【文章內(nèi)容簡介】 4 第 二 章 視頻監(jiān)控 系統(tǒng)設(shè)計 本系統(tǒng)由監(jiān)控現(xiàn)場攝像頭、嵌入式視頻服務(wù)器、客戶端三部分組成。監(jiān)控現(xiàn)場的攝像頭實現(xiàn)圖像的采集，并把采集的圖像信息通過內(nèi)部總線傳送給嵌入式視頻服務(wù)器。嵌入式遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個基于 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)，它的主要功能是對攝像頭采集到的圖像進行 JPEG 壓縮編碼，并對編碼后的圖像通過 Inter 進行傳輸。客戶端主要完成圖像的接收和解壓縮，用 戶可以通過 WEB 瀏覽器訪問嵌入式視頻服務(wù)器來觀看攝像頭采集到的圖像，從而實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控。嵌入式遠程視頻監(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 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計主要包括：硬件電路設(shè)計，嵌入式操作系統(tǒng)經(jīng)裁剪移植到硬件開發(fā)平臺，嵌入式 Boa服務(wù)器的建立；視頻采集模塊的編寫，利用 JPEG壓縮算法進行視頻編碼；最后編寫客戶端程序。系統(tǒng)的總體設(shè)計流程如圖 22 所示。 客戶端 嵌入式視頻服務(wù)器 監(jiān)控現(xiàn)場攝像頭 監(jiān)控現(xiàn)場攝像頭 5 圖 22 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計流程圖 設(shè)計流程 硬件裁剪設(shè)計 操作系統(tǒng)的移植 設(shè)備驅(qū)動修改與編譯 建立嵌入式 Boa服務(wù)器 編寫視頻采集模塊 編寫視頻編碼模塊 編寫客戶端程序 6 第三章 監(jiān)控 系統(tǒng)硬件 設(shè)計 硬件組成 嵌入式系統(tǒng)是軟硬件可以裁剪的，功能專一，功耗低的專用計算機系統(tǒng)，由于嵌入式系統(tǒng)價格低廉，功能強大，攜帶方便等優(yōu)點，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)的開發(fā)中分為硬件開發(fā)和軟件開發(fā)兩部分，其中硬件是軟件的載體，沒有硬件的支持軟件沒辦法運行，只有搭建好了硬件系統(tǒng)，才能進行軟件系統(tǒng)的開發(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)計方案，主要包括以下幾個模塊：主控制器模塊、儲存電路模塊、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)備和一般類型應(yīng)用提供了低價格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。為降低整個系統(tǒng)的成本， S3C2410提供了以下豐富的內(nèi)部設(shè)備：分開的 16KB的指令 Cache和 16KB數(shù)據(jù) Cache， MMU虛擬存 儲器管理，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定時器， T／ O端口， RTC， 8通道 10位 ADC和觸摸屏接口， IICBUS接口， USB主機， USB設(shè)備， 2通道的 SPI以及內(nèi)部 PLL時鐘倍頻器。 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)宏單元和存儲器單元。 它的低功耗、精簡和出色的全靜態(tài)設(shè)計特別適用于對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)新型總線結(jié)構(gòu)。S3C2410的顯著特性是它的 CPU核心，是一個由 Advanced RISC Machines(ARM)有限公司設(shè)計的 16／ 32位 ARM920T RISC處理器。 ARM920T實現(xiàn)了 MMU， AMBA BUS和 Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨立的 16KB指令 Cache和 16KB數(shù)據(jù) Cache， 每個都是由 8字長的行 (1ine)構(gòu)成。通過提供一系列完整的系統(tǒng)外圍設(shè)備， S3C2410大大減少了整個系統(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存儲器 隨機存取存儲器 RAM（ Random Access Memory）是易失性的存儲器，在掉電以后數(shù)據(jù)即消失， 不能夠長久保存。但與 ROM 器件不同的是，它的隨機讀寫速度非?？?，寫入數(shù)據(jù)之前也不需 要進行擦除，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。 常用的 RAM 分為 SRAM（靜態(tài) RAM）的 DRAM（動態(tài) RAM）兩種類型，以下將介紹這兩種 RAM 的區(qū)別， 并著重介紹“同步動態(tài) RAM （ SDRAM） ”器件。 