摘要

　　改革開(kāi)放以來(lái)，我國社會(huì )經(jīng)濟取得快速發(fā)展，基礎設施建設同樣發(fā)展迅速，進(jìn)入 21 世紀后，我國在半導體集成電路、通信基礎服務(wù)設施、互聯(lián)網(wǎng)基礎設施等領(lǐng)域發(fā)展較快。十多年以來(lái)，我國政府著(zhù)力推進(jìn)“平安城市”、“平安醫院”、“平安校園”的建設，視頻監控是其中重要的一個(gè)部分，因而視頻監控器材市場(chǎng)發(fā)展活躍，需求旺盛，我國監控攝像頭正以每年 20%的增長(cháng)率在極大地擴展安防市場(chǎng)，國內安防設備服務(wù)商海康威視僅 2014 年的營(yíng)業(yè)就達到 170 多億元，增長(cháng)率甚至超過(guò)了60%，我國視頻監控市場(chǎng)存在著(zhù)巨大的需求和發(fā)展空間。

　　除此以外，隨著(zhù)人們的生活水平不斷提高，老百姓也開(kāi)始關(guān)注家庭的安防與安全，比如在物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統、車(chē)聯(lián)網(wǎng)應用系統中也發(fā)揮著(zhù)巨大作用。現如今，視頻監控技術(shù)無(wú)時(shí)不刻地應用在我們的生活的方方面面，不僅保護了人們的生命財產(chǎn)安全，也促進(jìn)了社會(huì )的智能化發(fā)展。

　　本文基于云計算技術(shù)結合嵌入式 Linux 技術(shù)，設計出更具先進(jìn)性的視頻檢測系統，該系統能解決視頻檢測系統中的數據處理與存儲的難題。通過(guò)對當前國內外監控與檢測技術(shù)的發(fā)展現狀以及當前流行的信息技術(shù)云計算的深入分析，本文提出一種基于云計算的嵌入式Linux 視頻檢測系統。本系統設計采用 S3C2440A 作為處理器，嵌入式 Linux 作為該設計的操作系統，有線(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò )作為該設計的網(wǎng)絡(luò )方案，阿里云服務(wù)作為該設計的云服務(wù)器端和云存儲設備，USB 攝像頭作為該設計的視頻檢測采集設備。系統將檢測到的運動(dòng)目標物體進(jìn)行拍照存儲在云端服務(wù)器中，可以通過(guò)移動(dòng)終端或者本地計算機訪(fǎng)問(wèn)云端服務(wù)器查看檢測的數據信息和照片結果，充分體現云服務(wù)更為安全和便利的優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)源的 Linux 使得該方案可以得到較好的推廣和工程實(shí)踐。該系統解決了數據信息更加安全和更大容量的存儲問(wèn)題，也使得服務(wù)器的管理和維護更加方便。實(shí)驗結果表明基于云計算的嵌入式Linux 視頻檢測方案是可行的，能夠達到設計要求，基本滿(mǎn)足工程應用。

　　本文論述了視頻監控與檢測技術(shù)的發(fā)展背景、國內外發(fā)展近況，通過(guò)研究文獻以及信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢，提出了本文的設計總體方案，然后就方案中的具體要求分步進(jìn)行詳細論述和開(kāi)發(fā)，方案及開(kāi)發(fā)中的主要幾個(gè)部分分別是：云端服務(wù)器、ARM9 開(kāi)發(fā)板、USB 攝像頭、網(wǎng)絡(luò )、本地開(kāi)發(fā)環(huán)境。按照文章提出的總體設計方案，從開(kāi)發(fā)平臺搭建、嵌入式系統移植、驅動(dòng)開(kāi)發(fā)、Linux 服務(wù)器開(kāi)發(fā)等方面進(jìn)行了詳細的論述和設計。在完成系統的整體構建和開(kāi)發(fā)后，對系統進(jìn)行調試和測試，并評價(jià)測試結果，最后對全文做了總結，指出可以改進(jìn)的地方和后續開(kāi)發(fā)的設想。

　　關(guān)鍵詞：云計算；嵌入式；Linux；視頻檢測

ABSTRACT

　　Since the reform and opening up, China's economy has achieved rapid development, so does the infrastructure construction. After entering in 21st Century, China makes great progress, especially in the areas of semiconductor integrated circuit, communication infrastructure facilities, internet infrastructure. In recent three years, The rapid development of domestic intelligent mobile phone accelerates the rise of mobile Internet. People realize high-efficient shopping, office and remote access human-computer interaction anywhere through mobile phones, tablet PCs and other intelligent devices. For more than a decade, The China’s government makes efforts to promote the "green city", "safe hospital", "safe campus" constructions that leads to the development activity of video monitoring equipment market and its strong demand. Our country is the rate of expansion of the security market surveillance cameras greatly increased by 20% per year. The domestic security equipment service company, Hikvision, sales reached about 17 billions with growth rate of 60% in 2014. It proves that the video surveillance market in China exits a huge demand and development space. In addition, with the people's living standard continues to improve, people begin to pay attention to the security of family. For example, it is playing a important role in smart home system and internet of vehicles. Nowadays, the application of video surveillance technology impacts our life at all aspects. Not only to protect the safety of people's life and property, but also promote the development of intelligent society.

