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1、塔里木大学课程论文2017届结课论文嵌入式系统原理及应用结课论文 学生姓名 学 号 所属学院 信息工程学院 专 业 计算机科学与技术班 级 计算机17-3班 塔里木大学教务处制基于嵌入式的网络视频监控系统【摘要】视频监控是安全防范系统的重要组成部分，英文Cameras and Surveillance。传统的监控系统包括前端摄像机、传输线缆、视频监控平台。摄像机可分为网络数字摄像机和模拟摄像机，可作为前端视频图像信号的采集。它是一种防范能力较强的综合系统。视频监控以其直观、准确、及时和信息内容丰富而广泛应用于许多场合。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，视频监控技术也有了
2、长足的发展。最新的监控系统可以使用智能手机担当，同时对图像进行自动识别、存储和自动报警。视频数据通过3G/4G/WIFI传回控制主机（也可以是智能手机担当），主机可对图像进行实时观看、录入、回放、调出及储存等操作。从而实现移动互联的视频监控。关键词：嵌入式 视频监控 目录1.1视频监控系统的发展41.2 设计背景52.系统整体设计52.1视频监控系统总体结构52.2各模块设计方案63.系统硬件结构73.1视屏监控系统的结构设计73.2 微处理器简介83.3硬件电路设计93.3.1存储器93.3.2 LCD接口93.3.3串行接口103.3.4网卡控制器114.嵌入式操作系统软件软件124.1嵌
3、入式系统定义124.2嵌入式系统的组成134.3常见的嵌入式操作系统134.4选择嵌入式Linux进行开发145.嵌入式Linux的移植155.1Linux内核简介155.1.1Linux内核源代码155.1.2Linux内核的组成165.2Linux内核的剪裁及移植186.视频服务器的应用软件设计19小结19致谢20参考文献：201.绪论 当今社会是一个高速发展的社会，信息获取的方便快捷可以使我们领先一步并创造出巨大的利益，而我们或许信息的一个重要途径就是眼睛。在人的感官中有80%是来自是觉。图像时客观事物的形象、生动的描绘，是直观而具体的信息表达方式，是人类重要的信息载体。随着科学技术的快
4、速发展和人民物质生活水平的提高，视频监控系统以其直观、方便和信息内容丰富的特点，日益受到人们的青睐，并在各行各业得到了广泛的应用。生活中有电梯监控，门禁，车库监控等等。电讯行业有基站监控，银行系统又柜员机监控，林业部门有火情监控，交通方面有违章监控和流量监控等。1.1视频监控系统的发展 自从摄像机和电视出现后，最初的模拟监控系统出现了。经过较长时间的发展和应用，已经非常成熟，性能也十分稳定，但由于系统中模拟图像信息为主，对图像的处理和传送都才采用模拟技术，不紧图像质量差，而且系统资源浪费严重，不易组成复杂的网络结构，主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络，监控功能可扩展性差。因此系统尽
5、管已发展到很高的水平，已无潜力可以发掘，局限性大。 随着计算机应用的普及，网络通信技术及图像压缩技术的快速发展，在视屏监控领域中，数字化和网络化成为一种趋势。上世纪末，基于PC的数字化网络视频监控技术迅速发展，部分取代了视频矩阵图像分割器、录像机为核心，辅助以其他设备的模拟视频监控系统。数字化的的视频通信在图像质量、传送距离、抗干扰能力等方面都要优越于传统的模拟通信系统，并且图像处理更加方便。因此，数字化网络视频监控系统将不然取代传统的模拟监控系统。但随着基于PC的视频监控系统的发展，在实际工程应用中也暴露出一些不足之处，主要是系统工作的实时性不高、稳定性差，而且成本较高；PC需要专门人管理，
6、操作较为繁琐；兼容性差，采用的视频压缩对数据进行处理，因此系统一般只支持一种编码格式，无法提供其他编码方式的支持。 进入21实际，嵌入式技术、多媒体图像处理技术的进一步发展，为嵌入式网络视频监控系统的繁重提供了技术条件。嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可以裁减的，具有高可靠性，低成本、严要求、综合性强的专用计算机系统，它主要有嵌入式微处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，集软硬件于一体，能够独立工作。嵌入式系统具有实时性好、稳定性高等特点，在网络视频监控中的刀快速发展。嵌入式网络视屏监控与其他监控系统又的比较有如下特点；（1） 布控区域广阔。嵌入式视频监控也可以直接接入网络
7、，没有线缆产度和信号衰减的闲置，同时网络是没有距离概念的，彻底抛弃了地域的限制，扩展了布控区域。（2） 系统具有无限的无缝扩展能力。所有设备都可以用IP地址进行标示，增加设备只是意味着IP地址的扩充。（3） 可组成非常复杂的监控网络。采用局域嵌入式视频监控设备为核心的监控系统，在组网方式上与传统的模拟监控和基于PC平台的监控方式有极大不同，犹豫嵌入式视频监控设备的输出以往车了模拟到数字的转换并压缩，采用同意的协议在网络上传输。（4） 性能更稳定，无需专人管理。嵌入式视频监控设备实际上基于嵌入式计算机技术，采用嵌入式多任务操作系统，又由于视频采集和数据处理功能都集中到一个体积很小的设备内，直接连
8、入局域网或广域网，即插即看，系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高，也无需专人管理，非常适合于无人值守的环境。（5） 因此加强对嵌入式网络视频监控系统的研究，对我国监控行业今后的发展有着重要的意义。1.2 设计背景网络视频监控系统由位于控制柜中的服务器、客户端组成，实现一个具有视频采集压缩及传输功能的可以直接接入以太网的网络摄像机基本过程是：电梯发生故障时，维护人员在客户端上拨号接通服务器，由于服务器实时采集电梯内的视频图像，并通过以太网传送给客户端，维护人员可以通过监控客户端来实现电梯内的监控。2.系统整体设计2.1视频监控系统总体结构网络视频监控系统通常包括远程视频采集和本地视频查看及控制两
