【正文】 ........ 13 主機(jī)側(cè) USB驅(qū)動總體結(jié)構(gòu) .................................... 13 urb處理流程 ............................................... 13 本章小結(jié) ........................................................ 14 5 系統(tǒng)的圖像采集和傳輸 ................................................. 14 圖像采集的實現(xiàn) .................................................. 14 圖像采集的過程 ............................................ 15 系統(tǒng)獲得采集的圖像數(shù)據(jù)的關(guān)鍵函數(shù) .......................... 15 監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崿F(xiàn) ........................................ 15 系統(tǒng)采用基于 TCP/IP協(xié)議來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸 ..................... 15 圖像采集后的傳輸算法舉例 .................................. 16 本章小結(jié) ........................................................ 17 6 系統(tǒng)測試 ............................................................. 17 7 總結(jié)和展望 ........................................................... 18 參考文獻(xiàn) ............................................................... 19 附 錄 ............................................................... 20 賀州學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 1 緒 論 課題背景和意義 嵌入式 技術(shù)是計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和微電子技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)的融合，在后 PC時代，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，使得嵌入式技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。但是就目前狀況而言，雖然擁有了搭建這些應(yīng)用服務(wù)的基本技術(shù)支持，但是目前國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)視頻還存在應(yīng)用不夠廣泛，形式單一，功能簡單，應(yīng)用軟件普及率低等特點(diǎn)。 監(jiān)控系統(tǒng)國內(nèi)外現(xiàn)狀 監(jiān)控 系統(tǒng)發(fā)展 從技術(shù)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(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng) (DVR)，到第三代完全基于IP 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng) (IPVS) [1]。雖然具有良好的實時性和圖像質(zhì)量。 錄像質(zhì)量隨拷貝數(shù)量增加而降低。這類監(jiān)控系統(tǒng)功能較強(qiáng)，便于現(xiàn)場操作。 （ 4） 有限遠(yuǎn)程監(jiān)視 /控制能力 ， 您不能從任意客戶機(jī)訪問任意攝像機(jī)。該系統(tǒng)優(yōu)勢是攝像機(jī)內(nèi)置 Web服務(wù)器， 采 用嵌入式實時操作系統(tǒng)， 并直接提供以太網(wǎng)端口。 賀州學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 基于 IP網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)： (1)不受距離限制，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，距離不 受限制，網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方即可。 (4)成本和功耗低，服務(wù)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(jìn)行監(jiān)控。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(yùn)動軌跡判斷，人臉體態(tài)識別等。 本文的研究內(nèi)容和主要工作 本文的主要工作 本文 在設(shè)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。 (5)實現(xiàn) TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸模塊的移植。 (3)通過分析采集到的圖片進(jìn)行環(huán)境監(jiān)控 。 (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。服務(wù)器以 Linux 內(nèi)核 作為視頻服務(wù)器核心，內(nèi)有三個主要服務(wù)組件，其中 APACHE 服務(wù)器負(fù)責(zé)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。 圖 22 系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)圖 賀州學(xué)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(nèi)部集成了 ARM 公司 ARM920T內(nèi)核的 16/32位 RISC 嵌入式處理器，主要面向高性能、低功耗的應(yīng)用。 硬件接口設(shè)計 SDRAM 和 FLASH 接口設(shè)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(nèi)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24所示。 USB Host 接口如圖 26所示。 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(jī)系統(tǒng)，硬件資源受到很大的限制，因此運(yùn)行于嵌入式系統(tǒng) 裁剪和定制之前，需要在強(qiáng)大的宿主機(jī)上建立一個 交叉編譯環(huán)境 ，用于目標(biāo)機(jī) [5]。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)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(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。 ③ 拷貝 Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空間中。 ② 檢測系統(tǒng)內(nèi)存 映射 (memory map)。 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。 (2)指定交叉編譯變量：修改總目錄下的 Makefile 原來為： export KBUILD_BUILDHOST := $(SUBARCH) ARCH ?= $( SUBARCH) CROSS_COMPILE ?= 修改為： export KBUILD_BUILDHOST := $(SUBARCH) ARCH ?