【正文】 限制。 （ 2） 錄像負(fù)載重 ， 用戶(hù)必須從錄像機(jī)中取出或更換新 錄像帶 保存，且錄像帶易于丟失、被盜或無(wú)意中被擦除。 （ 3）系統(tǒng)擴(kuò)展性差，對(duì)于已經(jīng)建好的監(jiān)控系統(tǒng)，增加或者修改新的監(jiān)控點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)都需要進(jìn)行改動(dòng)。 基于 “PC＋多媒體卡 ”數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng) (DVR) 現(xiàn)今用的較多的 “ 模擬 數(shù)字 ” 監(jiān)控系統(tǒng) (DVR)：以數(shù)字硬盤(pán)錄像機(jī) DVR為核心半模擬 半數(shù)字方案，從攝像機(jī)到 DVR 仍采用同軸纜輸出視頻信號(hào)，通過(guò) DVR同時(shí)支持錄像和回放，并可支持有限 IP網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn) [3]。但由于 DVR產(chǎn)品五花八門(mén)，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，所以這一代系統(tǒng)是非標(biāo)準(zhǔn)封閉系統(tǒng)， DVR系統(tǒng)仍存在大量局限 ： （ 1） 復(fù)雜布線(xiàn) ， “ 模擬 數(shù)字 ” 方案仍需 要在每個(gè)攝像機(jī)上安裝單獨(dú)視頻纜，導(dǎo)致布線(xiàn)復(fù)雜性。 （ 3）功耗和成本較高，視頻前端較為復(fù)雜，并且需要獨(dú)立服務(wù)器、獨(dú)立 管理軟件和多人值守 來(lái)控制多個(gè) DVR或監(jiān)控點(diǎn)。您只能通過(guò) DVR間接訪問(wèn)攝像機(jī)。 與前面兩種方案相比存在顯著區(qū)別。這些攝像機(jī)生成 JPEG或 MPEG4 數(shù)據(jù)文件，可供任何經(jīng)授權(quán)客戶(hù)機(jī)從網(wǎng)絡(luò)中任何位置訪問(wèn)、監(jiān)視、記錄并打印，而不是生成連續(xù)模擬視頻信號(hào)形式圖像。 基于 IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng) 具有視頻編碼處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸通信、支持遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制，因此使得監(jiān)控系統(tǒng)上升了一個(gè)新的臺(tái)階。信號(hào)不易受干擾，提高了圖像的質(zhì)量和穩(wěn)定性。 (3)全面遠(yuǎn)程監(jiān)視 ， 任何經(jīng)授權(quán)客戶(hù)機(jī)都可直接訪問(wèn)任意攝像機(jī)。 目前，國(guó)內(nèi)外的監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)正朝著網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化方向快速發(fā)展。例如，瑞典的 Axis，澳大利亞的 Digiguard。國(guó)外的這些產(chǎn)品功能強(qiáng)大，但價(jià)格昂貴，在我國(guó)普遍推廣不開(kāi)。 國(guó)內(nèi)圖像視頻監(jiān)控市場(chǎng)充滿(mǎn)了機(jī)會(huì)， 2022 年，國(guó)內(nèi)圖像視頻監(jiān)控市場(chǎng)的總體市場(chǎng)規(guī)模為 110億美金，年增長(zhǎng)率為 31%，其中 基于 IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng) 的占有率越來(lái)越大，越來(lái)越受用戶(hù)青睞 [4]。 (2)linux內(nèi)核的移植。 (4)實(shí)現(xiàn) USB攝像頭的采集圖像程序的編寫(xiě)。 (6)通過(guò)分析采集到的圖片進(jìn)行環(huán)境監(jiān)控 。 (2)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸和遠(yuǎn)程控制和 MJPG協(xié)議算法傳輸。 莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 4 本 系統(tǒng)方案的優(yōu)點(diǎn) 本文設(shè)計(jì)的基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng)與其他遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)相比，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： (1)搭建系統(tǒng)難度小，不需要專(zhuān)門(mén)的大型服務(wù)器，只需使用嵌入式微處理器 ARM9組成的 輕量級(jí)流服務(wù)器 。 (3)通過(guò)分析采集到的視頻進(jìn)行圖片環(huán)境監(jiān)控，只需進(jìn)行有意義的圖片的分析，不需 要存儲(chǔ)大量視頻信息。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和硬件平臺(tái)的建立 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！