面向视频监控的嵌入式WEB服务器的设计与实现.pdf

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1、分类号卫311：!U D CIJ l lJ I l lr l l!iJ I I|I l l f Y 15 2 3 5 9 3”工程硕士学位论文学号鱼Q Q 篮1 2密级尘孟面向视频监控的嵌入式W E B 服务器的设计与实现硕士生姓名周若谷学科领域软件工程研究方向嵌入武系统指导教师李宗伯副教授国防科学技术大学研究生院二oO)k 年六月国防科学技术大学研究生院工程硕十学1 1；7：论文摘要随着经济水平和科学技术的飞速发展，人们对安全防范的要求也越来越高。特别是在9 1 l 恐怖袭击以后，监控行业在全球范围内得到迅速发展，监控技术得到进一步发展。本文提出了一套完整的智能视频监控系统W E B 服务器

2、设计方案，以嵌入式L i n u x 为操作系统；使用B e r k e l e yD B，在对该数据库管理系统进行学习和研究的基础上掌握了嵌入式数据库编程的方法，对系统中相关的数据进行管理；采用多进程并发结构开发新的服务器，引入并实现了W e b 服务器中的s e s s i o n 功能，克服了H T T P 协议不能记住服务器客户机连接状态的缺点，实现服务器页面预取提高服务器的效率；开发了用户和监控系统交互的接口：嵌入式W E B 网站，该部分分为页面设计和C G I 数据库程序设计两部分；采用e t h e r e a l 对服务器和客户机的交互H T T P 数据包进行测试，证实了服

3、务器运行的正确性。该视频监控系统能够将智能捕获并存储监控位置的异常图片显示给远程用户，提供在线实时浏览图像视频流，并能智能的把警报图片等警报信息定期地发送到管理员的E M A I L 邮箱中。事实证明系统运行良好。主题词：监控，W E B 服务器，嵌入式数据库，B e r k e l e yD B，C G I，S e s s i o n第i 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文A B S T R A C TW i t l lt h er a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dt e c h n o l o g y t h es

4、e c u r i t yr e q u i r e m e n to fp e o p l ei si n c r e a s i n g E s p e c i a l l ya f t e rt h eS e p t 1 1t e r r o r i s ta t t a c k s，t h es u r v e i l l a n c ei n d u s t r yd e v e l o p sr a p i d l yi nt h eg l o b a lc o n t e x t，a n dt h es u r v e i l l a n c et e c h n o l o g

5、 yh a saf u r t h e rd e v e l o p m e n t T h i sp a p e rp r e s e n t e daw h o l es c h e m a o fw e bs e r v e rd e s i g ni nt h ev i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m I ti sb a s e do nt h eL i n u xo p e r a t i n gs y s t e m；t h r o u g hw o r k i n gh a r do nt h ep r o g r a m m i

6、n ga n dr e s e a r c h i n go fB e r k e l e yD B，w eu s e dt h eB e r k e l e yD Bw h i c hi ss e l d o mu s e di nc i v i lt om a n a g et h ed a t ai nt h es y s t e m；w eu s e dt h em u l t i-c o u r s ec o n c u r r e n c et e c h n o l o g y，i n t r o d u c e dt h es e s s i o nc o n c e p t，

7、i m p l e m e n t e dt h es e s s i o nf u n c t i o ni nt h ew e bs e r v e r c o n q u e r e dt h ed e f e：c to ft h eH T T Pp r o t o c o lw h i c hi Si m p o s s i b l et or e m e m b e rt h es t a t e m e n to ft h es e r v e ra n dc l i e n t，i m p r o v e dt h ee f f i c i e n c yo ft h es e

8、r v e rb yp r e l o a d i n gt h ew e bp a g eb e f o r eu s e r Sr e q u i r e m e n t；w ed e v e l o p e dt h ee m b e d d e dw e bs i t e；w eu s e dt h ee t h e r e a lt ot e s tt h eH T T Pp a c k a g e sb e t w e e nt h ec l i e n ta n dt h es e r v e r，a n dc e r t i f i e dt h ew e bs e r v e

