《基于嵌入式Linux的视频监控系统的设计.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于嵌入式Linux的视频监控系统的设计.pdf（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、基于嵌入式L i n u x 的视频监控系统的设计刘步中张曦煌王庆磊江南大学信息工程学院，江苏无锡，2 1 4 0 0 0【摘要】在软硬件协同设计的指导思想下，提出了在A R M 微处理器平台上移植嵌入式L i n u x 操作系统，并完成视频采集、压缩、控制等任务。为降低产品成本，系统采用A P M 9 微处理器$3 C 2 4 1 0 X 作为主处理器，采用普通3 0 7)-像素的U S B 摄像头作为图像采集设备，用软件对视频数据进行M P E G 一4 压缩。可以通过网络把数据传到中心服务器显示并保存。实现了一种体积小j 成本低廉、数字化的监控解决方案，具有广泛的应用价值。【关键词】嵌
2、入式视频采集视频监控操作系统移植摄像头一、引言最近几年，随着网络技术和多媒体技术飞速发展，利用嵌入式设备进行数字处理传送成为可能。嵌入式设备具有体积小、功耗低、数字化、安装方便、价格低廉等优点，因此基于嵌入式的视频采集和监控成为了当前嵌入式应用开发领域的一个热门课题。相比较传统的视频采集监控系统，它具有高可靠性、组网方便、可远程监控等优点，因而更适用于工业控制、银行、政府部门的安防系统中u。本文所介绍的是基于A R M 9 2 0 T 内核的$3 C 2 4 1 0 X 开发板为基础的嵌入式视频监控系统的实现，该系统是基于嵌入式硬件平台和L i n u x 操作系统下进行的，采用U S B 接
3、口的摄像头来进行数字图像采集，利用M P E G 一4 视频压缩编码方式，可以直接挂到以太网解码播放。二、系统硬件平台设计1、系统总体结构在计算机设计中，硬件设计被看作基础，软件设计被视为灵魂。由于嵌入式系统软硬件是可裁减的，因此在嵌入式系统的硬件系统的确定，直接决定了软件的编写和运行效率。本设计中硬件总体框架主要包一18 一括系统存储电路，外围接口电路，电源及复位电路等几个部分，系统硬件总体结构如图l 所示。P C,口IIJ t a g 调试接1 2 1U S B 数码I业盟摄像头E ds 3 c 2 4 1 0 X电源及复位电路4 K B 片内S R A MN A N D f l a s
4、hllS D R A M以太网控制器互联网图1 系统硬件总体结构2、S 3 C 2 4 1O X 处理器概括$3 C 2 4 1 0 X 是S a m s u g$2 司推出的具有A R M 9 2 0 T 内核的1 6-3 2 一b i t 的嵌入式微处理器，它的低功耗、精简和全静态设计特别适合对成本和功耗敏感的应用。$3 C 2 4 1 0 X 提供了丰富的片内资源：独立的1 6 K B 指令和1 6 K B 数据的缓存，用于虚拟内存管理的M M U 单元，L C D 控制器(S T N&T F T)，非线性(N A N D)F L A S H 的引导单元，系统管理器(包括片选逻辑控制和
5、万方数据S D R A M 控制器)，3 个通道的异步串口(U A R T)，4 个通道的D M A，4 个通道的带脉宽调制(P W M)的定时器，输入输出端口，实时时钟单元(R T C)，带有触摸屏接口的8 个通道的1 0 一b i t A D C，I I C 总线接口，I I s 总线接口，U S B 的主机单元，U S B 的设备接口，S D 卡和M M C(m u l t i m e d i ac a r d)卡接口，2 个通道的S P I 接口和锁相环(P L L)时钟发生单元。M P L L 产生主时钟，能够使处理器稳定工作在2 0 0 M H z，使其可以轻松运行W i n C
6、E，L i n u x 等嵌入式操作系统。$3 C 2 4 1 0 X 支持从N A N DF l a s h 启动，N A N DF l a s h 具有容量大，价格低等特点。系统采用N A N DF l a s h 与S D R O M 组合，可以获得非常高的性价比。处理器采用1 8 V、2 0 V 内核供电，3 3 V 存储器供电，3 3 V 夕b 部I 0 供电。3、系统工作过程本系统中采用了O V 5 1 1 芯片的网眼3 0 0 C M O 啦像头，基于$3 C 2 4 1 0 X 处理器的开发板上加载U S B 及V 4 L 驱动，并在此基础上完成摄像头的驱动，实现图像采集与压缩
