基于Linux嵌入式视频采集系统的研究与设计

论文摘要

在信息化的21世纪,随着PC机的发展,网络通信技术、视频压缩技术的发展,伴随着人们生活水平和生活质量的提高,各类的嵌入式设备不断涌入人们的生活当中,而现代化的嵌入式数字视频采集系统也逐步代替了以往的模拟采集系统。由于以嵌入式视频设备作为视频采集服务器体积小,实时性好,速度快,功耗小,性能稳定的特点,无地域限制的优点,已被广泛应用到商业监控,小区监控,消费电子、网络通信、军事国防、航空航天等方方面面。越来越多的企业和用户将Linux系统作为各类服务器的首选操作系统。基于以上原因,本论文着重对Linux系统下实现网络视频采集系统进行研究与设计。本文研究了Linux嵌入式视频采集系统,对视频采集系统的硬件平台及软件设计做了详细的描述。论文采用了基于ARM9架构的S3C2410作为硬件平台,实现了BootLoader, Linux操作系统及硬件驱动、文件系统的裁剪、编译和移植；交叉编译环境的建立。通过V4L内核驱动模块采集数据,利用linux中的LIBJPEG函数库实现JPEG压缩,最终实现了视频采集数据的远程访问。在本文与以往的嵌入式视频采集相比,提出了三方面的改进：(1)在图像的采集模块中,摒弃了以往通过read, write方法来对内核缓存的操作,而是采用内存映射的方式,将从设备上采集的数据直接映射到内存中,直接对内存读取,提高了读写的速度,同时内存映射机制可以使多线程同时对内存读写操作,其中一个线程的写操作不会影响另一线程的读操作。(2)本文在应用JPEG数据压缩算法的同时,提出了自适应量化算法,通过自适应量化方法,保证了低频分量步距较小而高频分量步距较长,增大了量化零值,提高了数据的压缩比。(3)本文在数据传输模块中,为达到图片连续显示的效果,应用传统的浏览器刷新技术,并在此基础上提出了改进型服务器推进技术,使浏览器在完成一次请求后,服务器端可以主动的将改变得数据发送到客户端,可以有效控制数据的传输量,满足了数据传输的实时性要求。本设计所研究的基于LINUX的嵌入式视频采集系统性能稳定、可靠、占用资源少,实时性高,能够可为图像采集处理、视频处理、远程监控等应用提供良好的服务,对于以后嵌入式网络视频采集系统的进一步研究及开发都具有良好的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 嵌入式系统的发展概况及特点
• 1.3 视频采集系统的发展
• 1.4 本文主要研究内容及组织结构
• 1.4.1 本文主要研究内容
• 1.4.2 论文的章节组织结构
• 第2章 系统硬件结构设计
• 2.1 视频采集系统的硬件结构设计
• 2.2 硬件平台的选择及处理器设计
• 2.3 S3C2410体系结构及存储结构
• 2.4 网卡电路设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统软件环境设计
• 3.1 系统软件结构模型的设计
• 3.2 bootloader的设计及移植
• 3.2.1 bootloader的工作模式及启动原理
• 3.2.2 bootloader移植
• 3.3 建立交叉编译环境
• 3.4 linux内核裁剪、编译和移植
• 3.4.1 linux2.6.34内核结构
• 3.4.2 linux2.6.34内核裁剪与移植
• 3.5 文件系统的创建和移植
• 3.6 本章小结
• 第4章 图像采集及压缩模块的研究与设计
• 4.1 基于V4L模块的设计与开发
• 4.1.1 视频采集流程设计
• 4.1.2 视频采集程序的实现
• 4.2 JPEG压缩及存储的实现
• 4.2.1 JPEG压缩原理
• 4.2.2 采集数据的压缩实现
• 4.3 JPEG压缩算法的改进
• 4.4 算法对比结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 Web服务器模块的设计与实现
• 5.1 web服务器简介
• 5.2 配置Linux Web服务器
• 5.3 Web服务器程序设计
• 5.3.1 基于客户端请求的程序设计
• 5.3.2 服务器推进技术
• 5.4 方法对比结果
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录