系统的嵌入式监控系统提供一种切实可行的解决思路1 系统的基本组成及工作原理本系统硬件结构相当简单，主要

6、包括前端图像采集的数码相机部分和对图片进行压缩、传输的L i n u xx 眙(P C 机)，以及后台对图片进行存储、显示的W i n d o w s 平台(另一台P C 机)，如图1 所示该系统的方法和步骤，它为构建基于L i n u x 操作系统的嵌入式监控系统提供一种切实可行的解决思路实验中我们采用3 0 万象素的捷泰克数码相机获取P N M 格式的原始(未经压缩处理的)数字图片，“n u x 平台通过U S B 线从相机中获取图片，原后利用压缩程序将P N M 格式的数字图片压缩为很小的J P E G 格式，再利用网络将它们实时的传输给上位机，供其进行处理2 系统的设计与实现图1 系统

7、的基本组成结构2 1L i n L L X 系统的自启动在嵌人式监控系统中，一般是由后台终端给嵌入式设备发送开机及工作命令的，因此嵌入式设备本身一般是不需要系统启动画面的，它要求的只是简洁、快速这样我们可以通过修改操作系统的启动程序，使其免去诸如登陆画面、身份验证和系统检测等步骤，直接进人命令行(字符终端，启动级别为3)，因而大大收稿日期：2 0 0 5 0 6 3 0第一作者简介：王鲲鹏(1 9 7 9。)，男，在读硕士研究生主要研究方向：片上系统的开发与研究E m a i l：w k p l 0 2 5 1 6 3c o n l 万方数据：垦盟堡三查兰兰堡!登三坚2笙：誊加快系统启动速度结

8、合实际，我们选用桌面L i n l l 【操作系统R e dH a tL i n u xE S3 版本作为嵌入式L i n u x 的开发环境启动级别为3 时自动登录的实现涉及到两个软件包：m i n g e t t y 1 0 6 一ls r c r p m 软件包和u t i l l i n u x一2 1 1 Y 一3 1 1 8 r cr p m 软件包分别下载这两个软件包，安装源代码，缺省情况下，代码会被安装在u s r s r c r e d h a t 下，我们关心的只是m i n g e t t y c 和l o g i n c 源文件通过阅读这两个文件的代码(前者为4 0 0

9、 多行，后者为1 4 0 0 多行)，我们发现决定系统自启动的实际上只有关键的几行代码在此，我们只是简要说明一下如何修改这两个文件的相关代码来实现系统的自启动2”1 m i n g e t t y C：4 1 0 _，w h i l e(1 0 9 n a m e=g e t，l o g n a m e()=O)；注释掉本行，不再提示l o g i n：4 1 2 l o g n a m e=“r o o t”；添加本行代码，默认以超级用户身份登录1 0 9 i n c：4 0 6 f f l a g=h f l a g=p f l a g=0；l o g i n C 文件4 0 6 行4 0

10、 7 p a s s w d r e q=1；缺省时，要求进行密码验证，注释掉本行4 0 8p a s s w d r e q=0；h 勰本行修改好后对这两个文件分别进行编译，获得新版的m i n g e t t y 及l o g i n，拷贝m i n g e t t y 到s b i n|录，拷贝l o g i n 至1 b i n 目录，并将，e【c i n i t t a b 中的启动级别设置为3，再重新引导系统即可实现自动登陆到字符终端2 2P N M 图像的J P E G 压缩由于3 0 万象素的捷泰克数码相机获取的是P N M 格式的数字图片，它与B M P 图像格式类似，是原始

11、图像，因而数据量是很大的，倒如像本实验中获取的一幅6 4 4 4 8 8 像素的P N M 格式的图片，共有9 3 6 K 大小!这对于远程图像的快速传输(每秒2 5 帧)显然是不利的，不可行的因此必需在传输前对其进行压缩处理，在此，我们就将其压缩为较易实现并且流行的J P E G 图像格式好在如今对图像进行压缩处理的软件有很多，而且其中不乏性能优秀者，例如j p e g s r c(v 6 b 版)”1 i 口e g s r c 是一款很不错的图像处理软件，它是完全用c 语言开发的，移植性好，而且该软件是免费免责公开发布的它有很多功能，但我们只利用其中的c j p e g 命令，即可将P P

