嵌入式Linux的web视频服务器的构建

       随着嵌入式处理器和开源Linux 的广泛应用，各种视频服务在嵌入式系统中逐渐发展起来。

1．引言

       随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展，数字视频服务器逐渐发展起来。近年来随着嵌入式处理器和开源Linux 的广泛应用，视频服务已逐渐与嵌入式相结合。本文提出了一种嵌入式 web 视频服务器的构建方法，该系统以嵌入式 Linux 和 S3C2440 为核心平台；在这个平台上构建 web  服务器和视频服务器，客户可以直接通过浏览网页的方式观看视频。

2．视频采集传输模块的构建

      本系统采用的硬件平台是基于 ARM920T架构的嵌入式开发板 S3C2440，CPU 主频400MHz，该开发板集成了64MB 32 位的 SDRAM 和 64MB 的NANDFLASH，三个USB host  口，3 路UART，4 路DMA，一个采用CS8900Q3  以太网控制芯片的10M 网络接口等。摄像头采用中星微301 芯片的USB 摄像头。本系统软件部分由视频采集传输模块和web 服务器组成。

2.1 视频采集模块

      在进行视频采集前需要先安装驱动，video4Linux 是 Linux 中关于视频设备的内核驱动,它为针对视频设备的应用程序编程提供统一的编程接口。本系统的 S3C2440 开发板自带的是Linux2.6.12  内核，该内核编译时已加进关于视频设备的内核驱动Video4Linux[1]。使用video4Linux 进行采集视频的流程图如图 1  。

（1）  设备的初始化

       调用 open  打开设备，利用 ioctl()对设备进行控制，比如设置对比度、亮度、调色板， 访问模式等等。主要代码如下：

    int fd = open(“/dev/v4l/video0”,O_RDWR); //打开设备
    /* 获取设备的基本信息（设备名称、支持的最大最小分辨率、信号源信息等）*/
    ioctl(vd->fd, VIDIOCGCAP, &(vd->capability)):
    /* 获取设备采集的图象的各种属性  /*
     ioctl(vd->fd, VIDIOCGPICT, &(vd->picture));
    /* 如果需要改变图像的信息，先改变 picture 中的相应的变量值，再调用 ioctl(vd->fd,
    VIDIOCSPICT, &(vd->picture))即可,本程序初始化全部采用默认值  */

 （2）采集图像

         本系统使用内存映射的方式采集图像，线程采集函数grab()主要代码如下：

     /*  分配一段内存，存放采集到的图像数据  */
     vd->pFramebuffer  =(unsigned    char  *)  mmap  (0,  vd->videombuf.size,    PROT_READ| PROT_WRITE,MAP_SHARED, vd->fd, 0);
     for(;;)
      {
       /* 开始截取一帧图像,使用内存映射的方式*/
  if ((ioctl (vd->fd, VIDIOCMCAPTURE, &(vd->vmmap))) < 0)
            {
             perror ("vidiocmcapture error\n");
             erreur = -1;
            }
  /* 等待一帧数据采集完毕，采集到的图像数据就放到了 vd->pFramebuffer  起始的内存地址内，大小为vd->videombuf.size 字节  */
           if (ioctl (vd->fd, VIDIOCSYNC, &vd->vmmap.frame) < 0)
            {
             perror ("vidiocsync error\n");
             erreur = -1;
            }
      }

     然后在main 函数中创建采集线程，pthread_create (&w1, NULL, (void *) grab, NULL); 该线程一直运行，不断采集图像数据，同时把数据放到缓冲区内，发送线程从缓冲区读取视频数据。

2.2 视频传输模块

    本系统支持多个客户同时访问，所以为每个连接的客户端创建一个线程，专门负责与客户端进行数据交互。首先调用 socket()创建套接口，然后bind()绑定7000 端口到该套接口，调用 listen()监听该套接口，等待客户端的连接，最后调用 accept()与客户端建立连接。视频传输模块的流程如图3：

下面给出创建线程的关键代码：

      while (signalquit) //如果没有退出信号就一直运行下去

      {

         /* 等待客户端的连接，如果没有连接就一直阻塞下去，如果有客户连接就创建一

个线程，在新的套接口上与客户端进行数据交互  */
         if ((new_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *)&their_addr, &sin_size)) == -1)
         {
            continue;
         }
         pthread_create(&server_th, NULL, (void *)service, &new_sock);
    }