7、，借助M e n c o d e r 编码工具可以将多幅J E P G 图片合成A V I 视频流，并实现视频回放。最后，如果需要系统还可以通过以太网或U A R T N 将保存的图片和视频流传到指定位置，实现网路监控。三、嵌入式L i n u x 环境设计本系统选用开源的L i n u x 操作系统，编译环境采用交叉编译调试的方式。嵌入式L i n u x 由内核K e r n e l 采用2 4 1 8 版本，根文件系统使用r a m d i s k。1、搭建交叉编译环境大多数的L i n u】【件开发都是以n a t i v e 方式进行的，即本机开发、调试，本机运行的方式。这种方式通常
8、不适合于嵌入式系统的软件开发，因为对于嵌入式系统的开发，没有足够的资源在本机(即板上系统)运行开发工具和调试工具。本系统编译环境采用交叉编译调试的方式。交叉编译调试环境建立在宿主机(即一台P C 机)上。我们这里采用的交叉编译器为a J l n l i n u x g c c，交叉编译环境的建立需要许多的软件模块协同工作，具体安装不再赘述。2、U S B 摄像头在L i n u x 下的驱动安装1 8 I本系统选用O V 5 1l 芯片的网眼3 0 0 C M O S,+摄像头，摄像头想要正常运行必须要有驱动程序的支持，L i n u x 自带该芯片的驱动，摄像头的驱动加载采用的是编进内核的方
9、法，具体操作为：(1)在L i n u x 的k e r n e l 目录下执行r r l a I【em e u c o n t l g 命令；(2)选择M u l t i m e d i ad e v i c e 一 下的V i d e of o rl i n u】【；(3)在u s bs u p p o r t 一 目录下选择s u p p o r tf o ru s b 和u s be a m e r a o v 511s u p p o r t；(4)保存配置退出。经过上面的操作就可以将摄像头驱动加载到内核里了，这样摄像就可以正常的工作。3、L i n u x 内核的定制与移植州嵌入式
10、系统通常是面向特定的硬件平台和实现特定功能的，对于用不到的功能没有必要移植进来占用嵌入式系统宝贵的资源，因此对L i n u x 内核进行裁减是一件非常必要的事情。标准的2 4 1 8L i n u x 内核还不支持$3 C 2 4 1 0 X 处理器，要想内核支持处理器，需要打补丁，具体操作如下：#t a rx f z vl i n u x-2 4 18 t a r g z#g z i p-d cp a t c h-2 4 18-r m k 6 g z#g z i p-d cp a t c h-2 4 18-r m k 6-s w l g z#c dl i n u x#p a t c h-p
11、 lp a t c h-2 4 18-r i n k 6却a t c h-p lp a t c h-2 4 18-r m k 6-s w l此时内核已经支持处理器了。需要对内核进行配置输入#m a k em e n u c o n f i g，选择需要的配置的选项，一定要选上为U S B 视频采集提供口的V 4 L 模块。配置完后保存退出，在通过内核编译，具体如下：#m a k ed e p#m a k ez l m a g e#m a k em o d u l e s此时在目录a r c h a r m b o o t 下的z l m a g e 就是我们需要的内核文件。4、根文件系统的建立
12、文件系统是L i n u x 系统必备的一个部分，主要是一些系统文件和应用文件存储的地方，但是通常使用的P C 上的文件系统包括很多功能，但是体积比较大通常有几百兆之多，但是在嵌入式系统中要使用这样的文件系统是不可能的，所以，嵌入式系统中的文件系统一19 万方数据是一个简化版，包括必须的几个目录和文件，完成需要的功能即可。r a m d i s k 是一个存在于内存中的文件系统，由于它非常灵活而且可以压缩，所以在嵌入式系统中得到广泛的应用。本系统选择r a m d i s k 作为根文件系统。四、视频采集监控软件平台的设计1、基于V 4 L 的视频采集设计L i n u x 对于视频采集设备的
