# 基于gec6818的智能家庭视频监控系统

**Repository Path**: glddy/video_monitor

## Basic Information

- **Project Name**: 基于gec6818的智能家庭视频监控系统
- **Description**: 一个基于嵌入式Linux平台的智能家庭视频监控系统。该系统实现了实时视频采集、网络传输和远程监控的完整功能。
- **Primary Language**: C
- **License**: MIT
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 3
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-10-19
- **Last Updated**: 2026-01-20

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 基于TCP/IP协议族智能家庭监控之视频监控系统

## 项目概述

本项目是一个完整的智能家庭视频监控系统，基于GEC6818开发板和TCP/IP网络协议实现。系统包含三个核心功能模块：

1. **图片显示程序** - 使用文件IO接口读取BMP图片并显示到LCD屏幕
2. **视频流数据显示程序** - 使用V4L2接口获取摄像头数据并实时显示
3. **网络数据传输程序** - 使用TCP/IP协议实现视频流的网络传输

## 系统架构

```
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    GEC6818开发板 (服务器端)              │
│  ┌──────────┐   ┌──────────┐   ┌──────────┐            │
│  │ 摄像头   │──>│V4L2采集  │──>│YUYV->RGB │            │
│  │USB Video │   │640x480   │   │颜色转换  │            │
│  └──────────┘   └──────────┘   └────┬─────┘            │
│                                      │                   │
│                      ┌───────────────┼──────────────┐   │
│                      ▼               ▼              │   │
│              ┌──────────┐    ┌──────────┐          │   │
│              │LCD显示   │    │TCP发送   │          │   │
│              │本地监控  │    │网络传输  │          │   │
│              └──────────┘    └────┬─────┘          │   │
│                                   │                │   │
└───────────────────────────────────┼────────────────┘   │
                                    │ TCP/IP协议         │
                          端口:8888 │ 视频流传输         │
                                    ▼                    │
┌─────────────────────────────────────────────────────────┘
│                      PC端 (客户端)                      
│  ┌──────────┐   ┌──────────┐   ┌──────────┐           
│  │TCP接收   │──>│帧数据    │──>│保存图像  │           
│  │视频流    │   │解析显示  │   │frame.ppm │           
│  └──────────┘   └──────────┘   └──────────┘           
└─────────────────────────────────────────────────────────
```

## 技术特点

### 1. 数据获取 (V4L2视频采集)
- 使用Linux V4L2 (Video for Linux 2) 接口
- 支持YUYV格式视频流采集
- 分辨率: 640x480
- 帧率: 30fps
- 4缓冲区MMAP内存映射机制

### 2. 数据显示 (LCD实时显示)
- YUYV到RGB888颜色空间转换
- 直接framebuffer显示
- 本地实时预览功能
- 支持任意位置显示

### 3. 数据打包 (TCP协议封装)
```c
数据包结构:
┌─────────────────────────────────┐
│ 魔数 (0x12345678) - 4字节       │
│ 帧大小 - 4字节                   │
│ 图像宽度 - 4字节                 │
│ 图像高度 - 4字节                 │
│ 图像格式 - 4字节                 │
│ 时间戳 - 4字节                   │
├─────────────────────────────────┤
│ YUYV图像数据 (width*height*2)   │
└─────────────────────────────────┘
```

### 4. 数据传输 (TCP/IP网络通信)
- TCP可靠传输保证数据完整性
- 多线程支持多客户端同时连接
- 线程安全的摄像头访问控制
- 自动重连机制

## 文件结构

```
src/
├── camera.h              # 摄像头接口头文件
├── camera.c              # V4L2摄像头驱动实现
├── video_server.c        # 服务器端主程序
├── video_client.c        # 客户端主程序
├── lcd.h / lcd.c         # LCD显示接口
├── bmp.h / bmp.c         # BMP图片处理
├── ts.h / ts.c           # 触摸屏接口
├── Makefile              # 编译脚本
└── README.md             # 本文档
```