9、 rr u n sw e l l T h ev i d e os u r v e i l l a n c es y s t e mc a l lc a t c ha n ds t o r et h ed o u b t f u lp i c t u r ei nt h er e m o t ep l a c e，l e tu s e rb r o w s et h ev i d e oa n dp i c t u r e，a n di n t e l l i g e n t l ys e n dt h ea l a r mp h o t o st ot h em a i l b o xo ft

10、 h em a n a g e r A sam a t t e ro ff a c t，t h es y s t e mf u n c t i o n sw e l l K e yW o r d s：s u r v e i l l a n c e，W e bs e r v e r，E m b e d d e dD a t a b a s e，B e r k e l e yD B，C G I S e s s i o n第i i 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文图1 1图2 1图2 2图2 3图3 1图3 2图3图4图4图4图4 4图4 5图4 6图4。7图4 8图4 9图4 1 0图4

11、 1 1图5 1图5 2图5 3图5 4图5 5图5 6图5 7图5 8图5 9图目录W E B 服务器的远程监控系统结构。5系统总体结构图7嵌入式应用程序模块8开发配置图。1 1B E R K E L E YD B 子系统结构图1 7视频监控系统用例图2 0实体和实体之间的关系E R 图2 1嵌入式W E B 服务器系统模型2 6基于H T T P 协议的客户H E 务器模式的信息交换过程2 7W E B 服务器总体框架图3 0W E B 服务器处理流程图3l安全认证流程图3 5C G I 子进程实现流程图3 6服务器传递S E S S I O N 的过程3 9S E S S I O N 模

12、块流程图4 0页面访问的邻接表表示图4 4页面与顶点表对应图4 5预取流程图4 6页面文件和C G I 程序的调用关系图4 8用户登录界面。4 9用户导航界面4 9实时视频显示页面。5 0警报图片显示页面一5 l设置警报信息成功页面。5 4添加用户成功页面。5 5警报设置页面。5 7E T H E R E A L 抓取的H T T P 数据包截图5 7第1 V 页国防科学技术大学研究生院工程硕十学何论文表目录表2 1 工具链可用的版本组合1 2表4 1 不同请求对象对应G E T 的结果2 8表4 2 状态码表示的响应类型2 9表4 3B A S E 6 4 编码表3 4表5 1 未添加预取模

13、块的服务器图片首次下载时间测试结果5 8表5 2 添加预取模块的服务器图片首次下载时间测试结果5 8表5 3 未添加预取模块的服务器第二张图片下载时间测试结果5 9表5 4 添加预取模块的服务器第二张图片下载时间测试结果5 9表5 5 测试方法及其结果5 9第1 I I 页独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意

14、。学位论文作者签名：日期：歹弼年，2 月易日学位论文版权使用授权书本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密学位论文在解密后适用本授权书。)作者指导教师签名：霎垒!鱼日期：撕矿年1 2 月2 z 日国防科学技术大学研究生院1 二程硕士学位论文第一章绪论1 1 课题的背景和意义随着经济水平和科学技术的飞速发展，人们对安全防范的要求也越来越高。特别是在9 1l 恐怖袭

15、击以后，监控行业在全球范围内得到迅速发展，监控技术得到进一步发展。为了对付各种各样的经济刑事犯罪，保护国家和人民群众的生命财产的安全，保证各行各业和国家重点部门的正常运转，采用高科技手段预防和制止犯罪己成为安防领域里的共识。从上世纪八十年代末到九十年代中期，随着国外各种新型安防理念的引入，国内各行业及居民小区纷纷建立各自独立的闭路电视监控系统，特别是在国家重点部门银行金融系统，视频监控及报警网络己基本形成，对预防和制止犯罪，维护社会稳定起到了巨大作用【l】。然而传统的模拟视频监控系统受到技术发展水平的局限，大多只能在较小范围内进行视频监控，系统效率较低，无形中增加了安保人员的工作负担。而在银行

16、金融等分布式管理行业，远程视频监控是行业管理的必要手段【2 J。传统的模拟监控中，图像远距离传输一般采用专门光缆或微波进行传递，容易因干扰和长距离传送中模拟信号的损耗而造成图像质量的下降，而且造价高，不利于推广应用。因此，如何将远程视频图像监控和智能化监控管理有机的结合起来，做到既可以进行远程视频传输，又能进行智能化的管理，减少工作人员负担，实现联网报警，而且造价合理，能够更加有效的预防和打击犯罪，将安全防范水平提高到一个新的高度，已成为当前安防领域发展的一个方向。随着计算机的普及应用，网络通信技术及图像压缩处理技术的快速发展，在监控领域中，数字化和网络化成为一种趋势，采用最新的计算机、通信、

