【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 4 第 二 章 視頻監(jiān)控 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)攝像頭、嵌入式視頻服務(wù)器、客戶(hù)端三部分組成。監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的攝像頭實(shí)現(xiàn)圖像的采集，并把采集的圖像信息通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)傳送給嵌入式視頻服務(wù)器。嵌入式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)基于 S3C2410 處理器、 JPEG 壓縮、 WEB 服務(wù)器和 Linux 操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，它的主要功能是對(duì)攝像頭采集到的圖像進(jìn)行 JPEG 壓縮編碼，并對(duì)編碼后的圖像通過(guò) Inter 進(jìn)行傳輸。客戶(hù)端主要完成圖像的接收和解壓縮，用 戶(hù)可以通過(guò) WEB 瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)嵌入式視頻服務(wù)器來(lái)觀看攝像頭采集到的圖像，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。嵌入式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 21。 圖 21 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)主要包括：硬件電路設(shè)計(jì)，嵌入式操作系統(tǒng)經(jīng)裁剪移植到硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，嵌入式 Boa服務(wù)器的建立；視頻采集模塊的編寫(xiě)，利用 JPEG壓縮算法進(jìn)行視頻編碼；最后編寫(xiě)客戶(hù)端程序。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)流程如圖 22 所示。 客戶(hù)端 嵌入式視頻服務(wù)器 監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)攝像頭 監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)攝像頭 5 圖 22 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)流程圖 設(shè)計(jì)流程 硬件裁剪設(shè)計(jì) 操作系統(tǒng)的移植 設(shè)備驅(qū)動(dòng)修改與編譯 建立嵌入式 Boa服務(wù)器 編寫(xiě)視頻采集模塊 編寫(xiě)視頻編碼模塊 編寫(xiě)客戶(hù)端程序 6 第三章 監(jiān)控 系統(tǒng)硬件 設(shè)計(jì) 硬件組成 嵌入式系統(tǒng)是軟硬件可以裁剪的，功能專(zhuān)一，功耗低的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由于嵌入式系統(tǒng)價(jià)格低廉，功能強(qiáng)大，攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在生活，工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中分為硬件開(kāi)發(fā)和軟件開(kāi)發(fā)兩部分，其中硬件是軟件的載體，沒(méi)有硬件的支持軟件沒(méi)辦法運(yùn)行，只有搭建好了硬件系統(tǒng)，才能進(jìn)行軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。因此硬件是嵌入式系統(tǒng)的基石，軟件是嵌入式系統(tǒng)的靈魂。 嵌 入式 系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方案，主要包括以下幾個(gè)模塊：主控制器模塊、儲(chǔ)存電路模塊、外圍接口電路模塊、電源和復(fù)位電路，如圖 31所示 圖 31系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 S3C2410處理器 Samsung公司推出的 16／ 32位 RISC處理器 S3C2410，為手持設(shè)備和一般類(lèi)型應(yīng)用提供了低價(jià)格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。為降低整個(gè)系統(tǒng)的成本， S3C2410提供了以下豐富的內(nèi)部設(shè)備：分開(kāi)的 16KB的指令 Cache和 16KB數(shù)據(jù) Cache， MMU虛擬存 儲(chǔ)器管理，LCD控制器 (支持 STNamp。TFT)，支持 NAND Flash系統(tǒng)引導(dǎo)，系統(tǒng)管理器 (片選邏輯和 SDRAM控制器 )， 3通道 UART， 4通道 DMA， 4通道 PWM定時(shí)器， T／ O端口， RTC， 8通道 10位 ADC和觸摸屏接口， IICBUS接口， USB主機(jī)， USB設(shè)備， 2通道的 SPI以及內(nèi)部 PLL時(shí)鐘倍頻器。 