【正文】 業(yè) 電子信息工程 摘 要 隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人對安全防范意識的逐漸加強(qiáng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為人們在生產(chǎn)、生活中必不可少的一個(gè)部分。特別是近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、寬帶的普及、圖像處理技術(shù)的提高，視頻監(jiān)控在越來越廣泛地滲透到教育、娛樂、醫(yī)療、運(yùn)動(dòng)等各個(gè)領(lǐng)域。許多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ谝曨l監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高更新的要求，如何經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn)特定環(huán)境所需的監(jiān)控功能，給我們提出了新的課題。文章結(jié)合嵌入式技術(shù)、圖像壓縮技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于嵌入式的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)采用三星公司的$3C2410A作為嵌入式處理器，配合外圍硬件電路構(gòu)成嵌入式核心板。在論文中對各個(gè)部分進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。最后在基于嵌入式Linux系統(tǒng)的平臺上完成應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，完成視頻圖像的采集、壓縮、傳輸，這部分主要完成的工作有：如何使用Vide04Linux API庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖像采集；如何實(shí)現(xiàn)視頻的軟件壓縮；如何保證視頻流數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。該系統(tǒng)可滿足監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸可靠性和實(shí)時(shí)性的要求，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。在人的感官中有80%是來自是覺[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的提高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)以其直觀、方便和信息內(nèi)容豐富的特點(diǎn)，日益受到人們的青睞，并在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。電訊行業(yè)有基站監(jiān)控，銀行系統(tǒng)又柜員機(jī)監(jiān)控，林業(yè)部門有火情監(jiān)控，交通方面有違章監(jiān)控和流量監(jiān)控等。它所強(qiáng)調(diào)的是：隱藏計(jì)算機(jī)的常見形式，輔助寄宿主設(shè)備，使宿主設(shè)備的功能智能化。嵌入式系統(tǒng)有如下共同點(diǎn)：(1)功能專一：專門為某一特定應(yīng)用系統(tǒng)而設(shè)計(jì)；(2)結(jié)構(gòu)緊湊：嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)必須特別的緊湊，從而達(dá)到小體積，高性能，低成本，低功耗；(3)智能靈活及實(shí)時(shí)性：要對不同的情況做出不同的反應(yīng)，同時(shí)必須實(shí)時(shí)地 給出計(jì)算的結(jié)果并進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。在做嵌入式設(shè)計(jì)的時(shí)候要根據(jù)不同的性能需求設(shè)計(jì)不同的底層硬件。它為應(yīng)用程序提供了一個(gè)軟件平臺。(3)嵌入式應(yīng)用程序運(yùn)用程序運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上，利用操作系統(tǒng)提供的機(jī)制完成特定功能的嵌入式應(yīng)用。 課題背景 課題來源于電梯網(wǎng)絡(luò)視屏監(jiān)控系統(tǒng)，電梯網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)由位于控制柜中的服務(wù)器、客戶端組成，實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有視頻采集壓縮及傳輸功能的可以直接接入以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)基本過程是：電梯發(fā)生故障時(shí)，維護(hù)人員在客戶端上撥號接通服務(wù)器，由于服務(wù)器實(shí)時(shí)采集電梯內(nèi)的視頻圖像，并通過以太網(wǎng)傳送給客戶端，維護(hù)人員可以通過監(jiān)控客戶端來實(shí)現(xiàn)電梯內(nèi)的監(jiān)控。 （1）圖像信號的采集與壓縮 通過伸向頭采集視頻數(shù)據(jù)后，再進(jìn)行視頻圖像壓縮。MJPEG視頻壓縮方式對視頻數(shù)據(jù)信號采用幀內(nèi)壓縮，而不進(jìn)行幀間壓縮，容易實(shí)現(xiàn)，成本較低[6]。/IP協(xié)議，因此，可以采用socket編程建立一個(gè)基于TCP/IP的嵌入式視頻服務(wù)器。 第二章：提出了本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，介紹了S3C6410的體系結(jié)構(gòu)。 第四章：簡單介紹了基于V4L的視頻采集程序以及圖像壓縮理論 第五章：視屏傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)。 第六章：對本文的工作進(jìn)行總結(jié)，并提出展望。