17、图像处理技术，通过以太网或其它网络传输实时视频图像，可以为监控提供高效可行且价格低廉的解决方案。上世纪末，数字化的网络视频监控系统迅速崛起。这种新型的视频监控系统的迅速崛起，部分地取代了以视频矩阵图像分割器、录像机为核心，辅以其它设备的模拟视频监控系统。数字化的视频通信在图像质量、传输距离、抗干扰能力等方面都要优越于传统的模拟视频通信，并且数字图像处理更加方便。因此，数字化网络视频监控系统将必然取代传统的模拟监控系统。进入2 1 世纪，嵌入式技术、多媒体图像处理技术的迸一步发展，为嵌入式网络视频监控系统的发展提供了技术条件。嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，具有高可靠性、低成本、严要求

18、、综合性强的专用计算机系统，它主要由嵌入式微处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，集软硬件于一体，能够独立工作。嵌入式系统具有实时性好、稳定性强等特点，在第1 页国防科学技术大学研究生院丁程硕士学位论文网络视频监控中得到快速发展。因此，加强对嵌入式系统的研究，尤其是基于W e b技术的嵌入式网络视频监控系统的研究，对我国监控行业今后的发展有着重要意义。1 2 远程监控系统的发展与现状远程监控系统是集现代计算机技术、通信技术、自动控制技术和人机系统技术等为一体的综合性系统。它以直观、方便、有效等特性被广泛用于交通、银行、金融、电力、智能小区等场所。监控系统的发展经历了四个不同

19、阶段：模拟视频监控系统、数字化图像监控系统、基于P C 的多媒体图像网络监控系统、嵌入式视频监控系统。1、模拟视频监控系统模拟视频监控系统为第一代监控系统。到目前为止，模拟视频监控系统的技术己经很成熟，而且应用也非常广泛。这种监控系统一般分为图像监视、云台及镜头的控制、检测信号的监视与其它设备的状态检测与控制几个部分。其中图像监视是将摄像头采集到的模拟图像信号直接送到视频电缆进行传输，每一监视点的图像信号都要通过一条视频电缆连接到中心控制室的多路切换器上，手动切换选择监视点，使之显示在监视器上，一次只能看到一个点的图像。而控制部分则采用另一条电缆，由控制室手动发送控制信号控制摄像头的转动及镜头

20、的调焦，而且每个摄像头都需要一套控制线。系统特点：视频、音频信号的采集、传输、存储均为模拟形式，质量最高。经过几十年的发展，技术成熟，系统功能强大、完善。模拟视频系统存在的问题：1)只适用于较小的地理范围；2)与信息系统无法交换数据；3 1 监控仅限于监控中心，应用的灵活性较差；4)不易扩展。2、数字化图像监控系统随着数字化技术的发展，计算机的数据处理能力与显示器的清晰度有了较大幅度的提高，第二代的数字化图像监控系统在2 0 世纪8 0 年代和9 0 年代得到了广泛的应用。这种数字化的图像监控系统将视频信号通过视频采集卡采集到计算机中，显示在显示器上，大大提高了画质。但是监测控制系统还是另外一

21、套系统，只是计算机可通过串口和其相连完成控制工作。数字化图像监控系统有良好的人机界面和较好的稳定性，但它不能成为真正的数字图像监控系统，因为它的系统设计的出发点不是基于计算机，而是传统模第2 页国防科学技术大学研究生院工程硕+学何论文式。只是在原有基础上加以改进，大部分时间里，计算机只是充当一个外部监视器的角色。3、基于P C 的多媒体图像网络监控系统数字视频压缩编码技术的日益成熟，网络状况的极大改善，为基于P C 的第三代多媒体网络监控创造了条件。多媒体网络监控系统一般采用下面的结构：在远端监控现场，有若干个摄像机、各种检测、报警探头与数据设备，通过各自的传输线路，汇接到多媒体监控终端上，多

