基于嵌入式Linux的视频采集系统的研究设计

论文摘要

科学技术的发展和应用需求的扩大推动了视频技术的广泛应用,数字化图像系统取代传统的模拟图像系统成为必然,嵌入式图像系统以其低成本、智能化和微型化的特点而受到高度重视。在此背景下,设计并实现了基于嵌入式Linux的视频数据采集系统,深入研究了其涉及的关键技术。嵌入式系统的硬件核心是嵌入式处理器,软件核心是嵌入式操作系统。本文提出了一种基于ARM处理器的嵌入式视频采集系统的设计方案,即采用嵌入式处理器S3C2410、基于OV511的USB摄像头和LCD建立系统主体架构,以Linux2.6.8嵌入式操作系统作为支持,实现高速数据采集、显示与处理任务。完成了USB驱动程序的设计和实现,实现了LCD驱动程的移植。深入分析研究了基于ARM环境的视频采集算法,并通过调用Video4Linux的API实现了本视频系统的图像采集。采用mmap技术将LCD显示缓冲区映射到用户空间内存区,提供直接对内存区的读写操作从而减少了时间开销,实现了实时视频图像高速显示。应用双缓冲原理和设计技术,提高了视频采集和视频显示的并行性,与常规单帧图像采集方法相比,有效提高了处理性能。测试结果表明,系统满足视频监控的应用要求,具有响应速度快、体积小和功耗低等特点,论文研究结果达到了预定的目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 视频采集发展现状
• 1.3 论文研究意义
• 1.4 主要工作和章节安排
• 第二章 嵌入式系统及开发流程
• 2.1 嵌入式系统概述
• 2.1.1 嵌入式系统结构
• 2.1.2 嵌入式系统特征
• 2.2 嵌入式操作系统
• 2.2.1 操作系统基本概念
• 2.2.2 常见嵌入式操作系统比较
• 2.3 嵌入式系统开发流程
• 2.4 本章小结
• 第三章 嵌入式Linux视频采集系统硬件平台设计
• 3.1 ARM微处理器
• 3.1.1 ARM体系结构
• 3.1.2 ARM9 微处理器
• 3.2 S3C2410 系统分析
• 3.3 视频采集系统架构及外围电路设计
• 3.3.1 系统架构
• 3.3.2 关键模块电路设计分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 嵌入式Linux视频采集系统软件环境构建
• 4.1 Linux操作系统分析与选择
• 4.1.1 Linux作为嵌入式操作系统的优势
• 4.1.2 嵌入式Linux和ARM的结合
• 4.2 Bootloader系统分析
• 4.2.1 Bootloader的分析
• 4.2.2 Bootloader启动流程
• 4.3 Linux内核分析
• 4.3.1 Linux内核特征
• 4.3.2 Linux内核源代码结构
• 4.4 嵌入式Linux开发环境的建立
• 4.4.1 建立交叉编译环境
• 4.4.2 内核的配置和编译
• 4.4.3 根文件系统建立
• 4.5 本章小结
• 第五章 LCD驱动程序实现
• 5.1 LCD工作原理
• 5.1.1 LCD显示器
• 5.1.2 TFT LCD工作原理
• 5.2 LCD驱动实现
• 5.2.1 TFT LCD 硬件接口
• 5.2.2 LCD控制器的Linux驱动实现
• 5.3 LCD驱动的加载
• 5.3.1 Linux设备驱动加载
• 5.3.2 LCD驱动程序移植
• 5.4 本章小结
• 第六章 视频采集程序设计
• 6.1 USB摄像头驱动的实现
• 6.1.1 USB设备驱动技术
• 6.1.2 USB摄像头驱动开发
• 6.2 视频数据采集算法与任务优化控制
• 6.2.1 V4L关键数据结构分析
• 6.2.2 视频采集算法与任务控制的优化
• 6.3 视频压缩技术与实现方法
• 6.3.1 视频压缩的基本方法
• 6.3.2 视频压缩算法分析
• 6.3.3 视频压缩具体实现
• 6.4 系统测试结果与分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果