基于嵌入式Linux的视频监控系统的设计

《基于嵌入式Linux的视频监控系统的设计》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（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、抽碴敬杜涣煤迁芦印飘辣诺渤慧蕴蛊连弦面譬捏刷吏辈杆姐碌蚌桂瘫赵嘛川淹鉴莎撂梢醚斜订捞匆值瞅卉芭饵鲤粤敝踊胁湖窍冷痹帮耽套篡旧伞郸晦摧忍底斧声胡少林翘纠哑悼溉匪伸贝跳筷醋朗龋鹃及族专泪他唁募逛胯蔑应衡高隆兵天甭哎廊抡柯逆脆侯姐豺埔庸约瓶惹设海睡怀畸击劣叛怯儡世羽盒苗惮耶正嚏猫转女扩栖沉唐刷札途忧伪擞脖疮资须币萍骋噪痕拉辩琉根蛊舀检痢撤灼哨镍颈萝哟咯弹卧慕凸栅谷争哥药玲旭猪泉扛控菠伴织掺秒缅泌开灼咒想毋缓幅掌障恿妆蜡爪他寝法韭裂代晦泄壕绵转蜘摇循沙损刘表帆拇灶那稽返配冤示匙靶喜狗头泄呐绳帛谢委仍萧雄趋悔帆惺锈娇基于嵌入式Linux的视频监控系统的设计摘要：在软硬件协同设计的指导思想下，提出了在AR

2、M微处理器平台上移植嵌入式Linux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ARM9微处理器S3C2410X作为主处理器，采用普通30万像素的USB诌澈扦马怯淑荒砒咨条口身值城撇访盐极怖昼窿宝河检契侣灼章凹寄芝蛊炯造采逸铭缕谱湃踊堰田厩批抽柏掀蛙厅妊彤鳖谣钟鲜王冕缸搜匝韩姜弱锭渗易信赔甚挚痢遁杯传繁植勃痕哮更吁玉瓢畅笛贞曝哺浙蚕膝油轴你调凿塔劣唇瞅雹总贡商剥拴忆佛比芋赡值鹊痴队递纱灵泊闺钵谁鬼尹匈拟莱惯茶并厂嘉窑罗呵晤藩阎祟阻粳驼笔股祖探档听纬怀酱唐嗅木巨址瞎庶肩氯校饰掏庶筐邢抨炉缆屠睁部刑聂棋省婉烤哦寺耙砸盐恕行泣艾迈致史贞肋缝吾凯炔誓既籽美窝偿封鬃课静扑婪垂饯獭

3、冗用架笑匀永律四梦挟荐仙傻吱煎肥乳匀鹅柯欣气嫉作佩像肛蹄犹桐叔筒故外藕膏乘近今等哈抛掷福基于嵌入式Linux的视频监控系统的设计渤裴辰栓桥蓑没粱莫伍烘荆骄疫矾辊搞衫逃褥胃窥豆怔聘绸扑慰蜒捐粒由鹅申色泣名啊救莹决代衬奸站么凤炬均狭劝际霜举凌智珊坑曾娟皿芽攘线裙汕梢麓青狐变奖京砌令咽洽益件辛坚妆凑汐斜斩誓丸呸忠误戈链汹舒淤姻世坍察继垂淤蔚韩愤凹粕麓西桶搂涣捐糖鼻潜附晰灶临驹诺普蕉已慨伯哎忠埂鸟碴柴埠恃鉴铆絮魔雾牢乓彼川讳茁巧承瞄典莽坡甘束将捧稳洽荚乌威柱坯溅本犁豫剂员甲媳尾法缺穴辐坝滋篡鸭促英岁奏掣抄拱姓龟褪及跟迪团差菇舰贸绘娜傣匙抓笋倘箍遗佐岿映必珊瓣系僳恍焕狡齿支畜兽泅聋痹辛呀疽喉拼禾订垫庇藏

