CN101534421A - 基于嵌入式安全web服务器的家庭网络监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于嵌入式安全web服务器的家庭网络监控系统的软、硬件设计，其前端图像采集使用普通USB摄像头，通过USB接口与电路板相连。电路板上集成有嵌入式ARM微处理器S3C2410，存储芯片NAND FLASH、SDRAM，以及网络接口芯片，完成对图像的处理和传输。只要将其接入网络并接通电源，客户端就可在任何时刻任何地方通过标准浏览器进行监控和对系统功能等设置，还可通过嵌入式安全web服务器设置EMAIL或FTP定时或有图像异常时自动通过网络发送图像。所谓安全是指浏览器与服务器之间的通信通过加密的方式在网络上传输，可充分保证用户信息的安全。该发明具有体积小、成本低、安全性高、操作简便、即插即用等特点，适合于家庭室内防盗等小规模监控场合。

Description

基于嵌入式安全web服务器的家庭网络监控系统

技术领域

本发明涉及图像监控、网络安全和嵌入式领域，特别是涉及一种利用USB摄像头作为前端采集设备的基于嵌入式安全web服务器的家庭网络监控系统。

背景技术

在国家知识产权网站上检索已有的“嵌入式监控系统”相关专利，比如发明专利“嵌入式IP网络智能摄像机”(专利号03129829.x)，其结构是由摄像机、智能云台和具有嵌入式系统的电路板组成，通过互联网远距离传输视频信号及控制信号。还有发明专利申请“嵌入式网络视频监控系统”(专利申请号200610086567.0)等相关专利申请，也提出了类似的解决方案。以上所述专利在原理上可行，但在系统设计和实际应用等方面还存在着一些不足和局限。

首先，目前的网络摄像机或是嵌入式网络视频监控系统都普遍采用一体化机的形式，或者就是外接传统的摄像机作为前端图像采集设备。也就是说采用传统的摄像机采集模拟信号传送给嵌入式系统，由嵌入式系统负责将模拟信号转换成数字信号并进行压缩。这种做法增加了嵌入式系统的负担，提高了系统成本，同时使嵌入式系统的体积变得庞大。

其次，以往的专利和产品都没有考虑到网络安全的问题。在网络高速发展的今天，安全问题越来越受到人们的关注。网络的飞速发展给我们带来更多方便的同时，也带来了一些安全隐患。网络上传输的信息时时刻刻面临着被窃取、篡改等危险。针对嵌入式网络产品也是如此。保证用户信息的安全性是个不容忽视的方面。

除此以外，在安全越来越受到关注的今天，家庭安全监控是个迫切需要发展的技术领域。针对普及家用的目标，要想在家庭用户中得到广泛推广，价廉物美是关键。也就是说价格要尽可能的低，性能要尽可能的好，功能又要尽可能的多。目前市面上的网络摄像机很多，但多为内嵌镜头的一体化机，而且价格较昂贵，一般从几千到几万不等，并不适合在家用方面推广。

发明内容

本发明的目的是提供一个能够满足小规模家用远程视频监控需要的嵌入式系统。它追求的是性价比的一个综合，在满足功能的前提下尽可能的降低成本。同时，功能上也需要做到最大化。它成本低廉，适合大众消费，而且体积小巧、操作简便，同时性能优良，功能齐全，使用安全，无须担心信息外泄。具体如下：

1.只要将USB摄像头插上电路板盒，将电路板通过网线与网络相连后接通电源，即可在网络的任何地方通过标准浏览器进行实时图像监控。

2.系统内嵌安全Web服务器，通过Web服务器登录可以对系统进行设置，如设置系统的IP地址或是发生异常时将图像发送至的电子邮件或FTP地址。所谓安全Web服务器，即是指Web服务器采用安全套接层(SSL，Secure SocketLayer)协议，即网络上服务器与浏览器间的任何信息都通过加密的方式交换，而不用担心信息被窃取或篡改。

3.可设置系统在发现异常时，即前后两幅图像有差异时自动将图像发送至电子邮件或FTP。

4.可以设置系统定时将图像发送至Email或FTP。

5.可设置用户权限，只有Internet授权用户才可以观看监控图像，增强了系统的安全性。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

