基于嵌入式Linux的视频监控系统的设计
万方数据
刘步中，张曦煌，王庆磊：基于嵌入式Ｌ肌Ｊ）（的视频监控系统的设计２００９，３０（８）１８８７
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＾ｎ飘ｙ单元，ＬＣＤ控制器（ＳＴＮ＆ＴＦＴ），非线性（ＮＡＮＤ）ＦＬＡＳＨ的引导单元，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Ｄｍ，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ｌＯ－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（ｍｕｌ“ｍｅｄｉａｃａｒｄ）卡接口，２个通道的ＳＰＩ接口和锁相环（ＰＬＬ）时钟发牛单元。ＭＰＬＬ产生主时钟，能够使处理器稳定工作在２００瑚眦，使其可以轻松运行ＷｉｎＣＥ，Ｌｉｎｌｌ）【等嵌入式操作系统““。
Ｓ３Ｃ２４ｌＯＸ支持从ＮＡＮＤＦ１ａｓｈ启动，Ｎ＾ＮＤＦｌ鹊ｈ具有容量大，价格低等特点。系统采用Ｎ肘ｍＦｌａｓｈ与ＳＤＲＯＭ组合，可以获得非常高的性价比。处理器采用１．８ｖ、２．ＯＶ内核供电，３．３Ｖ存储器供电，３．３Ｖ外部Ｉ／ｏ供电。
１．３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Ｓ３Ｃ２４ｌＯＸ处理器的开发板上加载ＵＳＢ及Ｖ４Ｌ驱动，并在此基础卜完成摄像头的驱动，实现图像采集与压缩，借助Ｍｅｎ－ｃｏｄｅｒ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。
２嵌入式Ｌｉｎｕｘ环境设计
本系统选用开源的Ｌｉ眦操作系统，编译环境采用交叉编译调试的方式。嵌入式Ｌｉｎｕｘ由内核Ｋｅｍｅｌ采用２．４．１８版本，根文件系统使用ｒａｍｄｉｓｋ。
２．１搭建交叉编译环境
大多数的Ｌｉｎｕｘ软件开发都是以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（即板卜系统）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锄－ｌｉｎｕｘ－ｇｃｃ，交叉编译环境的建立需要许多的软件模块协同工作，具体安装小再赘述。
２．２ｕｓＢ摄像头在Ｌｉｎ雌下的驱动安装咖
本系统选用０Ｖ５ｌｌ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，ＬｈｎⅨ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Ｌｉｎ吼的ｋｅｍｅｌ目录下执行ｍａｌ【ｅｍｅ删ｃｏｎ堍命令；
（２）选择Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａｄｅｖｉｃｅ》下的ＶｉｄｃｏｆｏｒｌｉｎｌＩｘ；
（３）在ｕｓｂｓｌｌｌ，ｐｏｎ．＞目录下选择ｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｌｌｓｂ和ｕｓｂｃ锄啪
ｏＶ５１１锄ｐｐｏｒｔ；
（４）保存配置退出。
经过一卜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。
２３Ｌｉｎｕｘ内核的定制与移植ｍ
嵌入式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Ｌｉｎｌｌ】【内核进行裁减足一件非常必要的事情。标准的２．４．１８ＬｉＩｌ峨内核还不支持Ｓ３Ｃ２４１０ｘ处理器，要想内核支持处理器，需要打补丁，具体操作如下：
瓶ａｒｘ￡酣ｌｉｎｕ】【－２．４．１８．ｔａｒ．ｇｚ
群ｇｚｉｐ—ｄｃｐａｔｃｈ一２．４．１
８－ｍｄ函．ｇｚ
撑ｇｚｉｐ－ｄｃｐ撒ｈ一２．４．１８一ｎｌｌｋ６．ｓｗｌ．ｇｚ
撑ｃｄｌｉｌｌｕｘ
印ａ劬?ｐｌｐａｔｃｈ一２．４．１８－ｍｌｌ【６
蛳批ｈ．ｐｌｐａｔｃｈ一２．４．１８－加ｋ６一ｓｗｌ