該系統(tǒng)采用基于ARM11的S3C6410X微處理器，通過在處理器上運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)，構(gòu)建嵌入式服務(wù)器，接受來自攝像頭的視頻流，再進(jìn)行壓縮編碼，再傳送實(shí)現(xiàn)監(jiān)控[7]。 　　ARM處理器是一個(gè)32位元精簡指令集(RISC)處理器架構(gòu),其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)?！〈罅渴褂眉拇嫫鳎噶顖?zhí)行速度更快； 　　大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成； 　　尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高； 　　 S3C6410體系結(jié)構(gòu) S3C64xx系列的應(yīng)用處理器芯片是三星主推的，三星目前推出了S3C6400和S3C6410，都是基于ARM11架構(gòu)的，而且硬件管腳兼容，應(yīng)該說大致的功能基本相同，比較明顯的區(qū)別就是S3C6410帶有2D/3D硬件加速[9]。目前存在著許多不同的Linux,但它們都使用了Linux內(nèi)核。Linux是一個(gè)領(lǐng)先的操作系統(tǒng)，世界上運(yùn)算最快的10臺超級計(jì)算機(jī)運(yùn)行的都是Linux操作系統(tǒng)。Linux得名于計(jì)算機(jī)業(yè)余愛好者Linus Torvalds。此外Linux還是一種嵌入式操作系統(tǒng)，可以運(yùn)行在掌上電腦、機(jī)頂盒或游戲機(jī)上。同時(shí)Linux也支持多處理器技術(shù)。ARM技術(shù)和Linux成功的結(jié)合充分滿足了各類應(yīng)用對嵌入式平臺高性能、低功耗和低價(jià)格的要求，通過開發(fā)環(huán)境、開源社區(qū)和ARM的商業(yè)伙伴的有時(shí)為嵌入式開發(fā)停工了靈活的選擇[11]。編譯時(shí)在宿主機(jī)上進(jìn)行的，執(zhí)行是在目標(biāo)機(jī)，及嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺。本系統(tǒng)采用基于ARM11的S3C6410，可以使用常用的ARM交叉編譯器，要成功構(gòu)建完整的交叉編譯環(huán)境，余姚在宿主機(jī)上創(chuàng)建一系列的工具，包括C/C++編譯器、匯編器、連接器、嵌入式系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)C庫和GDB代碼調(diào)試器，成功建立好后便可以用這些工具進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)了[16]。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(gè)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。比如在一個(gè)基于ARM7TDMI core的嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)在上電或復(fù)位時(shí)通常都從地址0x00000000處開始執(zhí)行，而在這個(gè)地址處安排的通常就是系統(tǒng)的BootLoader程序。一個(gè)嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件的角度看通常可以分為四個(gè)層次[12]： 　　 引導(dǎo)加載程序。 　　 Lniuxn內(nèi)核。 　　 文件系統(tǒng)。通常用ramdisk來作為rootfs。特定于用戶的應(yīng)用程序。常用的嵌入式GUI有：MicroWindows和MiniGUI等。PC機(jī)中的引導(dǎo)加載程序由BIOS(其本質(zhì)就是一段固件程序)和位于硬盤MBR中的OS BootLoader（比如，LILO和GRUB等）一起組成。BootLoader的主要運(yùn)行任務(wù)就是將內(nèi)核映象從硬盤上讀到 RAM 中，然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的入口點(diǎn)去運(yùn)行，也即開始啟動(dòng)操作系統(tǒng)。因此，在嵌入式世界里建立一個(gè)通用的BootLoader幾乎是不可能的。Boorloader的實(shí)現(xiàn)以來與CPU的體系結(jié)構(gòu)，一般來說啟動(dòng)過程分為兩個(gè)階段[13]:第一階段以來于CPU的體系結(jié)構(gòu)大代碼，比如設(shè)備初始化代碼等。這個(gè)階段的主要任務(wù)有：（1）初始化本階段要使用的硬件設(shè)備（2） 檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射（3）將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)從FLASH讀到RAM中（4）為內(nèi)核設(shè)置啟動(dòng)參數(shù) Linux平臺下mjpgstreamer移植 本系統(tǒng)選用嵌入式Linux作為目標(biāo)機(jī)操作系統(tǒng)，一方面由于Linux是一款免費(fèi)的操作系統(tǒng)，能很好的見底成本，同時(shí)Linux的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)在應(yīng)經(jīng)成為熱門，有大量的資源可供學(xué)習(xí)與使用，并且Linux系統(tǒng)具有良好的可移植性和可裁剪性，能自動(dòng)支持多任務(wù)管理。根目錄下面只需要修改Makefile文件，該文件主要任務(wù)是產(chǎn)生vmLinux文件盒內(nèi)核模塊，對該文件的修改主要是設(shè)置目標(biāo)平臺和制定交叉編譯器[14]在 /opt/mini6410 目錄下創(chuàng)建目錄 webcamera 來作為我們本次移植工作的工作目錄，輸入以下命令創(chuàng)建： mkdir – p /opt/mini6410/webcamera 進(jìn)入webcamera 目錄下，通過