13、支持，是通过V i d e 0 4 L i n u x 实现的，通常可以简称为V 4 L，现在较高版本的L i n u x 内核都已经包含了V 4 L。V i d e 0 4 L i n u x 是为各种电视卡、以及并口和U S B 接口的音、视频采集设备提供同一的编程接口，在L i n u x 下，视频采集设备的正常使用依赖于对V i d e 0 4 L i n u x 标准的支持”川。它为针对视频设备的应用程序编程提供一系列接口函数。V i d e 0 4 L i n u x 编程中定义的数据结构如下：t y p e d e fs t r u c tv 4 1 _ s t r u c t
14、i n t f d：s t m c tv i d e o _ c a p a b i l i t yc a p a b i l i t y；s t r u e tv i d e oc h a n n e lc h a n n e l 4 ；s t r u c tv i d e o _ p i c t u r ep i c t u r e；s t r u c tv i d e o _ w i n d o ww i n d o w；s t r u e tv i d e o _ c a p t u r ec a p t u r e；s t r u c tv i d e o _ b u f f e r
15、b u f f e r；s t r u c tv i d e o _ m m a pm m a p；a t r u c tv i d e o _ _ m b u fm b u f；u n s i g n e dc h a r 掌m a p；i n tf r a m e；i n tf r a m e s t a r 2 l；v 4 1 _ d e v i c e；从上面的数据结构看，想要完成U S B 的视频数据采集，先要获得相关视频采集设备的信息和图像信息，同时需要对采集窗口、颜色模式、帧的状态初始化，然后才能进行视频图像的采集。基于V 4 L 的视频采集流程如图2 所示。在V i d e 0
16、 4 L i n u x 编程中使用的函数简单的介绍1。一2 0 一图2 基于V 4 L 的视频采集流程(1)i n tv 4 1 _ _ o p e n(c h a r*d e v，v 4 1 _ d e v i c e*v d)；打开视频设备，该函数调用成功返回的文件描述符就代表了捕获设备硬件。(2)i n tv 4 1 _ g e t _ c a p a b i l i t y(v 4 1 _ d e v i c e 木v d)；读取设备基本信息，利用i o c t l O 函数读取s t r u c t v i d e o _ c a p a b i l i t y 中有关摄像头信息。
17、该函数成功返回后，将起存放v d 一 c a p a b i l i t y 中。调用程序如下：i f(i O C t1(v d 一 f d，V l D l 0 C G C A P，&(v d 一 c a p a b i l i t y)f d，V I D I O C G C A P，&(v d-p i c t u r e)v m m a p f r a m e-f r a m e；i f(i o c t l(v d-f d，V I D I O C G C A P T U R E，&(v d-m m 印)f r a m e _ r s i n g f r a m e =T R U E；v d
18、f r a m e _ c u r r e n t-f r a m e；i f(i o c t l(v d 一 f d，V I D I O C S Y N C，(v d-矗锄e-c u 玎e n t)f r a m e _ u s i n g v d-f r a m e _ c u r r e n t =F A L S E；(5)i n tv 4 1c l o s e(v 4 1 _ d e v i c e 幸v d)；关闭设备。i n tv 4 1 _ c l o s e(v 4 1 _ d e v i c e 木v d)c l o s e(v d-f d)；r e t u r n0：2、视
19、频数据的压缩我们都知道未压缩的捕获来的原始图像数据较大，本系统采集的图像很多，因此必须对原始图像数据进行压缩。新一代基于对象的编码标准M I P E G-4 以高压缩率、高质量成为目前网路多媒体传输的主要格式和标准，在6 4 K b i t s 以下的低速率视音频编码十分有效。因此基于M P E G-4 的实时传输技术对于实现流媒体传输技术是必要和有意义的嘲。所以本系统选用M P E C,-诚频压缩编码方式。其图像压缩编码的过程概括如下：首先对视频序列进行分析，从原始图像中分割出各个视频对象。其中包括利用中值滤波对原始视频图像进行简化、对视频图像进行特征提取、确定分割决策等。然后针对不用的视频