22、媒体监控终端可以是一台P C 机，也可以是专用的工业机箱组成的多媒体监控终端【3 l。除了处理各种信息和完成本地所要求的各种功能外，系统利用视频压缩卡(或采用软件压缩)和通信接I Z l 卡，通过通信网络，将这些信息传到一个或多个监控中心。基于P C 的多媒体网络监控系统功能较强，真正实现了远程监控。然而，这种监控系统也有它的弊端和不足。首先，计算机价格较高、系统庞大，而许多应用场合要求系统体积小、价格低；其次，基于P C 的多媒体网络监控系统往往采用集中式结构，这种结构有它固有的缺点，例如，一旦这台计算机出现故障，整个系统就会崩溃。因此，迫切需要新的技术和系统设计方案来解决这类问题。4、嵌入

23、式视频监控系统嵌入式系统是应用于特定环境下，面对专业领域的应用系统，所以与通用计算机系统的多样化和适用性不同。它与通用计算机系统相比具有很多优点【4】【5】：1)及时响应：按照嵌入式系统的定义，它是某种技术过程的核心处理环节，必须满足技术过程的时限要求，自然具有实时处理的特性。2)并发处理：实际环境中，嵌入式实时系统处理的外部事件往往不是单一的，这些事件往往随机发生，可能同时出现。3)专用紧凑：由于嵌入式设备的用途固定，成本敏感，其软硬件够用即可。因此，它在体积、功耗和配置等方面有明显约束。4)健壮可靠：嵌入式产品的使用人员多为非计算机专业人士，使用环境不定，往往条件恶劣，因此，其健壮性和可靠

24、性是该类系统的必备条件。5)技术密集：嵌入式系统是计算机技术、微电子技术和行业技术相结合的产物，因此它是一个技术密集、不断创新的知识集成系统。采用专用嵌入式硬件连接摄像头采集视频信息的第四代视频监控系统具有上述优点，正在成为当前主流的监控技术，发展势头迅猛。1 3 课题的提出第四代视频监控系统向用户提供远程监控端的视频，由用户观察监控端的情第3 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文况，进而判断监控端是否发生异常从而进行处理，倘若异常情况发生，而用户却没有观察到，则用户将会失去一个发现危险的机会；而且该类系统海量存储任何视频数据，毫无针对性，资源消耗巨大【6】：其次，第四代视频监控系统采用

25、C S 模式连接用户和远程监控系统，随着软件的复杂程度不断提高，该种模式的存在诸如软件移植困难、系统维护不便等弊端，阻碍了这种监控系统的大规模推广【7 1。因此，迫切需要一种使用方便、易于推广、能够捕获异常的智能监控系统的出现。随着I n t e m e t 的发展，目前嵌入式I n t e r a c t 已经成为嵌入式系统的技术热点。嵌入式I n t e m e t 系统满足了现代监控系统在系统可扩展性、分布式和实时性等方面的技术要求，不仅成为计算机学科的重要门类，而且是实现国家工业生产自动化、优质高产低耗、提高企业经济效益的重要技术手段【8】。本系统采用嵌入式W e b 技术，原理是：把

26、视频采集和W e b 功能集中到一个体积很小的设备内，可以直接连入局域网，达到即插即看，省掉多种复杂的电缆，安装方便(仅需设置一个I P 地址)，用户也无需安装任何硬件设备，仅用浏览器即可观看，从而克服了C S 模式的软件移植困难等缺点。同时，为了彻底改变以往完全由安全工作人员对监控画面进行监视和分析，造成大量人力和财力消耗的管理模式，系统通过嵌入在前端设备中的智能视频模块对所监控的画面进行分析，然后采用智能算法与用户定义的安全模型进行对比，一旦发现安全威胁立刻向监控中心报警，并将可疑图片抓拍存储下来，用户可以通过I n t e m e t 远程查看监控处的实时视频以及可疑图片情况从而实现远程

27、管理。基于嵌入式W e b 的智能监控警报系统的优点是：第一、嵌入式系统体积小，功耗低，维护方便，特别适合于监控现场条件恶劣的场合。第二、这种系统的硬件是一个同处理器和操作系统捆绑较为紧密、功能专一、专门设计的独立的设备，不像基于P C 的插卡系统那样受通用计算机系统中其它软件硬件的影响，因此性能上更稳定，易于实现系统的模块化设计。第三、该系统采用入侵检测方法对可疑图片进行抓拍。系统对视频画面中的海量数据进行高速分析，实时发现可能的异常事件，为监控者提供准确及时的报警信息，克服了某些数字监控系统对视频信息进行2 4 小时录制存储造成数据存储量庞大、系统造价高的缺点，而且很大程度上减轻监视人员的

