基于物联网仓储管理视频监控系统的设计与研究
第 1 章 绪 论
在互联网已经普及的今天，互联网已经将每个人联系在一起，在如今消费电子智能化，无线传感器迅速发展的今天，善于思维拓展的人类将日常生活中的物品组建成一个叫做物联网的新网络。随着物联网技术的广泛应用，传统产业的管理模式也面临巨大的改革，近年来，物联网技术进入商用化应用阶段。目前物联网技术不断与互联网，通讯等技术想结合，已经被应用于工业自动化，商业自动化，交通运输，物流，管理，公共信息服务等众多领域，大幅度提高管理与运作效率，降低营运开支，被认为是下一代信息技术象征的物联网，是可以被当作是互联网，计算机，移动互联网时代全球科技产业化的又一重要领域，在基于物联网仓储管理系统各个子系统中，视频监控又起着举足轻重的保障作用。1990年以来，依托流媒体技术，音视频编解码技术，网络通信技术的不断进步，网络视频监控系统飞速发展，在市场化的今天数字视频监控产品种类主要分为以下两类，一类是以录制设备数字化为核心的监控体系，另一类以采集传输数字化以及小型嵌入式处理为核心的网络视频监控系统。以视频数据数字化采集设备为中心的视频监控系统多利用电脑主机作为多媒体监控主体，存储方式采用节约存储媒介的磁盘方阵存盘器或光盘存储器，如此数据存储方式，方便以后对系统视频数据的调阅查看。
以嵌入式多任务处理器为控制核心，网页服务器为交互模块的实时网络监控系统，将由图像采集芯片采集的视频帧数据经过压缩编码，通过处理器控制器与采集设备之间的总线将数据传递给网页服务器，仓储监控人员就可以方便借助PC 主机浏览器，通过网页服务器与处理器之间进行数据传递，从而观看到实时采集的数据图像。监控设备的小型化，以及网络化，可以实现监控人员不受地点时间的限制，即可查看仓储的视频信息。
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组建物联网的最初的想法就是通过互联网的互通性，将原本独立的物体连接成新的网络的过程，而基于物联网的视频监控系统也必定会经过单通路模拟信号到多通道的数字化，网络化信息传输阶段的过度，而这个转变的过程历经数十年，也经历了大致如下的三个重要阶段：
第一阶段：模拟监控系统。视频信号以模拟型号为主，采用电信号传输的电缆为传输介质，鉴于电缆信号衰减特征，此种设计只能在小范围实施监控，也限定了数据采集与监控之间地域被限定在一个小范围内。在模拟监控中，主要应用的技术是来自于模拟信号传输的传输介质，以及模拟数据存储技术，在传输上主要是有线进行传输，所以对传输物理介质有着相当高的要求，一旦传输介质断开，监控数据就会丢失，在用电缆传输数据传输效率不高，但照价相对较低，而用光钎传输时，传输效率高，但用于传输介质的成本就过于高昂。
第二阶段：依托电脑终端的半数字化监控系统。此类别的监控系统在前端图像的获得，报警信息采集等都是通过各自采集设备独立完成，在获得数据后，又通过独立个体传输媒介汇聚到后台监控服务终端，后台监控服务终端利用网络共享的方式，，将前端设备采集到的各种数据分享给多个监控后台，而这种监控后台 通常采用设备厂家生产的工业控制终端。
第三阶段：依托嵌入式网页服务器和流媒体编码压缩技术以及网络通信技术的全数字化系统，前端设备采集到的流媒体数据即是数字流数据，凭借通信网络媒介，以及特定网络传输协议，将采集到的流媒体音视频数据流经多条传输通道传输，最终达到多点实时监控的效果。
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第2章 嵌入式视频监控系统方案介绍
2.1 嵌入式视频监控系统总体实施方案
论文系统设计包含系统外围硬件以及操作系统软件相关两方面，在功能划分来说是包含视频数据采集功能模块，主处理单元，网页交互模块等，在完成系统整体硬件环境的搭建工作后，着重去完成设计软件功能相关的代码实现过程，而软件总体架构是依托 Linux 操作系统来搭建的，下图 2-1 是整体架构层次图，其实在一定程度上来说就是按照嵌入式操作系统的层次结构来划分的。其包含有底层硬件层，内核引导层，操作系统内核层，用户态应用层。这段程序是用于引导内核和加载内核的，完成内核的全部启动过程；内核引导程序在上电运行后就会将内核整体搬移到片外内存中，在引导程序运行完后就会设置 CPU 栈指针到内核入口函数处，紧接着就会去加载内核，在内核被加载完后就是挂接用户运行载体的根文件系统，不同的文件系统对应管理不同的功能。如网络文件系统，在系统进行网络传输时就会被调用，而在这一层中还包括用于不同的驱动程序，其中就包含 USB 摄像头驱动程序，在驱动程序完成后就可以选择静态编译或动态编译进内核，当进行静态编译时是在内核被加载就调用，而动态编译只是在相应的设备被打开时才被调用；在最上层的就是应用程序，就 USB 摄像头来说就是在我们的上位机基于 V4L2 协议进行上层数据的采集，当完成上层数据采集后，在经过交叉编译后在 Linux 操作系统中运行，当完成了上层应用的开发后，利用 CGI实现电脑监控终端和前段采集设备的交互。
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前端数据采集，数据处理与交互，以及终端显示等。远端视频监控位于控制管理中心，在监控端用于实时图像数据的显示，以及仓储环境数据显示终端，而实现所需只是联网的电脑终端，如此极大地简化控制终端的数量。
在一个嵌入式系统中，存储设备是必不可少的，而存储设备也分两类，一类可以随机访问的，另一类是数据断电后不丢失的块设备。NOR FLASH 采用美国Intel 公司，每片 16Mbyte，芯片内部为 128 块，并且带有 SRAM 接口，随机存储设备含有丰富的地址线和数据线，CPU 可以轻松的访问设备里的数据，而非易失的存储设备则是地址线和数据线复用，对数据的读写操作效率没有随机存储设备高，因此程序可以直接在随机存储设备上运行，不必搬移到内存中运行。 块设备虽不能直接运行代码，但是其价格低廉，并且读写速度快，因为地址数据线复用，在移动程度上也减少了 CPU 引脚数量。
FS-S5PC100 硬件平台还有两个串口以及一个调试串口，其利用交叉串口线（RS232）同 PC 主机进行通信，调试串口是在 uboot 移植阶段给内核传递参数时可以指定的，通常，驾照内核时会有好多的打印信息，而调试时会需要这些调试信息，所以我们可以给内核传递参数，指定我们需要的是那个串口作为控制台，一旦指定，内核的打印数据就会输出到指定的串口。