20、对象V O 采用不同的编码策略，利用V O P 视频编码技术对视频对象进行编码。最后各个视频对象的码流进行复合后输出嗍。M P E G-4 视频压缩编码环境建立的具体步骤如下：(1)解压x v i d c o r e 软件的源代码：#t a r-j x v fx v i d c o r e-1 1 0-b e t a 2 t a r b z 2；(2)执行配置命令生成m a k e f i l e 文件并修改安装路径：#C C=a r m-l i n u x-g c c c o n f i g u r e d i s a b l e a s s e m b l y p r e f i x=h
21、o m e m y p r o j e c t；(3)通过#m a k e，#m a k ei n s t a l l 安装动态连接库，安装目录为h o m e m y p r o j e c t l i b；(4)将生成的库文件拷贝到交叉编译器的工作目录下。3、视频数据传输和播放基于L i n u x 系统的U S B 摄像头视频采集系统编程完成以后。系统就可以实现每秒规定帧的图像的采集了，可以直接连续显示到屏幕上构成实时监控系统了，也可以借助M e n c o d e r 编码工具可以将多幅J E P G 图片合成A V I 视频流，并实现视频回放。用播放器播放出去。如果需要系统还可以通过
22、以太网或U A R T l 2 1 将保存的图片和视频流传到指定位置，实现远程的网路监控具体的操作我们这里就不详细介绍了。五、结束语本文提出了一种基于A R M L i n u x 嵌人式$3 C 2 4 1 0 X 微处理器的实时视频监控系统，该系统通过利用V i d e 0 4 L i n u x 完成了图像采集的功能，采集完的图像经过M P E G-4 的编码压缩，得到了较高的压缩比。再通过网络实时传输。客户端收到网络传输过来的数据包，在本地对数据包进行实时解码和播放，也可以将数据包挂到网络上面去实现实时解码和播放。整个系统具有体积小、功耗低、稳定可靠、安装简便、成本低廉等特点，可扩展应
23、用在工业控制、可视电话、远程监控系统等诸多领域。【参考文献】【1】于明，范书瑞，曾祥烨A R M 9 嵌入式系统设计与开发教程【M】北京：电子工业出版社，2 0 0 6：1 5 7 5 2】张嵛3 2 位嵌入式系统硬件设计与调试f M l 北京：机械工业出版社，2 0 0 5：2 8 0 f 下转第5 6 页l一2 1 万方数据图3 泡沫水喷雾联用灭火系统标准段喷放示意图2、设备及管道布置在浦东、浦西两座消防泵房内分别设l 套泡沫水喷雾联用灭火系统专用泵组，每座消防泵房含3 台水喷雾消防专用泵、3 6 泡沫泵和2 只泡沫液储罐，消防水经水泵提升后在每孑L 隧道内各引出一根D N 2 0 0 水
24、喷雾消防干管，并在江中心贯通，泡沫泵将泡沫液储罐内泡沫加压后亦在每孔隧道内各引出一根D N 7 0 泡沫干管，干管均敷设在隧道设备层内，泡沫水喷雾联(上接第2 1 页)【3】Z h a n gC h u a n j u n，F r a n kV a h i d，W a l i dN 巧a r Ah i g h l yc o n f i g u r a b l e c a c h ef o rl o we n e r g ye m b e d d e ds y s t e m s【】A C MT a n s a c t i o n s o nE m b e d d e dC o m p u t
25、i n gS y s t e m s，2 0 0 5，4(2)：3 6 0 3 9 0，f 4 1S u l e y m a nS a i r，T i m o t h yS c h e r w o o d，B r a dC a l d e r Ad e c o u p l e d p r e d i c t o r d i r e c t e ds t r e a mp r e f e t c h i n ga r c h i t e c t u r e J】I E E E T r a n s a c t i o n so nC o m p u t e r s，2 0 0 3，5 2(3)：2