　　This paper will design a kind of advanced video detection system based on the cloud computing technology combined with embedded Linux technology. This system can solve the problems of data processing and storage in the video detection system. Through the research on the current situation of domestic and international monitoring and detection and the current popular information technology, in this paper, we put forward a kind of embedded Linux video detection system based on cloud computing. The S3C2440A is the core processor in the system, Linux system is used as the embedded system, and cable broadband network is used to link to the internet. Aliyun server is the server and storage devices, and USB camera is used as the surveillance camera. It will store the moving object detected as pictures in the cloud server, people can access to the cloud server for browsing data and pictures through the smart terminal or computer. The system will fully reflects the advantages of cloud computing in secure and convenient. At the same time, the openness of the Linux also makes the program easier to popularize and application in reality. The system, it solves problem of both in terms of secure data storage and in larger capacity storage. Also, the system makes it more convenient for engineering to manage and maintain the server. From experimental results, it shows that the design is feasible for the embedded Linux video detection system based on cloud computing. The system designed can meet the engineering application.

　　In this paper, it introduces the background of the technology and the status of domestic and abroad firstly. Based on consulting a large number of data and literature and understanding the development trends of information science and technology, it puts forward the design of the paper.Then, it discusses on how to develop the program in detail. The main pars of the design are cloud server, ARM9, USB camera, network, and the environment of the local development. After complete the design of these programs, it tests the system and evaluation the test results. At last, it makes a summary to the full text and proposes the improvement.

　　KEY WORDS ： cloud computing ； embedded ； linux ； video detection

　　隨著(zhù)當今科技的發(fā)展，特別是近幾年里發(fā)展迅速的云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，已經(jīng)極大地改變了我們的生活方式。視頻監控技術(shù)被被廣泛地應用在金融、教育、醫療、交通、農業(yè)等各行各業(yè)，并發(fā)揮了巨大作用。隨著(zhù)人民群眾保護人身財產(chǎn)和自身安全意識的不斷增強,作為安防重要手段的視頻監控系統獲得了廣泛的釆用，公共場(chǎng)所布置了大量的監控設備，特別是金融、軍事、商業(yè)等方面和領(lǐng)域。

　　現在，我們可以普遍看到，在銀行的營(yíng)業(yè)廳、辦公區域、ATM 機，學(xué)校的教室、圖書(shū)館、宿舍區，在城市的十字路口、大型廣場(chǎng)、停車(chē)場(chǎng)，在旅游景區的售票處、熱門(mén)景點(diǎn)、紀念品銷(xiāo)售處，在寫(xiě)字樓的電梯里、辦公室、走廊等等區域，都布滿(mǎn)了各種監控設備，視頻監控設備成了安防的重要組成部分。

　　回顧傳統的視頻監控與檢測系統，往往采用非自動(dòng)化的方式對攝像頭所檢測到的視頻圖像進(jìn)行后期的分析與處理，而視頻檢測到的數據量又非常巨大，人工地實(shí)時(shí)監測視頻畫(huà)面的信息，容易造成監控與檢測信息的丟失或遺漏，同時(shí)，人工的視頻過(guò)濾方式，極大地浪費人力資源，增加了人力成本，因此，傳統的視頻監控技術(shù)不能滿(mǎn)足當今的社會(huì )發(fā)展需求。智能視頻監控系統是綜合數字圖像處理技術(shù)，模式識別，機器視覺(jué)，人工智能，通信技術(shù)等相關(guān)知識實(shí)現的全天候，實(shí)時(shí)自主的分析視頻信號的智能系統[2]。

　　傳統的視頻監控檢測技術(shù)往往是使用本地的計算機硬盤(pán)或者嵌入式系統的閃存作為數據信息采集后的存儲介質(zhì)，并且大多將根文件系統燒入監控設備的NAND 中。以上容易造成兩點(diǎn)缺陷：當需要更改或維護監控設備的底層及應用程序時(shí)將變得異常麻煩，維護成本大，容易造成資源浪費；對于存儲設備來(lái)說(shuō)，無(wú)論是大容量的硬盤(pán)或者較小容量的閃存，當讀寫(xiě)不當、設備存儲空間不足、存儲設備損壞時(shí)，極易造成所存儲數據的丟失，特別是大型商場(chǎng)、購物中心、車(chē)站等在存儲設備的存放位置達不到抗震抗火等條件時(shí)，存儲數據的丟失往往是最慘重的。

