【導(dǎo)讀】目前視頻監(jiān)控正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的視。首先從整體上分析了網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，給出了視頻服務(wù)。其次在ARM硬件平臺成功構(gòu)建了鋤nlin假嵌入式系統(tǒng)：包括引。導(dǎo)程序Bootloadcr的設(shè)計、修改配置Unux內(nèi)核以及制作／FFS2文件系統(tǒng)。的視頻采集工作，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了USB數(shù)碼攝像頭的驅(qū)動．在應(yīng)用程序開發(fā)過程中，研究了半像素快速搜索算法，從而減少了搜索點(diǎn)數(shù)提高了運(yùn)算速度。開源JR皿LIB庫實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)流的RTP傳送。整個設(shè)計都是在深圳旋極公司研制的默腿R．ARM硬件平臺上進(jìn)行的，做了有益的探索性嘗試，據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包。教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。本學(xué)位論文作者完全了解直昌太堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，本人授權(quán)直昌太堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)。學(xué)位論文作者簽名c掏：滬伽席一名。

　　

【正文】 USB接口上外接一個帶 USB口的數(shù)碼攝像頭． 圖 3． 2嵌入式視頻終端硬件框圖 1 在一般的 ARM開發(fā)板上都具備上述的硬件部件，本設(shè)計采用的是深圳旋 極歷通科技有限公司的 SUPERARM開發(fā)板．如圖 3． 3所示． 圈 3． 3 SUPERARM開發(fā)板實(shí)物圖 本開發(fā)板主要資源如下： 1． ARM處理器：采用三星公司的處理器 $3C2410X．該處理器是一款基 第 3章嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計 于 ARM920T內(nèi)核的 16／ 32位 RISC嵌入式微處理器，主頻高達(dá) 203MHz，帶 MMU(內(nèi)存管理單元 )，片上資源豐富，性價比高。主要是面向手持設(shè)備以及 高性價比、低功耗的應(yīng)用。 2．存儲器 (可擴(kuò)展 )： 4M Flash、 64M NandFlash及 “M SDl認(rèn) M ? 3．其他資源： ① 主／從 USB接口 ⑥ J1AG調(diào)試接口 ② RS232接口兩個 ⑦Ⅱ c ③ 多功能 I， o擴(kuò)展接口 ⑥ 總線擴(kuò)展接口 3個 ④ 外中斷輸入 @tlS及音頻輸入糯出接口 ⑤ u=D／觸摸屏接口 ⑩ 以太網(wǎng)口 本文采用網(wǎng)眼公司的v3∞ 0113l攝像頭。該攝像頭采用了 OmniV39。Lsion公司生 產(chǎn)的 OV511+[14l芯片。信源的獲取采用 USB接口方式，硬件電路簡潔高效 。 3． 3嵌入式視頻服務(wù)器軟件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)軟件是在 Linux基礎(chǔ)之上構(gòu)建的，內(nèi)核采用的是 Linux2． 4． 18，文件系 統(tǒng)是針對 flash的無緩沖機(jī)制的 JFFS2文件系統(tǒng)，文件系統(tǒng)中包含應(yīng)用程序、模 塊、配置文件和庫等．應(yīng)用程序包括：視頻信號的采集、壓縮編碼和網(wǎng)絡(luò)傳輸 等．系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖 3． 4所示。 應(yīng)用程序 (采集，壓縮、傳輸 ) J盯 s2文件系統(tǒng) ’ 攝像頭驅(qū)動 Linux內(nèi)核 BootLoader(ubooO 一 圖 3． 