TOP 2：基于Android的MJPEG網絡攝像機設計

　　深入研究了MJPEG視頻壓縮算法，闡述了算法實現過程，并設計出基于Android操作系統的3G手機網絡攝像機客戶端軟件。本系統通過實地安裝與測試達到了預期效果，突破了傳統網絡攝像機客戶端固定地域的限制，有良好的應用前景。

　　1 系統硬件組成與網絡架構

　　攝像機硬件核心采用三星公司推出的基于ARM9架構的S3C2440A芯片，該處理器主頻達到400 MHz可以滿足實時壓縮，MJPEG視頻流可以達到320×240分辨率25 fps的性能要求。外圍搭配64 MB SDRAM、256 MBNAND Flash，網絡功能由DM9000以太網MAC控制芯片負責，攝像頭模塊由USB控制器控制，系統供電由3片LM71117組成，分別輸出3.3 V、1.8 V、1.25 V電壓，輔助外圍接口構成攝像機硬件結構。S3C2440A系統硬件框圖如圖1所示。

　　網絡攝像機是互聯網上的TCP/IP設備，系統網絡拓撲圖如圖2所示。其中在家庭區域內根據安防的特點在大門走廊、客廳內、陽臺區域分別布置攝像機，再由網線連接到路由器，配置路由器參數映射每個攝像機獨立端口與IP地址，即完成Internet接入。遠端由固定位置的PC機，移動位置的3G筆記本和隨身攜帶的3G Android手機組成，PC機可以通過WEB瀏覽器訪問與控制網絡攝像機，Android手機通過客戶端實現實時訪問。

　　2 系統軟件設計

　　2.1 網絡攝像機軟件設計

　　搭建攝像機需要Linux系統環境，首先移植Bootloader，對Linux 2.6.32內核進行裁剪，加載Linux UVC（USB video device class）驅動及相關驅動，將編譯好的Linux系統鏡像燒寫到ARM板Nand Flash中，對Bootloader沒置啟動引導地址，即完成軟件運行環境搭建。

　　分析網絡攝像機性能需求與拓展性，須滿足下列條件：

　　◆視頻監控實時性;

　　◆支持多客戶端同時連接;

　　◆圖像識別算法或預留接口;

　　◆功能模塊化滿足后期開發可擴展。

　　因此，采用多線程架構與互斥鎖機制來保證實時性、模塊化的思想設計代碼結構。軟件程序主流程如圖3所示。

　　其中主要實現如下功能。

　　①初始化Linux V4L2接口，必須按照V4L2標準結構初始化結構體，其中包括struct v412_capability cap;struct v412_format fmt;struct v412_buffer buf;struct v412_requestbuffers rb;struct v412_streamparm setfps。此外將視頻設備名、視頻寬度、視頻高度、幀率、視頻格式和抓取方法傳遞給函數init_videoIn（struct vdIn*vd，char*device，int width，intheight，int fps，int format，int grabmethod）實現初始化。值得注意的是眾多USB camera并不支持JPEG格式視頻流直接抓取，針對YUYV格式抓取卻有廣泛支持。后期進行圖像識別算法操作時直接分析YUYV原始圖像數據，將節省 JPEG壓縮數據轉換為原始圖像數據的大量運算開銷，因此采用YUYV抓取模式。

　　②創建核心圖像處理線程。在該線程內實現：抓取功能。

　　◆UVC設備單幀抓取，uvcGrab（struct vdIn*vd）函數實現單幀YUYV格式的原始圖像拷貝到內存，采用高效的mmap內存映射方法讀取;

　　◆JPEG核心算法實現，JPEG壓縮算法占用大量CPU時間，下一小節將詳細討論。

　　③創建套接字接口。為實現多用戶同時連接網絡攝像機，必須采用socket服務線程，每當有新用戶連接同時產生一個新線程與之對應，實現多用戶端同步監控。

　　④搭建基于Web瀏覽器訪問方式的Web主頁。嵌入式設備資源有限，輕量級的Web Server主要有：Boa、Httpd、Thttpd等。本設計選用開源的Boa、交叉編譯Boa源碼配置boa.conf文件，配置系統etc自啟動 shell加入Boa程序，將編寫HTML頁面文件放入系統中對應的www目錄后即可正常工作。

　　系統軟件設計【略】

　　Android客戶端設計【略】

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