青島科技大學碩士學位論文基于繼超申請學位級別：碩士專業(yè)：控制理論與控制工程指導教師：劉云20090612青島科技大學碩上學位論文基于算機，通信和自動化技術的發(fā)展，使嵌入式網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)成為現(xiàn)階段安防系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。本文通過將多媒體技術，嵌入式技術和網(wǎng)絡傳輸技術融合到視頻監(jiān)控系統(tǒng)領域并結(jié)合青島市科技局項目城市污染源遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求，提出一種采用發(fā)成本相對較低的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案。本文從嵌入式網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀入手，詳細介紹了嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術基礎和核心技術，對現(xiàn)階段采用的嵌入式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)設計方案進行比較分析。在硬件電路設計中，大量采用了性能較好的去耦和旁路電容來加強系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并為了調(diào)試方便設計了件設計中選取嵌入式操作系統(tǒng)對其內(nèi)核進行裁剪編譯，使它和硬件系統(tǒng)更好的結(jié)合，最終成功移植到了提高用了多線程技術，并且設計了按同一順序訪問對象的方法以防止死鎖發(fā)生。同時采用高了代碼的開發(fā)和調(diào)試效率。在視頻采集和網(wǎng)絡傳輸過程中通過共享內(nèi)存的技術保證了視頻傳輸?shù)姆€(wěn)定性和流暢性，并采用自適應算法實時調(diào)整媒體速率，解決了流媒體速率收斂問題。最后經(jīng)過合理測試并根據(jù)測試結(jié)果得出本系統(tǒng)的軟硬件設計都達到了預期要求。關鍵詞：of of he of a of of of in of at anO we a of iS of o of a of in nd 1AG is to it to 5 n PU of a to of 094of in o of of an a of 學位論文獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含本人已用于其他學位申請的論文或成果。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。申請學位論文與資料若有不實之處，本人承擔一切相關責任。本人簽名：到虧夠磐 日期：習年月弘日關于論文使用授權(quán)的說明本學位論文作者完全了解青島科技大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關部門或機構(gòu)送交論文的復印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)學校可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論文。本人離校后發(fā)表或使用學位論文或與該論文直接相關的學術論文或成果時，署名單位仍然為青島科技大學。(保密的學位論文在解密后適用本授權(quán)書)本學位論文屬于：保密口，在 年解密后適用于本聲明。不保密囪。(請在以上方框內(nèi)打“”)黧描擎導師簽名：表1名 日期：扣夕7年午月加日日期：州年9月留日71青島科技大學碩士學位論文11課題的研究背景1前言本課題的來源是青島市科技局攻關項目“城市遠程污染源圖像信息融合系統(tǒng)的研究。本項目主要任務是借助于視頻通信和信息融合技術，將現(xiàn)場采集到的污染源傳感器數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)進行分析處理，為高層判決提供詳細可靠的信息。但是本課題只是研究其中的視頻監(jiān)控部分。隨著人們安全意識的不斷提高，數(shù)字視頻監(jiān)控【l】這一行之有效地監(jiān)控方式被廣泛的應用起來。嵌入式技術的不斷發(fā)展，使產(chǎn)品不斷智能化集成化。計算機網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展為網(wǎng)絡視頻監(jiān)控提供了可能性。數(shù)字視頻是一種對可視化數(shù)據(jù)采用數(shù)字表現(xiàn)方式而非模擬表現(xiàn)方式進行工作的視頻系統(tǒng)。