基于Android的MJPEG网络摄像机设计 三星公司, Android, 网络摄像机, 摄像头, 处理器

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关键字：网络摄像机   Android   MJPEG   ARM9  
1 系统硬件组成与网络架构
摄像机硬件核心采用三星公司推出的基于ARM9架构的S3C2440A芯片，该处理器主频达到400 MHz可以满足实时压缩，MJPEG视频流可以达到320×240分辨率25 fps的性能要求。外围搭配64 MB SDRAM、256 MB NAND Flash,网络功能由DM9000以太网MAC控制芯片负责，摄像头模块由USB控制器控制，系统供电由3片LM71117组成，分别输出3.3 V、1.8 V、1.25 V电压，辅助外围接口构成摄像机硬件结构。S3C2440A系统硬件框图如图1所示。



图1 S3C2440A系统硬件框图



网络摄像机是互联网上的TCP/IP设备，系统网络拓扑图如图2所示。其中在家庭区域内根据安防的特点在大门走廊、客厅内、阳台区域分别布置摄像机，再由网线连接到路由器，配置路由器参数映射每个摄像机独立端口与IP地址，即完成Internet接入。远端由固定位置的PC机，移动位置的3G笔记本和随身携带的3G Android手机组成，PC机可以通过WEB浏览器访问与控制网络摄像机，Android手机通过客户端实现实时访问。



图2 系统网络拓扑图



2 系统软件设计

2.1 网络摄像机软件设计

搭建摄像机需要Linux系统环境，首先移植Bootloader,对Linux 2.6.32内核进行裁剪，加载Linux UVC（USB video device class）驱动及相关驱动，将编译好的Linux系统镜像烧写到ARM板Nand Flash中，对Bootloader设置启动引导地址，即完成软件运行环境搭建。

分析网络摄像机性能需求与拓展性，须满足下列条件：

　　◆ 视频监控实时性；

　　◆ 支持多客户端同时连接；

　　◆ 图像识别算法或预留接口；

　　◆ 功能模块化满足后期开发可扩展。

因此，采用多线程架构与互斥锁机制来保证实时性、模块化的思想设计代码结构。软件程序主流程如图3所示。



图3 软件程序主流程



其中主要实现如下功能。

① 初始化Linux V4L2接口，必须按照V4L2标准结构初始化结构体，其中包括struct v4l2_capability cap;struct v4l2_format fmt;struct v4l2_buffer buf;struct v4l2_requestbuffers rb; struct v4l2_streamparm setfps。此外将视频设备名、视频宽度、视频高度、帧率、视频格式和抓取方法传递给函数init_videoIn（struct vdIn *vd, char *device, int width, int height, int fps, int format, int grabmethod）实现初始化。值得注意的是众多USB camera并不支持JPEG格式视频流直接抓取，针对YUYV格式抓取却有广泛支持。后期进行图像识别算法操作时直接分析YUYV原始图像数据，将节省JPEG压缩数据转换为原始图像数据的大量运算开销，因此采用YUYV抓取模式。

② 创建核心图像处理线程。在该线程内实现：抓取功能。

　　◆ UVC设备单帧抓取，uvcGrab（struct vdIn *vd）函数实现单帧YUYV格式的原始图像拷贝到内存，采用高效的mmap内存映射方法读取；

　　◆ JPEG核心算法实现，JPEG压缩算法占用大量CPU时间，下一小节将详细讨论。

③ 创建套接字接口。为实现多用户同时连接网络摄像机，必须采用socket服务线程，每当有新用户连接同时产生一个新线程与之对应，实现多用户端同步监控。

④ 搭建基于Web浏览器访问方式的web主页。嵌入式设备资源有限，轻量级的Web Server主要有：Boa、Httpd、Thttpd等。本设计选用开源的Boa、交叉编译Boa源码配置boa.conf文件，配置系统etc自启动shell加入Boa程序，将编写HTML页面文件放入系统中对应的www目录后即可正常工作。