28、视觉负担。第四、该系统使用数据库管理系统对信息进行管理。由于系统检测到的各种异常数据众多，使用文件系统管理数据比较混乱，因此采用数据库管理系统对信息进行系统的管理，使得系统数据的管理更加规范化。第五、布控区域广阔，系统具有几乎无限的无缝扩展能力。嵌入式视频W e b服务器监控系统的W e b 服务器直接连入网络，没有线缆长度和信号衰减的限制。第4 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文同时网络是没有距离概念的，将W e b 服务器“植入”监控系统后接入I n t e m e t，在世界上任何一个地方即可通过网络浏览器从I n t e m e t 获取该W e b 服务器发布的监控系统实时信

29、息，进而实现远程实时控制、调节与维护。第六、这种基于用h t m l 标准化的W e b 用户界面降低了为不同操作平台而定制人机界面的开发费用、通信费用、人员培训费用和系统升级维护费用。基于嵌入式W e b 服务器的远程监控系统由于克服了传统监控系统所固有的缺点，它是嵌入式系统技术发展和人们对更完美事物追求的结合体。一个基本的基于嵌入式的W e b 服务器的远程监控系统结构如图1 1 所示。图1 1w e b 服务器的远程监控系统结构目前在L i n u x 下比较成熟的有三个W e bS e r v e r：H t t p d、T h t t p d 和B O A，它们都是公开源代码的服务器

30、。其中H t t p d 是最简单的一款W e bS e r v e r，采用多进程并发结构开发，但它的功能最弱，不支持认证，不支持C G I t 9。T h t t p d 支持认证和C G I，但是目前已经证实它的漏洞较多，如T h t t p d 允许远程攻击者通过U R L 连接到某个不存在的页面，并在4 0 4 错误信息中插入任意执行代码，当使用虚拟主机时，T h t t p d 程序允许远程攻击者通过在“H o s t：”报头中添加“”特殊符号去读取任意文件等。B O A 是一个单任务的服务器支持C G I、用户认证，采用多路复用I O 结构开发，但是它是单进程的，对每个到来的请求

31、都是依次处理，所以可能导致有的客户会等待很久。因此本课题采用多进程并发结构开发新的服务器，这种服务器的开发较为简单。它思想是：每个客户机的请求并不是由服务器直接处理，丽是服务器创建一个子进程来处理。同时，课题提出了s e s s i o n 的概念，使用s e s s i o n 让服务器记住用户的状态，解决了用户请求一次服务器输入一次认证信息的繁琐操作。1 4 主要研究工作和内容安排1 4 1 主要研究工作第5 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文本人的主要研究工作从下几个方面入手：1、嵌入式工作平台的搭建搭建L i n u x+S 3 C 2 4 1 0 工作平台、配置宿主机的开发环

32、境，掌握硬件平台的核心部件的功能结构、硬件资源配置、L i n u x 操作系统的定制，配置开发工具链，并熟练掌握L i n u x 下应用程序的开发技术。2、嵌入式数据库应用程序的设计与实现对课题进行需求分析，在生成的用例图的基础上对课题的实体进行设计，生成课题需要管理的相关数据。在深入分析了B e r k e l e yD B 嵌入式数据库管理系统的结构和工作原理的基础上，采用B e r k e l e y 数据库管理系统实现监控系统有关数据的存储管理。3、嵌入式W e b 服务器的设计与实现分析嵌入式W e b 服务器的通信协议、通信原理。完成自制的服务器移植到L i n u x+S 3

33、 C 2 4 1 0 平台的过程，实现一个小型的嵌入式W e b 服务器。在L i n u x 下编写C G I 程序实现嵌入式W e b 服务器与浏览器、串口的之间的数据交互。为了克服H T T P 协议的不可持续性，引入了S e s s i o n 的概念，使用B e r k e l e y 数据库管理系统实现服务器的S e s s i o n 功能，实现服务器预取功能提高服务器效率。4、监控报警系统网站设计与实现在解决嵌入式W e b 服务器H T T P 引擎、应用程序接口、安全性、数据库应用编程等关键技术的基础上，开发实现了W e b 网站的设计，它是用户和监控系统交互的接口。嵌入式

