視頻監(jiān)控畢業(yè)設計

1、目 錄第一章 前 言11.1 選題背景11.2 研究意義2第二章 需求分析與方案制定42.1功能性分析42.2可行性分析42.3設計的主要目標任務4第三章 模塊特性介紹53.1 S3C2440嵌入式系統(tǒng)開發(fā)板簡介53.2 芯片特性簡介6第四章 系統(tǒng)硬件設計74.1 系統(tǒng)的硬件框圖74.2電源部分84.3 JTAG接口84.4 復位系統(tǒng)94.5 CSI攝像頭接口104.6 10/100M網卡接口114.7 RS232接口11第五章 系統(tǒng)軟件設計125.1開發(fā)板Bootloder的燒寫125.2開發(fā)板系統(tǒng)內核的燒寫125.3開發(fā)板根文件系統(tǒng)的燒寫125.4 Cmos攝像頭的驅動程序125.5平臺的

2、移植125.6視頻信息顯示頁面（包括遠程登錄的登陸界面）12結論（結語）部分13參考文獻14附 錄15致 謝16第一章 前 言1.1 選題背景隨著人們生活水平的提高，現(xiàn)在的人們對自身安全方面的需求有了巨大的提高，不僅僅是個人，很多企業(yè)也在這方面花費了巨大的人力和物力。人們需求有一種高性能的安防技術來為自己提供保障。當今社會的科技發(fā)展迅速，信息傳輸技術五花八門，通過對一些傳統(tǒng)上的技術進行升級實現(xiàn)了很多高性能的安防技術，采用視頻監(jiān)控是其中一種。視頻監(jiān)控業(yè)務具有悠久的歷史，在傳統(tǒng)上廣泛應用于安防領域，是協(xié)助公共安全部門打擊犯罪、維持社會安定的重要手段。近年來，隨著寬帶的普及，計算機技術的發(fā)展，圖像處

3、理技術的提高，視頻監(jiān)控正越來越廣泛地滲透到教育、政府、娛樂、醫(yī)療、酒店、運動等其他各種領域。視頻監(jiān)控作為一種傳統(tǒng)視頻技術與現(xiàn)代通信技術相結合的應用，目前在國內外已引起了越來越多的關注。視頻監(jiān)控是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，它是一種防范能力較強的綜合系統(tǒng)。視頻監(jiān)控以其直觀、準確、及時和信息內容豐富而廣泛應用于許多場合。近年來，隨著計算機、網絡以及圖像處理、傳輸技術的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術也有了長足的發(fā)展。在視頻技術不斷的發(fā)展情況下,視頻監(jiān)控目前可分為兩大類:數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)和網絡監(jiān)控( 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng) )。1、視頻監(jiān)控的數字化首先應該是系統(tǒng)中信息流（包括視頻、音頻、控制等）從模擬狀態(tài)轉網絡視

4、頻編解碼器為數字狀態(tài)，這將徹底打破“經典閉路電視系統(tǒng)是以攝像機成像技術為中心”的結構，根本上改變視頻監(jiān)控系統(tǒng)從信息采集、數據處理、傳輸、系統(tǒng)控制等的方式和結構形式。信息流的數字化、編碼壓縮、開放式的協(xié)議，使智能網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)與安防系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)間實現(xiàn)無縫連接，并在統(tǒng)一的操作平臺上實現(xiàn)管理和控制，這就是系統(tǒng)集成的含義。2、視頻監(jiān)控 的網絡化將以這系統(tǒng)的結構將由集成式向集散式系統(tǒng)過渡，集散式系統(tǒng)采用多層分級的結構形式，具有微內核技術的事時多任務、多用戶、分布式操作系統(tǒng)以實現(xiàn)搶先任務調度算法的快速響應，組成集散式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件采用標準化、模塊化和系統(tǒng)化設計，視頻監(jiān)控系統(tǒng)設備的配置具有