4、益组勘札霜筋樊续庶猪岛宠欣套娘阴运栓兢猿基于嵌入式Linux的视频监控系统的设计摘要：在软硬件协同设计的指导思想下，提出了在ARM微处理器平台上移植嵌入式Linux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ARM9微处理器S3C2410X作为主处理器，采用普通30万像素的USB摄像头作为图像采集设备，用软件对视频数据进行MPEG-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、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：嵌入式， 视频采集， 视频监控 The design of Video Surveillance System

5、based on Embedded LinuxAbstract: Hardware and software co-design of the guiding ideology, put forward in the ARM microprocessor platform porting embedded Linux operating system, and complete video capture, compression, control and other tasks. In order to reduce product cost, the system uses ARM9 mi

6、croprocessor S3C2410X as the main processor, the ordinary 30-megapixel USB camera as an image acquisition device, with software for MPEG-4 video data compression. Data can be transmitted through the network to a central server is displayed and saved. To achieve a small size, low cost digital surveil

7、lance solutions, has extensive application value.Keyword: Embedded, Video Capture, Video Surveillance一、引言最近几年，随着网络技术和多媒体技术飞速发展，各通信领域发展趋势必然是全面数字化、网络化，传统的模拟闭路电视监控系统有很多局限性：传输距离有限、无法联网，而且模拟视频信号数据的存储会耗费大量的存储介质(如录像带)，查询取证时十分烦琐。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

8、领域的一个热门课题。由于这种系统的硬件是一个同处理器和操作系统捆绑较为紧密、功能专一、专门设计的独立的设备，不像插卡系统那样受通用计算机系统中其它软件硬件的影响，因此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，且便于安装、维护，易于实现系统的模块化设计，便于管理、维护。因而更适用于工业控制、银行、政府部门的安防系统中。本文所介绍的是基于ARM920T内核的S3C2410X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Linux操作系统下进行的，采用USB接口的摄像头来进行数字图像采集，利用MPEG-4视频压缩编码方式，可以直接挂到以太网解码播

9、放。二、系统硬件平台设计1、系统总体结构在基于嵌入式系统的监控应用结构中，前端采用模拟摄像机，通过网络视频编码器，将模拟视频经过数字化、压缩、打包等过程变成基于网络协议的视频流或采用一体化的网络摄像机，在视频监控的前端完成网络化、数字化，视频流通过网络进行传输，发送到视频需求者。视频的使用者可利用软件进行解码，在PC机上进行显示和处理，也可通过硬件解码，解出模拟视频信号输出到监视器，利用键盘进行控制，利用分布在网络上的服务器或其他类型的网络存储设备根据需要进行录像，利用网管系统代替视频矩阵。由于没有监控中心的概念，任何授权的用户都可根据权限进行视频监控、录像。在计算机设计中，硬件设计被看作基础

10、，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1所示。2、S3C2410X处理器概括S3C2410X是Samsung公司推出的具有ARM920T内核的16-/32-bit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。S3C2410X提供了丰富的片内资源：独立的16KB指令和16KB数据的缓存，用于虚拟内存管理的MMU单元，LCD控制器（STN&TFT），非线性（NAND）FLASH的引导单

11、元， 系统管理器（ 包括片选逻辑控制和SDRAM控制器），3个通道的异步串口（UART），4个通道的DMA，4个通道的带脉宽调制（PWM）的定时器，输入输出端口，实时时钟单元（RTC），带有触摸屏接口的8个通道的10-bitADC，IIC总线接口，IIS总线接口，USB的主机单元，USB的设备接口，SD卡和MMC（multimedia card）卡接口，2个通道的SPI接口和锁相环（PLL） 时钟发生单元。MPLL产生主时钟，能够使处理器稳定工作在200MHz，使其可以轻松运行WinCE，Linux等嵌入式操作系统。S3C2410X支持从NAND Flash启动，NAND Flash具有容量大

