3G是第三代移動(dòng)通信技術(shù)，結(jié)合了無線通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)等多媒體技術(shù),。隨著3G技術(shù)的發(fā)展,，它在聲音和數(shù)據(jù)的傳輸速度上有很大提升，并能夠在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無線漫游,。其數(shù)據(jù)傳輸高速,、永遠(yuǎn)在線、覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn),，有效地解決了移動(dòng)機(jī)器人采用有線或者無線遠(yuǎn)程控制所帶來的信息傳輸和控制距離等方面的瓶頸問題,，使遠(yuǎn)程救援機(jī)器人、仿真機(jī)器人,、家庭保姆機(jī)器人等移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)在大數(shù)據(jù)量實(shí)時(shí)傳輸方面多了一種可利用的解決方案,。
1 系統(tǒng)總體架構(gòu)
本系統(tǒng)主要用來將移動(dòng)機(jī)器人所采集到的視頻數(shù)據(jù)通過3G網(wǎng)絡(luò)傳給服務(wù)器，再將服務(wù)器的控制信號(hào)傳給電機(jī)驅(qū)動(dòng)板,，以驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)運(yùn)動(dòng),，總體架構(gòu)如圖1 所示。攝像頭OV9650采集的視頻圖像經(jīng)過JPEG壓縮后,，存入緩存區(qū),，當(dāng)服務(wù)器監(jiān)聽到客戶端的接入請求后,，再將緩存區(qū)的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給客戶端的監(jiān)控界面進(jìn)行顯示；當(dāng)需要控制機(jī)器人行動(dòng)時(shí),，客戶端的控制按鈕發(fā)送控制信息給服務(wù)器,，服務(wù)器通過程序解析后控制底層電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)運(yùn)動(dòng),。
圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖
系統(tǒng)硬件平臺(tái)核心處理器采用S3C6410,，它基于ARM1176JZF—S內(nèi)核，是一個(gè)16／32位RISC微處理器,，其內(nèi)部集成了強(qiáng)大的硬件加速器,，包括音視頻處理、2D加速等,，為2．5G和3G通信服務(wù)提供了優(yōu)化的硬件性能,，工作頻率最高可達(dá)677 MHz；采用2 GB NAND Flash,，主要用于存放內(nèi)核代碼,、應(yīng)用程序、文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)資料,；DDRSDRAM采用兩片128 MB K4X51163PE芯片,；攝像頭采用CMOS圖像傳感器OV9650，最高輸出130萬像素（1300×1 024）,，具有高敏感度,、低功耗、支持多種常用的圖像格式輸出,、支持自動(dòng)圖像控制等優(yōu)點(diǎn),。
Linux作為一種類Unix操作系統(tǒng)，具有穩(wěn)定健壯,、低成本,、高性能、互操作性好和源代碼開放等特點(diǎn),。而其良好的內(nèi)核結(jié)構(gòu),，以及可裁剪的特性，滿足了嵌入式應(yīng)用的差異性需求,，使其在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域占有一席之地,。本系統(tǒng)中采用的Linux內(nèi)核為3．0．1版本，文件系統(tǒng)采用 YAFFS2,，Bootloader選用uboot,。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2.1 視頻數(shù)據(jù)的采集與傳輸
視頻數(shù)據(jù)的采集通過Linux中視頻設(shè)備OV9650的驅(qū)動(dòng)以及Video for Linux提供的相應(yīng)接口完成。為了方便,，將視頻采集的相關(guān)信息封裝到以下結(jié)構(gòu)體中：
采集程序通過函數(shù)init_s3c6410（struct vdIn*vd,，char*device,，int width，int height）來完成對(duì)攝像頭以及采集參數(shù)的初始化,，并通過函數(shù)s3c6410_Grab（struetvdIn*vd）完成對(duì)圖像的抓取,，用JPEG壓縮算法對(duì)采集到的圖像進(jìn)行壓縮，圖像格式為RGB565,。
視頻數(shù)據(jù)傳輸通過Socket實(shí)現(xiàn),，且直接在服務(wù)器設(shè)備端與Web客戶端之間進(jìn)行傳輸，通過視頻流服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻的開關(guān)控制,。由于視頻傳輸是連續(xù)的過程,，所以客戶端和服務(wù)器端都通過線程來實(shí)現(xiàn)發(fā)送與接收。接收線程由函數(shù)pthread_create（& （servers［id］．threadID）,，NULL,，server thread，＆（servers［id］））創(chuàng)建,。