5、通用性強、開放性好、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數據處理方便、人機界面友好以及系統(tǒng)安裝、調試和維修簡單化，系統(tǒng)安全，容錯可靠等功能。3、視頻監(jiān)控的網絡化在某種程度上打破了布控區(qū)域和設備擴展的地域和數量界限。系統(tǒng)網絡化將使整個網絡系統(tǒng)硬件和軟件資源的共享以及任務和負載的共享，這就是系統(tǒng)集成的一個重要概網絡強式攝像機念。 閉路監(jiān)控系統(tǒng)能在人無法直接觀察的場合，適時、圖象、真實地反映被監(jiān)視控制對象的畫面。閉路監(jiān)控系統(tǒng)已成為廣大用戶，在現(xiàn)代化管理中監(jiān)控的最為有效的觀察工具。在控制中心，只要一個工作人員的操作，就能夠觀察多個被控區(qū)域，以及遠距離區(qū)域的監(jiān)控功能。1.2 研究意義視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展大致經歷了

6、三個階段。在九十年代初以前，主要是以模擬設備為主的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，稱為第一代模擬監(jiān)控系統(tǒng)。九十年代中期，隨著計算機處理能力的提高和視頻技術的發(fā)展，人們利用計算機的高速數據處理能力進行視頻的采集和處理，利用顯示器的高分辨率實現(xiàn)圖像的多畫面顯示，從而大大提高了圖像質量，這種基于 P C機的多媒體主控臺系統(tǒng)稱為第二代數字化本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)。九十年代末，隨著網絡帶寬、計算機處理能力和存儲容量的快速提高，以及各種實用視頻處理技術的出現(xiàn)，視頻監(jiān)控步入了全數字化的網絡時代，稱為第三代遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)以網絡為依托，以數字視頻的壓縮、傳輸、存儲和播放為核心，以智能實用的圖像分析為特色，引發(fā)

7、了視頻監(jiān)控行業(yè)的技術革命，受到了學術界、產業(yè)界和使用部門的高度重視。與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控相比，數字監(jiān)控具有許多優(yōu)點第一，便于計算機處理。由于對視頻圖像進行了數字化，所以可以充分利用計算機的快速處理能力，對其進行壓縮、分析、存儲和顯示。通過視頻分析，可以及時發(fā)現(xiàn)異常情況并進行聯(lián)動報警，從而實現(xiàn)無人值守。第二，適合遠距離傳輸。數字信息抗干擾能力強，不易受傳輸線路信號衰減的影響，而且能夠進行加密傳輸，因而可以在數千公里之外實時監(jiān)控現(xiàn)場。特別是在現(xiàn)場環(huán)境惡劣或不便于直接深入現(xiàn)場的情況下，數字視頻監(jiān)控能達到親臨現(xiàn)場的效果。即使現(xiàn)場遭到破壞，也照樣能在遠處得到現(xiàn)場的真實記錄。第三，便于查找。在傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系

8、統(tǒng)中，當出現(xiàn)問題時需要花大量時間觀看錄像帶才能找到現(xiàn)場記錄；而在數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，利用計算機建立的索引，在幾分鐘內就能找到相應的現(xiàn)場記錄。第四，提高了圖像的質量與監(jiān)控效率。利用計算機可以對不清晰的圖像進行去噪、銳化等處理，通過調整圖像大小，借助顯示器的高分辨率，可以觀看到清晰的高質量圖像。此外，可以在一臺顯示器上同時觀看16路甚至32路視頻圖像。第五，系統(tǒng)易于管理和維護。數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由電子設備組成，集成度高，視頻傳輸可利用有線或無線信道。這樣，整個系統(tǒng)是模塊化結構，體積小，易于安裝、使用和維護。正是由于數字視頻監(jiān)控具有傳統(tǒng)模擬監(jiān)控無法比擬的優(yōu)點，而且符合當前信息社會中數字化、網絡化和