34、网站模块的开发分为静态页面模块和C G I 程序模块两部分。1 4 2 论文内容安排本文共分为六章：第一章绪论，主要讲述了本课题的意义以及监控系统的发展和现状，提出了基于嵌入式W e b 服务器的远程监控警报系统的概念以及优势。第二章总体方案和平台构建，主要介绍本系统的总体方案以及软硬件平台的搭建。第三章嵌入式数据库管理系统的设计。第四章嵌入式W E B 服务器的构建及其关键技术。第五章嵌入式w e b 网站的设计和实现，包括使用e t h e r e a l 对客户机和服务器的H T T P 数据包的抓取，测试服务器运行的正确性。第六章总结与展望。第6 页国防科学技术大学研究生院工程硕十学何

35、论文2 1 1 总体结构第二章总体方案与平台构建2 1 课题总体方案本课题设计的智能监控系统适用于一般的家庭安防、小区监控等。课题的开发分为偏硬件的嵌入式应用程序模块部分和基于其上的W E B 服务器设计部分，同开发小组同学完成嵌入式应用程序模块的开发；本人负责W E B 服务器部分的工作，包括完成：嵌入式W E B 服务器编程、C G I 模块的开发、静态页面开发以及数据库管理系统的开发。本课题的思路为：由系统的应用程序模块对摄像头采集的视频画面中的海量数据进行分析，为监控者提供有用的关键信息，并将可疑数据图片主动E M A I L 给用户。系统利用W e b 服务器，让用户在任何地方通过网

36、络浏览器获取服务器发布的实时监控信息，进而实现远程实时控制、调节与维护。C G I 程序用来显示历史警报图片信息，也可以供用户实时浏览监控端的视频信息。系统还使用数据库管理系统对系统中的信息进行统一管理。系统的总体结构如图2 1 所示。l匏赶、1 m D 衙而嵌入式W E B)1 臣务器g r 忿w 七廿姒叫数据库管理系统用Il户工浏一嵌入式应用程f 葶模块验叫览_ 口I 数字图像lJ 图像压缩l 厂荐谙c g l应用程序证引器擎l 采集模块l模块 I 模块l程n 弱硼n 目网序接口I 检测模块l模块图2 1 系统总体结构图其中嵌入式应用程序模块包括：数字图像采集模块、图像控制检测模块、图像压

37、缩模块、存储模块、警报图片发送模块这五大模块的开发。数字图像采集模块实时循环采集摄像头的数据；图像控制检测模块对采集模块采集的图片进行运动检测判断是否为可疑图片，如果是且满足图片质量要求则调用图像压缩模块将可疑图片压缩，如果是但不满足图片质量要求则由检测模块自行调节曝光参数等信息再调用压缩模块，否则丢弃图片；图像压缩模块将警报图片压缩后调用警报发送模块将警报图片发送到用户的E M A I L 地址中，同时调用存储模块将压缩图片存储到U 盘中；存储模块存储图片时检查系统存储空间是否足够，如果不够发送U 盘已满警告给客户E M A I L 地址。系统的这五大功能模块的交互如图2 2 所示。第7 页

38、国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文压缩之后警报图片发送模块图像压缩模块压缩之后存测目标时调用压缩模块U 型丝量煎鳘鱼存储介质图像控制检测模1 _h块控臁磊磊控制模块通过寄存器控制曝光等查看历史记录e g i 程序图2 2 嵌入式应用程序模块嵌入式W E B 服务器部分由：H T T P 引擎模块、用户验证模块、应用程序接口模块三部分组成。用户可以从远程浏览器输入I P 地址访问系统首页，如果是初始登陆，H T T P 引擎模块将用户连接的合法性交由用户验证模块进行校验，则安全模块会要求用户输入用户名和密码。如果用户名和密码正确，安全模块调用S E S S I O N模块生成对应用户的S

