【正文】 入式技術也得到了飛速的發(fā)展和廣泛應用。隨著計算機應用的不斷深入以及芯片技術和計算機技術的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經發(fā)展到以芯片技術和 Inter 技術為標志的嵌入式片上系統(tǒng)，即嵌入式技術與Inter 技術的結合正推動嵌入式技術的快速發(fā)展。 隨著嵌入式技術的快速發(fā)展，產生了基于嵌入式系統(tǒng)的遠程圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為信息產業(yè)，管理行業(yè)、監(jiān)控行業(yè)提供了快捷、高效、廉價的服務。豐富的網絡功能為我們提供了實現(xiàn)這些應用的可能性，各種視頻傳輸編碼技術的發(fā)展使我們的視頻傳輸效率越來越高，未來的監(jiān)控可以 通過移動通信設備手機、 PDA 隨時隨地隨心所欲的對交通、公共建筑、私人住宅等進行遠程監(jiān)控。但是就目前狀況而言，雖然擁有了搭建這些應用服務的基本技術支持，但是目前國內網絡視頻還存在應用不夠廣泛，形式單一，功能簡單，應用軟件普及率低等特點。還有以下幾個方面成為阻礙：一是服務商不提供相應支持，應為服務器負荷大，成本居高不下，回報不樂觀；二是可用軟件不多，有效搭建服務器的難度大方法少；三是系統(tǒng)擴展性差，不能支持不同型號的攝像頭。再加上在很多實際應用中并不一定需要進行實時活動的圖像傳輸，只要在相隔一定時間內傳輸一幅靜止 的圖片或者有意義有必要的時刻傳輸靜止圖像在來供監(jiān)控人員分析即可。 因此本文將設計一種基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) ，即在嵌入式設備端上完成圖像和視頻的采集、并通過網絡傳輸， 能用于臨時性監(jiān)控的網絡圖像視頻監(jiān)控服務器，可讓客戶機通過瀏覽器實時監(jiān)控遠程目標攝像頭，適用各種 USB 接口的攝像頭，并實現(xiàn)遠程共享攝像頭的圖像監(jiān)控系統(tǒng)。 監(jiān)控系統(tǒng)國內外現(xiàn)狀 監(jiān)控 系統(tǒng)發(fā)展 從技術角度出發(fā) 大概 劃分為 三個階段： 第一代模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)(CCTV)，到第二代基于 “PC＋多媒體卡 ”數字視頻監(jiān)控系統(tǒng) (DVR)，到第三代完全基于IP 網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng) (IPVS) [1]。 傳統(tǒng)模擬閉路視監(jiān)控系統(tǒng) (CCTV) 傳統(tǒng)模擬閉路視監(jiān)控系統(tǒng) ， 依賴攝像機、纜、錄像機和監(jiān)視器等專用設備。例如，攝像機通過專用同軸纜輸出視頻信號 [2]。纜連接到專用模擬視頻設備 ，系統(tǒng)中的信號采莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 2 集、傳輸、存儲均為模擬形式。雖然具有良好的實時性和圖像質量。但是有以下幾個局限性 ： （ 1） 有限監(jiān)控能力 ， 只支持本地監(jiān)控，受到模擬視頻纜傳輸長度和纜放大器限制。因此模擬監(jiān)控只適合小范圍的監(jiān)控使用，使用的范圍在一兩千米范圍內。 （ 2） 錄像負載重 ， 用戶必須從錄像機中 取出或更換新 錄像帶 保存，且錄像帶易于丟失、被盜或無意中被擦除。 錄像質量隨拷貝數量增加而降低。 （ 3）系統(tǒng)擴展性差，對于已經建好的監(jiān)控系統(tǒng)，增加或者修改新的監(jiān)控點，整個系統(tǒng)都需要進行改動。 （ 4）形成不了有效的聯(lián)動報警，由于模擬監(jiān)控系統(tǒng)的各部分是獨立動作，彼此間的協(xié)議和動作難以實現(xiàn)聯(lián)動。 