9、智能化的發(fā)展趨勢，所以數字視頻監(jiān)控正在逐步取代模擬監(jiān)控，廣泛應用于各行各業(yè)。第二章 需求分析與方案制定2.1功能性分析利用凌陽S3C2440嵌入式系統(tǒng)開發(fā)板與cmos攝像頭連接，通過8080端口在瀏覽器上顯示出攝像頭采集到的圖像，達到視頻監(jiān)控效果，同時通過操作系統(tǒng)的超級終端對開發(fā)板進行設置，可以實現(xiàn)不通過外部網絡來訪問采集到的數據，通過外網的訪問必須經過身份的認證，否則無法訪問。因為采集到的內容必須得到控制，否則會造成不良的影響。2.2可行性分析計算機技術的發(fā)展，圖像處理技術的提高，視頻監(jiān)控正越來越廣泛地滲透到教育、政府、娛樂、醫(yī)療、酒店、運動等其他各種領域。視頻監(jiān)控作為一種傳統(tǒng)視頻技術與現(xiàn)代

10、通信技術相結合的應用，目前在國內外已引起了越來越多的關注。視頻監(jiān)控是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，它是一種防范能力較強的綜合系統(tǒng)。視頻監(jiān)控以其直觀、準確、及時和信息內容豐富而廣泛應用于許多場合。近年來，隨著計算機、網絡以及圖像處理、傳輸技術的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術也有了長足的發(fā)展。視頻監(jiān)控術的眾多有點使它成為現(xiàn)今安防設備上的佼佼者。它的快速發(fā)展使我們安定和諧的社會更加完美。2.3設計的主要目標任務本設計使一款基于凌陽S3C2440嵌入式系統(tǒng)開發(fā)板及cmos攝像頭的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，著重研究了S3C2440嵌入式系統(tǒng)開發(fā)板的視頻采集處理功能，通過cmos攝像頭對圖像的采集經過接口的傳輸，以及芯片的處理

11、，將圖像顯示到8080端口上指定地址的HTML上。第三章 模塊特性介紹3.1 S3C2440嵌入式系統(tǒng)開發(fā)板簡介處理器S3C2440采用了業(yè)界領先的ARM920T內核設計，其內部集成了豐富的模塊，另外該芯片主頻高達400533MHz，您可以輕松上手linux、wince的設計與開發(fā)。本開發(fā)板基于開發(fā)考慮，外設齊全，接口標準，擴展方便。S3C2440實驗儀配備的硬件模塊：SAMSING S3C2440內存：SDRAM 64M字節(jié)NOR Flash：8MbyteNAND Flash：64M字節(jié)NorFlsah NanFlash通過跳線兩種方式啟動TFT LCD(3.5寸真彩26萬像素)2個串口一個

12、USB轉串口（SPCP25A），解決學生筆記本電腦沒有串口無法調試的問題CMOS攝像頭接口，可接配套OV7720攝像頭模組1路IRDA紅外線數據通訊口1個10M/100M網口2個USB1.1 HOST接口1個USB1.1 Device接口1個音頻接口，立體聲音頻輸出接口/音頻輸入接口1個SD卡接口RTC（帶有后備鋰電池）1個標準JTAG接口5V開關電源供電，帶電源開關和指示燈1個EEPROM（AT24C08，IIC）；1個SPI接口Flash芯片（AT93C46，可以做SPI驅動實驗）4個小按鍵，4個高亮LED；1個蜂鳴器（帶使能控制的短路塊）預留四路ADC接口（AD實驗）SPI I2C總線引

13、出GPRS總線接口預留（兼容凌陽GPRS模塊）GPS總線接口預留（兼容凌陽GPS模塊）ZigbEE接口預留（兼容凌陽ZigBEE模塊）總線接口引出SATA硬盤接口輸出，外接2.5英寸串口移動硬盤，實現(xiàn)海量數據存儲VGA，TV接口輸出，可以接顯示器，電視機GPIO預留16個，方便擴展3.2 芯片特性簡介第四章 系統(tǒng)硬件設計由于S3C2440嵌入式系統(tǒng)開發(fā)板功能強大，接口數量眾多，適用領域廣。所以本章優(yōu)先介紹本次畢業(yè)設計使用到的接口，其他接口暫不做詳細介紹。4.1 系統(tǒng)的硬件框圖S3C2440實驗儀PCB正面布局圖如圖4.1所示。圖 4.1 硬件結構示意圖電源電路實現(xiàn)了5v直流輸入到3.3v、1.

