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1、目录1.引言 .31.1 课题研究的目的和意义 .31.2 视频监控发展现状和趋势 .31.3 嵌入式系统简介 .32.总体设计 .33. 系统硬件设计 .33.1 SlM200 GPRS 无线通信模块 .33.2 JTAG 调试端口 .33.3 系统存储的扩展 .33.5 SD 卡存储扩展 .32.6 系统的抗干扰设计 .34. 系统软件设计 .34.1 无线终端软件的软件设计 .34.2 使用 GPRS 模块传输数据的程序设计 .35.结束语 .3参考文献 .3中南民族大学2013-2014 学年第二学期课程论文课程名称： 嵌入式系统设计 学 院： 电子信息工程学院专 业： 通信与信息系统
2、 姓 名： 学 号： 基于 ARM 的嵌入式无线视频监控系统的研究摘要：结合实验室所做的系统，从软硬件两方面论述了以 32 位 ARM 微处理器为核心构建的无线视频监控系统。介绍使用 UClinux 嵌入式操作系统的 ARM 微处理器控制 GPRS 模块进行无线网络传输的两种方法，并结合实际开发的无线视频监控器说明该系统的应用。关键字：ARM GPRS 嵌入式系统无线图像传输视频监控 多线程1.引言随着嵌入式技术、视频压缩技术以及无线传输技术的发展，无线视频监控系统已成为 视频监控领域的发展趋势。嵌入式应用系统与无线网络互连的结合，是现 在乃至将来嵌入式应用的必然趋势。系统依托中国 移动的 G
3、PRS 网，实现嵌入式发送端和接收端的可靠通信和无线图像数据传输。提供 2 种基于 ARM 的 GPRS 无线传输方案：使用 ARM 控制 GPRS 模块 实现在移动 GPRS 网内进行点对点的无线数据传输； 通过 GPRs 模块登录 GPRS 无线网关 GGSN 连接到Internet 实现上网，传送的数据可被任何接入 Internet 的具有公网 IP 的终端所接收。1.1 课题研究的目的和意义随着电子技术、计算机技术和通信技术的发展，视频监控系统这一传统的安防手段，在工业、军事、民用领域有着广泛的应用，为这些行业的安全防范和环境监控起到了不可忽视的作用。视频监控具有直观、方便、信息内容丰
4、富等优点，向用户提供高质量的监控图像和便捷的监控方式。视频监控为社会生产的顺利进行和人民生活的安全提供了保障，它已成为我们生产和生活中必不可少的重要组成部分。当前视频监控系统正逐步由模拟化走向数字化，并向着视频音频的数字化、系统的网络化和管理智能化方向不断发展。具体来看，音视频编解码技术的发展使得数字化走向了成熟，目前基于 MPEG-4 或 H264 编码算法的数字系统己全面取代 MPEGl 系统。网络技术的快速发展，为组建大规模的远程视频监控系统创造了条件，网络用户可通过浏览器对信息进行远程监控和管理，系统的稳定性和安全性大大的提高。网络化的视频监控系统集半导体技术、图像压缩技术和网络传输于
5、一体，代表了视频监控技术的发展趋势。在许多视频监控系统的解决方案中，系统采用专用的解压芯片或者是 RISC嵌入式处理器与 DSP 处理器相结合的办法实现。这样的系统开发周期长，成本高，阻碍了数字化监控的普及和应用。本课题通过对视频监控系统的性能需求分析和可行性研究，提出了一个基 ARM 和 Linux 的系统实现方案，方案采用ARM 和软件压缩相结合实现视频图像的采集、压缩和传输，此系统具有低成本、高性能、可扩展等优点，有着广泛的应用前景。1.2 视频监控发展现状和趋势视频监控技术伴随着主流设备的发展也经历了 3 大阶段的演进过程： 第一阶段，完全模拟视频监控时代。模拟监控技术发展较早，在 2
6、0 世纪90 年代以前，系统以模拟设备为主。模拟视频监控系统一般由监控前端、传输设备、控制设备以及显示设备几个部分组成。监控前端一般为模拟摄像机、云台、声光电报警设备和雨刷等。传输设备一般为传输视频的同轴电缆，远距离传输可采用模拟光纤或者利用光端机进行传输。控制设备主要是视频切换矩阵，采用键盘进行切换和控制，将需要监控的图像在指定的显示设备进行显示。显示设备主要包括图像的监视器、报警指示设备等。这类系统主要应用于小范围内的监控，如大楼监控等。监控图像一般只能在控制中心查看。有线模拟视频监控无法联网，只能以点对点的方式监视现场，并且布线工程量极大。第二阶段，半数字视频监控时代。20 世纪 90
7、年代视频监控进入数字化阶段，随着计算机和多媒体处理技术的发展，人们利用多媒体控制主机或硬盘录像主机(DVR)进行数字化处理与存贮，将原来的磁带存储方式转变成数字存储录像，进行模拟数字转换并录像和显示，集合了录像机、画面分割器等功能，跨出数字监控的第一步，基于 PC 的多媒体监控系统由此产生。由于传输依旧采用传统的模拟视频电缆，所以就叫做第二代半模拟半数字本地视频监控系统。而该系统视频前端(如 CCD 等视频信号的采集、压缩、通讯)较为复杂，稳定性、可靠性不高，功耗高，结构复杂，价格高昂。PC 机也需专人管理，操作较为繁琐。图像传输仅局限在局域网内传输，传输距离明显受限，并且模拟视频信号的衰减很