12、 M(P B M P L U Sc o l o rf o r m a t)，P G M(P B M P L U Sg r a y s c a l e f o r m a t)P N M，B M P，T a r g a，以及R L E 等格式的图片压缩为J P E G 格式的图片为了减小系统的存贮空间，我们还可以对那些不需要的命令删除其相关文件然后重新编译，再将它移植到(嵌入式)系统中即可使用a l a nc j p e g 命令，可以看出c j p e g 命令支持几十个开关选项，但我们关心的只有一个，即一q u a l i t y开关，其使用实例如下：c j p e g q u a l i

13、t yi t u mf o o p p mf o o J o gq u a l i t y 与B u m 共同来决定图像的压缩比，f o o p p m 为原文件，j p g 为压缩后的文件整型参数n u m 的数值范围由1 1 0 0，数值越大，图像越接近于原始图像，数据量也就越大；数值越小，图像压缩也就越厉害，因而数据量就越小默认情况下，该值为7 5 实验表明，如果该值选为5 0，其压缩效果仍然很好，一幅9 4 0 K 的图片被压缩为3 5 K 后，这对于仅供服务器浏览查阅而言完全不成问题，肉眼几乎看不出前后有多大区别，也无需再去解压缩因此我们将该值选为5 0 2 3 图像的远程传输如今一

14、般采用数字方式的视频监控系统来实现远程视频监控，现在市场上流行的有两种数字视频监控系统类型：一种是以数字录像设备(硬盘录像)为核心的视频监控系统，另一种是以嵌入式视频W e b 服务器为核心的视频监控系统我们采用后者方式来设计网络传输系统实验过程中，我们将在前端和后端分别进行编程在前端的L i n u x 平台上利用G N UC C(即通常所谓的G C C)作为编译器来开发网络客户端(主要是图片文件的传送)，在后台的W i n d o w s 平台上利用V i s u a lC+来开发网络服务器端(主要是对图片文件的接收以及相应的用户界面)万方数据第5 A 期王鲲鹏，李玉惠，唐强：基于L i

15、n u x 操作系统的远程图像监控系统2 3 1 网络客户端的实现作为一个相对简单的应用实例，我们在此要实现的主要是利用T C P 网络编程的一些系统调用(套接口)来建立客户端和服务器端的通讯，以实现图像文件由客户端向服务器端的快速传输因此，无论是客户端还是服务器端，在程序的实现上，我们都是利用套接口来实现二者间的通讯，只是根据其运行环境，在编程语言的采用上有所不同而已我们知道T C P(传输控制协议)和U D P(用户数据报协议)都是网络传输层协议，二者的套接口编程都是很底层的技术，但这也给了我们很大的灵活性同时因为T C P 是保证传输的面向连接的协议，而U D P 是无连接协议，它不能保

16、证消息传送到目的地因此为了保证数据传输的准确性，我们将选用T C P 协议来实现客户端的套接口编程在一个程序中使用套接口通常需要执行4 个步骤：分配空间和初始化；连接；传送数据；关闭而这4 个步骤在客户端程序设计中用到的系统调用(这些步骤同时也是客户端程序的实现过程)相应的是：利用s o c k e t 分配套接口和初始化；利用c o D n c c t 完成连接的系统调用；数据传送；利用c l o s e关闭套接口描述符通过上面的分析，可编写客户端关键代码如下：i m g f i l e=a r g v 1 ；i f(s o u r c e=o p e n(i m 9 6 l e，O R D

17、 O N L Y)o)w r i t e(s d，b u r，k)；p f i n f f(“t nS e n d e ds u c c e s s!n”)；2 3 2 网络服务器端的实现由数码相机采集的图片经客户机发送给服务器，服务器在接收到图片以后，在后台对其进行存储，并提供一个图形界面将它显示给用户同时服务器还应该具有浏览历史记录以及实时捕获正在显示的图片并另存的功能基于上面的考虑，我们采用V i s u a lC+来实现服务器与客户端通讯的网络程序及相应的用户界面之所以采用V i s u a lC+，是因为V i s u a lC+在实现图形界面时方便、快捷，只要简单地将控件拖人对话框

18、就可以了；在实现接收控制时，由M F C 提供的C S o c k e t 类可以方便地实现套接字的建立、侦听和接收；虽然V i s u a lC+在实现图片的实时显示，尤其是在显示非B M P 格式文件时，M F C 所能支持的操作有限，但采用C O M 技术中的I P i c t u r e 接口，依然能快速地实现J P E G 图片的显示而V i s u a lC+在程序编写上的灵活性以及在控制上的方便性却是其他语言所无法比拟的，服务器所要实现的功能(具体程序从略)o】建立服务器；数据接收；图像显示；浏览历史记录3 小结上述的编程实现后，我们得到的图像传送界面在客户端是命令终端因为在L