此时内核已经支持处理器了，需要对内核进行配置输入桴ｍａｋｅｍ锄ｕｃｏｎ堍，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：
纳［１ｌａｋｅｄｅｐ
群ｍａＩ汜ｚＩｍａｇｅ
舳ａｋｅｍｏ（１ｕｌｅｓ
此时在目录／ａｒｃｂ／ａ珊，ｂｏｏｔ下的ｚＩｍａｇｅ就是我们需要的内核文件。
２．４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，但是体积比较人通常有几百兆之多，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文件，完成需要的功能即可。舢ｄｉｓｋ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。本系统选择姗ｄｉｓｋ作为根文件系统。３视频采集监控软件平台的设计
３．１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Ⅵｄｅ０４Ｌｉｎｌｌ）【实现的，通常可以简称为ｖ４Ｌ，现在较高版本的Ｌｉｎｌｌｘ内核都已经包含了ｖ４Ｌ。Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ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Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ标准的支持“们。它为针对视频设备的应用程序编程提供一系列接口函数。Ｖｉ—ｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ编程中定义的数据结构如下：
ｔｙｐｅｄｅｆｓｔｍｃｔＶ４ｌ一蚰懈（
ｉｌｌｔｆｄ：
ｓ仃ｕｃｔｖｉｄｅｏ＿ｃ印ａｂｉｌ时ｃ印ａｂｉＩｉｔｙ；
咖ｃｔⅥｄｅｏｃｈａ蛐ｅｌｃｈａｎｎｅｌ【４】：
ｓ仃ｕｃｔＶｉｄｅｏ＿ＪｉｃｔＩＩｒｅｐｉｃｔｕｒｅ；
ｓｔｍｃｔｖｉｄｅｏ＿ｗｉｎｄｏｗｗｉｎｄｏｗ；
ｓ蚋ＪｃｔＶｉｄｅｏ—ｃａＩ，ｔｕｒｅｃａＩ，嘶；
ｓ饥ｌｃｔｖｉｄｃｏ—ｂｕ丘．ｅｒｂｕ彘ｒ；
ｇ咖ｃｔＶｉｄｅｏ删ｍｐｍｍ印；
ｓｎｌｌｃｔｖｉｄｅｏ．＿．ｍｂｕｆｍｂｕ￡
ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒ＋ｍａｐ；
硫缸ｍｅ：
ｉｎｔｆ－ｍｍｅｓｔａｒ【２】：
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刘步中，张曦煌，王庆磊：基于嵌入式ＬＩＮｕｘ的视频监控系统的设计２００９，３０（８）１８８９
（上接第１８５２页）
ＢＧＰ４＋服务为支持ｒＰｖ６的边界网关协议服务，是用来完
成ＡＳ（自治号）之间的路由选择的。这时，隧道已经建好，隧道
已经是能够连接到外部礤ｖ６网了。最后，配置各Ｈｏｓｔ：安装
ＩＰｖ６协议，配置ＩＰｖ钔Ｐｖ６双栈协议。如图４中，连接交换机的
主机Ｈｏｓｔ２为ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ操作系统，配置方法如下：
第ｌ步，配置Ｈｏｓｔｌ的ＩＰｖ６地址ｉｐ．６ａｄｄｒａｄｄ２００１：２５０：２１５：
２：：ｌＯ／６４ｄｅｖｅｔｈＯ
第２步，配置Ｈｏｓｔ２的ＩＰ、，６地址ｉｐｖ６ａｄｕ４／２００ｌ：２５０：２１５：
２：：２０／６４ｄｅｖｅｔｈＯ
第３步，配置Ｔｕ越ｅｌ的ＩＰｖ６地址ｉｐ．６ａｄｄｒａｄｄ２００１：２５０：２１５：２：：ｌ／６４ｄｅｖｅｔｈＯ
ｉｐ－６ａｄｄｒａｄｄ２００ｌ：２５０：２１５：１：：ｌ／６４ｄｃｖｅｔｈｌ
在ＴＩ砌ｅｌ配置完成后，连接在交换机上的主机均能自动发现Ｔｌ啪ｅｌ，并将其设为默认网关，因此此时不用手ｌ：配置主机网关。在这种物理连接的情况下，主机既能实现ＩＰｖ４的访问，也能实现脚６的访问。
通过卜述步骤，ＩＰｖ６网络搭建完成，即可进行有关的连通测试，如利用ｉｆｃｏｎ风命令检杏地址配置的正确性，ｒｏｌｎｅ．Ａｉｎｅｔ６ｆｍｏｒｅ、ｍｕｔｅ－ｎ检查路由配置的正确性，ｉｐｖ６ｉｆ主机查看端口信息以及进行整体连通性测试等。
２．３网络服务实现
