基于嵌入式技术的网络视频监控系统的设计

论文总字数：21484字

目 录

1 绪论 1

1.1 本课题的目的及研究意义 1

1.2 视频监控技术的发展历史 1

1.3 本课题的研究内容 2

2 网络视频监控系统总体设计 2

2.1 系统体系结构设计 2

2.2 各模块功能要求 2

2.3 软硬件平台选型 2

2.3.1 系统硬件平台选型 3

2.3.2 系统软件平台选型 3

3 系统软件平台搭建 3

3.1 交叉编译环境的建立 3

3.2 监控系统U-Boot的移植 4

3.3 Linux内核移植 4

3.4 根文件系统的构建 6

4 系统硬件设计 7

4.1 S3C2440开发平台 7

4.2 网络接口电路 8

4.3 CMOS摄像头 8

5 系统软件设计 9

5.1 摄像头驱动程序设计 9

5.2 图像采集模块 10

5.2.1 V4L2简介 10

5.2.2 视频图像采集实现 11

5.3 视频压缩模块 12

5.4 网络传输模块 14

5.4.1 网络通信协议 14

5.4.2 视频图像传输 15

5.5 视频服务器的构建 16

5.5.1 mjpg_streamer视频服务器 16

5.5.2 视频服务器的移植 17

5.5.3 视频服务器的测试 17

5.6 嵌入式Web服务器的构建 18

5.6.1 嵌入式Boa服务器的搭建 18

5.6.2 嵌入式Boa服务器的测试 20

5.7 B/S模式下的系统设计 20

6 系统测试 21

6.1 嵌入式Web服务器测试 21

6.2 mjpg_streamer视频服务器测试 21

6.3 网页端测试 22

7 总结 23

参考文献： 24

致谢 25

基于嵌入式技术的网络视频监控系统的设计

李一凡

，China

Abstract：Monitor can be seen everywhere in our lives, banks, residential, highway, and more and more places install monitoring system to provide our life with security. Monitoring can record and store video image data, and is very important for the security system. With the reform of monitoring technology, video surveillance gradually developed to be intelligent, wireless, IP. At the same time, embedded processors continue to increase processing capacity, more and more portable mobile terminal began to use embedded technology design, embedded technology is used in the surveillance industry. Transmitting video and audio data through the Ethernet and other network is the urgent need for remote monitoring. This topic combined with the development trend of video surveillance, on the Linux platform, with S3C2440 as the main controller, used the JPEG standard for image compression, based on TCP / IP protocol network transmission,and designed a embedded network video monitoring system which is B/S structure. The system has the characteristics of high integration, high reliability and low cost, which can be monitored remotely, and is superior to the traditional video monitoring system.

Key words：Linux; S3C2440; B/S; video monitoring

1 绪论

1.1 本课题的目的及研究意义

随着国民经济和现代化建设的快速发展，视频监控系统在建筑、通讯、交通、金融等领域的应用越来越广泛。计算机、视频压缩、图像处理、网络传输、编码解码等技术的发展，也给现代视频监控系统带来了新的变革^[1]。随着我国智慧城市建设的深入，各行业对视频监控需求的进一步提升，发展更智能的网络视频监控系统成为我们的迫切需求。

如图1-1所示，我国2015年的视频监控市场规模达到了740亿元，预计未来三年的增速将会放缓，但增长率仍有望达到14%，市场规模将不断扩大。

图1-1 中国视频监控市场规模

1.2 视频监控技术的发展历史

从第一代闭路电视监控系统出现到今天，视频监控系统经历了三次变革：

（1）第一代：模拟视频监控系统

第一代模拟视频监控系统利用线缆传输信号，磁带录像机存储数据，模拟监视器显示监控画面。其缺点是图像质量差，传输的距离短，无法进行远程访问，优点是价格低廉，安装简单，适用于小范围的监控^[2]。

（2）第二代：数字视频监控系统

第二代数字视频监控系统以数字硬盘录像机(Digital Video Recorder，DVR)为核心，将模拟的视频信号数字化，仍采用有线传输，并支持有限IP网络访问，可容纳更多的摄像机，存储更多的视频图像，监控画面更加清晰^[3]。

（3）第三代：网络视频监控系统

第三代网络视频监控系统的摄像机内置Web服务器，采用压缩编码技术，使传输视频图像需要的带宽更小，存储视频图像需要的内存空间更小。基于标准的TCP/IP协议，任何经过授权的客户机可以通过网络访问监控数据，性能稳定、可扩展性高^[4]。

1.3 本课题的研究内容

本课题结合视频监控的发展趋势，选用S3C2440芯片作为主控制器，基于Linux平台，设计了一种嵌入式网络视频监控系统，采用JPEG标准压缩图像，基于TCP/IP协议实现网络传输。具有集成度高、可靠性高、成本低等特点，可以实现远程监控，更加适合现代社会视频监控的需要。

2 网络视频监控系统总体设计

2.1 系统体系结构设计

本系统由三部分组成：摄像头采集前端、嵌入式处理终端以及PC端。系统整体框架如图2-1所示。

图2-1 系统整体框架图

本系统利用ov7740图像传感器采集视频图像，连接到S3C2440处理器终端处理，使用JPEG算法压缩编码，利用TCP/IP协议传输至WEB端，网页端解码播放，实现B/S结构的嵌入式网络视频监控系统。

2.2 各模块功能要求

实时图像采集：利用ov7740图像传感器采集图像，功耗低、灵敏度高。

视频压缩：对前端CMOS摄像头采集到的原始图像数据，使用JPEG标准进行压缩编码，从而减小图像数据的大小，降低对传输带宽和存储空间的要求。

网络传输：将图像数据上传至网络，使用户能通过PC端查看，方便快捷，且不受地点限制。

视频显示：对PC端接收到的视频进行解码，实现视频实时播放^[5]。

2.3 软硬件平台选型

2.3.1 系统硬件平台选型

嵌入式处理器的分类：

1. 微控制器：将整个计算机系统集成到芯片中，体积小，片上外设资源丰富，适用于控制。
2. DSP处理器：用于信号处理，运算速度快，但不支持操作系统。
3. 片上系统：实现了软硬件无缝结合，是追求产品系统最大包容的集成芯片。
4. 微处理器：是由传统的CPU演化而来的，具有32位以上的处理器，性能好，体积小，重量轻，有ARM、PowerPC、MIPS等类型。

本系统选择的是SAMSUNG公司生产的S3C2440 ARM微处理器，搭载256M Nand Flash和64M SDRAM，内置JTAG逻辑调试，且集成了许多片上功能，能够满足本系统的需求。

2.3.2 系统软件平台选型

（1）VxWorks：可靠性和实时性很高，源码不公开。

（2）Windows CE：它拥有非常出色的通信能力，支持各种通信硬件、局域网连接和无线通信等。但价格昂贵，且源码也不公开。

（3）Palm OS：是具有开放操作系统应用程序接口（API）的嵌入式操作系统，由Palm公司设计，在PDA的市场占有率较高。

（4）嵌入式 Linux：是基于Linux的嵌入式操作系统，不仅免费，而且开放源代码，性能优异，具有软件可移植性。

通过对以上几种嵌入式操作系统的比较，本系统选用嵌入式Linux作为软件开发平台。因为Linux操作系统开源、软硬件可裁剪、有丰富的第三方应用程序支持，用户可以根据实际的开发需求，对系统的内核镜像进行精简以满足系统开发需求。同时，由于其源代码开放，在开发过程中遇到错误时，可以在互联网中获得大量有效的帮助信息，这些优势是商业操作系统所不具备的。

3 系统软件平台搭建

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