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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于XScale与Linux的图像采集与无线通信系统的设计 姓名：丁晖 申请学位级别：硕士 专业：模式识别与智能系统 指导教师：李德华 20060430 摘 要 近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，数字图像采 集与通信系统也逐渐的开始向嵌入小型化和网络化方面发展。同时，嵌入式系统的 发展非常迅速，其应用也越来越广泛，而由于L i n u x 系统其稳定性与安全性以及成 本低的特点，越来越多的企业和用户将L i n u x 系统作为各类服务器的首选操作系统。 而且，C D M A 1 X 无线通信网络以其覆盖范围广、使用费用低、技术完善、安全可靠
2、 性高等优点，当之无愧地成为现代通信技术业务信息化中的重要资源。基于以上原 因及实验室项目开发的需求，本论文着重对基于C D M A 1 X 网络，在L i n u x 系统下实现 图像采集与无线通信系统进行研究与开发。 首先考察了国内外图像采集与无线通信技术的发展情况和研究动态，针对嵌入 式微处理器和嵌入式操作系统的现状和发展趋势，提出了将X S c a l e 处理器和嵌入式 操作系统L i n u x 相结合的设计方案，并建立了A r m - L i n u x 交叉开发环境，定制了我们 需要的最小的L i n u x 内核。 其次，对U S B 摄像头在L i n u x 系统下图像采
3、集进行研究并加以实现。数字图像的 压缩是数字图像采集系统小型化和网络化的前提。分析了系统图像采集的需求及图 像压缩的相关理论和技术，使用了J P E G 压缩技术作为该采集系统的压缩方法，并就 系统的硬件部分和软件部分设计和实现开发分别进行了详细分析和论述，主要包括 U S B 图像采集硬件构成框图、加载驱动及V 4 L 模块、使用C 语言实现图像采集与压缩 编解码和软件的移植。 再次，对嵌入式系统下无线通信系统进行研究与设计。对C D M A 1 X 技术进行了 详细的讨论，对比分析了C D M A 1 X 、G P R S 的优缺点，给出了通信系统终端的硬件设 计，介绍了P P P 协议的
4、原理，系统的阐述了通过P P P 拨号上网的通信流程。 最后，讨论了网络传输的研究与实现，阐述了L i n u x 的网络层次结构、T C P / I P 协议、S o c k e t 编程及最基本的A P I 函数，并给出了图像压缩数据的网络传输与监控 中心应用程序的软件实现。 关键词：嵌入式系统，C D M A 1 X ，图像采集，无线通信，P P P 协议，网络传输，T C P / I P Abstract In recently, with the fast development at computer, network, image process， communication a
5、nd transmission technology，digital image acquisition system is now developed in the direction of embedded miniaturized and network system. Meanwhile, embedded system develops rapidly and it is applied more widely,and that because Linux system is a steady, safe and low- cost operation system,more and
6、 more enterprises and users take Linux as the servers chief operating system.Furthermore，CDMA 1X network becomes the important resource in modern communication technology information area. Thus, we propose and design a video image capture and wireless communication system under Linux system based on
7、 CDMA 1X network. Firstly, this thesis investigates the development and research of worlds video capture and wireless communication technology,and introduces the development of embedded micro processor and operating system,then the thesis presents a design scheme, which is composed of XScale micro p
8、rocessor and embedded operating system Linux, and then sets up Arm- Linux cross development environment,and customizes the minimum Linux kernel that we need. Subsequently, the key technology of video capture in using USB camera under Linux system are discussed. Compression of digital image is the pr
9、econdition for the miniaturization of digital image acquisition system. This thesis analyzes the video technology and interrelated compression theory, selects JPEG (Joint Picture Experts Group) compression technique for this system, and discusses in detail about how to develop the hardware and the s
10、oftware of system, including hardware frame of USB video capture, loading drive and V4L module, video capturing and compression in C program language and software transplant. Followingly, the wireless communication system in Linux system is discussed and designed.Furthermore detailedly discussing CD
11、MA 1X network technology,contrastively analyzing CDMA 1X and GPRS (General Packet Radio Service), providing the reason of selecting CDMA 1X network.Then this thesis marks out the hardware design of the communication system terminal,introduces the principle of PPP (Point- to- Point) Protocol, and the
12、 working flow of wireless access Internet based on CDMA 1X. Lastly, the thesis discusses the research and realization of network transmitting, introduces the Linux network hiberarchy,TCP/IP protocol,Socket programming and basic API function.And then the application software realization scheme is pre
13、sented about the video compression data transmitting and monitoring center. Keywords:embedded system, CDMA 1X, video capture,wireless communication,PPP protocol,network transmitting,TCP/IP 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体
14、， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和 借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密囗 ，在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密口。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 1 1
15、绪论 1.1 课题的来源及意义 1.1.1 课题来源 本课题是华中科技大学人工智能研究所与湖南国营九六三一厂联合研制开发 的涵管风扇式智能遥控侦察飞行器项目的一个子系统。 1.1.2 课题的意义 智能遥控侦察飞行器是集计算机技术、通讯技术、自动化技术等于一体的高科 技产品。智能侦察飞行器军民两用，少加改造即可用于社会生活的多个方面，应用 领域十分广泛。研发智能侦察飞行器，对我国国防建设和社会经济建设都能起到重 要的积极的有利的作用，有很重要的意义。 智能遥控侦察飞行器将采集到的四周景物的图片、 与敌方的距离、 自身的位置、 自身的状态等信息按指令要求通过无线通讯传送给监控中心，监控中心则根据这
16、些 信息进行判断和决策，给飞行器发出指令，控制其飞行方向和速度、锁定目标、对 其进行回收等。 在本课题研究的系统中，是采用基于 X S c a l e嵌入式系统和 C D M A网络实现图像 采集和无线通信的功能。 此功能对于整个系统有着重要的意义。在军用方面，图像采集搜集的情报通过 无线传输到监控指挥中心， 为战场行动提供了重要的情报依据， 在强大空中侦察下， 敌方大规模行动难逃我军掌握，其部署和移动很容易暴露，灵活、机动、可靠的情 报搜集，战时能起到很好侦察保障作用，为决策人员提供了有力的决策依据。 在民用方面，在通信、气象、灾害监测、农业、广播电视等方面都有广泛应用， 使用前景也十分广阔，如在非军事领域，配置有传感器的无人飞行器可以用来搜寻 灾难幸存者、有毒气体或化学物质源、消灭农作物害虫等。也可在交通指挥、大气 2 环保、科学实验、广告宣传、空中摄影、空中巡逻等领域具有广泛的应用前景。多 用在灾害地形探查或科技研究等领域，此外还可以广泛应用于其他民用领域，如转 发电视信号、提供高速互联网服务、搜寻援救、精细农耕、气象预报、