　　云計算[3]，特別是近些年來(lái)公有云、私有云、混合云的不斷發(fā)展，虛擬化技術(shù)的日漸成熟，以及以阿里云為代表的公有云市場(chǎng)在國內的出現，推動(dòng)了其他領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng )新。云存儲，跟傳統理念中的的硬件存儲不同，云存儲是基于網(wǎng)絡(luò )設備的一種新型的存儲服務(wù)，用戶(hù)不再需要自己的存儲設備和數據中心，只需要向云儲存服務(wù)商申請使用權限即可以使用存儲服務(wù)。云存儲這個(gè)概念一經(jīng)提出，記得到了眾多廠(chǎng)商的支持和關(guān)注，Amazon 公司推出的彈性塊存儲（EBS）技術(shù)支持數據持久性存儲，Google 推出在線(xiàn)存儲服務(wù) Gdrive[4]。視頻檢測系統也由原來(lái)的集中式網(wǎng)絡(luò )存儲模式漸漸轉向云計算與云存儲的模式，不僅能夠很好地解決存儲設備容量不足的問(wèn)題，還能根據數據量的大小彈性伸縮計算能力與改變存儲容量，云平臺的備份機制能更好地保護數據的安全。

　　在當前的視頻監控與檢測背景下，本文設計的系統結合嵌入式系統、計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、云計算技術(shù)實(shí)現遠程實(shí)時(shí)監控與檢測，實(shí)現視頻的智能檢測，并將監測與檢測關(guān)鍵信息存儲于云端，保證重要檢測數據的安全，實(shí)現遠程異地的實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)。

　　從國內外的發(fā)展趨勢來(lái)看，視頻監控技術(shù)自發(fā)展以來(lái)經(jīng)歷了三次變革：基于模擬攝像機的模擬視頻監控系統階段、基于微型計算機的數字視頻監控系統階段、基于嵌入式網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)的視頻監控系統階段[5]。與之相應的監控數據存儲方式也經(jīng)歷了幾個(gè)階段：VCR 模擬數據存儲階段、DVR 數字數據存儲階段、集中式網(wǎng)絡(luò )存儲階段。隨著(zhù)云計算技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入發(fā)展，業(yè)內開(kāi)始關(guān)注于將嵌入式視頻監控技術(shù)與云計算技術(shù)相結合的設計趨向，這種傳統技術(shù)與新興技術(shù)的結合是視頻監控與檢測技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)。

　　模擬視頻監控系統[6]。早期的視頻監控是非實(shí)時(shí)的，主要由攝像機、顯示器和錄像機等模擬設備實(shí)現和傳輸，傳輸距離短、功能簡(jiǎn)單、可靠性較差、且只能點(diǎn)對點(diǎn)傳輸[7]。

　　數字視頻監控與檢測系統，隨著(zhù)計算機科技的進(jìn)步，多媒體技術(shù)的進(jìn)步，數字信號處理技術(shù)的進(jìn)步以及存儲技術(shù)的快速發(fā)展,數字視頻監控系統使用硬盤(pán)作為存儲介質(zhì)，系統具有了簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )功能[8]。

　　嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻監控與檢測系統，嵌入式系統的發(fā)展促進(jìn)了視頻監控技術(shù)的向前推進(jìn)，該階段，綜合運用了計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、數字信號處理技術(shù)、嵌入式系統技術(shù)、集成電路和人工智能等學(xué)科知識[9]。嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統具有性能穩定、使用方便、易于模塊化開(kāi)發(fā)、數據傳輸量大、速度快等諸多有點(diǎn)，使得嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統成為當前社會(huì )視頻監控系統給的主流方式[10]。

　　基于云計算的視頻監控與檢測系統。伴隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的飛速發(fā)展，特別近幾年發(fā)展強勢的云計算技術(shù)，使得視頻監控技術(shù)有了新的發(fā)展方向。基于云計算的視頻監控系統不僅能體現嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統的優(yōu)勢，還具備云計算的特殊優(yōu)勢，使得視頻信息成為數據，數據成為服務(wù)，產(chǎn)生社會(huì )價(jià)值。