14、8v、1.2v輸出轉換的功能，為板上各功能模組的正常工作提供所需電壓。通訊接口部分，板上提供了以太網接口、RS232異步串行接口、USB轉串口接口、USB主/從通訊接口、SPI。I2C等。對于多媒體的處理，我們?yōu)槟峁┝藬z像頭接口、TV輸出、VGA接口、耳機/喇叭輸出接口、TFT顯示輸出接口，相信通過使用這些我們?yōu)槟臏蕚涞慕涌?，將極大的方便您的多媒體開發(fā)。在非易失性存儲器方面，板上提供了8Mbit的Norflash和64Mbyte的Nandflash存儲器，還有SD卡接口，另外提供了SATA大容量硬盤接口，可以無限擴充你的存儲空間，另外，我們還預留了GPS、GPRS模組的擴展接口，如果您購

15、買了我們的GPS或GPRS模組，就可以直接和開發(fā)板相連并使用。當然您也可以通過使用開發(fā)板的提供的SPI、I2C接口，或者使用可復用的GPIO管腳來拓展您自己的功能模組。4.2電源部分電源采用5V電源，電流為2A。對板加電時，應先插上電源后開電源開關，以免插電瞬間的脈沖對開發(fā)板造成破壞。開發(fā)系統(tǒng)為了能驅動喇叭，加入了功放器件，在打開電源前，請把位于板子右上腳的音量開關（W1）請盡量擰到最小，以免不必要的電源消耗，和燒毀耳機。另外，S3C2440開發(fā)板使用5V電源可以通過板載的兩個USB口進行取電，但是要注意USB口的供電電流電流。同時，還可以使用其他的外接電源，通過使用J20跳線，可以外接5V電

16、源供電。圖4.2 電源部分電路原理圖4.3 JTAG接口目前的32位嵌入式微處理器一般都配置有JTAG接口，方便用戶下載調試程序，JTAG接口在開發(fā)中最常見的用途是單步調試，市面上常見的調試器JLINK還是 ULINK，都是USB接口的，但是價格都比較昂貴，我們提供的JTAG調試器為EZ-JTAG，是一種簡易的并口調試器，成本較低，速度沒有JLINK、ULINK快，但是可以基本滿足調試代碼的需求，標準的 JTAG 接口是 4 線：TMS、 TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時鐘、數據輸入和數據輸出線，加上電源和地，一般6 條線；為了方便調試，大部分仿真器還提供了一個復位信號。為了方便連接

17、，一般將接口設置為標準接口。本開發(fā)板提供了包含完整JTAG標準信號的 20 Pin JTAG 接口，各引腳定義如圖所示。圖 4.3 JTAG接口電路圖對于使用Linux開發(fā)的初學者而言，JTAG接口基本是沒有任何意義和用途的，因為大部分開發(fā)板都已經提供了完善的 BSP，這包括最常用的串口和網絡以及 USB 通訊口，當系統(tǒng)裝載了可以運行的Linux系統(tǒng)時，用戶完全可以通過這些高級操作系統(tǒng)本身所具備的功能進行各種調試，這時是不需要JTAG 接口的；即使可以使用JTAG接口進行跟蹤，但鑒于操作系統(tǒng)本身結構復雜，接口繁多，單步調試也是非常困難，基本上沒有什么意義。JTAG 僅對那些不打算采用操作系統(tǒng)，

18、或者采用簡易操作系統(tǒng)的用戶有用。4.4 復位系統(tǒng)S3C2440實驗儀通過Reset按鍵實現(xiàn)對板子所有可復位芯片的復位操作，具體電路如下圖所示：圖 4.4 復位系統(tǒng)電路圖4.5 CSI攝像頭接口S3C2440芯片本身自己帶有Camer攝像頭接口，可以方便的外接具有CCIR601或者CCIR656等數字接口的攝像頭，目前板子預留的接口可以直接插接凌陽大學計劃的CSI攝像頭模組使用。4.6 10/100M網卡接口本開發(fā)板采用了 DM9000 網卡芯片，它可以自適應 10/100M 網絡，RJ45 連接頭直接連接網絡變壓器MS10232，使用普通的網線即可連接本開發(fā)板至路由器、交換機或者PC機。網卡使