    线程函数 server()主要是读缓冲区数据，写入套接口，同时读取套接口的数据，设置下一次采集图像的属性，这里就不再给出代码。

3．嵌入式web 服务器

    嵌入式 web 服务器就是把 web 服务器移植到嵌入式系统的服务器。它仍然是基于http文本协议进行通信的，具有标准的接口形式，对客户端来说，访问嵌入式 web  服务器就和访问普通的web 服务一样。Boa 是一个小巧的web 服务器，可执行代码只有70KB，占用的系统资源少，速度快安全性能高，本系统采用的就是boa服务器，下载源码解压后，需要修改makefile文件，把其中变量 CC 的值改成arm-linux-gcc，LD 改成arm-linux-ld，然后make 就可以生成boa 应用程序了，下载boa 和boa.conf 到开发板上，然后根据开发板文件系统，修改boa.conf配置文件，比如日志路径，web 根目录等，把web 页面放入根目录，boa 通过读取配置文件里的根目录内容，就可以返回用户请求的web 页面了。

本系统的Web 页面用HTML 语言设计，如果想通过该web 页面传输视频数据，需要一
个applet 小程序[7]，该程序通过HTML 语言中的applet 标记引入，下面是引入applet 程序的

代码:

    <applet   codebase="."  archive="JWebcamPlayer.jar"  code="JWebcamPlayer.class"
name="JWebcamPlayer"   ID="JWebcamPlayer"  align="center"  width="400"  height="400"
MAYSCRIPT>
    <param name="Color" value="#ffffff">
    <param name="Server" value="">
    <param name="Port" value="7000">
    <PARAM NAME="scriptable" value="true">
    <PARAM NAME="mayscript" value="true">
    </applet>

       Codebase 和code 属性给出applet 类的完整路径，align 是applet 窗口显示的位置，width和height 是applet 窗口的大小，Port 是服务器端的视频采集程序的绑定端口，Server 是服务器地址的值，不过是在JWebcamPlayer.java 程序中通过gethost()得到，所以这里设置为空。该applet 程序调用 JWebcamPlayer.jar  包与服务器端的视频发送线程进行数据交互，并在浏览器上显示视频。

       JWebcamPlayer 程序获取端口传入的数据并解析，生成对象，输出到Frame 对象中，完成视频播放，可以达到20fps 的帧率。

       该applet 小程序以及JWebcamPlayer.jar 是保存在web 服务器上的，当用户访问web 服务器观看视频时，该程序自动装载到网页里，由用户的浏览器解释执行。Applet 被调用时，自动执行JWebcamPlayer.jar 包，该包首先进行一些 socket 和图像显示的初始化工作，比如上段说的得到服务器IP,端口，设置颜色值等，然后调用 start()连接视频服务器，播放视频。web 服务器和客户端的交互图如图2 所示。

4．系统试验

      本系统的测试在局域网内进行。客户端使用的是 Windows   XP 操作系统，浏览器使用Windows   XP 自带的IE 浏览器，因为播放程序包含java  控件，需要先安装 JRE，让浏览器支持java 控件。服务器端使用的是TE2440  自带的Linux 操作系统，把摄像头插入开发板的USB 接口，通过网线把开发板接入本地局域网，通过串口终端把开发板IP 设为本地地址：222.22.66.246 ， 启动视频采集程序和web 服务器 。

5．结束语

     本文介绍了一种嵌入式 web 视频服务器系统的构建方法，该系统已经在 S3C2440 开发板上实现，可以在局域网内使用。对该系统稍加改进，比如加入视频编码，流控制等，即可实现远程的视频通信。在项目开发周期中，企业考虑最多的便是所需要投入的研发人员数量以及由此所产生的人力资源费用。在即时通讯领域，如果企业组建团队全部自己来开发，将会遇到多方面的困难，其中包括：1)、所涉及到的技术面较多，包括音视频采集、编解码、流媒体传输、P2P技术、混音技术等，组建一个团队需用多方面的人才；2)、所涉及到的技术都是底层技术，要求团队成员有非常丰富的开发经验，而且需要对底层技术有较高的造诣，而且需要精通C++编程，否则项目的风险将不可控；3)、开发是一个长期的过程，企业将面临居多的风险，所需要的开发费用将成为企业的负担。使用AnyChat SDK可以让企业关注自身的业务需求，由于AnyChat SDK支持VC++、Delphi、C#、VB.Net等开发语言，所以企业组织开发团队时可根据自身的研发力量灵活决策，以较小的人力资源投入获得较高的收益。