## 编译说明

### 前置要求

**服务器端 (GEC6818开发板):**
- arm-linux-gcc 交叉编译工具链
- Linux内核V4L2支持
- pthread线程库

**客户端 (PC端):**
- gcc编译器
- Linux/Unix系统

### 编译步骤

```bash
# 1. 查看编译帮助
make help

# 2. 编译服务器端 (ARM)
make server

# 3. 编译客户端 (x86)
make client

# 4. 同时编译服务器和客户端
make both

# 5. 清理编译文件
make clean
```

### 部署到开发板

```bash
# 方法1: 使用Makefile自动部署
make deploy BOARD_IP=192.168.1.100

# 方法2: 手动拷贝
scp video_server root@192.168.1.100:/root/
```

## 运行说明

### 1. 启动服务器端 (在GEC6818开发板上)

```bash
# 确保摄像头已连接
ls /dev/video*

# 运行服务器
./video_server

# 输出示例:
# ========================================
#    智能家庭视频监控系统 - 服务器端
# ========================================
# 
# [1/4] 初始化LCD显示...
# [2/4] 初始化摄像头...
# Camera: USB Camera
# Camera initialized: 640x480
# Camera started
# [3/4] 创建TCP服务器 (端口:8888)...
# 服务器正在监听端口 8888...
# [4/4] 启动本地显示线程...
# 
# ========================================
# 系统运行中...
# 按 Ctrl+C 退出
# ========================================
```

### 2. 启动客户端 (在PC上)

```bash
# 连接到服务器
./video_client 192.168.1.100 8888

# 输出示例:
# ========================================
#    智能家庭视频监控系统 - 客户端
# ========================================
# 
# 正在连接服务器 192.168.1.100:8888...
# 成功连接到服务器!
# 
# ========================================
# 正在接收视频流...
# 按 Ctrl+C 退出
# 每5秒保存一帧图像
# ========================================
# 
# [统计] 帧数: 150 | FPS: 29.85 | 分辨率: 640x480 | 格式: YUYV
```

### 3. 查看保存的图像

客户端会每5秒保存一帧图像为PPM格式:

```bash
# 查看保存的图像
ls frame_*.ppm

# 使用图像查看器打开
display frame_0000.ppm  # ImageMagick
eog frame_0000.ppm      # GNOME图像查看器
```

## 功能说明

### 服务器端功能

1. **摄像头采集**
   - 自动检测 /dev/video0 设备
   - 配置为YUYV格式, 640x480分辨率
   - 30fps采集帧率

2. **本地显示**
   - LCD实时显示摄像头画面
   - 独立显示线程,约20fps
   - 线程安全的帧访问

3. **网络传输**
   - TCP服务器监听8888端口
   - 支持最多5个客户端同时连接
   - 每个客户端独立传输线程
   - 约30fps网络传输帧率

### 客户端功能

1. **网络接收**
   - TCP连接服务器
   - 可靠的数据包接收
   - 自动解析帧头信息

2. **图像保存**
   - 每5秒保存一帧
   - PPM格式(P6)
   - YUYV自动转换为RGB24

3. **统计信息**
   - 实时FPS显示
   - 总帧数统计
   - 分辨率和格式显示

## 网络协议设计

### 数据包格式

```c
typedef struct {
    unsigned int magic;      // 魔数: 0x12345678 (用于验证)
    unsigned int frame_size; // 图像数据大小 (字节)
    unsigned int width;      // 图像宽度 (像素)
    unsigned int height;     // 图像高度 (像素)
    unsigned int format;     // 格式: 0=YUYV
    unsigned int timestamp;  // Unix时间戳
} frame_header_t;
```

### 传输流程

```
客户端                        服务器端
  │                              │
  │──── TCP连接请求 ──────────>  │
  │<─── 连接确认 ───────────────  │
  │                              │
  │  ┌─────────循环─────────┐   │
  │  │                      │   │
  │<─┤ 1. 发送帧头(24字节)  │───  │
  │  │                      │   │
  │<─┤ 2. 发送图像数据      │───  │
  │  │    (width*height*2)  │   │
  │  │                      │   │
  │  │ 3. 客户端处理显示    │   │
  │  │                      │   │
  │  └──────────────────────┘   │
  │                              │
  │──── 断开连接 ──────────────>  │
```