數(shù)字視頻終端設備采用數(shù)字視頻格式來采集、處理、保存及播放視頻，這些設備包括數(shù)碼相機、監(jiān)控攝像機、高級醫(yī)療成像設備、便攜式視頻播放器、無線手持終端、汽車信息娛樂產(chǎn)品、機頂盒以及其他流媒體應用。因此，數(shù)字視頻技術無疑將重塑整個電子行業(yè)的面貌。當然，數(shù)字視頻技術也輸以及交互方式發(fā)生著深刻的變化，開始進入汽車、計算機、移動電話及網(wǎng)絡等領域。過去，工程師們在實施數(shù)字視頻時選擇非常有限，硬連線以及基于剝的方案總是限制著器件的用途、功能，以及它們的自適應性：雖然專用器件的靈活性稍高于是，面對日新月異的多媒體標準與應用，它們的效用仍然很有限：而且缺少具有足夠性能、成本足夠低、靈活性足夠高的數(shù)字視頻開發(fā)平臺)。為了解決這些難題，德州儀器公司提供了一種很好的解決方案，即基于達芬奇12(術及其產(chǎn)品如稱以簡化數(shù)字視頻創(chuàng)新。包括兩個基于數(shù)字信號處理器(片上系統(tǒng)(及多媒體編解碼器、應用編程接口(架與開發(fā)工具等。達芬奇(術充分滿足眾多新興的數(shù)字視頻創(chuàng)新產(chǎn)品對實時視頻的需求。這些應用領域包括：視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)、頻會議、車載信息娛樂系統(tǒng)、便攜式媒體以及數(shù)碼像機等。達芬奇(字媒體技術平臺幾乎集成了目前業(yè)界嵌入式丌發(fā)平臺應具有的各類元器件。因此從數(shù)字視頻監(jiān)控市場需求和青島市科技局攻關項目要求的考慮，引出了本課題，提出了基于于國內(nèi)外視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展動態(tài)隨著多媒體技術和通信技術的的發(fā)展，視頻技術已經(jīng)成為現(xiàn)在研究的熱點，視頻監(jiān)控系統(tǒng)是視頻技術的一個重要的應用。視頻監(jiān)控一直是人們關注的應用技術熱點之一，它以其方便、直觀、信息內(nèi)容豐富而被廣泛應用于許多場景。在電子技術與通信技術的發(fā)展過程中，圖像監(jiān)控【3】系統(tǒng)的技術水平，直接反映了不同階段電子與通訊的技術發(fā)展狀況。所以視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段【4】：1在20世紀90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)。隨著攝像機、電視機的出現(xiàn)，原始的圖像監(jiān)視系統(tǒng)就已誕生。它被廣泛應用于保安、生產(chǎn)管理等場合。本地圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝象機、視頻矩陣、監(jiān)視器、錄象機等組成，由視頻線、控制線纜等連接。模擬監(jiān)控系統(tǒng)一般采用模擬方式信號傳輸，采用視頻電纜(少數(shù)采用光纖)，傳輸距離不能太遠，主要應用于小范圍內(nèi)的監(jiān)控，如大樓監(jiān)控等。監(jiān)控圖像一般只能在監(jiān)控中心查看。2在90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，出現(xiàn)的基于種系統(tǒng)利用計算機的高速數(shù)據(jù)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，從而大大的提高了圖像質(zhì)量。數(shù)字視頻壓縮編碼技術的同益成熟，基于種監(jiān)控系統(tǒng)一般采用下面的結(jié)構(gòu)：在遠端監(jiān)控現(xiàn)場，有若干個攝像機、各種檢測、報警探頭與數(shù)據(jù)設備，通過各自的傳輸線路，匯接融合到多媒體監(jiān)控終端上，多媒體監(jiān)控終端可以是一臺可以是專用的工業(yè)機箱組成的多媒體監(jiān)控終端。除了處理各種信息和完成本地所要求的各種功能外，系統(tǒng)利用視頻壓縮卡和通信接口卡，通過通信網(wǎng)絡，將這些信息傳到一個或多個監(jiān)控中心。基于穩(wěn)定性不夠好；功耗高；需要有人值守；同時，軟件的開放性不好。3在90年代末期，隨著網(wǎng)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研究出現(xiàn)，視頻監(jiān)控進入了全數(shù)字化的網(wǎng)絡時代，稱為第三代遠程數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。