当网络测试成功后，安装配置实现各种网络服务，如ＦＴＰ、Ｗ曲访问、远程登录以及在线视频点播等。实现各种网络服务后，就可以访问Ｉｎｔｅｍｅｔ上的ＩＰｖ６网站了。如图５所示为访问七海交通大学ＩＰｖ６网站的情况，注意图上所圈的部分已经提示所使用的ｌＰｖ６地址２００ｌ：２５０：２ｌ５：２：：１０为本机地址。
３结束语
１１１ｔｅｍｅｔ由ＩＰ、ｒ４向ＩＰｖ６的过渡将是一个极为复杂的过程，针对学校在肌６研究的需求，构建一个基于校园网（ＩＰｖ４）的、安全性、稳定性、可以支持多种试验的ＩＰ、，６试验网络，同时提供常用的ＩＰｖ６网络服务是该设计的目标与宗旨。本设计充分
图５上海交通大学ＩＰｖ６网站
利用现有ＩＰｖ４网络资源，采用隧道技术和双协议栈机制相结合的方式，实现ＩＰｖ６试验网络，为访问№ｍｅｔ上的ＩＰｖ６资源和校园过渡到下一代互联网奠定基础。
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万方数据
基于嵌入式Linux的视频监控系统的设计
作者：刘步中， 张曦煌， 王庆磊， LIU Bu-zhong， ZHANG Xi-huang， WANG Qing-lei
作者单位：江南大学信息工程学院,江苏,无锡,214000
刊名：
计算机工程与设计
英文刊名：COMPUTER ENGINEERING AND DESIGN
年，卷(期)：2009，30(8)
引用次数：0次
参考文献(11条)
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1.学位论文杨磊基于嵌入式Linux视频采集平台的开发2008
图像视频采集技术在工农业生产、军事、医学、消费电子以及安全监控等领域有着极广泛的应用。传统的图像视频采集系统是由CCD摄像头，采集卡和计算机组成，一般功能较为齐全，但体积较大，价格高。随着嵌入式设备的出现和发展，该系统朝着微型化、网络化和智能化的方向发展。嵌入式图像视频采集系统一般是由微型摄像头、图像处理与微处理器芯片和存储器等构成的专用电路系统，具有体积小，功能强，接口丰富等特点，并且方便携带，与传统的大型图像采集器相比，嵌入式图像采集系统因体积小，便于移动，可以用于复杂环境下的图像采集。
本文提出了一种基于ARM处理器的嵌入式图像视频采集传输系统的解决方案。该方案使用三星系列嵌入式处理器S3C2410(ARM920T)为CPU，USB摄像头和LCD；系统软件平台使用嵌入式Linux2.6.14操作系统。与传统的采用Windows操作系统在PC上运行采集程序的方案相比，本系统体积小，便于携带，并且占用内存低。在软件算法上，与现有的单帧采集相比，本系统通过mmap函数将LCD显示缓冲区映射到用户空间的内存区，而直接对内存区进行读写来提高显示速度，并且在采集的时候使用了双缓冲设计，可以达到采集图像的同时显示在LCD上，故系统具有处理响应速度快，体积小，功耗低等优点。为了能适应网络的传输，本文的最后对嵌入式小波零树压缩(EZW)进行了改进，实验结果表明，在相同的压缩比下，改进算法要比EZW算法效果好。
系统采用模块化设计，各部分相互协调、形成了一个完整的图像视频采集系统，并且有很强的可扩展性。由于使用ARM处理器，平台功耗较低，并且采用开源的Linux操作系统，并未使用商用的软件包，完全从底层丌发，使整个平台软件部分开发成本较低，具有广阔的推广前景。
2.会议论文陈远知嵌入式视频采集与记录电路实现2006
视频采集与记录是数字图像处理技术研究的重要组成部分。介绍了视频采集与记录电路方案、工作原理，详细讨论了嵌入式视频采集与记录电路的硬件实现和软件编程。
3.学位论文同伟锋基于DSP+FPGA的嵌入式视频采集系统设计2009
图像采集在数字图像处理、图像识别等领域有着十分广泛的应用。本文采用DSP+FPGA的主从处理器架构，设计实现了一款低成本、低功耗、高实时性的嵌入式视频采集卡。
本文首先对嵌入式采集系统的特点，以及DSP和FPGA在图像处理中的各自优点进行了分析，并提出了具体的硬件设计方案。系统采用