基于 “PC＋多媒體卡 ”數字視頻監(jiān)控系統(tǒng) (DVR) 現(xiàn)今用的較多的 “ 模擬 數字 ” 監(jiān)控系統(tǒng) (DVR)：以數字硬盤錄像機 DVR 為核心半模擬 半數字方案，從攝像機到 DVR 仍采用同軸纜輸出視頻信號，通過 DVR 同時支持錄像和回放，并可支持有限 IP網絡訪問 [3]。這類監(jiān)控系統(tǒng)功能較強，便于現(xiàn)場操作。但由于 DVR 產品五花八門，沒有標準，所以這一代系統(tǒng)是非標準封閉系統(tǒng)， DVR 系統(tǒng)仍存在大量局限 ： （ 1） 復雜布線 ， “ 模擬 數字 ” 方案仍需要在每個攝像機上安裝單獨視頻纜，導致布線復雜性。 （ 2） 有限可擴展性 ， DVR 典型限制是一次最多只能擴展 16 個攝像機。 （ 3）功耗和成本較高，視頻前端 較為復雜，并且需要獨立服務器、獨立 管理軟件和多人值守 來控制多個 DVR 或監(jiān)控點。 （ 4） 有限遠程監(jiān)視 /控制能力 ， 您不能從任意客戶機訪問任意攝像機。您只能通過 DVR 間接訪問攝像機。 基于 IP 網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng) (IPVS) 基于 IP 網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng) ，這是未來的監(jiān)控系統(tǒng)潮流。 與前面兩種方案相比存在顯著區(qū)別。該系統(tǒng)優(yōu)勢是攝像機內置 Web 服務器， 采用嵌入式實時操作系統(tǒng)， 并直接提供以太網端口。這些攝像機生成 JPEG 或 MPEG4 數據文件，可供任何經授權客戶機從網絡中任何位置訪問、監(jiān)視、記錄并打印，而不是生成 連續(xù)模擬視頻信號形式圖像。網絡上用戶可以直接使用瀏覽器觀看 Web 服務器上的圖像信息，還可以通過授權的方式控制 遠程目標攝像頭 。 基于 IP網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng) 具有視頻編碼處理、網絡傳輸通信、支持遠程網絡控制，因此使得監(jiān)控系統(tǒng)上升了一個新的臺階。 賀州學院本 科畢業(yè)論文 3 基于 IP 網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng) 克服了上述兩種監(jiān)控系統(tǒng)的局限性，擁有下述優(yōu)點： (1)不受距離限制，利用網絡傳輸數據，距離不受限制，網絡覆蓋的地方即可。信號不易受干擾，提高了圖像的質量和穩(wěn)定性。 (2)易于升級與全面可擴展性 ， 能夠利用現(xiàn)有局域網基礎設施 ， 輕松添加更多攝像機 ，網絡帶寬可 復用，避免重新布線。 (3)全面遠程監(jiān)視 ， 任何經授權客戶機都可直接訪問任意攝像機。 (4)成本和功耗低，服務器采用低廉的嵌入式處理器，客戶端只需通過瀏覽器即可進行監(jiān)控。 目前，國內外的監(jiān)控系統(tǒng)技術正朝著網絡數字化方向快速發(fā)展。由于在集成電路、圖像壓縮技術及數字通信的發(fā)展，歐美國家在這行業(yè)領域中占有比較明顯的領先優(yōu)勢。例如，瑞典的 Axis，澳大利亞的 Digiguard。他們的監(jiān)控系統(tǒng)智能程度很高，醫(yī)療精密監(jiān)控，車牌及特征識別，運動軌跡判斷，人臉體態(tài)識別等。國外的這些產品功能強大，但價格昂貴，在我國普遍推廣不開 。而國內在網絡視頻監(jiān)控方面相對落后，在高端攝像機等核心技術較薄弱，科技含量較高的產品以進口為主，國內代表性的公司中興，豐林等研發(fā)的系統(tǒng)可靠性差，網絡傳輸實時性差。 國內圖像視頻監(jiān)控市場充滿了機會， 2021 年，國內圖像視頻監(jiān)控市場的總體市場規(guī)模為 110 億美金，年增長率為 31%，其中 基于 IP網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng) 的占有率越來越大，越來越受用戶青睞 [4]。 