Black fin 芯片本身提供了與 DRAM 和 SDRAM 進行直接接口的解決方案，因此不需要通過編程來實現(xiàn)它們所需的接口時序，而只 需對存儲器控制器相關(guān)的寄存器進行適當(dāng)配置。這個配置工作一般在初始化代碼中完成。 如何將系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)區(qū)定位在 SDRAM 的地址范圍內(nèi)呢？這個工作通過修改連接器描述文件 （ .LDF）完成，有關(guān)詳細內(nèi)容請參考《 Black fin 處理器 LDF 文件指南》 。在 Black fin 開發(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，不需要通過任何特殊的程序或語句來操作 SDRAM，處理器將自 動產(chǎn)生讀寫、刷新 SDRAM 的時序。 Ｆ lash存儲器 本系統(tǒng)中， Flash存儲器主要用于存儲 Uboot、 Linux內(nèi)核及文件系統(tǒng)。常見的 Flash存儲器有 NOR Flash和 NAND Flash，兩種 Flash各有優(yōu)缺點。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)總線與 S3C2410的數(shù)據(jù)口 DATA相連；WP為寫保護，進行調(diào)試時通過上拉電阻接高電平，不使它寫保護；調(diào)試完成，通過接地進行寫保護。其余控制引腳在 S3C2410中有相應(yīng)的引腳和控制寄存器，所以連接比較簡單。 攝像頭 攝像頭 (CAMERA)又稱為電腦相機， 電腦眼 等，是一種視頻 輸入設(shè)備 ，被廣泛的運用于視頻會議 ，遠程醫(yī)療及 實時監(jiān)控 等方面。普通的人也可以彼此通過攝像頭在網(wǎng)絡(luò)進行有影像、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。數(shù)字?jǐn)z像頭可以將 視頻采集 設(shè)備產(chǎn)生的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號 ，進而將其 儲存在 計算機 里。模擬攝像頭捕捉到的視頻信號必須經(jīng)過 。 特定的視頻捕捉卡將 模擬信號 轉(zhuǎn)換成數(shù)字模式，并加以壓縮后才可以轉(zhuǎn)換到計算機上運用。數(shù)字?jǐn)z像頭可以直接捕捉影像，然后通過串、并口或者 USB 接口 傳到計算機里?，F(xiàn)在電腦市場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，目前市場上可見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 接口的傳輸速度遠遠高于串口、并口的速度，因此現(xiàn)在市場熱點主要是 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。色溫低表示長波光成分多。當(dāng)色溫改變時， 光源 中三基色 (紅、綠、藍 )的比例會發(fā)生變化，需要調(diào)節(jié)三基色的比例來達到彩色的平衡，這就是 白平衡調(diào)節(jié) 的實際。 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空間有限時，可以選擇這種格式。目前大部分?jǐn)?shù)碼相機 都使用 JPEG 格式。 彩色深度 (色彩 位數(shù) ) 反映對色彩的識別能力和成像的色彩表現(xiàn)能力，實際就是 A/D 轉(zhuǎn)換器 的量化精度，是指將信號分成多少個等級。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人?，F(xiàn)在市場上的攝像頭均已達到 24 位，有的甚至是 32 位 圖像噪音 指的是圖像中的雜點干擾。表現(xiàn)為圖像中有固定的彩色雜點。 視角 與人的眼睛成像是相同原理，簡單說就是成 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 USB：即插即用的接口標(biāo)準(zhǔn)，支持 熱插拔 。 速率可達12Mbit/s, 可達 480Mbit/s IEEE1394(火線 )接口 :其傳輸速率可達 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，無法運行一些大型的開發(fā)程序，通常嵌入式程序的開發(fā)都是在宿主機 PC機上開發(fā)，在 PC機上安裝交叉編譯器，寫好程序之后，經(jīng)過交叉編譯器編譯成嵌入式系統(tǒng)可以運行的軟件，然后通過串口或者網(wǎng)絡(luò)接口下載到嵌入式系統(tǒng) 目標(biāo)板。 本設(shè)計在宿主 PC 機上裝有 操作系統(tǒng)，需要在這個系統(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)不識別 /dev/cdrom 的話，可以用如下命令，假設(shè) CDROM 為從盤，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)行如下命令進行安裝 ./ (運行