鏈接無(wú)效。系統(tǒng)前臺(tái)包括用戶(hù)、客戶(hù)端主機(jī)（瀏覽器）、服務(wù)器網(wǎng)頁(yè)這三部分；剩下的都劃分為系統(tǒng)后臺(tái)。MJPGSTREAMER 視頻服務(wù)器主要負(fù)責(zé)架設(shè)服務(wù)，進(jìn)行配置（端口，各種顯示參數(shù)等），而攝像頭的識(shí)別則由相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序完成。 錯(cuò)誤！鏈接無(wú)效。帶有內(nèi)存管理單元（ MMU），采用 微米工藝和 AMBA新型總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。有完善的網(wǎng)絡(luò)功能。其接口電路如圖 23所示。 NAND Flash 不具有地址線(xiàn)，它有專(zhuān)門(mén)的控制接口與 CPU 相連，數(shù)據(jù)總線(xiàn)為 8bit。 莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 6 圖 24 NAND Flash接口圖 網(wǎng)絡(luò)模塊接口設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用 DM9000 網(wǎng)卡芯片，它可以自適應(yīng) 10/100M網(wǎng)絡(luò)，使用內(nèi)部包含耦合線(xiàn)圈的 RJ45 連接頭，不必另接網(wǎng)絡(luò)變壓器，使用普通網(wǎng)線(xiàn)連接即可。 圖 25 DM9000的 100M網(wǎng)絡(luò)接口圖 USB 模塊接口設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用 USB Host 接口，使用 協(xié)議 ，與普通 USB 接口一致。 賀州學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 圖 26 USB Host 接口圖 電源模塊和 RS232 模塊接口設(shè)計(jì) (1)電源模塊：本系統(tǒng)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，直接使用外接 5V 電源，分別通過(guò)降壓芯片 LM11173 、 MAX8860EUA18 產(chǎn)生整個(gè)系統(tǒng)所需的三種電壓： 、 。 本章小結(jié) 在本章中，首先從 總體 上架構(gòu)了整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的框架圖，并針對(duì) 系統(tǒng)硬件 做出了整體設(shè)計(jì) 以及各個(gè)外圍模塊之間的聯(lián)系，最后一一介紹了系統(tǒng)外圍六個(gè)模塊的接口電路設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用的 交叉編譯環(huán)境 為 。 Bootloader 的移植 BootLoader 就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序。由于 BootLoader 的實(shí)現(xiàn)莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 8 依賴(lài)于 CPU 的體系結(jié)構(gòu)，因此 Bootloader在 stage1和 stage2 需要做的工作如下 。 ② 為加載 Boot Loader 的 stage2 準(zhǔn)備 RAM 空間。 ④ 設(shè)置好堆棧。 (2)stage2通常包括以下步驟 (以執(zhí)行的先后順序 )： ① 初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備。 ③ 將 kernel 映像和根文件系統(tǒng)映像從 flash 上讀到 RAM 空間中。 ⑤ 調(diào)用內(nèi)核。 內(nèi)核的移植 本系統(tǒng)采用 內(nèi)核 。以下是移植內(nèi) 核的步驟 (1)獲取 linux內(nèi)核源代碼，解壓內(nèi)核源代碼。然后執(zhí)行 : make s3c2410_defconfig make (3)克隆建立自己的目標(biāo)平臺(tái)： ①修改機(jī)器碼：進(jìn)入 賀州學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 碼修改為 1999。 ③ 修改 Nand Flash 分區(qū)： gedit arch/arm/plats3c24xx/ static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[] = { [0] = { .name = supervivi, ；這里是 bootloder所在分區(qū) .size = 0x00040000, .offset = 0, }, [1] = { .name = param, ；這里是 supervivi參數(shù)區(qū) .size = 0x00040000, .offset = 0x00020220, }, [2] = { .name = Kernel, .offset = 0x00060000, ；內(nèi)核所在分區(qū)，大小為 5M .size = 0x00500000, }, [3] = { .name = root, ；文件系統(tǒng)分區(qū)，本系統(tǒng)用來(lái)存放 yaffs2文件系統(tǒng)內(nèi)容 .offset = 0x00560000, .size = 1024*1024*1024, } [4] = { .name = nand, ；此區(qū)域代表整片 nand flash,做預(yù)留使用 .offset = 0x00000000, .size = 1024*1024*1024, 莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 10 } }。 ⑤編譯測(cè)試：在根目錄下執(zhí)行： make mini2440_defconfig make zImage 。 (4)配置內(nèi)核：針對(duì)配置內(nèi)核做主要的作為介紹。s3c_device_usb, amp。s3c_device_wdt, amp。s3c_device_iis, amp。s3c_device_nand, } (5)配置編譯新內(nèi)核：首先以 ROOT 身份進(jìn)入系統(tǒng)，然后對(duì)它進(jìn)行編譯，得到內(nèi)核映像文件 zImage。YAFFS2類(lèi)似于 JFFS和 JFFS2的專(zhuān)為 flash設(shè)計(jì)的嵌入式文件系統(tǒng)。其移植過(guò)程為： (1)解壓 YAFFS2。 (3)修改 fs/Kconfig,添加： source “ fs/yaffs2/kconfig” 。 (5)配置內(nèi)核時(shí)選中 MTD支持和 YAFFS2支持。 本章小結(jié) 在本章中，簡(jiǎn)單敘述了系統(tǒng)基于 嵌入式 linux 系統(tǒng)平臺(tái)的搭建 ，包括 交叉編譯環(huán)境的建立和 Bootloader 的移植 ，還有 以 Linux 內(nèi)核 作為視頻服務(wù)器核心 的配置和移植，最后介紹了 根 文件系統(tǒng)的制作 流程。 4 系統(tǒng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)和移植 在嵌入式系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)充當(dāng) 了硬件和應(yīng)用軟件之間的紐帶。對(duì)于本系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，需要具有操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)來(lái)完成多任務(wù)并發(fā)。 圖 41 系統(tǒng)軟件設(shè)備架構(gòu) 本系統(tǒng)軟件設(shè)備架構(gòu)如圖 41所示，詳細(xì)模塊功能如下： (1)前臺(tái)功能 :在網(wǎng)絡(luò)上的客戶(hù)端進(jìn)行對(duì)服務(wù)器的視頻數(shù)據(jù)請(qǐng)求，通過(guò)通用的瀏覽莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 12 器進(jìn)行圖片監(jiān)控，視頻監(jiān)控?；?HTTPD 服務(wù)器發(fā)布的數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中的 文件夾中，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，成為客戶(hù)端真正能瀏覽到的圖片和視頻。 mjpgstreamer軟件依賴(lài) libjpeg和 libjpegdevel庫(kù)的支持。 文件夾存放網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)包，為了與應(yīng)用層交換，內(nèi)嵌有本系統(tǒng)瀏覽數(shù)據(jù) 的頁(yè)面。為上述功能提供可能。 (1)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口層 :向網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包收發(fā)接口，通過(guò)dev_queue_xmit()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，并通過(guò) if_rx()函數(shù)接收數(shù)據(jù)。 (3)設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層：各函數(shù)是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口層 _device數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的具體成員，驅(qū)使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件完成相應(yīng)的動(dòng)作，通過(guò) hard_start_xmit()函數(shù)啟動(dòng)發(fā)送操作，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的中斷觸發(fā)接收操作。包括網(wǎng)絡(luò)適配器和具體的傳輸媒介等。 圖 42 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的體系結(jié)構(gòu) 賀州學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 DM9000 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包過(guò)程 (1)DM9000發(fā)送數(shù)據(jù)包過(guò)程 ，如圖 43所示： ①向控制寄存器 TXCMD寄存器寫(xiě)入發(fā)送命令。 ③讀取 PacketPage 空間內(nèi)的 BUSST寄存器，配置其狀態(tài)為準(zhǔn)備發(fā)送狀態(tài)。 錯(cuò)誤！鏈接無(wú)效。 ②讀 PORT0寄存器依次換得接收狀態(tài) rxStatus，接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 rxLength。從主機(jī)側(cè)的角度而言，需要編寫(xiě)的 USB驅(qū)動(dòng)程序包括主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)兩類(lèi)， USB主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序控制插入其中的 USB 設(shè)備，而 USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序控制設(shè)備如何作為從設(shè)備與主機(jī)通信。在 spca5xx/gspca，就基本實(shí)現(xiàn)了通用的主流 USB 攝像頭的支持。 主機(jī)側(cè) USB 驅(qū)動(dòng)總體結(jié)構(gòu) 錯(cuò)誤！鏈接無(wú)效。要實(shí)現(xiàn)的 USB 驅(qū)動(dòng)包括兩類(lèi)：USB 主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)和 USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)，前者控制插入其中的 USB 設(shè)備，后者控制 USB設(shè)備如何與主機(jī)通信。 urb 處理流程 在 USB設(shè)備的邏輯組織中，包含設(shè)備、配置、接口和端點(diǎn) 4個(gè)層次 [3]。 而 USB 設(shè)備中的每個(gè)端點(diǎn)都處理一個(gè) urb 隊(duì)列，在隊(duì)列被清空之前，一個(gè) urb 的生命周期如下，如圖 46所示： (1)被一個(gè) USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建，由 usb_alloc_urb()函數(shù)創(chuàng)建。 (3)被 USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)提交給 USB核心。 (4)提交由 USB核心指定的 USB主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)。 (6)當(dāng) urb完成， USB主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)通知 USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)。 圖 46 urb處理流程圖 本章小結(jié) 本章首先從整體上描述了 本系統(tǒng)軟件設(shè)備架構(gòu)，然后介紹了架構(gòu)中各模塊層的功能。 5 系統(tǒng)的圖像采集和傳輸 系統(tǒng)調(diào)用 V4L1 和 V4L2 的 API 函數(shù)， 通過(guò) USB 攝像頭來(lái)采集 視頻圖像 數(shù)據(jù)，完成視頻圖像 數(shù)據(jù)的采集后，作為服務(wù)器端的嵌入式系統(tǒng)后臺(tái)等待客戶(hù)端通過(guò)瀏覽器進(jìn)行連接，然后進(jìn)行對(duì)攝像頭監(jiān)控，服務(wù)器就把采集到的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程客戶(hù)端 PC機(jī)上 。當(dāng)客戶(hù)端不斷顯示圖片，即可形成相應(yīng)的圖像 。 v4l 分為兩層，底層為音視頻設(shè)備在內(nèi)核中的驅(qū)動(dòng) ， 上層為系統(tǒng)提供的 API， 而對(duì)于我們來(lái)說(shuō)需要的就是使用這些系統(tǒng)的 API 。 (3)根據(jù)需要更改設(shè)備的相關(guān)設(shè)置。 (5)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作（如顯示到屏幕，圖像處理 等 ）。 錯(cuò)誤！鏈接無(wú)效。 在這部分涉及到下面幾個(gè)函數(shù)，它們配合來(lái)完成最終圖像采集的功能。 該函數(shù)把攝像頭圖像數(shù)據(jù)映射到進(jìn)程內(nèi)存中，也就是只要使用 vdmap 指針就可以使用采集到的圖像數(shù)據(jù) 。 該函數(shù)完成圖像采集前的初始化工作。 該函數(shù)是真正完成圖像采集的一步，在本文使用了一個(gè)通常都會(huì)使用的一個(gè)小技巧，可以在處理一幀數(shù)據(jù)時(shí)同時(shí)采集下一幀的數(shù)據(jù)，因?yàn)橥ǔＮ覀兪褂玫臄z像頭都可以至少存儲(chǔ)兩幀的數(shù)據(jù)。 該函數(shù)用來(lái)完成截取圖像的同步工作，在截取一幀圖像后調(diào)用，返回表明一幀截取結(jié)束。 Socket是 TCP/IP 協(xié)議傳輸層所提供的接口 (稱(chēng)為套接口 )，供用戶(hù)編程訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 16