4嵌入式視頻終端軟件架構(gòu)圖 系統(tǒng)的工作原理是：將攝像頭采集到的 視頻圖像數(shù)據(jù)放入存儲器緩沖區(qū)中， 保存成文件的形式，或者運(yùn)行移植到平臺上的圖像壓縮處理程序?qū)彌_的圖像 數(shù)據(jù)直接進(jìn)行相關(guān)處理再保存成文件的形式，文件可存儲在 FLASH存儲器 (因 第 3章嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計 為在 FLASH中可建立 JFFS2文件系統(tǒng) )中等待遠(yuǎn)程主機(jī)以后的訪闖，也可通過 CS8900A擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)接口將圖像數(shù)據(jù)直接發(fā)送到遠(yuǎn)程主機(jī)上．遠(yuǎn)端主機(jī)收到文 件后可解壓顯示，同時也可通過網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程控制． 3． 4在 ARM處理器上實(shí)現(xiàn) MPEG4壓縮編碼 3． 4． 1 MPEG4在嵌入式系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)方法 1． MPEG一 4編碼芯片 目前， MPEG4在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用主要是專用的MPE04編碼芯片，其用 法和 MPEG M陀 C砣、 lI． 263的編碼芯片類似。國外已經(jīng)有很多公司開發(fā)出 了這類芯片，如 wls公司推出的 wISG07007，飛利浦公司的 trime塒 ia等，而 在國內(nèi) ，只有漢唐科技等極少數(shù)的公司真正掌握了 MPBG4編解碼技術(shù)． MPEG4編碼芯片以下的幾個缺點(diǎn)使其在現(xiàn)階段還不能得到廣泛的應(yīng)用。 (1)價格高。由于 MPEG4的編碼技術(shù)還處于發(fā)展階段，其算法本身及相應(yīng) 的固化技術(shù)都還不夠成熟，因此 MPEG4編碼芯片的價格比較昂貴。 (2)性能一般．目前大多國內(nèi)廠商推出的 MPEG4的編碼芯片所采用的并不 是真正意義上的 MPEG4編碼。在性能上和應(yīng)用比較廣泛的 H． 26 I1． 263+相 近，沒有什么優(yōu)勢． (3)沒有可控性和交互性．由于多對象編碼需要進(jìn)行圖像識別和分割 ，這是 專用芯片很難完成的，所以 MPE04的編碼芯片基本都只能實(shí)現(xiàn) MPEG4視頻 流的 VLBV(Very Low Bitr舭 Video)部分的功能，沒有可控性和交互性。 (4)可擴(kuò)展性差．硬件實(shí)現(xiàn) MPEG4編碼由于其算法固化在芯片中，這就使 得無法對算法進(jìn)行方便的修改優(yōu)化，在有新的算法模塊出現(xiàn)時，也無法加入， 可擴(kuò)展性差． 還有一種 MPEG4在嵌入式系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)方法，那就是在嵌入式的軟件平 臺上直接開發(fā) MPEG4編碼． 一 2． MPEG4在嵌入式系統(tǒng)上的軟件實(shí)現(xiàn) 雖然 MPEG4算法復(fù)雜，但是對其作 適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，在嵌入式系統(tǒng)上用軟件 直接實(shí)現(xiàn)加陀 G_4編碼，不失為一種較好的選擇． 第 3章嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計 3． 4． 2針對嵌入式系統(tǒng)的 MPEG4編碼優(yōu)化方法 1．以效果換取效率。以 XviD為例，如上所述， Xvid在改善圖像質(zhì)量和增 強(qiáng)編碼效率兩方面都下了很大的功夫。但以某些監(jiān)控領(lǐng)域來說，圖像質(zhì) 量并不 要求達(dá)到 DVD的效果，這樣我們可以以犧牲圖像質(zhì)量為代價，去掉 XviD的某 些功能，減少運(yùn)算量，來換取幀率的提高。 2．結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化。無論是 DivX還是 Xvid，當(dāng)初設(shè)計的時候都是針對 PC 機(jī)的 X86芯片的，現(xiàn)在換到嵌入式系統(tǒng)時，就需要結(jié)合的嵌入式芯片的指令級 及結(jié)構(gòu)對源碼的設(shè)計做出結(jié)構(gòu)上的調(diào)整。