26、 5 0 2 8 0【5】J u n g H o o nL e e，S h e w o o n gJ e o n g，S h i n D u gK i m e ta 1 A ni n t e U i g e n t c a c h es y s t e m、历t hh a r d w a r ep r e f e t c h i n gf o rh i g hp e f f o r m a n c e L l I E E ET r a n s a c t i o n so nC o m p u t e r s，2 0(_)3，5 2(5)：6 0 0 6 2 0【6】R i c h a r d
27、 s o n i e g H 2 6 4 和M P E G 2 4 视频压一5 6 一用灭火系统覆盖暗埋段。泡沫水喷雾联用灭火系统需在浦东、浦西各设置水泵接合器6 套。系统为开式设计，在雨淋阀后设放水管，非消防用水期间车行隧道内水喷雾一泡沫联用系统管道为空管，既防冻，又避免了漏水。五、结语综上所述，随着越来越多城市大型隧道的建造，泡沫水喷雾联用灭火系统对这类封闭式的地下建筑的积极作用将愈加显现出来，在火灾来临时，他们可以大大减少人员伤亡、车辆烧毁、结构及设施损坏，可以使人们更安全、方便、快速的在城市间穿梭。【参考文献】【1】孙继洋等泡沫喷雾新技术在公路隧道消防中应用的探讨2 0 0 6 年公路
28、隧道运营管理与安全国际学术会议【2】徐康辉等泡沫喷雾灭火装置技术成c s t a l D：C G2 0 0 8 0 1 3 9 5 2 3】杨涛香炉山隧道消防系统的选择与设计】公路，2 0 0 8 年，第0 4 期缩：新一代多媒体的视频编码技术 M I 长沙：国防科技大学出版社，2 0 0 4：3 0 8 7 7 j 王田苗嵌入式系统设计与实例开发【M 1 北京：清华大学出版社，2 0 0 2：5 0 1 0 0【8】D a n i e lPB o v e t，M a r c oC e s a t i U n d e r s t a n d i n gt h eL i n u xk e r n
29、 e l M 2 n dE d O R e i l l y，2 0 0 2 f 9 1 9 张晓东，李秀娟，张杰基于A R M 的嵌入式远程监控系统设计卧现代电子技术2 0 0 8(6)：2 2-2 3【1 0】梁会军，王胜基于A R M$3 C 2 4 1 0 和流媒体技术的网络视频采集卟微计算机信息，2 0 0 7，2 3：2 5 1 1 1 l 李金广，罗飞，杨晖等基于$3 C 2 4 1 0 的嵌入式图像传输系统的设计与实现U】福建电脑，2 0 0 7(5)：7-8转自计算机工程与设计2 0 0 9 年第8 期 万方数据基于嵌入式Linux的视频监控系统的设计基于嵌入式Linux的视频
30、监控系统的设计作者：刘步中，张曦煌，王庆磊作者单位：江南大学信息工程学院,江苏无锡,214000刊名：安防科技英文刊名：SECURITY AND SAFETY TECHNOLOGY MAGAZINE年，卷(期)：2009(6)参考文献(11条)参考文献(11条)1.李金广;罗飞;杨晖 基于S3C2410的嵌入式图像传输系统的设计与实现期刊论文-福建电脑 2007(05)2.张晓东;李秀娟;张杰 基于ARM的嵌入式远程监控系统设计期刊论文-现代电子技术 2008(06)3.Daniel P Bovet;Marco Cesati Understanding the Linux kernel 200
31、24.王田苗 嵌入式系统设计与实例开发 20025.Richardsonieg H 264和MPEG24视频压缩:新一代多媒体的视频编码技术 20046.Jung-Hoon Lee;She-woong Jeong;Shin-Dug Kim An intelligentcache system with hardware prefetchingfor high perfor-mance 2003(05)7.Suleyman Sair;Timothy Scherwood;Brad Calder A decoupledpredictor-directed stream prefetchingarchitecture 2003(03)8.Zhang Chuanjun;Frank Vahid;Walid Najjar A highly configurablecache for low energy embedded systems外文期刊 2005(02)9.张嵛 32位嵌入式系统硬件设计与调试 200510.梁会军;王胜 基于ARM S3C2410和流媒体技术的网络视频采集期刊论文-微计算机信息 2007(23)11.于明;范书瑞;曾祥烨 ARM9嵌入式系统设计与开发教程 2006 本文链接：http:/