S3C2410采用了SDRAM NAND flash 串口 JTAG 口 攝像頭 S3C2410 (主控芯片 ) 網(wǎng)口 電源和復(fù)位電路 7 ARM920T內(nèi)核， 0． 18um工藝的 CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元。 它的低功耗、精簡(jiǎn)和出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適用于對(duì)成本和功耗敏感的應(yīng)用。同樣它還采用了一種叫做 Advanced Microcontroller Bus Architecture(AMBA)新型總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。S3C2410的顯著特性是它的 CPU核心，是一個(gè)由 Advanced RISC Machines(ARM)有限公司設(shè)計(jì)的 16／ 32位 ARM920T RISC處理器。 ARM920T實(shí)現(xiàn)了 MMU， AMBA BUS和 Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的 16KB指令 Cache和 16KB數(shù)據(jù) Cache， 每個(gè)都是由 8字長(zhǎng)的行 (1ine)構(gòu)成。通過(guò)提供一系列完整的系統(tǒng)外圍設(shè)備， S3C2410大大減少了整個(gè)系統(tǒng)的成本，消除了為系統(tǒng)配置額外器件的需要。 如圖 32 圖 32 S3C2410結(jié)構(gòu)框圖 8 SDRAM存儲(chǔ)器 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM（ Random Access Memory）是易失性的存儲(chǔ)器，在掉電以后數(shù)據(jù)即消失， 不能夠長(zhǎng)久保存。但與 ROM 器件不同的是，它的隨機(jī)讀寫(xiě)速度非常快，寫(xiě)入數(shù)據(jù)之前也不需 要進(jìn)行擦除，這些特性使它成為嵌入式系統(tǒng)中必不可少的存儲(chǔ)設(shè)備之一。在嵌入式系統(tǒng)中，通 常都將數(shù)據(jù)區(qū)和堆棧區(qū)放在 RAM 中，供快速的讀寫(xiě)。 常用的 RAM 分為 SRAM（靜態(tài) RAM）的 DRAM（動(dòng)態(tài) RAM）兩種類(lèi)型，以下將介紹這兩種 RAM 的區(qū)別， 并著重介紹“同步動(dòng)態(tài) RAM （ SDRAM） ”器件。 Black fin 芯片本身提供了與 DRAM 和 SDRAM 進(jìn)行直接接口的解決方案，因此不需要通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)它們所需的接口時(shí)序，而只 需對(duì)存儲(chǔ)器控制器相關(guān)的寄存器進(jìn)行適當(dāng)配置。這個(gè)配置工作一般在初始化代碼中完成。 如何將系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)區(qū)定位在 SDRAM 的地址范圍內(nèi)呢？這個(gè)工作通過(guò)修改連接器描述文件 （ .LDF）完成，有關(guān)詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參考《 Black fin 處理器 LDF 文件指南》 。在 Black fin 開(kāi)發(fā)系統(tǒng) 上， SDRAM 的地址范圍為 0x0000,0000～ 0x07FF,FFFF。 待配置完連接器描述文件后，不需要通過(guò)任何特殊的程序或語(yǔ)句來(lái)操作 SDRAM，處理器將自 動(dòng)產(chǎn)生讀寫(xiě)、刷新 SDRAM 的時(shí)序。 Ｆ lash存儲(chǔ)器 本系統(tǒng)中， Flash存儲(chǔ)器主要用于存儲(chǔ) Uboot、 Linux內(nèi)核及文件系統(tǒng)。常見(jiàn)的 Flash存儲(chǔ)器有 NOR Flash和 NAND Flash，兩種 Flash各有優(yōu)缺點(diǎn)。本系統(tǒng)選用了采用 SAMSUNG K9F1208芯片構(gòu)成 64M NAND FLASH。 K9F1208UOM的數(shù)據(jù)總線(xiàn)與 S3C2410的數(shù)據(jù)口 DATA相連；WP為寫(xiě)保護(hù)，進(jìn)行調(diào)試時(shí)通過(guò)上拉電阻接高電平，不使它寫(xiě)保護(hù)；調(diào)試完成，通過(guò)接地進(jìn)行寫(xiě)保護(hù)。其余控制引腳在 S3C2410中有相應(yīng)的引腳和控制寄存器，所以連接比較簡(jiǎn)單。 攝像頭 攝像頭 (CAMERA)又稱(chēng)為電腦相機(jī)， 電腦眼 等，是一種視頻 輸入設(shè)備 ，被廣泛的運(yùn)用于視頻會(huì)議 ，遠(yuǎn)程醫(yī)療及 實(shí)時(shí)監(jiān)控 等方面。普通的人也可以彼此通過(guò)攝像頭在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有影像、有聲音的交談和溝通。