39、E S S I O N 值并保存在数据库中，从而保持H T T P 的相关状态，为用户提供后继认证以区别不同的用户，同时H T T P 引擎判断请求是否为静态信息，是则由H T T P 引擎模块直接将用户请求的静态W E B 页面发送给浏览器端用户；若请求动态页面，H T T P 引擎模块将收到的请求转发给应用程序接口，由应用程序接口模块调用C G I 程序，再将C G I 程序的执行结果反馈给浏览器。若用户名和密码错误，用户验证模块将返回4 0 3 错误代码，在浏览器显示为禁止访问错误。用户如果已经登陆只是再次访问服务器文件，H T T P 引擎模块将用户连接的参数交由用户验证模块，用户校验

40、模块调用S E S S I O N 模块，S E S S I O N 模块将得到用户传来的S e s s i o n 值，到数据库中匹配，查找是否存在这个用户S e s s i o n，同时到数据库判断I P 是否和第一次访问的相同，并检查此S e s s i o n 的有效访问时间。若以上判断都匹配则说明该用户传过来的S e s s i o n 是合法的，则处理方法和初始登陆相同。同时，安全模块又会生成一个新的S e s s i o n 值，和返回给客户的结果一起发送，并将数据库中该用户的原S e s s i o n 覆盖。C G I 程序模块主要在服务器端响应用户请求，执行相关任务。本系统

41、C G I 程序完成：响应客户端实时视频查看请求，从摄像头采集实时视频信息显示给用户；响应客户端警报图片查看请求，将报警图片提供给用户查看；满足用户维护系统请求，提供服务器信息设置功能，如合法用户的添加、警报信息的设置等。对一个服务器来说，处理用户请求的反应速度是它的关键性能指标之一，因此，如何有效地预测出当前页下一次可能访问的链接是提高服务器性能的一个不第8 页谳鸶燃瑁一采一像块一图模一字一数国防科学技术大学研究生院工程硕七学位论文容忽视的问题。服务器预取功能模块通过预取算法来提高服务器的反应速度。静态页面部分主要完成系统中静态数据的显示功能，如登录页面的显示、导航页面的显示等。同时，由于本

42、系统有许多的信息需要存储如：设备参数、警报图片的详细信息、监控日志、登陆用户信息等，因此本课题还采用了数据库管理系统来对系统的数据进行管理。2 1 2 关键技术l、嵌入式数据库管理系统嵌入式系统对数据处理的要求正在逐步增加，用户不仅要求处理大量而复杂的数据，还需要在应用变得更复杂时使数据的处理保持一致性。传统的基于文件系统的自行开发的系统，因为功能匮乏，开发周期长和维护困难等缺点，已经不能满足应用的要求了。目前大部分视频监控系统通过海量存储视频来达到监控目的，需要存储的系统数据信息不多，程序后续升级过程中涉及到的数据容量变化不会很大，因此基于文件来保存整个系统的信息就可以了。本系统为智能系统，

43、智能检测入侵、主动发送E M A I L 警报，需要大量信息如：登录用户信息、警报图片相关的信息、服务器警报设置信息等，再考虑到以后功能扩充，比如：存储用户手机信息以便向用户手机发送警报，需要管理大量数据，因此采用B e r k e l e y 数据库管理系统对数据进行管理。B e r k e l e yD B 是一个开放源代码的内嵌式数据库管理系统，能够为应用程序提供高性能的数据管理服务【1 1 1。应用它程序员只需要调用一些简单的A P I 就可以完成对数据的访问和管理。应用程序不需要事先同数据库服务建立起网络连接，而是通过内嵌在程序中的B e r k e l e yD B 函数库来完成对

44、数据的保存、查询、修改和删除等操作。2、嵌入式W e b 服务器在嵌入式W e b 服务器中，H T T P 引擎是体系结构中最重要的部分【l2 1，它的主要工作为响应浏览器的请求。H T T P 引擎可以将浏览器请求的W E B 页面发送给浏览器端的用户，用户还可以通过浏览器发出执行C G I 的请求，引擎收到请求将请求转发给应用程序接口，应用程序接口将C G I 程序的执行结果反馈给浏览器。应用程序接口也是嵌入式W e b 服务器的重要部分，利用应用程序接口可以获得嵌入式设备的动态信息，并可根据浏览器的请求对嵌入式设备进行控制。我们将利用C G I 来完成服务器和设备之间的通讯。C G I