近幾年隨著遠程監(jiān)控系統(tǒng)被越來越多的應用于各個領域，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求也越來越高：因此操作簡單、數(shù)字化、實時可靠、經(jīng)濟實用、多功能的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的丌發(fā)和設計正受到越來越多的人的矚目?；谇度胧郊夹g的網(wǎng)絡化視頻監(jiān)控系統(tǒng)也應運而生。嵌入式系統(tǒng)被稱為是以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可2青島科技人學碩士學位論文靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)以其本身體積小，實時性高，穩(wěn)定性好，支持以太網(wǎng)等優(yōu)點，成為工控領域的新熱點。基于嵌入式技術的網(wǎng)絡化視頻監(jiān)控系統(tǒng)有效地將嵌入式技術和視頻技術結(jié)合在起，可以較好地解決基于于嵌入式技術的網(wǎng)絡化視頻監(jiān)控【5】主要的原理是：在前端監(jiān)控現(xiàn)場采用嵌入式技術。攝像機傳送來的視頻信號和麥克風采集的音頻信號數(shù)字化后由高效芯片壓縮，通過組播傳送方式傳到網(wǎng)絡上。用戶可以直接用監(jiān)控終端軟件通過網(wǎng)絡收看到監(jiān)控現(xiàn)場的圖像，被授權(quán)用戶還可以控制攝像機云臺鏡頭的動作或?qū)ο到y(tǒng)參數(shù)進行配置操作。嵌入式數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是新近崛起的以數(shù)字視頻壓縮技術為核心的新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是計算機網(wǎng)絡技術、數(shù)字視頻處理技術和嵌入式技術有機結(jié)合的高科技產(chǎn)品。因此，它受到了學術界、產(chǎn)業(yè)界和其他使用部門的高度重視【6J【。從國外運營商發(fā)展情況看，家庭綜合通信、娛樂及綜合信息服務、家庭安防、智能家居及遠程控制是家庭信息化產(chǎn)品的四個主要方向，家庭視頻監(jiān)控則是家庭安防的核心產(chǎn)品。國外運營商在家庭視頻監(jiān)控方面發(fā)展較快，以at&t、英國電信、法國電信、西班牙電信、T、過移動和無線網(wǎng)絡，提供了家庭視頻監(jiān)控業(yè)務，有的還提供了附加的頻監(jiān)控發(fā)展側(cè)重于網(wǎng)絡攝像機，英國電信(數(shù)字家庭網(wǎng)關稱作過該網(wǎng)關為用戶提供信息、通信、娛樂的綜合服務，強調(diào)易用性，也就是即插即用和豐富的連接，還強調(diào)完整性，通過多樣化的家庭終端提供多樣化的服務，支持各種智能監(jiān)控設備的數(shù)據(jù)接口和物理接口，在視頻監(jiān)控上更側(cè)重于網(wǎng)絡攝像機的方案。法國電信也有相應的動作，它以出了后通過數(shù)字家庭內(nèi)的無線接入方式接入各種監(jiān)控設備和智能家電。法國電信將視頻監(jiān)控稱為用的是嵌能非常豐富，被譽為世界上最小的無線網(wǎng)絡攝像機。西班牙電信的家庭網(wǎng)絡業(yè)務遵循“通信多媒體安全、本地和遠程管理自動控制的路線，在業(yè)務提供上具有帶寬充足、可支持多個家庭子網(wǎng)的特點。西班牙電信采用較側(cè)重于無線網(wǎng)絡攝像機監(jiān)控方案。它的視頻監(jiān)控對任何業(yè)務都有充足的帶寬提供，支持多個家庭子網(wǎng)，滿足家庭中不同業(yè)務之間過量使用無線，在屋內(nèi)的任何地方都可以接入各種服務，對室內(nèi)設備可以遠程管理和維護，遠程監(jiān)控設備也多采用無線的班牙電信的視頻監(jiān)控方案被業(yè)界稱為充滿藝術氣息的無線智能化數(shù)字家庭解決方案。不僅僅是視頻監(jiān)控，美國at&動電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡基礎設施上的優(yōu)勢，與杰爾系統(tǒng)的用戶提供電信級的手機或及數(shù)字家庭的智能監(jiān)控服務送達到遠端的持無線和有線的視頻監(jiān)控方案。日本的出了以直接通過手機或遠程監(jiān)控上采用了“的理念，實現(xiàn)人和機器、機器和機器之間的遠程控制。000監(jiān)視攝像頭，該設備采用300萬像素倍數(shù)碼變焦，以太網(wǎng)接口，支持80211abg，可拍攝建“主動防御”系統(tǒng)，可發(fā)出刺耳的警報聲嚇跑盜賊，甚至還有麥克風揚聲器雙向通信系統(tǒng)，方便用戶與盜賊談判。推出了通過用起來非常方便。