【正文】 圖像處理技術(shù)的提高，視頻監(jiān)控在越來(lái)越廣 泛地滲透到教育、娛樂(lè)、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(duì) 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(tái) 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(kù)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(mǎn) 足監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)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(lái)自是覺(jué) [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(mén)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(jiàn)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(zhuān)一：專(zhuān)門(mén)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(duì)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(tái)。 4 (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(lái)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(hù)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(guò)程是 ：電梯發(fā)生故障時(shí)，維護(hù)人員在客戶(hù)端上撥號(hào)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(guò)以太網(wǎng)傳送給客戶(hù)端，維護(hù)人員可以通過(guò)監(jiān)控客戶(hù)端來(lái)實(shí)現(xiàn)電梯內(nèi)的監(jiān)控。 （ 1）圖像信號(hào)的采集與壓縮 通過(guò)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(duì)視頻數(shù)據(jù)信號(hào)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(jiǎn)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)。 5 第六章：對(duì)本文的工作進(jìn)行總結(jié)，并提出展望。整體結(jié)構(gòu)如圖 所示。 ARM 處理器簡(jiǎn)介 ARM（ Advanced RISC Machines），既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)微處理器的通稱(chēng)，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。 ARM 處理器具有以下特點(diǎn) [8]： 體積小、低功耗、低成本、高性能； 支持 Thumb（ 16 位） /ARM（ 32 位）雙指令集 ,兼容性好。 S3C6410是一個(gè)強(qiáng)大的應(yīng)用處理器，該芯片架構(gòu)如圖 ： 7 3. 嵌入式系統(tǒng)軟件平臺(tái) Linux 操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介 Linux 是一種自由和開(kāi)放源碼的類(lèi) Unix 操作系統(tǒng)。 Linux 可安裝在各種計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備中，從手機(jī)、平板電腦、路由器和視頻游戲控制臺(tái)，到臺(tái)式計(jì)算機(jī)、大型機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)。嚴(yán)格來(lái)講， Linux 這個(gè)詞本身只表示 Linux 內(nèi)核，但實(shí)際上人們已經(jīng)習(xí)慣了用 Linux 來(lái)形容整個(gè)基于 Linux 內(nèi)核，并且使用 GNU 工程各種工具和數(shù)據(jù)庫(kù)的操作系統(tǒng)。 [10] Linux 可以運(yùn)行在多種硬件平臺(tái)上，如具有 x8 680x0、 SPARC、 Alpha 等處理器的平臺(tái)。 2020 年 1 月份發(fā)布的 Linux 版內(nèi)核已經(jīng)能夠完全支持 Intel 64位芯片架構(gòu)。多個(gè)處理器同時(shí)工作，使系統(tǒng)性能大大提高。 交叉編譯環(huán)境的建立 通常嵌入式系統(tǒng)的軟件編譯和執(zhí)行是兩個(gè)不同平臺(tái)上進(jìn)行的。一般是在宿主機(jī)通過(guò)跨平臺(tái)交叉編譯器把源文件編譯成目標(biāo)平臺(tái)可執(zhí)行的文件在通過(guò)串口、并口或者網(wǎng)絡(luò)下載至目標(biāo)憑條的 FLASH 或者其他存儲(chǔ)介質(zhì)，然后由目標(biāo)機(jī)來(lái)運(yùn)行這些軟件。 8 嵌入式 Linux 移植 BootLoader 是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序。在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒(méi)有像 BIOS 那樣的固件程序（注，有的嵌入式 CPU 也會(huì)內(nèi)嵌一段短小的啟動(dòng)程序），因此整個(gè)系統(tǒng)的加載啟動(dòng)任務(wù) 就完全由 BootLoader 來(lái)完成。 專(zhuān)用的嵌入式板子運(yùn)行 GNU/Linux 系統(tǒng)已經(jīng)變得越來(lái)越流行。包括固化在 固件 (firmware)中的 boot 代碼 (可選 )，和BootLoader 兩大部分。特定于嵌入式板子的定制內(nèi)核 以及內(nèi)核的啟動(dòng)參數(shù)。包括根文件系統(tǒng)和建立于 Flash 內(nèi)存 設(shè)備之上文件系統(tǒng)。 用戶(hù) 應(yīng)用程序 。有時(shí)在用戶(hù)應(yīng)用程序和內(nèi)核層之間可能還會(huì)包括一個(gè)嵌入式 應(yīng)用程序 。 引導(dǎo)加載程序是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段 軟件代碼 。 BIOS 在 完成硬件檢測(cè)和資源分配后，將硬盤(pán) MBR中的 BootLoader 讀到系統(tǒng)的 RAM中，然后將控制權(quán)交給 OS BootLoader。 通常， BootLoader 是嚴(yán)重地依賴(lài)于硬件而實(shí)現(xiàn)的，特別是在嵌入式世界。盡管如此，我們?nèi)匀豢梢詫?duì) BootLoader歸納出一些通用的概念來(lái)，以指導(dǎo)用戶(hù)特定的 BootLoader 設(shè)計(jì)與 實(shí)現(xiàn)。這個(gè)階段完成的任務(wù)如下： （ 1） 硬件設(shè)備初始化 （ 2）為第二階段準(zhǔn)備 RAM 空間 （ 3） 復(fù)制 Bootloader 的第二階段代碼到 RAM 空間中 （ 4） 設(shè)置好堆棧并跳轉(zhuǎn)到第二階段的 C 程序入口點(diǎn) 第二階段則通常用 C 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，而且代碼會(huì)具有更好的可持續(xù)性和移植性。本系統(tǒng)采用 ARM 開(kāi)發(fā)平臺(tái)，所以依賴(lài) ARM 硬件平臺(tái)的代碼都在 arch/arm 下面。 Mini6410 上的攝像頭 \ Bin”目錄下找到我們編譯好的可執(zhí)行文件，文件名為 mjpgstreamer mini6410 。 V4L2是linux 操作系統(tǒng)下用于采集圖片、視頻和音頻數(shù)據(jù)的 API 接口，配合適當(dāng)?shù)囊曨l采集設(shè)備和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，可以實(shí)現(xiàn)圖片、視頻、音頻等的采集。 在 Linux 下，所有外設(shè)都被看成一種特殊的文件，成為 “設(shè)備文件 ”，可以象訪問(wèn)普通文件一樣對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)。為了通用，可以建立一個(gè)到 /dev/video0的鏈接。 V4L2在include/linux/ 文件中定義了一些重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在采集圖像的過(guò)程中，就是通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的操作來(lái)獲得最終的圖像數(shù)據(jù)。 V4L2從 Linux 版本的內(nèi)核中開(kāi)始出現(xiàn) [15]. V4L2規(guī)范中不 僅定義了通用 API 元素 (Common API Elements)，圖像的格式 (Image Formats)，輸入 /輸出方法 (Input/Output)，還定義了 Linux 內(nèi)核驅(qū)動(dòng)處理視頻信息的一系列接口 (Interfaces)，這些接口主要有： 視頻采集接口 ——Video Capture Interface。 視頻覆蓋 /預(yù)覽接口 ——Video Overlay Interface。 編解碼接口 ——Codec Interfa