比如說，我們現(xiàn)在選用的是 RISC芯 片，這類芯片不支持 MMX指令，對條件指令的處理速度也很慢。 3．算法上的優(yōu)化。算法優(yōu)化是 MPEG4視頻編碼軟件優(yōu)化的關(guān)鍵，它在視 頻信息處理領(lǐng)域主要表現(xiàn)在兩個方面：一是降低 編碼計算復(fù)雜度，二是提高視 頻質(zhì)量。有時采用的算法不同，計算復(fù)雜度和編碼性能差別會很大，這兩者是 相互制約的。提高編碼速度往往可能引起視頻圖像質(zhì)量下降，性能降低。在處 理器資源有限的情況下，尋求復(fù)雜度與編解碼性能的最佳折中是視頻信息處理 軟件優(yōu)化最主要的方向。對運(yùn)算復(fù)雜度和編碼性能的優(yōu)化進(jìn)行衡量，取得折中 的效果，而不是效果最佳的算法，是視頻處理軟件優(yōu)化的重心。算法優(yōu)化主要 是對運(yùn)動矢量搜索、 Dcr變換等算法進(jìn)行改進(jìn)以提高編碼速度和編碼質(zhì)量【堋． 第 4章嵌入式視頻服務(wù)器系統(tǒng)軟件設(shè)計 第 4章嵌入式視頻服務(wù)器系統(tǒng)軟件設(shè)計 4． 1嵌入式開發(fā)環(huán)境的創(chuàng)建 4． 1． 1建立交叉編譯環(huán)境 首先 PC上必須安裝 RedHat 9． O選擇 FULL安裝．將旋極公司提供的光盤 中 LINUX目錄下的 YF2410． tar． gz拷貝到根目錄下 tar zxvfYF2410． tar． gz cd／ YF2410 執(zhí)行腳本文件 ．／ YFINSTALL,sh 腳本文件執(zhí)行完后，編譯開發(fā)環(huán)境就安裝成功了 為了方便使用 armlinuxgce編譯系統(tǒng)，我們修改．／ etcYpmftle文件 找到 pathmunge／ usr／ local／ sbin 在其下面添加一行 pathmunge／ usr／ local／ arm／ 2． 95． 3／ bin 4． 1． 2配置系統(tǒng)服務(wù) 1．配置 1FrP服務(wù)器 椰協(xié)議是簡單的文件傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)簡單，使用方便，正好適合開發(fā)板 Bootloader使用． 一般 Linux系統(tǒng)靜自帶有仰服務(wù)，可以通過如下操作來開啟該服 務(wù)． 以超級用戶運(yùn)行 setup，在 [system service]里面選擇 tftp，并去掉 iptabtes 和 ipchairs兩項(xiàng)。然后選擇 firewaU configuration，選中 no firewatl．退出 setup， 然后重起 xid服務(wù)： ／ etcYinit． d／ xid restart 或 Service xid restart即可． 第 4章嵌入式視頻服務(wù)器系統(tǒng)軟件設(shè)計 注意，根目錄下面必須要有 mpboot這個目錄，如果沒有，可以手動建一 個?；蛘撸猿売脩艟庉?， e吲妯 cld．撇 p文件，設(shè)置如下： s暇 vicetflp { disable=130 socket_type=dgmm protocol=udp wait2yes user=root setver=／ usr／ sbin／ in． mpd server args=s／ tftpbootc per_source=ll cps==1002 ) 其中， disable是指關(guān)閉還是打開 tap服務(wù)，如果要打開服務(wù)，設(shè)置 disable= ∞ ； SeI39。ver指定服務(wù)器程序?yàn)?Atsr／ sbinfm． tftpd． server．． args則指定輸出文件的根 目錄茭 J／ tapboot，文件必須放到／ tt!tpboot目錄下才能被輸出 修改配置以后，還需執(zhí)行下列命令使 xid重新啟動仃 IP服務(wù)。 $／ etc／ init． d／ xid restart 2．配置 NFS服務(wù)器 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) (NFs)是一種在網(wǎng)絡(luò)上的機(jī)器問共享文件的方法，文件就如同 位于客戶的本地硬盤驅(qū)動器上一樣。