19、用了AT93C46芯片作為MAC地址的存儲介質，可以方便用戶保存自己的MAC。4.7 RS232接口S3C2440開發(fā)板提供了一個標準的RS232接口，可以通過跳線選擇2440芯片的串口0或者串口1進行數據輸出，當JP1接口通過跳線冒接（3、5短接，4、6短接）時，此時RS232接口連接2440芯片串口0，當當JP1接口通過跳線冒接（1、3短接，2、4短接）時，此時RS232接口連接2440芯片串口1。另外，通過J4接口可以獲得串口0的TTL電平信號圖 4.7 S3C2440串口選擇跳線第五章 系統(tǒng)軟件設計本設計軟件部分包括：開發(fā)板boot的燒寫 內核 根文件 Cmos攝像頭驅動，視頻信息顯示

20、頁面以及本設計的主程序。5.1開發(fā)板Bootloder-vivi的燒寫 使用JTAG燒錄BootLoadervivi,具體步驟如下圖所示：5.2開發(fā)板Linux系統(tǒng)內核zImage的燒寫 啟動超級終端（波特率設為115200、數據位為8位、奇偶校驗為無、停止位為1位、數據流控制為無。然后重啟開發(fā)板，并按PC機的空格進入vivi狀態(tài)，如圖所示。然后輸入命令：load flash kernel x，出現(xiàn)如下圖所示界面。 選擇菜單欄：傳送發(fā)送文件，選擇要燒錄的鏡像文件zImage，協(xié)議處選擇Xmodem協(xié)議，然后單擊“發(fā)送”即可，如下圖所示。5.3開發(fā)板根文件系統(tǒng)的燒寫 燒錄根文件系統(tǒng)與燒錄內核過程

21、類似，首先在vivi狀態(tài)下輸入命令：load flash root x，然后選擇菜單欄：傳送發(fā)送文件，選擇要燒錄的鏡像文件root.cramfs，協(xié)議處選擇Xmodem協(xié)議，然后單擊“發(fā)送”即可。5.4 Cmos攝像頭的驅動程序5.5平臺的移植5.6視頻信息顯示頁面（包括遠程登錄的登陸界面）結論（結語）部分參考文獻1張綺文等，ARM嵌入式常用模塊與綜合系統(tǒng)設計實例精講，北京：電子工業(yè)出版社，2007.2美Stephen Prata 著 云巔工作室 譯, C Primer Plus（第五版）中文版,北京：人民郵電出版社,2008.3美W.Richard Stevens Stephen A.Rag

22、o著 尤晉元 張亞英 戚正偉譯,UNIX 環(huán)境高級編程（第2版）,北京：人民郵電出版,2008.4張瑜 王益涵,ARM嵌入式程序設計 北京: 北京航空航天大學出版社,2009.5杜春雷 ,ARM體系結構與編程,北京：清華大學出版社,2003.6周立功等,ARM微控制器基礎與實戰(zhàn)（第2版）,北京航空航天大學出版社.7(英)Neil Matthew Richard Stones著 陳健 宋健建譯,linux程序設計,北京：人民郵電出版社，2007.8 李新峰 何廣生 趙秀文, 基于ARM 9的嵌入式Linux開發(fā)技術,北京：電子工業(yè)出版社,2008.9 (美)W. Richard Stevens Bill Fenner Andrew M. Rudoff，UNIX網絡編程第3版,北京：人民郵電出版社,200910 潘巨龍 黃寧 姚伏天 等,ARM9嵌入式Linux系統(tǒng)構建與應用,北京：北京航空航天大學出版社,2006.11 Manufacturing Engineering Laboratory National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, U.S.A,200412 Bruin, Hans de and Vliet, Hans van , Feature and feat