TMS320VC5509A作为主处理器，利用自身的I2C总线完成了对视频采集芯片SAA7111A的初始化配置，使用EMIF接口实现外部存储器的扩展和管理，同时配置DMA模块和USB模块，通过外部FLASH设计了引导装载程序；采用EPIC6Q240C8作为协处理器，在其内部设计了视频帧缓存模块，乒乓结构模块和DSP通信模块，实现了视频数据的缓存和双SRAM的交替存取，确保视频帧完整传输到DSP中进行处理。最后介绍了CCS2.0集成开发环境和常见的视频处理算法以及基于此平台的视频处理算法的移植方法。
本课题设计的嵌入式视频采集卡，实现了视频的实时采集与传输，具有体积小，易于升级维护的特点，可以广泛应用在银行、机场、车站等关系公共安全的场所。
4.学位论文田天基于嵌入式音视频采集的视频会议系统的设计与实现2008
在互联网技术日益发达的今天，视频会议已经成为人们进行信息交流和传递的重要手段和工具。而随着嵌入式系统的发展，嵌入式技术也越来越多地被应用于视频领域，用来完成视频采集与处理的任务。
论文针对校园网络环境提出了一种基于嵌入式音视频采集的视频会议系统架构。该视频会议系统采用嵌入式的视频和音频采集方式，并且通过IP组播进行数据传输，能够在校园网环境内提供多套会议同时开播的、大规模用户参与的、实时高清晰的视频会议。
论文提出的视频会议系统与传统的视频会议系统相比有很大不同。传统的视频会议对音视频数据的采集通常是将USB摄像头和麦克风与个人计算机相连，经过计算机软件对数据进行编码和处理后，再通过网络传输到视频会议的对端计算机。而本文提出的视频会议系统是由嵌入式的终端设备完成音视频数据的采集、编码与发送，能够让系统更高效地专注于对音视频数据的采集和编码，增强了音视频的质量和实时性。因此，系统具有实时性高、清晰度高、系统负荷低、安装部署灵活等特点。
5.期刊论文梁培钧.赵军.LIANG Pei-jun.ZHAO Jun基于嵌入式Linux的视频采集系统设计-电脑知识与技术
2009,5(11)
随着网络技术和Linux技术的不断发展,利用嵌入式系统实现远程监控、视频会议等应用成为可能.该文首先简介基于嵌入式Linux系统的S3C2410平台和在平台上进行开发所需的软件环境,接着详细论述在该平台上如何实现视频采集这一应用,并对视频采集程序的实现进行具体的介绍,最后完成应用程序向目标平台的移植,达到视频实时监控功能.
6.学位论文张云基于ARM的嵌入式视频采集处理系统的设计2006
随着视频图像技术日益广泛的应用和嵌入式技术的迅猛发展，本文在综述视频采集处理发展现状和趋势的基础上，提出了一种基于32位处理器的嵌入式采集和处理系统方案。
本文设计了一种以三星公司的ARMTDMI系列处理器S3C44B0X为嵌入式核心处理器，辅以Vweb公司的专用视频编解码芯片VW2010的视频采集处理系统。系统可以实现视频图像的实时采集、压缩、网络传输和本地存储的功能。
论文着重论述了该视频采集处理系统的总体设计及其具体实现。硬件方面，论文首先介绍了课题相关应用背景，并在此基础上给出了系统的总体设计和实现方案。接着论文对ARM在系统中的应用有较为深入的分析，介绍了S3C44B0X和VW2010芯片的特点、选型和内部结构。论文最后着重给出了系统各部分模块的具体硬件设计，包括视频编解码芯片VW2010与ARM的接口设计，ARM处理器以太网接口设计，以及ARM外围扩展SDRAM,Flash高速硬件电路的设计等。
在软件方面，论文首先设计了核心处理器S3C44B0X启动代码，然后简述了嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的优势及基本特点，并分析了其移植到一个硬件平台上所需的条件与结合本论文选用的CPU需要做出的工作，进而详细描述了移植到本论文设计的硬件平台上的具体过程。同时对μC/OS-Ⅱ进行必要的扩展，建立了一个简单实用的实时操作系统(RTOS)。
7.学位论文赵聪基于嵌入式Linux和MPEG-4的网络视频采集设备的研究2003
论文的主要工作包括:网络视频领域相关技术的研究与学习,嵌入式Linux系统的设计,Linux下的视频采集和MPEG-4视频压缩的开发,网络传输部分的开发以及在嵌入式硬件平台上的移植.最后,对该嵌入式网络视频采集设备进行了应用测试和评价,并对该课题的后续工作进行展望.