另外，人們還可以將其用于當(dāng)前各種流行的數(shù)碼影像，影音處理。 攝像頭分為 數(shù)字 攝像頭和模擬攝像頭兩大類(lèi)。數(shù)字?jǐn)z像頭可以將 視頻采集 設(shè)備產(chǎn)生的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號(hào) ，進(jìn)而將其 儲(chǔ)存在 計(jì)算機(jī) 里。模擬攝像頭捕捉到的視頻信號(hào)必須經(jīng)過(guò) 。 特定的視頻捕捉卡將 模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換成數(shù)字模式，并加以壓縮后才可以轉(zhuǎn)換到計(jì)算機(jī)上運(yùn)用。數(shù)字?jǐn)z像頭可以直接捕捉影像，然后通過(guò)串、并口或者 USB 接口 傳到計(jì)算機(jī)里。現(xiàn)在電腦市場(chǎng)上的攝像頭基本以數(shù)字?jǐn)z像頭為主，而數(shù)字?jǐn)z像頭中又以使用新型 數(shù)據(jù)傳輸接口 的 USB 數(shù)字?jǐn)z像頭為主，目前市場(chǎng)上可見(jiàn)的大部分都是這種產(chǎn)品。除此之外還有一種與視頻采集卡 配合使用的產(chǎn)品，但目前還不是主流。由于個(gè)人電腦的迅速普及，模擬攝像頭的整體成本較高等原因， USB 接口的傳輸速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于串口、并口的速度，因此現(xiàn)在市場(chǎng)熱點(diǎn)主要是 USB接口的數(shù)字?jǐn)z像頭。以下主要是指 USB接口的數(shù)字?jǐn)z像頭。 如圖 33 9 圖像解析度 /分辨率 (Resolution) 圖 33 攝像頭 自動(dòng)白平衡 調(diào)整 (AWB) 定義：要求在不同 色溫 環(huán)境下，照白色的物體，屏幕中的圖像應(yīng)也是白色的。色溫表示光譜成份，光的顏色。色溫低表示長(zhǎng)波光成分多。當(dāng)色溫改變時(shí)， 光源 中三基色 (紅、綠、藍(lán) )的比例會(huì)發(fā)生變化，需要調(diào)節(jié)三基色的比例來(lái)達(dá)到彩色的平衡，這就是 白平衡調(diào)節(jié) 的實(shí)際。 圖像壓縮 方式 JPEG：靜態(tài)圖像 壓縮 方式。一種有損圖像的壓縮方式。壓縮比越大，圖像質(zhì) 量也就越差。當(dāng)圖像精度要求不高存儲(chǔ)空間有限時(shí)，可以選擇這種格式。目前大部分?jǐn)?shù)碼相機(jī) 都使用 JPEG 格式。 彩色深度 (色彩 位數(shù) ) 反映對(duì)色彩的識(shí)別能力和成像的色彩表現(xiàn)能力，實(shí)際就是 A/D 轉(zhuǎn)換器 的量化精度，是指將信號(hào)分成多少個(gè)等級(jí)。常用色彩位數(shù) (bit)表示。彩色深度越高，獲得的影像色彩就越艷麗動(dòng)人。現(xiàn)在市場(chǎng)上的攝像頭均已達(dá)到 24 位，有的甚至是 32 位 圖像噪音 指的是圖像中的雜點(diǎn)干擾。表現(xiàn)為圖像中有固定的彩色雜點(diǎn)。 視角 與人的眼睛成像是相同原理，簡(jiǎn)單說(shuō)就是成 像范圍。 輸出 /輸入 接口 串行接口 (RS232/422):傳輸速率慢，為 115kbit/s 并行接口 (PP)：速率可以達(dá)到 1Mbit/s 紅外接口 (IrDA)：速率也是 115kbit/s，一般 筆記本電腦 有此接口 通用串行總線(xiàn) USB：即插即用的接口標(biāo)準(zhǔn)，支持 熱插拔 。 速率可達(dá)12Mbit/s, 可達(dá) 480Mbit/s IEEE1394(火線(xiàn) )接口 :其傳輸速率可達(dá) 100M~400Mbit/s 10 第四章 嵌入式視頻服務(wù)器系統(tǒng)中操作系統(tǒng)的建立 交叉編譯環(huán)境的建立 由于嵌入式系統(tǒng)的資源有限，無(wú)法運(yùn)行一些大型的開(kāi)發(fā)程序，通常嵌入式程序的開(kāi)發(fā)都是在宿主機(jī) PC機(jī)上開(kāi)發(fā)，在 PC機(jī)上安裝交叉編譯器，寫(xiě)好程序之后，經(jīng)過(guò)交叉編譯器編譯成嵌入式系統(tǒng)可以運(yùn)行的軟件，然后通過(guò)串口或者網(wǎng)絡(luò)接口下載到嵌入式系統(tǒng) 目標(biāo)板。 本設(shè)計(jì)在宿主 PC 機(jī)上裝有 操作系統(tǒng)，需要在這個(gè)系統(tǒng)中建立新的交叉編譯工具。首先從 的 FTP 上下載交叉編譯工具的源代碼包 。把開(kāi)發(fā)包放到虛擬光驅(qū)，執(zhí)行如下命令： mount /dev/cdrom /mnt 若系統(tǒng)不識(shí)別 /dev/cdrom 的話(huà)，可以用如下命令，假設(shè) CDROM 為從盤(pán)，即為 /dev/hdb，則： mount – t iso9660 /dev/hdb /mnt（首先把軟件包掛在到目標(biāo)系 統(tǒng)目錄下面） cd /mnt （跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)目錄 mnt 目錄下面） 此時(shí)在系統(tǒng) mnt 目錄下已經(jīng)存在軟件包并且已經(jīng)有安裝腳本文件 執(zhí)行如下命令進(jìn)行安裝 ./ (運(yùn)行