視頻的采集和傳輸是在兩個(gè)線程中實(shí)現(xiàn)的,，它們共享一個(gè)緩沖池。這兩個(gè)線程都是在視頻采集服務(wù)器端的程序啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建并運(yùn)行的,。其中采集視頻圖像的線程不斷通過攝像頭采集現(xiàn)場圖像，經(jīng)過JPEG壓縮后存放到緩沖池中,，而傳輸視頻數(shù)據(jù)的線程創(chuàng)建一個(gè)Socket來監(jiān)聽等待遠(yuǎn)程客戶的連接請求,。當(dāng)有客戶發(fā)送連接請求并建立連接后，就通過該連接向遠(yuǎn)程客戶發(fā)送視頻數(shù)據(jù),，而發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)就是從緩沖池中獲取的,。也就是說，在視頻采集服務(wù)器端,，視頻數(shù)據(jù)傳輸所需要的一切都已經(jīng)準(zhǔn)備好,，就等著客戶的請求，一旦建立連接,，就可以發(fā)送視頻數(shù)據(jù),，從而實(shí)現(xiàn)較快的速度和較高的效率。
視頻采集和傳輸?shù)墓ぷ髁鞒虉D如圖2所示,。
圖2 視頻采集和傳輸?shù)墓ぷ髁鞒虉D
2.2 遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)
為了監(jiān)控界面能被通用瀏覽器打開,，需要移植Web服務(wù)器Boa。Boa服務(wù)器是一款小型開源的嵌入式Web服務(wù)器,，交叉編譯后的可執(zhí)行代碼大小約為60 KB,，在Linux3．0．1內(nèi)核下運(yùn)行時(shí)占用的內(nèi)存大小約為1．7 MB。其功能較為強(qiáng)大,，支持身份認(rèn)證,、CGI動(dòng)態(tài)Web技術(shù)等,。它不像傳統(tǒng)的Web服務(wù)器那樣為每個(gè)訪問連接開啟一個(gè)進(jìn)程，只能依次完成用戶的請求,，即單進(jìn)程響應(yīng)多路請求,，因此，Boa在同等硬件條件下相對(duì)于其他Web服務(wù)器表現(xiàn)出更快的速度,，節(jié)省更多的資源,。
通用網(wǎng)關(guān)接口（CGI）是用于Web服務(wù)器與外部應(yīng)用程序之間信息交互的標(biāo)準(zhǔn)接口。CGI可以使外部程序處理客戶端傳來的表單和數(shù)據(jù),，并對(duì)此作出某種反應(yīng),。這種反應(yīng)可以是HTML文件、圖片等可以在瀏覽器窗體上出現(xiàn)的任何數(shù)據(jù),，也可以是對(duì)服務(wù)器端硬件資源的控制,。
調(diào)用CGI程序的方法主要有兩種：
①GET方法,，CGI程序從環(huán)境變量QUERY_STRING中獲得數(shù)據(jù),；
②POST方法,，Web服務(wù)器通過STDIN向CGI程序傳輸數(shù)據(jù),，數(shù)據(jù)量超過1024字節(jié)時(shí)采用此方法。
本系統(tǒng)采用GET方法,。
在串口應(yīng)用程序中,，數(shù)據(jù)的獲取通過以下代碼實(shí)現(xiàn)：
……
char*data；
data=getenv（“QUERY STRING”）,；
……
3 監(jiān)控界面的實(shí)現(xiàn)
監(jiān)控界面用網(wǎng)貞實(shí)現(xiàn),，如圖3所示。
圖3 監(jiān)控界面用網(wǎng)貞實(shí)現(xiàn)
為了使頁面呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)效果,，如顯示當(dāng)前時(shí)間,、視頻數(shù)據(jù)傳輸速率等，頁面將嵌入Javascript代碼,。整個(gè)界面分為兩個(gè)區(qū)：視頻顯示區(qū)和控制面板區(qū),。視頻顯示區(qū)顯示視頻流服務(wù)器傳輸上來的視頻數(shù)據(jù)，控制面板區(qū)通過按鈕與CGI串口應(yīng)用程序交互控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)板,。
Javascript是一種流行的通用腳本語言,，基于Javascript可以實(shí)現(xiàn)用戶與頁面的交互，并響應(yīng)頁面上發(fā)生的事件,。
HTML表單是Web文檔的一部分,，用來將信息從瀏覽器傳遞到服務(wù)器，它提供多種接收輸入的方法,，包括單選按鈕,、多選框,、文本框等，表單以《form》標(biāo)簽開始,，以《／form》標(biāo)簽結(jié)束,。本系統(tǒng)控制面板的按鈕采用“button”輸入類型。傳統(tǒng)的HTML表單需要通過提交按鈕（“subm it”）來發(fā)送表單數(shù)據(jù),，數(shù)據(jù)以名／值對(duì)的形式發(fā)送至服務(wù)器端的CGI程序,。本系統(tǒng)的每個(gè)按鈕都需要實(shí)時(shí)提交，如果通過傳統(tǒng)方法來實(shí)現(xiàn),，則需要對(duì)每個(gè)按鈕配對(duì)一個(gè)不同名的提交按鈕,，這樣會(huì)使頁面代碼變得更復(fù)雜，因此本系統(tǒng)使用Ajax方法,。使用Ajax創(chuàng)建HTML表單時(shí),，不再需要提交按鈕來發(fā)送表單數(shù)據(jù)，對(duì)于每個(gè)按鈕,，只要在屬性中添加事件處理函數(shù)onClick（）,，就能在點(diǎn)擊按鈕時(shí)觸發(fā)Ajax建立瀏覽器和服務(wù)器CGI應(yīng)用程序間的通信，實(shí)現(xiàn)代碼如下：
結(jié)語
本文所介紹的系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)中獲得了較好的結(jié)果,，視頻圖像的傳輸具有較好的穩(wěn)定性,，為了提高圖像的連續(xù)性，可以通過修改代碼提高攝像頭的采集頻率,。該移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行功能擴(kuò)充,，并可以通過本文所闡述的方法，對(duì)控制面板的功能進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展,，比如攝像頭的調(diào)焦、溫濕度顯示,、機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制等,。
