基于linux系統(tǒng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(已修改)

　

【正文】 II英文摘要畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書基于linux系統(tǒng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控第 II 頁 共 III 頁基于linux系統(tǒng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控摘要隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人對(duì)安全防范意識(shí)的逐漸加強(qiáng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為人們?cè)谏a(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。視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今可視化領(lǐng)域的一個(gè)新的開發(fā)熱點(diǎn)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)正在向嵌入式、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)充分利用大規(guī)模集成電路和網(wǎng)絡(luò)的科技成果，實(shí)現(xiàn)了體積小巧、性郁穩(wěn)定、通訊便利的監(jiān)控產(chǎn)品。本文以S3C2440為核心硬件平臺(tái)開發(fā)了基于嵌入式的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述和研究。首先給出了系統(tǒng)總體軟硬件設(shè)計(jì)方案，針對(duì)本系統(tǒng)硬件對(duì)vivi進(jìn)行了修改和移植，對(duì)編譯和移植Linux內(nèi)核以及制作yaffs2文件系統(tǒng)也做了深入的研究，重點(diǎn)討論了在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下利用Linux提供的Video4LinuxAPI函數(shù)實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)采集；接著研究了通過MJPEG4壓縮算法來壓縮視頻數(shù)據(jù)，并通過TCP/IP協(xié)議發(fā)送視頻數(shù)據(jù)。最后著重論述了嵌入式Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)，編寫了視頻監(jiān)控瀏覽器界面程序，并最終實(shí)現(xiàn)了整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，使得設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔、高效，具有良好的擴(kuò)展性和易用性，有利于系統(tǒng)升級(jí)。另外采用嵌入式的方法，系統(tǒng)成本較低。關(guān)鍵詞：ARM，嵌入式Linux ，video4Linux，嵌入式web服務(wù)器中北大學(xué)2008屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書Remote Video Monitoring System Based On Linux AbstractWith increasing development of science technology and the people’S sense of safety precaution gradual strengthening，video Surveillance System has bee all indispensable part of people in production and daily life．Especially in recent years,with the development of puter technology,broadband penetration and the improvement of Image processing technology,video surveillance IS being more and more widely infiltrated into education，entertainment，medical care and sports fields．Video monitoring system has bee a new hot spot in the visual field． The embedded of video monitoring system makes full use of largescale integrated circuits and scientific and technological achievements of network, realizing pact, stable, convenient monitoring products.In this paper, the embedded of remote video monitor system based on S3C2440 of core hardware platform has been successfully developed, and the key technologies have been researched and discussed. Firstly, the overall hardware and software system design are given。 vivi has been modified and transplanted for the hardware. The transplantation of the piler and production of Linux kernel, file system of Yaffs2 also be studied in detail. It is focused on gathering video data used Video4Linux API function and WebcamServer works under the embedded Linux operating system. Secondly, video data pression which used MJPEG algorithm is implement, and then the video data which based on TCP/IP protocol of the socket programming sent over in the network. Finally, the paper focuses on the realization of the embedded Web server design, piling the home page program of video surveillance, and acheived the all system of video monitoring.The modular design approach is used