45、 方式可以通过浏览器将参数传递给应用程序接口，来执行C G I 脚本程序，再将执行结果转变成页面数据发送给第9 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学倚论文浏览器【1 3】。安全对于一个连接到网络的系统来说非常重要。必须保证嵌入式设备不受到恶意的攻击【1 4】。因此安全模块是嵌入式W e b 服务器不可缺少的一部分。在设计时采用了F R C 2 6 1 7 定义的基本用户认证协议，当浏览器访问嵌入式W e b 服务器上受密码保护的数据时，嵌入式W e b 服务器返回代码为4 0 1 的响应，要求用户输入用户名和密码，带有用户名和密码的请求再次被发送到嵌入式W e b 服务器。如果用户名和密码正确

46、，嵌入式W e b 服务器将返回浏览器请求的页面，否则将返回4 0 3错误代码，在浏览器显示为禁止访问错误。安全模块的构建采用使用到了数据库管理系统。传统的H T T P 协议是无状态的，即每次的客户请求和响应是独立的，服务器端无法判断前后两次请求之间是否有关，这就使得服务器无法完成有效的检验机制。因此引入一种方法来保持H T T 的相关状态，为用户提供后继认证以区别不同的用户，这就是S E S S I O N。为了提高用户的访问效率，考虑采用智能预测方式预测下一次用户访问的页面。用户信息本系统的页面较少而且链接简单，因此采用基于W c o l 法的智能预测算法，并对它进行一定的改进。3、嵌入

47、式W e b 网页在建立了W e b 服务器之后，可以实现远程客户端访问静态W e b 页面，但是要实现系统远程视频浏览、警报图片浏览等控制信息的传递，还需要用到动态W e b页面。基于嵌入式W e b 服务器的设计原理，本视频监控系统的W E B 程序设计分为两部分分别是网页模块的开发以及C G I 模块的开发。2 2 硬件环境监控系统选用的是友善之臂科技有限公司设计生产的嵌入式开发平台S B C 2 4 1 0，该平台基于三星公司的删处理器S 3 C 2 4 1 0 X。S 3 C 2 4 1 0 X 处理器拥有：独立的1 6 l 指令C a c h e 和1 6 K B 数据C a c

48、h e，M M U，支持T F T 的L C D 控制器，N A N D 闪存控制器，3 路U A R T，4 路D M A，4 路带P W M 的T i m e r，I O 口，R T C，8 路1 0 位A D C，T o u c hS c r e e n 接口，I I C B U S 接口，I I S B U S 接口，2 个U S B 主机，1 个U S B 设备，S D 主机和M M C 接口，2 路S P I。$3 C 2 4 1 0 处理器最高可运行在2 0 3 M H z。它适用于设计移动手持设备类产品，具有高性能、低功耗、接口丰富和体积小等优良特性，$3 C 2 4 1 0

49、X 集成了大量的功能单元【1 5】。选用此开发平台的原因还有该开发板体积非常小(尺寸只有1 2 0 m m X9 0 m m)，集成了网卡、音频、U S BH o s t、U S BS l a v e、标准串口、用户指示灯等设备接口，第1 0 页国防科学技术大学研究生院J 二程硕士学位论文并且引出了C P U 大部分信号引脚，可以扩展为不同的控制信号或接收端口。所以，在此开发平台上开发的系统雏形完全可以满足演示功能，甚至实际使用。目前多数的软件开发都是本机形式进行的，即计算机的软件在本计算机上开发、调试、运行。但是因为嵌入式系统的特性，它没有足够的资源在嵌入式板上运行开发、调试工具，因此只能采

50、用交叉编译调试的方式，即先用一台P C 机上的交叉编译、汇编以及连接工具形成只可在开发板上执行的二进制代码，然后把代码下载到开发扳。其中运行交叉编译、汇编以及连接工具程序的P c 机叫做宿主机，而开发板叫做目标板I。本课题的宿主机是一台运行L I N U X 的P c 机，目标板即嵌入式开发平台S B C 2 4 1 0，开发配置如图2,3 所示。串口线，连接宿主主机与开发扳圈23 开发配置图2 3 软件环境本系统的软件开发坪境的搭建包括：配置宿主主机、烧写系统引导程序、操作系统的裁剪，步骤如下：23 1 配置宿主主机宿主主机使用R e d h a t 90 操作系统。R e d h a t