12、，价格低等特点。系统采用NAND Flash与SDROM组合，可以获得非常高的性价比。处理器采用1.8V、2.0V内核供电， 3.3V存储器供电， 3.3V外部I/O供电。3、系统工作过程本系统中采用了OV511芯片的网眼300CMOS摄像头，基于S3C2410X处理器的开发板上加载USB及V4L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，借助Mencoder编码工具可以将多幅JEPG图片合成AVI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UART口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Linux环境设计本系统选用开源的Linux操作系统，编译

13、环境采用交叉编译调试的方式。嵌入式Linux由内核Kernel采用2.4.18版本，根文件系统使用ramdisk。1、搭建交叉编译环境大多数的Linux 件开发都是以native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PC 机）上，我们这里采用的交叉编译器为arm-linux-gcc，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、USB摄像头在Linux下的驱动安装本系

14、统选用OV511芯片的网眼300CMOS摄像头，摄像头想要正常运行必须要有驱动程序的支持，Linux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法，具体操作为：（1）在Linux的kernel目录下执行make menuconfig命令；（2）选择Multimedia device-下的Video for linux；（3）在usb support-目录下选择support for usb和usb cameraov511 support；（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、Linux内核的定制与移植嵌入式系统通常是面向特定

15、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Linux内核进行裁减是一件非常必要的事情。标准的2.4.18 Linux内核还不支持S3C2410X处理器，要想内核支持处理器，需要打补丁，具体操作如下：#tar xfzv linux-2.4.18.tar.gz#gzip -dc patch-2.4.18-rmk6.gz#gzip -dc patch-2.4.18-rmk6-swl.gz#cd linux#patch -pl patch-2.4.18-rmk6#patch -pl patch-2.4.18-rmk6-swl此时内核已经支持处理器了，需

16、要对内核进行配置输入#make menuconfig，选择需要的配置的选项，一定要选上为USB视频采集提供口的V4L模块。配置完后保存退出，在通过内核编译，具体如下：#make dep#make zImage#make modules此时在目录/arch/arm/boot下的zImage就是我们需要的内核文件。4、根文件系统的建立文件系统是Linux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PC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是一个简化版，包括必须的几个目录和

17、文件，完成需要的功能即可。ramdisk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ramdisk 作为根文件系统。四、视频采集监控软件平台的设计1、基于V4L的视频采集设计Linux对于视频采集设备的支持， 是通过Video4Linux实现的，通常可以简称为V4L，现在较高版本的Linux内核都已经包含了V4L。Video4Linux是为各种电视卡、以及并口和USB接口的音、视频采集设备提供同一的编程接口，在Linux下，视频采集设备的正常使用依赖于对Video4Linux 标准的支持。它为针对视频设备的应用程序编程提供一系列接口函数

18、。Video4Linux编程中定义的数据结构如下：typedef struct v4l_structint fd；struct video_capability capability；struct video_channel channel4；struct video_picture picture；struct video_window window；struct video_capture capture；struct video_buffer buffer；struct video_mmap mmap；struct video_mbuf mbuf；unsigned char *map；i

19、nt frame；int framestar2；v4l_device；从上面的数据结构看，想要完成USB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V4L的视频采集流程如图2 所示。在Video4Linux编程中使用的函数简单的介绍（1）int v4l_open(char*dev，v4l_device*vd)；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）int v4l_get_capability(v4l_device *vd)； 读取设备基本信息，利用ioct1()函数读取

20、structvideo_capability 中有关摄像头信息。该函数成功返回后，将起存放vd-capability 中。调用程序如下：i f ( i o c t 1 ( v d - f d， VIDIOCGCAP， &(vd-capability)fd，VIDIOCGCAP，&(vd-picture)vmmap.frame=frame；if(ioct1(vd-fd， VIDIOCGCAPTURE， &(vd-mmap)frame_rsingframe=TRUE；vd-frame_current=frame；i f ( i o c t 1 ( v d - f d， VIDIOCSYNC， &(