in the system which makes the design more pact, efficient, and ease to upgrade. the method of embedded for the system makes lower cost.Key Words:ARM, Embedded Linux, Embedded Web server,video4Linux清華大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書目 錄 1 緒論 1 引言 1 研究背景、目標(biāo)和意義 1 課題研究的背景 1 視頻監(jiān)控發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 2 研究意義 4 研究目標(biāo)及內(nèi)容 4 本文主要研究?jī)?nèi)容 5 本章小結(jié) 52 視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 6 嵌入式系統(tǒng)概況 6 視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件選型設(shè)計(jì) 6 ARM概述 6 S3C2440A體系結(jié)構(gòu) 7 系統(tǒng)硬件選型設(shè)計(jì) 8 視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 9 軟件總體框架 9 BootLoader選擇 10 嵌入式操作系統(tǒng)的選擇 11 嵌入式文件系統(tǒng)類型選擇 12 CMOS攝像頭驅(qū)動(dòng)以及視頻監(jiān)控應(yīng)用軟件的開發(fā)設(shè)計(jì) 13 本章小結(jié) 133 系統(tǒng)硬件平臺(tái)的簡(jiǎn)單介紹 14 mini2440開發(fā)板主要硬件資源介紹[17] 14 主要芯片接口介紹 14 SDRAM 存儲(chǔ)系統(tǒng) 14 FLASH 存儲(chǔ)系統(tǒng) 15 CMOS CAMERA 接口 16 本章小結(jié) 164 嵌入式linux操作系統(tǒng)的構(gòu)建 17 嵌入式交叉編譯環(huán)境搭建 17 Bootloader移植 18 BootLoader基本概念 18 vivi代碼結(jié)構(gòu)分析 19 vivi啟動(dòng)過程 19 配置和編譯vivi 20 嵌入式Linux內(nèi)核移植 22 Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu) 22 Linux內(nèi)核的移植 23 根文件系統(tǒng)建立 24 根文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 24 文件系統(tǒng)制作 26 Linux下調(diào)試技術(shù) 27 本章小結(jié) 285 服務(wù)器端應(yīng)用軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì) 29 CMOS攝像頭設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 29 Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序概述 29 設(shè)備驅(qū)動(dòng)與文件系統(tǒng)關(guān)系 30 驅(qū)動(dòng)程序的模塊化設(shè)計(jì) 31 S3C2440的攝像頭接口 32 OV9650的操作 35 基于Video4Linux的視頻采集模塊 37 Video4Linux概述 37 視頻編程所涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 37 視頻采集程序的實(shí)現(xiàn) 38 視頻數(shù)據(jù)壓縮 42 JPEG圖像壓縮原理 42 數(shù)據(jù)壓縮流程 42 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送視頻流 44 SOCKET網(wǎng)絡(luò)編程 44 視頻數(shù)據(jù)發(fā)送 46 嵌入式Web服務(wù)器的設(shè)計(jì) 48 boa移植 49 CGI技術(shù) 50 本章小結(jié) 516 系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果 52 調(diào)試平臺(tái)及硬件 52 系統(tǒng)調(diào)試過程 52 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 54 遠(yuǎn)程顯示圖像 547 總結(jié)與展望 55 工作總結(jié) 55 研究工作展望 55參考文獻(xiàn) 56致 謝 58附錄A OV9650芯片驅(qū)動(dòng)程序 59 第 III 頁 共 III 頁清華大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1 緒論 引言 在信息時(shí)代的今天，隨著人們對(duì)于系統(tǒng)性能和成本控制要求的不斷提高，嵌入式系統(tǒng)以其優(yōu)良的性價(jià)比和獨(dú)特的便利性越來越贏得人們的青睬。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日新月異，更使得嵌入式系統(tǒng)不僅可以通過網(wǎng)絡(luò)獲得各種資源，而且也方便了網(wǎng)絡(luò)的控制與維護(hù)．與此同時(shí)，多媒體應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展也使得多媒體信息已成為人類獲取信息的主要載體，使得人們?cè)絹碓蕉嗟卦谌粘Ｉ睢W(xué)習(xí)和工作中使用多媒體手段來解決問題。尤其是視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在銀行、港口監(jiān)控、城市交通管理、酒店安全保衛(wèi)等各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，由于以往各種系統(tǒng)的種種局限性，集成化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍然有著廣闊的市場(chǎng)前景[1]。正是基于這樣的需求背景，確定了本論文的研究?jī)?nèi)容基于Linux系統(tǒng)在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控方面的應(yīng)用。 研究背景、目標(biāo)和意義 課題研究的背景視頻監(jiān)控系統(tǒng)是需要信息廣泛交流的企業(yè)生產(chǎn)與管理的必備系統(tǒng)。比如，對(duì)于銀行系統(tǒng)而言，通過監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)一些突發(fā)事件進(jìn)行回放，很容易找到事件的相關(guān)責(zé)任人；在制造企業(yè)中，可以通過監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人生產(chǎn)等。