在嵌入式 Linux的移植過程中， NFS服務(wù) 主要用于目標(biāo)系統(tǒng)和主機(jī)系統(tǒng)共享相同的文件目錄，這樣，主機(jī)系統(tǒng)就可以通 過 NFS服務(wù)來向目標(biāo)系統(tǒng)提供一個根文件系統(tǒng)，以供目標(biāo)系統(tǒng)無盤啟動。 一般 Linux都自帶 NFS服務(wù)，可以通過如下操作開啟。 以超級用戶運(yùn)行setup，在 [system service]：里面選擇 n豇，退出 setup，然后 編輯／ ctc／ cxports文件，添加如下代碼： ／ home／ wch／ app 222． 204． 23． +(rw,sync,no_root_squash) 其 OP／ home／ wcWapp表示主機(jī)的共享目錄； 222． 204． 23．。表示目標(biāo)機(jī)有效的 ip地址范圍； 13v表示具有可擦寫的權(quán)限； sync表示文件同步寫入到內(nèi)存和硬盤 中； no_root_squash表示如果登陸共享目錄的使用者是 root的話，那么他對于 28 第 4章嵌入式視頻服務(wù)器系統(tǒng)軟件設(shè)計 這個目錄具有 root的權(quán)限。 然后在 shell下執(zhí)行下面命令來啟動 nfs服務(wù)。 ／ etc／ init． d／ nfs restart或 service nfs gee39。tart 可以通過如下方法簡單測試一下 NFS是否配置好： Pc機(jī)自身 mount，看 是否成功就可以判斷 NFS是否配置好。例如在 PC機(jī)的根目錄下執(zhí)行： (假定 PC機(jī)的 m是 222． 204． 23． 126) mount 222． 204． 23． 126：／ rant 然后查看／ mnt目錄下是否為所指定的口的機(jī)器下的所有文件和目錄，如果 是則說明 mount成功， NFS配置成功【 l‘1 ． 4． 2 BootLoader的設(shè)計 4． 2． 1 BootLoader介紹 1．基本概念 簡單的說， Bootloader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一小段程序． 通過這段小程序，完成硬件設(shè)備的初始化、建立內(nèi)存空間的映射圖等工作，從 而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的確定狀態(tài)，以便最終為操作系統(tǒng)內(nèi)核的 加載準(zhǔn)備正 確的環(huán)境． Bootloader是嚴(yán)格地依賴于硬件環(huán)境實(shí)現(xiàn)的，特別是在 嵌入式系統(tǒng)中． 每種不同的 CPU體系結(jié)構(gòu)都有不同的 Bootloader，但有些 Bootloader也支 持多種體系結(jié)構(gòu)的 CPU。除了依賴于 CPU的體系結(jié)構(gòu)外， Bootloader實(shí)際上也 依賴于具體的嵌入式板級設(shè)備的配置。這也就說，對于兩塊不同的嵌入式系統(tǒng) 扳而言，即使他們是基于同一種 CI39。U而構(gòu)建的，要想讓運(yùn)行在一塊板子上的 Bootloader程序也能運(yùn)行在另一塊板子上，通常都需要修改源程序． 2． Bootloader的安裝媒介 系統(tǒng) 上電或者復(fù)位后，所有的 CPU通常都從某個由 CPU制造商預(yù)先安捧 的地址上讀取指令．比如，基于 ARMTrDMI內(nèi)核的 CI39。U在復(fù)位后通常都從地 址 0x00000000取它的第一條指令．而基于 a， U構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)通常都有某 種類型的固態(tài)存儲器 (如 ROM， EEPROM或者 FLASH等 )被映射到這個預(yù)先 安捧的地址上，因此在系統(tǒng)上電／復(fù)位后。 a， U將首先執(zhí)行 Bootloader程序．下 第 4章嵌入式視頻服務(wù)器系統(tǒng)軟件設(shè)計 圖就是一個裝有 Bootloader、內(nèi)核映像、文件系統(tǒng)的固態(tài)存儲器的典型空間分 配結(jié)構(gòu)圖如圖 4． 1。 圖 4． 1固態(tài)存儲器空問分配圖 3． Bootloader的操作模式 ● 啟動加載模式