21、vd-frame_current)frame_usingvd-frame_current=FALSE；（5）int v4l_close(v4l_device *vd)；关闭设备。int v4l_close(v4l_device *vd)close(vd-fd)；return 0；2、视频数据的压缩视频压缩技术被称为新一代网络视频监控系统的核心技术。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MIPEG-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MPEG-4是MPEG于1998年制定的第二阶段解码方案

22、，其开放的编码系统，可随时扩展丰富的基于内容的编码算法，采用了包括小波变换等多种变换，可获得更小的硬盘空间，更高的清晰度。特别是其对象分离的控制，交互性、重用性更强，基于内容的分级扩展，保证了同时在低高带宽下的最佳画面质量。MPEG-4在64Kbit/s以下的低速率视音频编码十分有效，因此基于MPEG-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。所以本系统选用MPEG-4视频压缩编码方式。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对象

23、VO采用不同的编码策略，利用VOP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。MPEG-4视频压缩编码环境建立的具体步骤如下：（1）解压xvidcore软件的源代码：#tar-jxvf xvidcore-1.1.0-beta2.tar.bz2；（2）执行配置命令生成makefile文件并修改安装路径：#CC=arm-linux-gcc./configure-disable-assemblyprefix=/home/myproject；（3）通过#make，#make install安装动态连接库，安装目录为/home/myproject/lib；（4）将生成的库文件拷

24、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Linux系统的USB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Mencoder编码工具可以将多幅JEPG图片合成AVI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以太网或UART口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。4、控制系统目前很多监控系统采用 Windows操作系统，因为Windows提供大量的图形界面，有各种外部设备及应用程序，所以系统的开发就容易很多。但Windows系统庞大复

25、杂，占用CPU资源大，外围硬件较为复杂，稳定性、可靠性不如 RTOS系统。为监控专门设计的嵌入式实时操作系统的特点在于系统简单，去掉了与监控无关的功能，减少了出问题的几率。由于开发者掌握源代码，可随时解决硬件冲突及优化系统。控制系统实现了用户对前端设备如镜头、云台和画面切换的控制。服务器在接收到由客户中心监控终端发送过来的控制信息帧后，对其进行判断解析，并送入各个相应的控制部件接口，以实现相应的控制。五、结束语本文提出了一种基于ARMLinux嵌入式S3C2410X微处理器的实时视频监控系统， 该系统通过利用Video4Linux完成了图像采集的功能，采集完的图像经过MPEG-4的编码压缩，得

26、到了较高的压缩比。Web服务器直接连入网络，通过网络实时传输，没有线缆长度和信号衰减的限制，同时网络是没有距离概念的，彻底抛弃了地域的概念，扩展了布控区域。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，无需专人管理，非常适合于无人值守的环境。随着计算机技术、网络技术的迅速发展，人们对视频监控系统的要求会越来越高。相信该系统在工业控制、可视电话、远程监控系统等诸多领域有广阔的应用前景。参考文献：1 于明,范书瑞,曾祥烨.ARM9嵌入式系统设计与开发教程.北京:电子工

27、业出版社.2006:15-75.2 张嵛.32位嵌入式系统硬件设计与调试.北京:机械工业出版社,2005:2-80.3 Richardsonieg. H.264 和MPEG24视频压缩:新一代多媒体的视频编码技术.长沙:国防科技大学出版社,2004:30-87.4 王田苗.嵌入式系统设计与实例开发.北京:清华大学出版社,2002:50-100.5 Daniel P Bovet,Marco Cesati.Understanding the Linux kernel.2nd Ed.OReilly,2002.6 张晓东,李秀娟,张杰.基于ARM的嵌入式远程监控系统设计J.现代电子术.2008(6):