8.会议论文吴方明.于洪珍.徐小民基于嵌入式的无线视频采集2007
本文设计了一个基于Intel PXA270的硬件平台及嵌入式Linux的软件平台进行无线视频采集的系统。实现了在嵌入式LINUX中进行VFL下的视频采集以及MPEG-4编码和无线传输的功能,可以用于视频监控、IP电话、视频会议等领域。
9.学位论文吴桂祥应用于网络视频监控系统的嵌入式视频采集与GUI设计2007
视频监控系统在工业生产、银行业、交通和安全部门等众多领域存在广泛的应用。随着技术的进步，现在已经发展到了第三代，即网络视频监控系统。网络视频监控系统集成了In-ternet网络传输、视频编解码、嵌入式系统、多媒体传输与控制等方面的技术。网络视频监控系统能够将采集的视频图像数据通过Internet传输到远程的监控中心，并接收远程监控中心发送的监控指令并根据指令做出相应的调整和操作，实现智能化、可定制、网络化的功能，可以随时随地掌握监控现场的情况。
本文的主要内容是网络视频监控系统的设计和实现，着重研究了网络视频监控系统中的视频采集和GuI设计。首先介绍了视频监控系统的发展历史
，经历了模拟视频监控系统、数字视频监控系统和网络视频监控系统的发展历程，介绍了本文的主要工作和成果、全文的组织结构。提出了系统总体设计方案和各个子模块的设计方案，对方案的细节进行了研究。介绍了系统的硬件开发平台和软件开发平台。硬件开发平台主要是以Intel XScale系列的PXA270为核心的嵌入式系统，并结合USB摄像头；软件开发平台采用ARM-Linux系统，着重介绍了驱动程序的组成，并阐述了视频采集模块和视频显示模块软件的设计。论述了开发环境的建立过程，包括安装交叉编译工具链、内核的配置和移植、Bootloader的编译和安装、创建文件系统、GUI开发环境的建立，并在此基础上建立了本地的软件开发环境。依据系统实现的要求，开发了针对视频采集和GUI设计的软件，分析了程序设计涉及的关键函数、流程，并进行了测试，对测试结果进行了分析和比较。
10.学位论文徐赫基于ARM嵌入式视频采集的研究2007
视频监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。嵌入式视频监控系统是以应用为中心、软硬件可裁减的、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积等综合性严格要求的专用计算机系统，亦即为监控系统量体裁衣的专用计算机系统。嵌入式视频监控系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。在视频监控上的嵌入式应用将是视频监控领域的一个重要发展方向。
本论文主要研究基于ARM嵌入式平台下的视频模块的设计，以及Linux系统在嵌入式环境下的裁剪与移植。就整体框架而言，可以将其分为硬件和软件两大部分。系统硬件部分的研究主要包括：ARM2410微处理器的体系结构，USB控制器和CMOS传感器的结构和功能：系统软件部分的研究主要包括：分析研究Linux内核结构及其裁剪方法，设计编写BootLoader启动代码，Linux环境下USB摄像头驱动程序的设计，以及视频采集的实现等工作。
本系统选用Linux作为嵌入式操作系统，并根据系统的特点设计了具体的软硬件方案。系统将视频摄像部分的数字输出信号通过USB端口传送至ARM开发板，并将视频内容传回PC显示。论文介绍了嵌入式系统引导程序Boot Loader的移植、Linux内核的移植及裁剪，以及嵌入式系统开发中所使用的主要相关技术。在对这些技术详细分析、研究和应用的基础上，实现了基于HHARM2410开发板的嵌入式系统视频采集及显示的功能。
本文链接：https://www.sodocs.net/doc/a37200271.html,/Periodical_jsjgcysj200908020.aspx
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