19、i n u x 系统上，我们都是通过命令来执行相关操作的，因此可以将所有的命令写入S H E E L 脚本，并设置一个系统启动即执行的执行开关即可实现客户端的各种操作(它包括对相机原始图片(P N M 格式)的读取、对该图片进行压缩、向服务器端发送传送请求等)；在服务器端，我们得到了一个图片浏览界面，通过操作该界面，我们可以接收到客户端发送来的压缩图片，且传输速度极快，图片质量与原始图片在视觉上几乎没有差别例如我们任 万方数据昆明理工大学学报(理工版第3 0 卷取一副P N M 格式的原始图片如图2(它占用磁盘空间为9 1 2K B)，经压缩为J P E G 格式，传给服务器端，服务器接收到的

20、图片为图3(占用磁盘空间为3 2 0K B)圈2P N M 格式的原始图片图3 压缩后的J P P E G 图片实验表明，研究完全可以按课题设计的要求实现图像的快速传输，并且在服务器端实现对图片的存储、显示及回放等，达到了预期目标参考文献：1 K u r tW a l l，张辉，译C N U L i n u x 编程指南(第二版)M 北京：清华大学出版社，2 0 0 2，2 丁展，刘海英V i s u a lC+网络通信编程实用案例精选 M 北京：人民邮电出版社，2 0 0 4H 争o e 岫专目毛越帕C 屺H o o o o o o o o o C。H o e 崎o e。K 峥o e o 喀

21、吣喀嵋蛐专帕M 争o e o 专。专吣专。专帕专叼E 争(上接第1 3 7 页)和拨打报警电话功能即可报警短信内容，报警电话号码和手机号码都是通过设置软件来设置的，并通过通讯电缆写入模块的防掉电E E P R O M 存储器内最典型的应用就是作为汽车防盗报警器3 软件设计用C 5 1 对单片机编程，实现串口数据采集、处理及传输等功能手机发出短信息，G S M 模块接收到信息后再发送给M T 8 8 8 0 M T 8 8 8 0 对经过处理的D T M F 信号进行解调，将解调得的信号存人片内寄存器中，并通过I R Q 向单片机发出中断信号单片机响应中断请求后在R，W，R S 0，R D 的控

22、制下，通过D O D 3 读出解调出的数据对数据进行处理后控制相应的继电器动作M T 8 8 8 0 的数据接收与发送程序流程图如图3 所示，应用M T 8 8 8 0 使D T M F 信号的收发功能于一体，完成D T M F 信号的编码与解码，达到数据传输的目的大大简化了设计的复杂性，可以降低成本，减少体积4 结束语始M T 8 8 8 0 初始化申u 初始化|M T 8 8 8 0 初始化f+串1 2 初始化_ 一令接收数据R 1 清“0”I发送数据 I J M T 8 8 8 0 1tz+(a)接收(b)发送图3M T 8 8 8 0 的数据接收与发送流程圈利用手机的G S M 短消息

23、功能远程控制家用电器电源的通断，灵活方便短消息业务具有永远在线、价格便宜、覆盖范围广等优势相信随着G S M 网的不断发展成熟及各种新技术的不断推出，构筑在G S M 短消息服务上的远程监控系统必然具有广阔的发展和应用前景参考文献：1 张毅剐，彭喜源，等M c s 一5 1 单片机应用设计 M 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2 0 0 2 2 王传雄采用G S M 引擎模块实现G S M 增值业务 J 今日电子，2 0 0 3(3)：1 5 1 8 3 钱勤手机短信息S M S 的程序开发 J ，2 0 0 4(5)：3 1 3 3 4 李朝青单片机原理及接口技术 M 北京：北京航空航天大学出

24、版社，2 0 0 0 黧巢N 一一 万方数据基于Linux操作系统的远程图像监控系统基于Linux操作系统的远程图像监控系统作者：王鲲鹏，李玉惠，唐强，WANG Kun-peng，LI Yu-hui，TANG Qiang作者单位：昆明理工大学,信息工程与自动化学院,云南,昆明,650051刊名：昆明理工大学学报（理工版）英文刊名：JOURNAL OF KUNMING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY（SCIENCE ANDTECHNOLOGY）年，卷(期)：2005,30(z1)参考文献(2条)参考文献(2条)1.丁展;刘海英 Visual C+网络通信编程实用案例精选 20042.Kurt Wall;张辉 GNU/Linux编程指南 2002 本文链接：http:/