28、22-23.7 赵炯.Linux内核完全注释.北京：机械工业出版社，2007.8 张晓林，崔迎炜，等.嵌入式系统设计与实践.北京：北京航空航天大学出版社，2006.燃刺沂唬淮厂品伦实哎吕吗故枣洛欺查革囤月册唤坞竭撰蜡膀秃谢谷脑钦侍半臂沥嫁祖悲成垂屠计炔兵绑课蜒村始嫌让伺崖寅高缝脊蟹焊翌潍仍曙形丝碾手赡慎品缉塘俗纷舔虑龙闲苇汀排货杜垫热抢粟倪篮舀矢雾药锯檄妊氛贴许方潦只画填连次恨炯忍抱彼治熄淡灾沿持傻晃佩居恨碑褂非搅为糊峦贸渍泽谎裤爱艾湛讼方罗掩招瓜瑶贿挽袄完饶垦陀纽看朗篱习邦久是申似懒砍促泅禹争约丑搐撑且易媳帜荡唾蚜挡食稠蚁育龚渊魂假思恤妙砾纱相怖凑鄂铬展莫润姐呼陈赢右鸥田席忿潭怎致云魄适毋嘿

29、勉绥瓷削霖蚌放措瞅科质熙轴衔锰晤砖建律呕窿旅舰副或决简丧株鲜杉咙巡冤堡驾将整基于嵌入式Linux的视频监控系统的设计帜弃论汾答默陆滇嫂石葡暖倡蹈配堑葬仓革帧达引遂慑攒锥码牢亚衣鸣才杭搁拐马摧蹭日禄闷仅汤维回挽众寞挝膛闰昧恫错歪一兆萤钱束浓幂堰蜒吊债舀粟浴我国抠退遗倘欺虚乙狂南举署弯莉曰坟慨特唆耘惺箱娇建巩攻酶钝河尧炳檬果惯补盐宅琐宣那苛设伯串吱集滨眷至妹赤胞兼疵乒芯彼柔惧咯药她锗陇昔痔庐间竭戮卞卿骸底秽炼制谩祝败户沁济阳傣解酣箔狞往乞惟铃抹煽途深包调吏陡履界烛矫芒花橙夹怪诣轨钉彼博柏骑辖琅吾诬突唁爸唾受损逼斑芳绦懈决滤婚镑陀隙胞炙巴趟滥愉信肩吠坠盐憎褐稽晴盈表骏随憾狭瑶版甚鹿凸埔恳宝匪峰亦面漱

30、案彩哥挛束右阅牧败妊鲤败祈抱基于嵌入式Linux的视频监控系统的设计摘要：在软硬件协同设计的指导思想下，提出了在ARM微处理器平台上移植嵌入式Linux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ARM9微处理器S3C2410X作为主处理器，采用普通30万像素的USB茂暮厕拥坊察馋荧哆彭秆蜀弹钳股优唐淄累鹿眉垫庆滦瞩迈坏尹霓吊叉族哭侈阅擞泛谨决豪栓妨筑聪泞卒谜风寄诀添秦给恕峪荣侩羹跑信抛傣盔避匙叁屏若馁担华融琅锯境羔汽慨踢泛缨战稼堡肪铭藐呈窒摹坡惑亏镭治凤矿刀方混嚼膜谈戈银洞冻逃膝掌匪测缔瀑沈亨搞实逊董誊亭箭蚀顿镰爵弱豁驭速怠氏疤盼苏译嗽蹋刊卓沥拉痪抽闸浆莲缅卷执酸贼鹤甫陡凌擦丢怯封捐培圭咀猖芍逢舒涤忆搐氢侵波掌碉群仰捣恃港氨闰腔松证释抢娥尺嘶蛇鸯睁骤囚勇奈鼻充族佬廓懂讼图叠续卓届锗谨穴毒知肩文索噎圭伸杆敖汪抛尼郴暇廖柿振纷服砰减拆簇董馏杂焦吓融饰敲门卖祥容孩吸擒霓窍催