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用己經(jīng)越來越廣泛。目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要在以下領(lǐng)域中使用[2]：(l)對(duì)機(jī)要部門的監(jiān)視、控制和報(bào)警，如檔案室、文件室、金庫、博物館等；(2)工廠、市場(chǎng)等的監(jiān)視，如工廠生產(chǎn)過程、市場(chǎng)、展覽廳、貨場(chǎng)等的監(jiān)視；(3)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)視，如公共交通、鐵路車站、鐵路調(diào)度等的監(jiān)視；(4)用于安全報(bào)警，如防盜、防火等的報(bào)警；(5)家庭用戶，隨著人民生活水平的提高以及計(jì)算機(jī)的家庭普及率提高，家庭小型監(jiān)控系統(tǒng)的需求量也變得越來越大。在計(jì)算機(jī)未被廣泛應(yīng)用以及數(shù)字視頻等理論研究尚未成熟以前，傳統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)占據(jù)了監(jiān)控領(lǐng)域的主要位置。傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控，通常是利用錄像機(jī)將鏡頭的畫面錄下來以備查，而錄像機(jī)錄下來的圖像，一是清晰度不夠，二是查詢麻煩，而且錄像帶的保存也是問題，盡管有著種種不足，但因?yàn)榍皫啄甑募夹g(shù)限制，這種模式的監(jiān)控系統(tǒng)還是被普遍使用。隨著網(wǎng)絡(luò)、通信和數(shù)字信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，監(jiān)控系統(tǒng)的組成模式也在快速變化和發(fā)展中，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的結(jié)合催生了全新的基于嵌入式web的監(jiān)控系統(tǒng)。它向人們展示的是現(xiàn)代高科技的結(jié)晶，是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的完美結(jié)合。基于嵌入式web監(jiān)控系統(tǒng)由于把視頻處理和web功能集成到一個(gè)體積很小的設(shè)備內(nèi)，可以直接連入以太網(wǎng)，達(dá)到即插即看，省掉很多復(fù)雜的電纜，安裝方便，用戶無需專用軟件。這些優(yōu)點(diǎn)將使得基于嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)獲得更廣泛的應(yīng)用[3]。 視頻監(jiān)控發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)近三十年來，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展十分迅速，總體來看分為以下三代[4] ：第一代是模擬監(jiān)控時(shí)代。模擬監(jiān)控技術(shù)發(fā)展較早，在20世紀(jì)90年代以前，系統(tǒng)以模擬設(shè)備為主。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般由監(jiān)控前端、傳輸設(shè)備、控制設(shè)備以及顯示設(shè)備幾個(gè)部分組成。監(jiān)控前端一般為模擬攝像機(jī)、聲光電報(bào)警設(shè)備和雨刷等。傳輸設(shè)備一般為傳輸視頻的同軸電纜，遠(yuǎn)距離傳輸可采用模擬光纖或者利用光端機(jī)進(jìn)行傳輸。控制設(shè)備主要是視頻切換矩陣，采用鍵盤進(jìn)行切換和控制，將需要監(jiān)控的圖像在指定的顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。顯示設(shè)備主要包括圖像的監(jiān)視器、報(bào)警指示設(shè)備等。這類系統(tǒng)主要應(yīng)用于小范圍內(nèi)的監(jiān)控，如大樓監(jiān)控等。監(jiān)控圖像一般只能在控制中心查看。有線模擬視頻監(jiān)控?zé)o法聯(lián)網(wǎng)，只能以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)，并且布線工程量極大。第二代是半數(shù)字時(shí)代。20世紀(jì)90年代視頻監(jiān)控進(jìn)入數(shù)字化階段，隨著計(jì)算機(jī)和多媒體處理技術(shù)的發(fā)展，人們利用多媒體控制主機(jī)或硬盤錄像主機(jī)(DvR)進(jìn)行數(shù)字化處理與存貯，將原來的磁帶存儲(chǔ)方式轉(zhuǎn)變成數(shù)字存儲(chǔ)錄像，進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換并錄像和顯示，集合了錄像機(jī)、畫面分割器等功能，跨出數(shù)字監(jiān)控的第一步，基于PC的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)由此產(chǎn)生。由于傳輸依舊采用傳統(tǒng)的模擬視頻電纜，所以就叫做第二代半模擬半數(shù)字本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)。而該系統(tǒng)視頻前端(如CCD等視頻信號(hào)的采集、壓縮)較為復(fù)雜，穩(wěn)定性、可靠性不高，功耗高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高昂。PC機(jī)需專人管理，操作較為繁瑣。圖像傳輸僅局限在局域網(wǎng)內(nèi)傳輸，傳輸距離明顯受限，并且模擬視頻信號(hào)的衰減嚴(yán)重，傳輸距離不能超過1000m，否則必須采用光纖傳輸，圖像質(zhì)量受環(huán)境干擾也較大[5]。第三代是全數(shù)字時(shí)代[6]。從2004年開始，隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的提高和成本的降低、硬盤容量的加大和中心存儲(chǔ)成本的降低，以及各種實(shí)用視頻處理技術(shù)的出現(xiàn)，視頻監(jiān)控步入了全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。近兩年隨著遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)被越來越多的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求也越來越高:操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)可靠、多功能、數(shù)字化、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)正越來越多地受到人們的矚目,基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。目前市場(chǎng)上的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要有三種：一種是基于PC機(jī)的遠(yuǎn)程