隨著網絡技術和嵌入式技術的迅猛發展，通過網絡來實現視頻監控已經得到了廣泛的應用，3G網絡以其高帶寬使得傳輸流暢的視頻信息成為可能，本文在采用3G技術的基礎上設計了一款基于嵌入式Linux的無線終端，在數據處理部分采用了Linux的Netfilter架構，通過掛載鉤子函數來實現數據包在內核態的獲取及高效轉發，并且通過在Linux內核開辟一片緩沖區，解決了視頻服務器與3G模塊撥號延時而造成的速率不匹配的問題，減少了數據丟包。配合Netfilter用戶態管理工具iptables的使用，可實現包過濾防火墻，及NAT等功能，從而便于本系統對流經其數據包的管理。

　　另一方面對嵌入式Linux的視頻采集程序的設計進行了詳細的介紹，并將其實際應用到了本系統的數據采集模塊中去，完成了數據的采集工作，同時針對目前市場上對與3G模塊通常只提供Windows CE下的驅動這一情況，開發了嵌入式Linux系統下的3G模塊驅動程序，在軟件設計上充分發揮了開源軟件的優勢，采用高效的Xvidcore編解碼庫，來完成視頻的編碼，以及使用PPP源碼來編譯撥號上網工具，成本低廉并且縮短了系統的開發周期，使得本系統具有較強的工程實用價值。

　　1 系統硬件結構

　　硬件上采用“ARM 3G模塊”系統架構。ARM與3G模塊采用分離模塊的設計方法，通過USB線相連，較整體設計而言具有更好的靈活性，使得一些現有的以ARM為主處理器的系統能夠很好地擴展3G功能，便于產品的過渡。本系統的核心處理器是S3C2440A，S3C2440A是一款由SamSu-ng半導體公司推出的基于ARM920T內核的16／32位RISC微處理器。內部帶有全性能的MMU(內存處理單元)，主頻為400MHz最大可達到533MHz，提供了一個數字攝像頭接口(Camera Interface)。具有高性能、低功耗、接口豐富和體積小等優良特性。而3G模塊核心部件采用的是MC8630模塊，該模塊具有語音、短信和高速數據業務等功能，可以廣泛應用于高速數據傳輸、安防、無線媒體、直放站監控、鐵路終端和車載監控等領域。

　　系統硬件結構如圖1所示。

　　系統主要由視頻采集模塊、數據處理模塊、網絡轉發模塊組成。

　　2．1 視頻采集模塊設計

　　根據項目的實際需要，在本系統中視頻數據來源主要有兩個方面：

　　1)系統與可提供主動上傳功能的視頻服務器通過RJ45網線直接相接 主要用于完成多路視頻圖像采集。視頻服務器的主要功能是將攝像頭采集的數據完成編碼壓縮，并且將壓縮的數據以IP包的形式發送給接收端，由于該類視頻服務器通常是在局域網內使用，目前還很少有對于3G網絡的支持，隨著3G技術在國內發展的不斷深入，將在很大程度上取代有線網絡。所以本系統可作為現有視頻服務器的3G功能擴展。針對在外接視頻服務器時只需對收到的數據包進行轉發而無需對IP數據本身做分析處理的問題，并且在系統啟動到3G模塊撥號成功獲得IP地址之間會有一定的延遲，在本系統中提出了采用Linux的Netfilter架構的方法以及緩沖機制，通過在數據流經TCP／IP協議棧時掛載鉤子函數，實現IP數據在內核態的獲取，并且通過在內核開辟一塊足夠大的環形緩沖區來存儲數據。由于系統需要頻繁對緩沖區進行讀寫，為避免產生內存碎片，在本系統中采用了環形隊列的數據結構。在3G模塊獲得IP地址后，再通過驅動讀取緩沖區中的數據，由3G網絡完成轉發，從而降低丟包率并且提高數據包的轉發效率。因為傳統的方法是采用socket API來進行網絡編程，其對數據的訪問通常發生在用戶態，對于Linux操作系統來說，用戶進程的優先級和所占用的CPU時間要遠遠小于內核線程，同時內核進程擁有較高的執行優先度，故在網絡布局允許獲得IP數據包的條件下，將用戶態的數據包獲取功能載入內核態，可進一步提高系統的處理能力，增加系統的有效帶寬，本方法還可用于其他對IP數據本身進行處理并且對處理效率有苛刻要求的系統中，例如：本方法在本實驗室與某航空院合作開發的IP-TS協議轉換器上也得到了成功的應用，具有一定的通用性。Netfilter是Linux 2．6．x系列內核提供的一套數據包過濾框架，基于該框架的軟件能夠實現如數據包過濾、網絡地址轉換(NAT)等功能。要使用Netfilter，在內核編譯時設置“Network Packet Fihering”選項。Netfilter提供了一個抽象、通用化的框架，作為中間件，為每種網絡協議(IPv4、IPv6等)定義一套鉤子函數。對于Ipv4協議定義了5個鉤子函數，這些鉤子函數在數據報流過協議棧的5個關鍵點被調用，Netfilter可以在通過TCP／IP協議棧的路徑中的幾個定義良好的點上捕獲數據包，IPv4中的一個數據包通過netfilter系統的過程如圖2所示。

　　在對數據包進行初始正確性檢查(校驗和等)后，截獲該數據包。

　　NF_IP_LOCAL_IN

　　如果數據包將要到達本地主機，則捕獲該數據包。

　　NF_IP_FORWARD

　　如果數據包將要到達某些其他主機，則捕獲該數據包。

　　NF_IP_LOCAL_OUT

　　在本地捕獲其目的地是外部的已創建的數據包。

　　NF_IP_POST_ROUTING

　　這是最后的鉤子，在此之后將傳輸數據包。

　　內核netfilter結構在／usr／src／inelude／linux／netfilter．h中定義，類似如下：

　　參數是：

　　Netfilter本身是一個鉤子鏈；它指向netfilter鉤子的頭部，通常設置為{NULL，NULL}。

　　hook