基于Linux的嵌入式无线视频监控设备的设计与实现

发布时间：2017-04-26 03:14

  本文关键词：基于Linux的嵌入式无线视频监控设备的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当今社会,人们安防意识逐渐增强。由于公共安全的迫切需要,实时视频监控系统已经广泛应用于社会生活的各个方面,如道路交通、商业管理、小区安防、校园监控、金融保卫等。当前使用最多的视频监控系统,是基于视频服务器的数字有线监控,一些需要远程监控的场合,还会将监控信号接入互联网。这种有线监控的突出优点是系统运行安全稳定、图像显示清晰,但也存在着价格昂贵、布线复杂、对硬件设备依赖性强等不足,这在一定程度上制约了有线监控系统的普及和应用。近些年,随着Wifi、4G等无线通信方式的普及,数据传输方式有了更多选择,同时随着嵌入式技术的发展,视频监控系统的设计和实现也有了更多选择。视频监控设备正向着低成本、小型化、易安装等方向发展,安放点的位置将不再受制于苛刻的布线要求。这刚好为一些对图像质量要求不严格且监控布点较多的应用场合提供了理想选择。本文设计并实现了一种嵌入式视频监控设备,它集图像采集、数据压缩、无线网络发送于一体。通过Wifi连接,使用Firefox浏览器可在显示终端上看到实时的视频图像。系统的硬件平台,采用以S3C2440为核心处理器的ARM开发板,配有64M的SDRAM和256M的Nandflash。用摄像头作为视频采集设备,Wifi网卡作为无线发射设备,两者都采用USB接口。软件上,采用开源可裁剪的Linux做为系统软件,设计并优化了摄像头和Nandflash驱动程序,以实现精简内核大小和加快代码执行速度的目的。移植Uboot作为引导程序,用busybox制作了根文件系统。应用软件方面,移植Mjpeg-streamer完成数据的采集及传输,其中利用libjpeg库对原始视频数据进行了JPEG格式的编码压缩。为了解决软件压缩造成的CPU负载过高的问题,本设计又对JPEG编码算法中的离散余弦变换、哈夫曼编码以及量化部分进行了创新优化。实验结果显示:系统运行稳定,通过智能手机和PC机都可以清楚流畅的显示实时视频图像,实现了视频监控系统设计的预期目标。待以后微处理器和硬件材料的更新换代,稍加改进,将具有良好的通用性和推广意义,必将在局部实时监控领域占有一席之地。
【关键词】：视频监控 嵌入式系统 Linux V4l2 JPEG
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN948.6
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 引言8
• 1.2 视频监控技术的概述8-10
• 1.2.1 发展历程8-9
• 1.2.2 国内外现状和发展方向9-10
• 1.3 课题的研究背景和意义10
• 1.4 总体设计方案10-13
• 1.4.1 嵌入式系统介绍11-12
• 1.4.2 硬件方案及选取理由12-13
• 1.4.3 软件平台13
• 1.5 课题主要研究内容13-16
• 1.5.1 优化创新14
• 1.5.2 章节安排14-16
• 第2章 引导系统的设计实现16-33
• 2.1 引导加载程序16-18
• 2.1.1 Bootloader介绍16-17
• 2.1.2 开发板硬件资源17-18
• 2.2 U-boot介绍18-19
• 2.3 U-boot的工作流程19-25
• 2.3.1 第一阶段19-20
• 2.3.2 第二阶段20-25
• 2.4 U-boot功能的优化25-26
• 2.5 U-boot移植及其分析26-32
• 2.5.1 开发板相关26-27
• 2.5.2 相关时钟设置27-28
• 2.5.3 增加支持烧写yaffs2映像文件28-32
• 2.6 本章小节32-33
• 第3章 系统存储器读写功能的实现33-42
• 3.1 Nandflash硬件知识33-34
• 3.1.1 Nandflash的内部结构33
• 3.1.2 Nandflash的写机制33-34
• 3.2 Nandflash驱动的编写34-39
• 3.2.1 块设备驱动框架34-36
• 3.2.2 Nandflash驱动框架36-38
• 3.2.3 Nandflash的优化38-39
• 3.2.4 具体代码的实现39
• 3.3 文件管理机制39-41
• 3.3.1 根文件系统的介绍39-40
• 3.3.2 常见根文件系统40-41
• 3.3.3 yaffs2根文件系统的制作过程41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 USB摄像头驱动的设计实现42-56
• 4.1 USB驱动42-45
• 4.1.1 USB规范42-44
• 4.1.2 USB硬件接口44-45
• 4.2 内核USB驱动工作原理45-47
• 4.2.1 整体框架45
• 4.2.2 设备驱动的调用过程45-47
• 4.3 V4l247-52
• 4.3.1 V4l2简介47-48
• 4.3.2 V4l2的框架分析48-51
• 4.3.3 V4l2的数据读取51-52
• 4.4 V4l2驱动的优化创新52-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 无线传输功能的实现56-66
• 5.1 Wifi网卡驱动的实现56-57
• 5.2 Wifi模块的基础知识57-59
• 5.2.1 Wifi模块的STA和AP模式57
• 5.2.2 认证和加密57-59
• 5.3 移植Wifi正常工作的相关软件59-62
• 5.3.2 移植hostapd使Wifi处于AP模式59-61
• 5.3.3 移植dhcp使得Wifi网卡动态分配IP61-62
• 5.4 功能优化——实现AP模式的自动设置和IP地址的自动分配62-65
• 5.4.1 实现原理62-64
• 5.4.2 编写mdev.conf配置文件64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第6章 视频数据压缩66-78
• 6.1 相关压缩标准介绍66-67
• 6.2 JPEG编码压缩技术67-70
• 6.2.1 JPEG编码介绍67
• 6.2.2 具体算法详述67-70
• 6.3 JPEG算法的创新70-77
• 6.3.1 具体实现软件70-71
• 6.3.2 表格映射法化简离散余弦变换71-72
• 6.3.3 自适应量化72-74
• 6.3.4 递归法生成哈夫曼树74-77
• 6.4 本章小结77-78
• 第7章 系统测试和效果展示78-82
• 7.1 测试78-79
• 7.2 视频监控效果展示79-81
• 7.3 测试总结81-82
• 第8章 总结与展望82-84
• 8.1 总结82-83
• 8.2 展望83-84
• 参考文献84-86
• 附录A Nandflash驱动核心代码86-89
• 附录B 根文件系统制作核心过程89-92
• 攻读学位期间取得的研究成果92-93
• 致谢93-95
• 附件95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 张黎明;凌明;;基于SEP4020的Linux NandFlash驱动设计[J];电子技术;2010年02期

2 邵长彬;李洪亮;;用Busybox制作嵌入式Linux根文件系统[J];微计算机信息;2007年29期

3 卢伟;潘炼;;Uboot在S3C2440上的移植[J];微型机与应用;2010年24期

4 申爽;;基于S3C2440的Uboot分析与移植[J];计算机系统应用;2012年05期

  本文关键词：基于Linux的嵌入式无线视频监控设备的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：327634