　　通過(guò)對視頻監控與檢測技術(shù)的研究可以知道，目前視頻監控技術(shù)已經(jīng)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化、智能化的基本要求，可以推斷視頻監控與檢測系統主要的發(fā)展趨勢是數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化、云服務(wù)化的有機結合，正在實(shí)現視頻監控技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)化、云平臺管理化，同時(shí)，視頻監控技術(shù)也將向著(zhù)傳輸速度更快、畫(huà)面分辨率更高、嵌入式集成規模更高的趨勢發(fā)展。

　　目前市場(chǎng)上的嵌入式視頻監控產(chǎn)品及解決方案大多是限定在局域網(wǎng)內，監控系統設計良好，性能穩定，能基本達到局域網(wǎng)內的監控要求。部分產(chǎn)品也架接在互聯(lián)網(wǎng)上，像一些具有云臺的 IP 攝像機，但是實(shí)現效果并不是很好，造價(jià)也高，利用率不是很高。通過(guò)云計算實(shí)現云平臺管理與云存儲將解決傳輸距離問(wèn)題，同時(shí)也解數據存儲問(wèn)題。本論文就是根據嵌入式系統的發(fā)展現狀與發(fā)展趨勢以及當今云計算的發(fā)展熱點(diǎn)，提出的一種基于云計算的嵌入式 Linux 視頻檢測系統的設計方案。

　　視頻檢測系統測試：

VNC 遠程登錄 Ubuntu 桌面

掛載阿里云服務(wù)器文件系統

串口打印消息

云服務(wù)器 store 目錄信息

連續檢測示意圖

客戶(hù)端顯示結果

目 錄

　　摘 要
　　目 錄
　　1 緒論
　　　　1.1 選題背景與意義
　　　　　　1.1.1 選題背景
　　　　　　1.1.2 選題意義
　　　　1.2 課題研究現狀
　　　　1.3 論文的研究?jì)热?br /> 　　　　　　1.3.1 研究?jì)热?br /> 　　　　　　1.3.2 先進(jìn)性與創(chuàng )新點(diǎn)
　　　　　　1.3.3 文章編排結構
　　　　1.4 本章小結
　　2 本課題的相關(guān)技術(shù)背景
　　　　2.1 云計算技術(shù)
　　　　　　2.1.1 云計算的概念
　　　　　　2.1.2 云計算的優(yōu)勢
　　　　2.2 嵌入式 Linux 系統
　　　　　　2.2.1 嵌入式 Linux
　　　　　　2.2.2 ARM 處理器
　　　　2.3 運動(dòng)目標視頻檢測流行算法
　　　　2.4 本章小結
　　3 系統總體設計
　　　　3.1 系統需求分析
　　　　3.2 功能需求方案
　　　　3.3 系統總體設計
　　　　3.4 本系統特點(diǎn)
　　　　3.5 本章小結
　　4 嵌入式系統構建與開(kāi)發(fā)
　　　　4.1 系統硬件設計
　　　　　　4.1.1 S3C2440A 最小系統
　　　　　　4.1.2 攝像頭及 USB 電路設計
　　　　　　4.1.3 硬件存儲設備
　　　　　　4.1.4 網(wǎng)卡 DM9000
　　　　4.2 系統開(kāi)發(fā)平臺的搭建
　　　　　　4.2.1 主機開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建
　　　　　　4.2.2 交叉編譯環(huán)境的搭建
　　　　4.3 嵌入式 Linux 系統移植
　　　　　　4.3.1 U-Boot 的編譯與移植
　　　　　　4.3.2 內核的編譯與移植
　　　　　　4.3.3 根文件系統與 Yaffs 移植
　　　　4.4 USB 攝像頭驅動(dòng)開(kāi)發(fā)
　　　　4.5 本章小結
　　5 基于阿里云的服務(wù)器開(kāi)發(fā)
　　　　5.1 云服務(wù)器與開(kāi)放式存儲
　　　　　　5.1.1 云服務(wù)器 ECS
　　　　　　5.1.2 開(kāi)放存儲服務(wù) OSS
　　　　5.2 TCP/IP 協(xié)議族
　　　　　　5.2.1 TCP/IP 模型
　　　　　　5.2.2 基于 BSD 的 Socket 通信
　　　　5.3 云服務(wù)器軟件設計
　　　　　　5.3.1 Motion 的移植與配置
　　　　　　5.3.2 服務(wù)器檢測程序設計
　　　　　　5.3.3 數據的 OSS 存儲軟件設計
　　　　5.4 本章小結
　　6 系統測試
　　　　6.1 測試步驟
　　　　6.2 測試結果
　　　　6.3 測試評價(jià)
　　　　6.4 本章小結
　　7 總結與展望
　　參考文獻
　　攻讀學(xué)位期間的研究成果
　　致謝

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