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3.1 建立交叉编译环境 ........................................... 13
3.2 Bootloader 移植 ............................................ 13
3.2.1 Bootloader 功能介绍 ................................... 13
3.2.2 u-boot 的编译和烧写 ................................... 14
3.3 内核移植 ................................................... 15
3.3.1 Linux 内核功能划分 .................................... 15
3.3.2 内核镜像的编译和烧写.................................. 17
3.4 根文件系统移植 ............................................. 20
3.4.1 Unix 文件系统概述 ..................................... 20
3.4.2 根文件系统制作........................................ 20
3.4.3 文件系统烧写 .......................................... 22
3. 5 本章小结................................................... 23
第 4 章 Linux 下摄像头驱动移植 ...................................... 25
4.1 Linux 操作系统软件层次关系 ................................... 25
4.2 Linux 驱动分类和程序开发步骤................................ 26
4.2.1 Linux 驱动分类 ........................................ 26
4.2.2 Linux 驱动程序开发步骤 ................................ 26
4.3 USB 摄像头移植.............................................. 27
4.4 本章小结.................................................... 30
第 5 章基于 V4L2 协议的视频采集及传输 ............................... 31
5.1 Linux 音视频开发协议及系统调用.............................. 31
5.2 视频采集 ................................................... 32
5.2.1 视频采集步骤.......................................... 32
5.2.2 基于 V4L2 协议视频采集代码实现......................... 35
5.3 面向连接的网络传输协议介绍与编程 ........................... 36
5.3.1 面向连接的网络传输协议 ............................... 36
5.3.2 基于流式套接字的网络传输编程......................... 37
5.4 本章小结.................................................... 39
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第 6 章 Boa 服务器移植及网页设计
Linux 开源网页服务器有多种，这些网页服务器都是用来在前段采集设备与后台监控设备之间进行通信格式转换的，在网页服务器中通常会包含设备的网关编程 CGI，通过编写网关接口程序，来完成网页不同网络协议的请求格式。
将这种前端设备不认识的语言进行抓换，转换成前端设备能够理解的语言，当一旦处理器识别监控终端需要那些操作命令时，处理器就做出相应的动作，并依托 CGI 将动作转换到控制端。对仓储环境参数的实时查看和配置，用户管理，密码管理以及仓储视频数据的实时观看和仓储只能报警，处理等功能是嵌入式网页服务器主要实现的。
获得连接请求的操作是从请求链表中取出请求节点，用到的函数是 get_request()，在获得请求后就处理请求数据的头部信息，则会进行一些列的处理函数处理，完成头部信息的提取和设置，随后就会去认证请求。如果是 http 网页请求就通过认证，接下来就是判断是否是动态CGI 请求，如果是则调用 init_cgi()函数来处理 cgi 程序，否则作为静态处理。
嵌入式网页服务器与浏览器交互的网络传输协议是 HTTP 协议，而在本系统中需要实现的是程序模块接口，摄像头控制界面以及浏览视频的界面。此外还需要对监控进行一定的限制，实现监控端的并发请求与同步数据请求，以及优先级相关等。
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结论
2）在设定系统方案后，着重对系统应用软件平台搭建工作做出了详细的介绍，这其中包括内核引导程序的设置，编译和烧写；Linux 操作系统内核的编译、移植；根文件系统的制作、移植；以及 Linux 设备驱动开发流程等；
3）在第四章的开头部分描述了嵌入式操作系统中的软件层次结构，紧接其后介绍了内核驱动程序开发相关，并结合本系统中用到的 USB 摄像头进行移植，需要在内核去配置的选项等，最后简单的测试摄像头驱动是否能正常工作。
4）完成摄像头驱动程序开发后，着重介绍了基于 Linux 的音视频开发协议 V4L2，最后根据协议提供的系统调用，完成了上层应用的开发，实现了视频数据 的采集工作。
参考文献（略）
本文编号：61245
本文链接：https://www.wllwen.com/wenshubaike/lwfw/61245.html