= arm CROSS_COMPILE ?= armlinux 其 中， ARCH是指目標(biāo)平臺為 arm, CROSS_COMPILE 是指交叉編譯器。 ④從 SMDK2440到 MINI2440:使用批處 理命令修改 中的字樣為mini2440。 執(zhí)行 make menuconfig General setup ；配置目標(biāo)版體系 S3C2440 Machines MINI2440 development board Device Drivers ；配置 DM9000 網(wǎng)卡驅(qū)動 Network device support Ether(10 or 100Mbit) DM9000 Device Drivers ；配置 USB 攝像頭 Multimedia devices Multimedia support Video capture adapters （ NEW） V4L USB devices (NEW) GSPCA based webcams 選擇所有的攝像頭類型 把所有結(jié)構(gòu)設(shè)備添加到目標(biāo)平臺設(shè)備集中： Static struct platform_device *mini2440_devices[]_initdata = { amp。s3c_device_i2c0, amp。 文件系統(tǒng)的制作 嵌入式 linux系統(tǒng)可使用的文件系統(tǒng)有多種，比如 CRAMFS、 JFFS YAFFS2等 [6]。 (2)建立 YAFFS2目錄，復(fù)制解壓后的代碼到目錄下。 (6)編譯內(nèi)核并將下載到開發(fā)板的 flash。對于功能較簡單，控制不復(fù)雜的系統(tǒng)，并不需要多任務(wù)、文件系統(tǒng)和內(nèi)存管理等復(fù)雜功能，用單任務(wù)構(gòu)架可以很好地支持。 (2)應(yīng)用層功能：在應(yīng)用層上，主要負(fù)責(zé)處理網(wǎng)站發(fā)布接收訪問等基于 HTTP 協(xié)議的活動。利用 文件接收攝像頭，利用 YUV格式，適當(dāng)減少圖片幀數(shù)讓視頻流暢，該模塊會讓數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)緩沖器進(jìn)行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，由輸出模塊 模塊進(jìn)行 HTTP 數(shù)據(jù)流的處理。 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序的體系結(jié)構(gòu) Linux網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序的體系結(jié)構(gòu)從上到下分為 4層 [3]，一次為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口層、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口層、設(shè)備驅(qū)動功能層和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與媒介層 ，其流程圖如圖 42所示。 (4)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與媒介層 ：完成數(shù)據(jù)包發(fā)送和接收的物理實體。 ②將發(fā)送數(shù)據(jù)長度寫入 TXLENG寄存器。 圖 43 DM9000發(fā)送數(shù)據(jù)包過程圖 圖 44 DM9000接收數(shù)據(jù)包過程圖 (2)DM9000接收 數(shù)據(jù)包過程 ，如圖 44所示： ①接收到網(wǎng)絡(luò)適配器產(chǎn)生的中斷，查詢中斷狀態(tài)隊列端口，判斷中斷類型是否為接收中斷。本系統(tǒng)研究的是主機(jī)側(cè) USB驅(qū)動。 圖 45 主機(jī)側(cè) USB驅(qū)動總體結(jié)構(gòu)圖 USB采用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，總體結(jié)構(gòu)圖如圖 45所示。設(shè)備通常有莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 14 一個或多個配置；配置通常有一個或多個接口；接口通常有一個或多 個設(shè)置；接口有零或多個端點(diǎn)。在完成第 (1)、 (2)步的創(chuàng)建和初始化后， usr便可以提交給 USB核心，通過 usb_submit_urb()函數(shù)來完成。 錯誤！鏈接無效。因為系統(tǒng)采用的是 MJPEG協(xié)議 ,也就是 把視頻鏡頭拍成的視頻分解成一張張分離的jpg數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端。 賀州學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 圖像采集的過程 v4l 視頻編程的流程和對文件操作并沒有什么本質(zhì)的不同，大概的 流程 有六步，如圖 51所示 ： (1)打開視頻設(shè)備 ( 通常是 /dev/video0) (2)獲得設(shè)備信息。 (6)關(guān)閉視頻設(shè)備。 (1)extern int v4l_mmap_init(v4l_device *)。 (3)extern int v4l_grab_frame(v4l_device *, int)。 監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崿F(xiàn) 系統(tǒng)采用基于 TCP/IP 協(xié)議來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸 本系統(tǒng)采用基于 TCP/IP協(xié)議來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸，后臺嵌入式設(shè)備負(fù)責(zé)采 集圖像數(shù)據(jù)并建立好 TCP服務(wù)器，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)連接后臺服務(wù)器，前臺和后臺握手后建立連接，并接收圖像數(shù)據(jù)，實時顯示圖像和視頻。 錯誤！鏈接無效。 圖像采集 后 的 傳輸算法舉例 (1)本系統(tǒng)在基于 TCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)下采用 mjpg (即 mjpeg)協(xié)議 。但 mjpg首先是要由客戶發(fā)一個 GET取一個特殊文件（不同攝像頭有不同的定義 ，系統(tǒng)針對不同的攝像頭定義了不同的文件 ） 。 ④ 當(dāng)一個圖發(fā)送完畢后，以邊界字符串來結(jié)束。boundary=boundarydonotcross boundarydonotcross //邊界字符串 ③ 接下是 開始 發(fā)送 JPG數(shù)據(jù) ContentType： image/jpeg ContentLength： 19454 《中間 19454字節(jié)就是一個 JPG完整的圖像》 ④ — boundarydonotcross //一個圖發(fā)送完畢后，以邊界字符串來結(jié)束 ⑤ 當(dāng)連續(xù)不斷發(fā)送這個數(shù)據(jù)，在客戶端即可顯示視頻 本章小結(jié) 本章主要闡述了監(jiān)控系統(tǒng)的圖像采集和傳輸?shù)膶崿F(xiàn)。 MJPG Streamer Version.: i: Using V4L2 device.: /dev/video0 i: Desired Resolution.: 640x480 i: Frames Per Second.: 5 i: Format............: MJPEG o: folderpath...: .// 莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 18 o: HTTP TCP port.....: 8080 o: username:password.: disabled o: mands..........: enabled ③ 通 過 瀏 覽 器 動 態(tài) 瀏 覽 USB 攝 像 頭 ： 在 瀏 覽 器 中 輸 入 ： 就可以看到動態(tài)畫面了。 ⑥分別用不同的瀏覽器