本文的研究內容和主要工作 本文的主要工作 本文 在設計 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 過程中，主要做了以下幾個工作： (1)交叉編譯環(huán)境的建立和 Bootloader 的移植。 (2)linux 內核的移植。 (3)linux 網絡設備驅動程序的編寫和 USB 驅動程序的移植。 (4)實現(xiàn) USB 攝像頭的采集圖像程序的編寫。 (5)實現(xiàn) TCP/IP 網絡協(xié)議傳輸模塊的移植。 (6)通過分析采集到的圖片進行環(huán)境監(jiān)控 。 本文的 擬解決的主要問題 (1)通用 USB 攝像頭的驅動程序的編寫和移植。 (2)實現(xiàn)網絡傳輸和遠程控制和 MJPG 協(xié)議算法傳輸。 (3)通過分析采集到的圖片進行環(huán)境監(jiān)控 。 莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 4 本 系統(tǒng)方案的優(yōu)點 本 文設計的基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng)與其他遠程監(jiān)控系統(tǒng)相比，有以下幾個優(yōu)點： (1)搭建系統(tǒng)難度小，不需要專門的大型服務器，只需使用嵌入式微處理器 ARM9組成的 輕量級流服務器 。 (2)擴展性強，可適用市場上的通用 USB 攝像頭，可適用通用的瀏覽器實現(xiàn)網絡傳輸和遠程控制。 (3)通過分析采集到的視頻進行圖片環(huán)境監(jiān)控，只需進行有意義的圖片的分析，不需要存儲大量視頻信息。 (4)成本和功耗低，采用開源的 linux 系統(tǒng)，使用功耗極低但性能優(yōu)越的 ARM9 處理器，使系統(tǒng)的成本和功耗降到了最低。 2 系統(tǒng)設計和硬件 平臺的建立 系統(tǒng)總體設計 錯誤！鏈接無效。 圖 21系統(tǒng)總體設計 整個系統(tǒng)總體設計如圖 21 所示，整體分為兩大部分：系統(tǒng)前臺和系統(tǒng)后臺。系統(tǒng)前臺包括用戶、客戶端主機（瀏覽器）、服務器網頁這三部分；剩下的都劃分為系統(tǒng)后臺。服務器以 Linux 內核 作為視頻服務器核心，內有三個主 要服務組件，其中 APACHE 服務器負責與用戶通過 HTTP 通信，用戶要使用瀏覽器 處理視頻，只需要登錄瀏覽器便可，在這里最好是使用 FIRFOX，因為它對 HTTP 視頻流支持最好。MJPGSTREAMER 視頻服務器主要負責架設服務，進行配置（端口，各種顯示參數等），而攝像頭的識別則由相應的驅動程序完成。 硬件選型 系統(tǒng)硬件整體設計 本系統(tǒng)選擇三星公司的 S3C2440 作為核心處理器，負責整個系統(tǒng)的運行，采用 USB攝像頭實現(xiàn)數據采集，通過網絡進行圖像的實時傳輸，系統(tǒng)硬件整體結構如圖 22 所示。 錯誤！鏈接無效。 圖 22 系統(tǒng)硬件整體結構圖 賀州學院本 科畢業(yè)論文 5 硬件模塊選型 微處理器采用三星公司的 S3C2440， S3C2440 是一款內部集成了 ARM 公司 ARM920T內核的 16/32 位 RISC 嵌入式處理器，主要面向高性能、低功耗的應用。帶有內存管理單元（ MMU） ，采用 微米工藝和 AMBA 新型總線結構。為了處理圖像數據， CPU 工作頻率可達 400MHz。有完善的網絡功能。 硬件接口設計 SDRAM 和 FLASH 接口設計 (1) SDRAM:系統(tǒng) 外接了兩片 64M bytes 的 SDRAM 芯片（型號為 HY57V561620FTP） ,一般稱之為內存，并接在一起形成 32bit 的總線寬度，其物理啟始地址為 0x30000000。其接口電路如圖 23 所示。 