9、部分，二者通过网络通信线路连接。涉及到视频图像采集、视频压缩、视频传输、计算机网络、视频解码及显示、多点控制等多方面内容和技术。图2.1系统总体结构远程监控现场由0V9650 CIS(CMOS Image Sensor，COMS图像传感器)进行图像采集，ARM微处理器负责CIS驱动加载、初始化等工作，并将图像帧压缩成视频帧通过以太网络发送至监控中心。同时，远程现场时刻保持与监控中心的通信：接收、解析、执行来自监控中心的指令，并向监控中心发送反馈信息，如服务器退出时通知客户端断开连接等。监控中心负责将接收到的压缩视频进行视频存储、解码、显示等，并发送相应的指令信息，如连接请求或对远程端进行控制等
10、。接收端的控制指令通过视频显示器中显示的用户界面进行操作，如通过鼠标或触笔(触摸屏)对相关控件进行点击等。2.2各模块设计方案时图像采集设计方案：经过大量调研，目前基于ARMAVin CE平台的实现方案主要有两个：采用成品USB接口摄像头；购买摄像头芯片自行设计PCB板，采用$3C244的CAMIF引脚接入硬件系统。前者存在先天缺陷，表现在以下几个方面：（1）成品摄像头相对于摄像头芯片而言价格昂贵，两者价格差距往往有好几倍，甚至十几倍。（2）图像格式单一，这就造成选压缩算法时遇到困境。有的成品USB接口摄像头甚至不支持后续压缩，直接输出所谓的压缩视频，如某些开发者选用了中星微的301PLUS成
11、品摄像头，该摄像头直接输出MJPEG格式的图像，其压缩比仅为8：1。基本上不能称其为视频压缩，也不可能在嵌入式视频监控领域进行推广应用。（3）存在驱动移植问题，并且无法对其进行二次开发和升级。大多数成品摄像头没有提供基于ARMWin CE平台的驱动，若不自行开发驱动，便无法使用。而极少数提供了该驱动的产商，也并不开放驱动的源代码，只提供DLL文件，造成移植困难。即便是驱动移植成功，使用起来也显得很刻板，存在输出图像不清晰等问题。而这些问题由于无法修改驱动源代码，是无法解决的。正是考虑到使用成品USB摄像头存在的诸多问题，本设计采用了自行购买摄像头芯片，设计PCB板和驱动程序的方案。视频显示及回
12、放设计方案：目前的视频显示方案主要有：VFW技术、Direct Show流媒体技术、DIB技术、普通DC位图描画技术等。其中VFW和Direct Show技术可以提供图像采集、压缩编解码、视频显示等整套视频解决方案。VFW和Direct Show目前主要应用于PC机，VFW技术已渐趋淘汰，它不支持嵌入式视频应用：ARMWin CE平台虽然支持Direct Show流媒体技术，但最基本的filter都处于缺乏状态，编解码filter也必须由自己来设计。开发起来难度较大，在嵌入式视频监控领域应用很少。普通DC绘图技术实现起来比较简单，缺点在于效率相对低下。3.系统硬件结构3.1视屏监控系统的结构设
13、计基于嵌入式技术的监控系统前端采用摄像头采集视频流，然后通过网络传输到接受者。整体结构如图3.1所示。图3.1嵌入式视频监控系统框图该系统采用基于ARM11的S3C6410X微处理器，通过在处理器上运行Linux操作系统，构建嵌入式服务器，接受来自摄像头的视频流，再进行压缩编码，再传送实现监控。3.2 微处理器简介嵌入式微处理器是整个嵌入式系统的基础，微处理器的性能将直接决定系统的性能。微处理器选择的科学与否将直接影响后续的开发工作，选择欠妥甚至会导致整个系统的功能无法实现。其选择不仅要依据设计目标考虑处理器性能，还要考虑成本、功耗等各方面参数。 ARM（AdvancedRISCMachine
14、s），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。ARM处理器是一个32位元精简指令集(RISC)处理器架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。ARM处理器具有以下特点： 1、一个大的、统一的寄存器文件 2、加载存储结构，数据处理的操作只针对寄存器的内容，而不直接对存储器进行操作 3简单的寻址模式，所有加载存储的地址都只有寄存器的内容和指令域决定 4、统一的和固定的指令域，简化了指令的译码 5、每一条数据指令都对算术逻辑单元和移位器进行控制，以实现对和移位器的最大利用 6、地址自动增加和自动减少的寻址模式实现了程序循环的优化 7、多存储器加载和存储指令
15、实现了最大数据吞吐量 8、所有指令的条件执行实现了最快速的代码执行。3.3硬件电路设计3.3.1存储器嵌入式系统存储器有SDRAM和FLASH，在本系统中用到两片32M的SDRAM和一片64M的NAND FLASH和一片2M的NOR FLASH。SDRAM是嵌入式系统的内存，具有单位空间存储容量大和价格便宜的优点，已广泛应用在各种嵌入式系统中。当系统启动时，CPU首先从复位地址0x O处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程序代码一般应调入SDRAM中运行，以提高系统的运行速度。同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在SDRAM中。SDRAM的存储单元可以理解为一个电容，总是倾向于放电，为避免数据丢失，必须定时刷新(充电)。因此，要在系统中使用SDRAM，就要求微处理器具有刷新控制逻辑，或在系统中另外加入刷新控制逻辑电路。$3C2410X芯片在片内具有独立的SDRAM刷新控制逻辑，可方便地与SDRAM接口。目前常用的SD