前端图像采集使用普通USB摄像头，通过USB接口与电路板相连。USB摄像头负责将采集到的模拟图像信号转换成数字格式并压缩处理后输出。电路板上集成有嵌入式ARM微处理器，存储芯片NAND FLASH、SDRAM，以及以太网控制器芯片，完成系统的控制和网络传输等功能的调度。系统内嵌嵌入式Linux操作系统，并在Linux上运行嵌入式Web服务器，使授权用户可以通过浏览器远程对系统进行设置和进行图像监控。用户可通过Web设置定时接收图像的Email或FTP地址并开启相应服务，也可设置系统监控画面出现异常时智能自动发送图像功能。此外，将Web服务器通过安全套接层协议实现为安全的服务器，也就是服务器与浏览器间的通信都通过加密的方式，这样可以确保信息交换的安全性，保证用户信息不外泄。

系统连接好上电后，嵌入式Linux自动被引导运行，图像采集程序开始工作，不停的将USB摄像头输出的数字图像信息读取到内存。同时Web服务器等待网络上浏览器的连接。用户无论在何时何地只要通过网络在浏览器中输入监控系统的IP地址，通过验证即可与服务器连接，通过服务器实时监控或是设置功能等。

本发明的有益效果是：成本低廉，适于在大众消费领域推广；体积小巧操作简便，只要插上摄像头和网络通电即可通过网络在浏览器中输入IP地址实现实时监控；性能优良，功能齐全，可实时监控、定时发送图像，并具有智能异常报告功能；web使用安全，信息加密传输，无须担心信息的窃取和篡改。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的嵌入式家庭网络监控系统硬件结构框图。

具体实施方式

本发明属于网络数字监控系统，由普通USB摄像头获取图像信号并转换成数字格式，再通过嵌入式系统在Internet上传输，实现远程监控。

参见图1所示的本发明的基于嵌入式安全web服务器的家庭网络监控系统结构示意图，本发明的监控系统主要包括两大部分：

监控前端设备，采用实时摄取监控范围内图像的USB摄像头，用于获取模拟图像信号并转换成数字格式，再进行压缩处理后输出；

电路板盒，内置PCB电路板，板上主要集成有嵌入式ARM微处理器、NANDFLASH存储器、SDRAM随机存储器、以太网控制器芯片等。同时电路板上留有USB接口用来插入USB摄像头；网络接口用于插入网线连入网络；电源线插头用于提供电源。

下面结合附图对本发明的实施例进一步详述：

本发明基于嵌入式安全Web服务器的家庭网络监控系统的外部结构如图1所示。

在前端图像采集设备上没有采用普遍采用的集成或外接传统摄像机，而是使用了USB摄像头作为前端图像采集设备。

USB摄像头内部从功能上讲包括三部分：图像传感器+DSP处理+USB接口芯片，在具体实现时，有的厂家把这三块合成一块芯片，比如sunplus系列的spca561，但多数厂家是用两块芯片做的，图像传感器一块，处理和传输一块芯片。在国内最流行的是由中芯微开发的Z-Star系列。其内置了硬件JPEG压缩引擎技术，输出为JPEG图像格式。选择普通USB摄像头作为前端图像采集与处理设备的优点主要有：

1)它的低廉的价格及普及性，像鼠标键盘一样几乎成为家庭PC机的必备附件。使用它作为图像采集设备，一来可以降低嵌入式系统的成本，二来也可以让USB摄像头在家庭中得到充分利用。

2)随着USB摄像头各方面性能的不断提高，包括元件像素、帧率、成像距离、图像处理能力等，现在的USB摄像头已经基本上能达到网络监控的总体要求。

3)它集成了图像转换和压缩功能，这样就减少了后端嵌入式系统的部分功能，减小了嵌入式系统的体积，同时大大降低了系统的成本。

所述后端电路板盒中的嵌入式系统硬件结构框图参见图2。其主要部件包括：嵌入式微处理器、NAND Flash存储器、SDRAM随机存储器和以太网控制器芯片等。

下面对嵌入式系统中的主要部件及作用进行说明：

嵌入式微处理器选择嵌入式ARM微处理器S3C2410。它是三星公司推出的针对嵌入式应用的16/32位嵌入式处理器内置了ARM公司设计的16/32位ARM920T处理器内核，最高主频可达203MHz，并集成了一系列系统外围设备，比如USB设备接口、MMU等，大大减少了整个系统的成本，消除了为系统配置额外器件的必要。S3C2410处理器以其低廉的价格、丰富的外设资源在PDA、数字多媒体播放等方面有着很广泛的应用。