除此以外，還實現(xiàn)了生物認證，通過生物認證研發(fā)了自動門識別系統(tǒng)，人們站在安裝于入口處的攝像機前，只需約1秒鐘的時間，如果確認來人為公寓居民，大門就會打開，非常方便。韓國的采用支持通過戶點播時直接由數(shù)字家庭網(wǎng)關提供視頻的處理。系統(tǒng)立足于“控制與防止，將有線與無線網(wǎng)絡結(jié)合于一體。采用論用戶在家還是在外，都可通過微型監(jiān)視攝像頭、安裝在門上的傳感器、煤氣泄漏傳感器等，將家庭狀況實時傳到用戶的電腦、手機或戶也可以遠程遙控開燈，使家里看上去有人在。緊急情況下，用戶還可以呼叫急救中心對家中的病人進行救助。綜合視頻監(jiān)控將成發(fā)展趨勢中國電信(全球眼)和原中國網(wǎng)通已經(jīng)在有條件的家庭發(fā)展遠程視頻監(jiān)控，如寬視界視頻監(jiān)控業(yè)務前期已在中國網(wǎng)通的山西、山東、吉林、浙江、河南等省公司推出，受到了客戶的普遍歡迎，目前寬視界業(yè)務發(fā)展迅速，2008年上半年，僅湖北網(wǎng)通“寬視界一神眼業(yè)務就發(fā)展了500多戶用戶。隨著家庭信息化的迅猛發(fā)展，用戶對家庭安防的需求表現(xiàn)得越來越強烈，寬視界將會保持迅速的發(fā)展。中國移動也在發(fā)展以“手眼通”為代表的手機彩信監(jiān)控，基于3于數(shù)據(jù)和信號流龐大，對網(wǎng)4青島科技人學碩上學位論文絡依賴性強，需要家庭部署家庭網(wǎng)關和攝像頭等，因此家庭視頻監(jiān)控研發(fā)和推廣難度還比較大，目前視頻監(jiān)控主要應用在行業(yè)領域和家庭緊密聯(lián)系的小區(qū)，家庭監(jiān)控應用得還比較少。在平安城市、平安家庭政策的引導下，伴隨著家庭網(wǎng)絡環(huán)境不斷改善，用戶消費能力提升，安防意識增長，獨立式居住家庭增多，國內(nèi)家庭監(jiān)控將開始興起。在我國全業(yè)務運營已經(jīng)到來，運營商必然會給用戶提供包括有線和無線在內(nèi)的多樣化技術監(jiān)控手段，通過業(yè)務融合，給用戶帶來無所不在的監(jiān)控服務。監(jiān)控實現(xiàn)了對家庭安全的發(fā)現(xiàn)和預防，也是對家庭關愛的體現(xiàn)。因此，開發(fā)技術含量高，適合各種口網(wǎng)絡環(huán)境的多媒體視頻傳輸系統(tǒng)是大勢所趨【8J。13本文主要研究內(nèi)容本文首先對于嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計方案進行分析。然后分析了嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件平臺和軟件系統(tǒng)。提出一種基于紹了硬件平臺，及軟件系統(tǒng)。軟件設計中加入了便保障程序調(diào)試的效率和維護。第一章是文章的前言，介紹了本課題的研究背景，國內(nèi)外研究動態(tài)第二章介紹了嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的技術基礎。主要包括：嵌入式技術，多媒體編碼技術和網(wǎng)絡傳輸技術。第三章分析了嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計。從常用的設計方案入手，分析了這些方案的優(yōu)缺點，并選擇了適合本課題要求的設計方案。第四章介紹了開發(fā)的嵌入式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的硬件平臺，并介紹了其中的部分電路設計。分析了電源模塊中的去耦和旁路問題。第五章介紹了開發(fā)的應用軟件平臺。完成了六章介紹了開發(fā)的應用軟件中線程。包括主線程，控制線程，視頻壓縮采集等線程。第七章對于嵌入式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術進行研究。在傳輸且對線程間的交互做了深入分析。第八章對整體系統(tǒng)的性能進行了測試，能夠達到預期效果。第九章對全文進行了總結(jié)，并對以后的研究進行了展望?；谥鴱那度胧较到y(tǒng)，嵌入式網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用環(huán)境、嵌入式網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)技術進行分析，并根據(jù)系統(tǒng)實際需求作出嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設計方案選擇。31嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)近些年是很熱的話題，那到底什么是嵌入式系統(tǒng)呢?嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。簡言之，嵌入式系統(tǒng)就是一個硬件和軟件的集合體，硬件包括嵌入式處理器、存儲器、外設器件、輸入輸出端口等；軟件部分包括操作系統(tǒng)和應用程序。一般而言，嵌入式系統(tǒng)所需要的硬件會因用途不同而有顯著的差異，相應的軟件也會因為硬件的不同而不同。嵌入式系統(tǒng)應具有很高的可靠性，要求在惡劣的環(huán)境或突然斷電的情況下也仍然能夠正常工作，同時還應具有很高的實時性，在復雜的應用中具有實時處理能力，其軟件代碼固化在只讀存儲器或閃存中，相對入式系統(tǒng)要求質(zhì)量和可靠性更高。嵌入式系統(tǒng)的軟件最為強調(diào)的是系統(tǒng)整合以及友善的用戶界面。隨著網(wǎng)絡與無線通信的廣泛應用，軟件的組件化越來越重要。嵌入式系統(tǒng)設計的目的在于滿足某種特殊功能，其軟件需要穩(wěn)定、高效且程序代碼盡可能短。這里所說的軟件主要指嵌入式操作系統(tǒng)及其應用軟件。當軟件功能豐富、結(jié)構(gòu)復雜時，就迫切需要有一個屏蔽底層硬件、能夠進行實時多任務并行工作、功能強大的操作系統(tǒng)來支持。與入式操作系統(tǒng)并不要求全能，但必須能夠根據(jù)系統(tǒng)的具體情況而有效地發(fā)揮硬件的性能。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)包括硬件和軟件方面的設計，因此開發(fā)過程可以軟件和硬件并行可發(fā)，但對于開發(fā)團隊的協(xié)作要求很高；也可以硬件開發(fā)完后開發(fā)軟件，但影響開發(fā)進度，但團隊協(xié)作要求低，對于開發(fā)周期長的產(chǎn)品可以考慮。所以嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品必須綜合考慮，其開發(fā)過程一般包括需求分析、詳細設計、設計實現(xiàn)、系統(tǒng)測試等階段。需求分析階段是指在項目開始時了解項目的情況，明確用戶需要做什么的問題。這一階段主要包括：分析用戶的需求、初步確定硬件和軟件、檢查需求分析6青島科技人學碩士學位論文的結(jié)果、確定項目的約束條件、概要設計等幾個方面。當然也可以根據(jù)系統(tǒng)的具體復雜情況簡化步驟。詳細設計階段是通過需求分析的結(jié)果，設計出滿足用戶需求的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品，這一階段主要包括：審查需求分析獲得的資料、進行體系結(jié)構(gòu)設計、硬件和軟件功能的劃分、硬件和軟件的設計、檢查設計等過程。設計實現(xiàn)階段是指在前面兩個階段所做工作的基礎上，進行產(chǎn)品實現(xiàn)工作。這一階段一般來主要包括：選擇開發(fā)平臺，如選擇處理器和硬件部件進行硬件實現(xiàn)；選擇操作系統(tǒng)和編程語言等進行軟件開發(fā)；還有開發(fā)文檔的撰寫等。測試階段根據(jù)開發(fā)方法不同而采取不同的測試方法。一般先把硬件平臺測好，可以正常工作。再把硬件與軟件的聯(lián)合測試，測試時一般先進行軟硬件單元測試、在進行整體測試，最后還有性能等測試。32嵌入式網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述321嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用場景攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)通過接口進入嵌入式處理器的內(nèi)部總線，然后經(jīng)過壓縮處理，將圖像通過嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口傳輸圖像給服務器端。遠程客戶端可以通過統(tǒng)的應用場景如圖31所示。1艘酬網(wǎng)絡頻監(jiān)控設備頻監(jiān)拄設備 頻監(jiān)控設備頻監(jiān)拄設備圖31嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用場景圖-1 、，吐h、基于2嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)需求分析嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要滿足以下基本功能：1圖像質(zhì)量可定制。也就是說圖像分辨率和每秒圖像幀數(shù)可調(diào)。2在最大分辨率情況，要求圖像傳輸速率能夠在1 5幀秒左右。3能夠遠程觀看監(jiān)控視頻。客戶端通過以太網(wǎng)或無線網(wǎng)絡登陸視頻服務器端觀看視頻。