8、严重，传输距离不能超过 1000m，否则必须采用光纤传输，图像质量受环境干扰也较大。第三阶段，全数字视频监控时代。从 2004 年开始，随着网络带宽的提高和成本的降低、硬盘容量的加大和中心存储成本的降低，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控步入了全数字化的网络时代。近两年随着远程监控系统被越来越多的应用于各个领域，对视频监控系统的要求也越来越高：操作简单、实时可靠、多功能、数字化、经济实用的视频监控系统的开发和设计正越来越多地受到人们的瞩目。基于嵌入式技术的网络化视频监控系统应运而生。目前市场上的数字视频监控系统主要有三种，一种是基于 PC 机的远程视频监控系统，现场放置插有视频卡的 PC
9、 机，视频的压缩与解压缩由视频卡来负责完成。其优点在于能实现在网上互联互通及授权客户直接访问，便于构建系统及方便联网，缺点是实用性较差，系统稳定性差，费用高，而且现场不能脱离PC 机。另一种是通过在现场设置视频网络编码器，将模拟视频编码后上网传输，并在监控端设置的对应解码器上将网上传输的数字视频信号解码后进行监控。其优点在于现场不需要 PC 机支持，系统稳定性提高。缺点是只能实现一对一传输，较难实现授权客户直接访问和联网。随着技术的进步，市场上出现了一种新型的网络化远程视频监控，即基于嵌入式视频服务器技术的远程网络视频监控。现场采用的网络监控产品主要包括：网络摄像机、网络服务器、网络视频接入器
10、等。网络视频服务器解决了视频流在网络上的传输问题，从图像采集开始进行数字化处理、传输，这样使得传输线路的选择更加多样性，只要有网络的地方，就提供了图像传输的可能，现场无需 PC 机支持。可采用流媒体技术实现视频在网上的多路复用传输。经过授权的监控者均可随时随地对其进行访问和管理，充分利用了网络资源，是视频监控系统的发展趋势的代表。嵌入式远程视频监控系统的国内外研究现况如下：在国外，视频监控业务主要为个人用户提供安全系统方案，基本定位在个人和住宅应用方面。国外研究的起步较早，并处于领先水平，已有成熟的嵌入式 WEB 摄像机产品。比如索尼公司的 SVC-VL10N，松下公司的 KX-HCM130，
11、三星公司的 SNC-100P，还有安特公司的 ANT-NWC1050100，瑞典的 AXIX 系列等，这些产品性能普遍较好，但是价格也很昂贵，国内用户大多无法承受。国内在这方面的研究起步较晚，大多数是代理国外厂商的现成产品，从事实际研究的单位不多。国内同类产品大多功能较少，播放速度较慢，播放效果较差，科技含量有待于进一步提高。另外，国内的视频监控业务主要集中在行业应用，如公安、交通、金融、楼宇等领域，行业用户已成为国内视频监控市场的主要增长点。目前，国内视频监控系统已经进入了一个高速的、全面发展的新时期，行业竞争日益激烈。尤其在当今的社会，平安城市建设已经成为社会治安防控体系的重头戏之一，也是
12、构建“和谐社会”的重要举措。随着“3111”工程的深入开展，全国各地都在进行平安城市建设，有条件的地方和城市都在投资兴建城市社会治安视频监控系统，北京、上海、深圳、广州、昆明等城市都计划或已经安装监控摄像头 20 万只以上。广阔的市场前景伴随着各项新技术的日益发展与成熟，这使得嵌入式视频监控系统的研究与开发具有重大的现实意义。1.3 嵌入式系统简介嵌入式系统(Embedded System)是计算机的一种应用形式，通常指嵌入在宿主设备中的微处理机系统。它所强调的是：隐藏计算机的常见形式，辅助寄宿主设备，使宿主设备的功能智能化。据此，通常把嵌入式系统定义为一种以应用为中心，以计算机为基础，软硬件
13、可以剪裁，适用于系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统 011。嵌入式系统有如下共同点：(1)功能专一：专门为某一特定应用系统而设计；(2)结构紧凑：嵌入式系统结构必须特别的紧凑，从而达到小体积，高性能，低成本，低功耗；(3)智能灵活及实时性：要对不同的情况做出不同的反应，同时必须实时地给出计算的结果并进行实时控制。嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，自底向上包含有 3 部分，如图11 所示。应用程序嵌入式操作系统底层硬件应用程序与操作系统接口操作系统与硬件接口图 1-1 嵌入式系统结构图(1)硬件环境硬件环境是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件平台，不同的应用通常有不同的硬件环境。在做嵌入式设计的时候要根据不同的性能需求设计不同的底层硬件。(2)嵌入式操作系统嵌入式操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用，保证系统的运行以及各种操作的实现。它为应用程序提供了一个软件平台。嵌入式操作系统具有相对不变性。(3)嵌入式应用程序运用程序运行于操作系统之上，利用操作系统提供的机制完成特定功能的嵌入式应用。不同的系统需要设计不同的嵌入式应用程序。1.3.1 嵌入式系统硬件硬件是嵌入式系统开发中的实体。嵌入式系统的硬件通常由嵌入式处理器、嵌入式外围设备等组成。(1)嵌入式处理器是嵌入式系统的核心