Flash存储器用来存储系统软件，比如引导程序Bootloader、嵌入式操作系统、根文件系统等等。目前市场上两种主要的Flash为NOR和NAND。NOR的特点是程序可以直接在其中运行，但价格较高，且擦写性能不如NAND。由于S3C2410支持从NAND Flash存储器启动，因此我们选择NAND作为Flash存储器。同时将Bootloader存放在Flash中S3C2410复位时取第一条指令的地址0x00000000处。将程序烧写到Flash存储器需要使用特定的烧写工具。

SDRAM随机存储器提供系统运行时的数据空间。系统启动时，嵌入式Linux系统和根文件系统被从Flash存储器中拷贝到SDRAM中运行。

网络接口部分主要完成系统的网络接入功能。由于S3C2410芯片没有集成以太网控制器，可以选择一个10/100Mbps自适应以太网控制器，如AX88796，其内部集成有10/100Mbps自适应的物理层收发器和8K x 16位的SRAM，再将其与滤波器相连便可完成网络接入功能。

嵌入式操作系统是嵌入式系统的灵魂，它的出现大大提高了嵌入式系统开发的效率，减少了系统开发的总工作量，同时提高了嵌入式应用软件的可移植性。在本发明中选择嵌入式Linux作为嵌入式操作系统。嵌入式Linux(EmbeddedLinux)是指对标准Linux经过小型化裁剪处理之后，能够固化在容量只有几KB或者几MB的存储器芯片或者单片机中，适合于特定嵌入式应用场合的专用Linux操作系统。它支持TCP/IP、HTTP、SMTP、FTP、ARP、PPP等多种网络协议。在嵌入式Linux平台上，开发Web服务器等软件，完成系统的各种功能。

本发明充分利用了家庭常备硬件设备USB摄像头，又应用嵌入式ARM微处理器S3C2410的集成USB主、从设备接口特性，方便地将两者连接到一起。当电路板盒的电源接头后，自动运行引导程序Bootloader，进而引导操作系统运行。在操作系统管理下，USB摄像头不停地采集图像转换成数字格式并压缩。服务器程序运行等待网络上浏览器的连接。用户在浏览器中输入监控系统的IP地址后连接到Web服务器，通过web界面实现系统功能的设置。同时可通过服务器加载带有Applet的页面实现实时图像监控。用户在网络上与Web服务器间的任何通信都通过加密的方式传输，这样即使信息被窃取也无法获得其原始内容，充分保证了用户信息的安全性。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于嵌入式安全web服务器的家庭网络监控系统，主要由USB摄像头和具有嵌入式系统的PCB电路板组成，其中电路板上主要包括，嵌入式ARM微处理器，SDRAM随机存储器，NAND FLASH存储器和网络接口芯片等。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式安全web服务器的家庭监控系统，其特征是：采用嵌入式ARM微处理器S3C2410和嵌入式Linux操作系统，极大的减小了体积和降低了成本。

3.根据权利要求1所述的基于嵌入式安全web服务器的家庭监控系统，其特征是：采用普通USB摄像头作为前端图像采集设备，通过USB接口与电路板相连。

4.根据权利要求1所述的基于嵌入式安全web服务器的家庭监控系统，其特征是：操作简便，用户通过网络使用标准浏览器即可进行监控，无需在客户端额外安装任何软件。

5.根据权利要求1所述的基于嵌入式安全web服务器的家庭监控系统，其特征是：安全web服务器内嵌于嵌入式系统，客户端浏览器与服务器间的通信信息通过加密的方式在网络上传输，可充分保证用户信息的安全性。

6.根据权利要求1所述的基于嵌入式安全web服务器的家庭监控系统，其特征是：可设置成定时或监控画面有异常时将图像自动通过EMAIL或FTP发送给客户。

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