## 常见问题

### Q1: 找不到摄像头设备

```bash
# 检查摄像头是否连接
ls /dev/video*

# 如果没有video0,检查USB连接
lsusb

# 加载v4l2驱动
modprobe v4l2
```

### Q2: 编译错误 "linux/videodev2.h: No such file"

```bash
# 安装V4L2开发库
sudo apt-get install libv4l-dev
```

### Q3: 运行时提示 "Permission denied"

```bash
# 添加执行权限
chmod +x video_server
chmod +x video_client

# 或使用root权限
sudo ./video_server
```

### Q4: 客户端连接失败

- 检查开发板IP地址: `ifconfig`
- 检查防火墙设置
- 确认服务器已启动
- 检查端口是否被占用: `netstat -an | grep 8888`

### Q5: 帧率较低

- 降低分辨率 (修改 FRAME_WIDTH 和 FRAME_HEIGHT)
- 增加网络带宽
- 关闭本地显示功能
- 优化颜色转换算法

## 性能参数

| 参数       | 数值     |
| ---------- | -------- |
| 视频分辨率 | 640x480  |
| 视频格式   | YUYV     |
| 采集帧率   | 30fps    |
| 显示帧率   | 20fps    |
| 传输帧率   | 30fps    |
| 单帧大小   | 约614KB  |
| 网络带宽   | 约18MB/s |
| 支持客户端 | 5个      |

## 扩展功能建议

1. **图像处理**
   - 添加人脸检测
   - 移动检测报警
   - 图像增强

2. **网络优化**
   - H.264视频编码压缩
   - UDP实时传输
   - P2P穿透

3. **用户界面**
   - Web界面访问
   - 手机APP控制
   - 多画面监控

4. **存储功能**
   - 录像存储
   - 云端上传
   - 移动侦测录像

## 技术要点总结

### 数据获取 (V4L2)
- 打开设备: `open("/dev/video0")`
- 查询能力: `VIDIOC_QUERYCAP`
- 设置格式: `VIDIOC_S_FMT`
- 请求缓冲: `VIDIOC_REQBUFS`
- 内存映射: `mmap()`
- 入队出队: `VIDIOC_QBUF / VIDIOC_DQBUF`

### 数据显示 (Framebuffer)
- YUYV → RGB888 颜色转换
- RGB → ARGB8888 (LCD格式)
- 直接内存访问显示

### 数据打包 (协议设计)
- 固定长度帧头
- 魔数验证机制
- 大小端处理
- 时间戳同步

### 数据传输 (TCP/IP)
- Socket编程
- 多线程并发
- 互斥锁同步
- 优雅断开

## 项目总结

本项目完整实现了任务书要求的三大功能:

✅ **图片显示程序** - BMP图片解析与LCD显示  
✅ **视频流数据显示程序** - V4L2摄像头采集与实时显示  
✅ **网络数据传输程序** - TCP/IP视频流网络传输

通过本项目,学生可以掌握:
- Linux系统编程 (文件IO、设备驱动)
- 视频采集技术 (V4L2接口)
- 网络编程 (TCP/IP、Socket)
- 多线程编程 (pthread)
- 嵌入式开发 (ARM交叉编译)

## 作者信息

- 课程: 网络程序设计实训
- 平台: GEC6818开发板
- 开发环境: VSCode + Linux
- 编程语言: C语言

## 参考资料

- [Linux V4L2 API文档](https://www.kernel.org/doc/html/latest/userspace-api/media/v4l/v4l2.html)
- [TCP/IP协议详解](https://www.tcpipguide.com/)
- [GEC6818开发板手册](http://www.gec-edu.org/)
- [Socket网络编程](https://beej.us/guide/bgnet/)

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**祝学习愉快! 如有问题请联系指导老师或查阅相关文档。**