圖 23 SDRAM接口圖 (2)FLASH:系統(tǒng)采用 NAND Flash，型號為 K9F1G08，大小為 128M。 NAND Flash 不具有地址線，它有專門的控制接口與 CPU 相連，數據總線為 8bit。其接口電路如圖24所示。 莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 6 圖 24 NAND Flash接口圖 網絡模塊接口設計 系統(tǒng)采用 DM9000 網卡芯片，它可以自適應 10/100M 網絡，使用內部包含耦合線圈的 RJ45 連接頭，不必另接網絡變壓器，使用普通網線連接即可。 100M 網絡接口如圖25所示。 圖 25 DM9000的 100M網絡接口圖 USB 模塊接口設計 系統(tǒng)采用 USB Host 接口，使用 協(xié)議 ，與普通 USB 接口一致。 USB Host 接口如圖 26 所示。 賀州學院本 科畢業(yè)論文 7 圖 26 USB Host接口圖 電源模塊和 RS232 模塊接口設計 (1)電源模塊：本系統(tǒng)電源系統(tǒng)設計簡單，直接使用外接 5V 電源，分別通過降壓芯片 LM11173 、 MAX8860EUA18 產生整個系統(tǒng)所需的三種電壓： 、 。 (2) RS232 模塊 :直接從 CPU 引出后，使用 RS232 進行電平轉換，使用直連線與 PC機相互通信，用于下載調試程序使用。 本章小結 在本章中 ，首先從 總體 上架構了整個監(jiān)控系統(tǒng)的框架圖，并針對 系統(tǒng)硬件 做出了整體設計 以及各個外圍模塊之間的聯(lián)系，最后一一介紹了系統(tǒng)外圍六個模塊的接口電路設計。 3 嵌入式 LINUX 系統(tǒng)平臺的搭建 交叉編譯環(huán)境的建立和 Bootloader 的移植 交叉編譯環(huán)境的建立 由于嵌入式系統(tǒng)不是通用的計算機系統(tǒng)，硬件資源受到很大的限制，因此運行于嵌入式系統(tǒng)裁剪和定制之前，需要在強大的宿主機上建立一個 交叉編譯環(huán)境 ，用于目標機 [5]。本系統(tǒng)采用的 交叉編譯環(huán)境 為 。下載源代碼并解壓到 根目錄下，運行 gedit /root/.bashrc，然后把編譯器路徑加入系統(tǒng)環(huán)境變量中。 Bootloader 的移植 BootLoader 就是在操作系統(tǒng)內核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設備、建立內存空間映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適狀態(tài)，以便為最終調用操作系統(tǒng)內核準備好正確的環(huán)境。由于 BootLoader 的實現(xiàn)莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 8 依賴于 CPU 的體系結構，因此 Bootloader 在 stage1 和 stage2 需要做的工作如下 。 (1)stage1 通常包括以下步驟 (以 執(zhí)行的先后順序 )： ① 硬件設備初始化。 ② 為加載 Boot Loader 的 stage2 準備 RAM 空間。 ③ 拷貝 Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空間中。 ④ 設置好堆棧。 ⑤ 跳轉到 stage2 的 C 入口點。 (2)stage2 通常包括以下步驟 (以執(zhí)行的先后順序 )： ① 初始化本階段要使用到的硬件設備。 ② 檢測系統(tǒng)內存映射 (memory map)。 ③ 將 kernel 映像和根文件系統(tǒng)映像從 flash 上讀到 RAM 空間中。 ④ 為內核設置啟動參數。 ⑤ 調用內核。 本系統(tǒng) 采用的 BIOS 是基于三星公司原來的 bootloder 修改而來的 Supervivi。 內核的移植 本系統(tǒng)采用 內核