可以是統(tǒng)穩(wěn)定可靠。33嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計方案分析331典型嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計方案分析目前的嵌入式視頻監(jiān)控設計大多采取方案主要有以下幾種：視頻采集芯片+芯片完成前端的圖像基本處理，把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，把變換后的視頻數(shù)字信號送到4或H264等格式的圖像壓縮、網(wǎng)絡傳輸?shù)?。該方案中采用的視頻采集芯片可以是A71 1371 14A71 15系列等。獻31提出了基于種方案的典型的原理框圖如圖22所示。圖3-2 入式處理器該方案與上一種方案相比，增加了一個嵌入式處理器。同樣使用視頻采集芯片來完成圖像的數(shù)字化處理。嵌入式處理器用來控制整個系統(tǒng)，包括視頻采集芯青島科技大學碩士學位論文片、件壓縮)。此方案中，嵌入式處理器一般選擇32位的處理器，比如方案相同，也可選擇比上一種方案功能稍弱點的芯片。文獻32提出一種采用方案的典型原理框圖如圖33所示：圖3-3 頻壓縮芯片+嵌入式處理器方案此方案在前端使用一個視頻采集芯片，經(jīng)過變換后的視頻數(shù)字信號由視頻壓縮件壓縮)，編碼方案有H264、入式處理器負責圖像的存儲、傳輸?shù)认到y(tǒng)控制【331。該方案中常用的l入式處理器同前面方案一樣一般也采用32位的處理器。這種方案的典型原理框圖如圖24所示。圖3_4第三種方案的典型原理框圖-4 入式處理器的方案文獻34所提到的方案適合要求低成本，對圖像質(zhì)量要求不是很高的應用場景，由于攝像頭集成了數(shù)據(jù)采集壓縮，盡管圖像質(zhì)量沒有前面三種的圖像質(zhì)量高，可是省去了前面的視頻采集芯片和視頻壓縮所需的硬件資源，大幅度的降低了成本，而且使用方便。這種方案的一種典型原理框圖如圖35所示。9基于-5 面兩種方案都采用了二種方案增加了一個嵌入式處理器，可以在上面運行操作系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)的靈活性。法靈活性好，畫面質(zhì)量優(yōu)異，而且系統(tǒng)升級維護比較容易，但存在系統(tǒng)開發(fā)周期長，開發(fā)難度大，成本高等缺點。第三種方案采用視頻壓縮芯片來實現(xiàn)硬件視頻壓縮，開發(fā)難度較前兩種方案小，成本較前兩種方案低，缺點是算法靈活性小，畫面質(zhì)量一般，系統(tǒng)升級困難。第四種方案采用了入式處理期的方案控制了成本，但僅適用于對圖像質(zhì)量要求不高的應用場景。332嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件總體方案設計前面三種嵌入式視頻監(jiān)控方案成本相對較高，是因為且有些芯片還會對每件產(chǎn)品收取版權(quán)費用。第四種雖然控制了成本，但僅能應用于對圖像質(zhì)量要求不高的場景。所以針對我們的需求分析，既要控制成本，又對于圖像質(zhì)量要求不能太差，本系統(tǒng)的設計方案決定采用的視頻采集芯片+嵌入式處理器+視頻協(xié)處理器也就是視頻采集芯片+于以省去了成本高的低了成本，而且使用軟件編程可以控制圖像的輸出大小，使用方便。系統(tǒng)的硬件總體設計方案如圖3視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計原理坷I19 3 6嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件方案設計3 4 務器端軟件一般有兩中方案，一種足在種是在終端系統(tǒng)采用的是嵌入式視額監(jiān)控系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能較多，首先要實現(xiàn)攝像頭的視頻采集處理，所咀要求操作系統(tǒng)支持常用攝像頭驅(qū)動；其次設備需要接入咧絡，所以操作系統(tǒng)必須很好的支持視頻傳輸要保證實時性，所以對于操作系統(tǒng)要選取實時操作系統(tǒng)，而且軟件的編寫要充分考慮線程問的通信和編碼效率。相當關鍵的 點是需嬰整體丌發(fā)成本。根據(jù)這些需求且根據(jù)前面各種嵌入式操作系統(tǒng)的比較綜臺考慮，本系統(tǒng)選擇嵌入式Li定嵌入式們的主要工作是嶄建嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境，和內(nèi)核的裁剪燒制等工作。為縮和發(fā)送做好準備，最后是基于q。嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2I基于頻服務器 客戶端_ 縮端 端圖37嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖-7 of 本章小結(jié)本章首先介紹了嵌入式系統(tǒng)和嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的應用場景案，其次分析現(xiàn)階段常用的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件方案和軟件系統(tǒng)方案，由于前三中方案成本過高，第四種方案雖然控制了成本，但圖像清晰度不夠，滿足不了現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)對于圖像的要求所以提出了一種新的嵌入式視頻系統(tǒng)解決方案。12青島科技大學頌十學位論文4嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基礎，一切應用程序的開發(fā)都是基于硬件平臺的。因此，硬件平臺的搭建在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中起著至關重要的作用。41硬件總體框圖通過上一章的分析，本系統(tǒng)采用了如下的硬件結(jié)構(gòu)：圖41嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件件結(jié)構(gòu)框圖1 of *止H*州頓，自掙樂縫啦：王板和子板的俯視圖 2 4 1板卡王要部件名稱表 t he hc rd 70土捌00片復何按釧電溉升籠電插背m】n】6視頻援口，占片$島科技火學碩士學位論文14 克風輸入16 耳機輸出17 33顆粒(1288 啟動沒事配置撥碼開關19 1 2在主板背面20 在土極背面42部分功能模塊介紹421 5處理器2007年9月份左右的時候，德州儀器(出針對便攜式高清(頻產(chǎn)品市場的最新達芬奇(理器具備產(chǎn)品不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高清視頻(能。而且其電池使用壽命也是當前其它高清產(chǎn)品的兩倍【3 71。內(nèi)核以及多種外設組成，針對數(shù)碼相機、碼相框以及嬰兒視頻監(jiān)護器等應用。該處理器可提供216而能夠?qū)崿F(xiàn)可擴展的產(chǎn)品系列。開發(fā)人員能夠重復利用強大穩(wěn)建的達芬奇技術系列利用外，低成本數(shù)碼攝像機以及便攜式測試設備等大眾化產(chǎn)品。通過集成視頻影像協(xié)處理器，針對高清視頻精心優(yōu)化的時還實現(xiàn)極低功耗，并獲得極高性能。該 及每秒5千萬像素的速度提供有達芬奇器件均集成了視頻處理子系統(tǒng)，并在子系統(tǒng)的硬件中高度集成了預覽引擎、柱狀圖(圖像縮放工具以及屏幕視控系統(tǒng)。該時視頻處理子系統(tǒng)執(zhí)行的任務也等同于樣，達270外，高速0。集成型管其實際擁有的價值遠遠超過售價，因為該產(chǎn)品包含符合生產(chǎn)要求坫J m峨_與無需訓用、【掘應用的不州，待機功耗儀為例米|兌，這意味著消贊肯杠祧頻模式需川兩H 高清視頻。斟螄錘 吲鱟四圈隅刮一+ l ； 2電源管理模塊電源設在嵌入式系統(tǒng)葉J甜*常重簦的位符m。凼為他直接關系到系統(tǒng)的能量提供。在電源和時鐘的丌關或巫朋。五、。青島科技人學碩二j：學位論文圖4_4 _4 了確保機械特性的穩(wěn)定性，通過查閱芯片手冊，3V：，8V：3V：3 v8 V：3 V：， 以再設計電源電路時，核心器件和I外，為了獲取心版分層給核心器件，I系統(tǒng)設計中大量用到了電容的去耦和旁路，去耦和旁路可以防止能量從一個電路傳到另一個電路，進而提供配電系統(tǒng)的質(zhì)量。去耦是克服由數(shù)字電路切換邏輯引起的物理上和時間上限制的手段，旁路則是提供一個通道來轉(zhuǎn)移不想要的基于且盡可能的靠近大的有效距離是125使用的最小的電容是為它有較好的性能。對于電容容量的選取也是十分重要的。小的旁路電容(大約560放置在最靠近電源引腳的位置。中等的旁路電容放置(220 第二靠近電源引腳的位置。為了大量的去耦更大些的電容放置在更遠的位置。大約在1 00是仍要盡可能的靠近電源引腳。423 電源電路內(nèi)尋址采用26位地址形式。對須通過設置狀態(tài)寄存器(能完成。所以，不能對對儲結(jié)構(gòu)及操作方法等了解以后，在集成開發(fā)環(huán)境及到島科技人學碩士學位論文并能夠被45 5 4底層板在芯片內(nèi)部封裝了專門的測試電路試訪問端口)，通過專用的合測試行動小組)是1995年制定的國際標準測試協(xié)議，主要用于檢測系統(tǒng)的5底層板模擬視頻輸入輸出模