基于嵌入式Linux的视频图像采集系统的研究与实现

论文摘要

视频图像采集应用在社会很多领域,如个人电子产品、医疗、军事、监控、工业、农业等领域。视频图像采集的传统方法是采用CCD摄像机、视频采集卡、PC机来获取现场的视频信息,虽然易于实现,但造成系统体积庞大、成本较高、不方便移动与携带,在复杂环境下进行视频图像采集非常困难。嵌入式图像采集系统的出现与发展有效地克服了传统图像采集系统的缺点。本文给出了一种基于嵌入式Linux的视频图像采集系统的解决方案。该方案使用三星公司16/32位RISC处理器S3C2440A(采用ARM920T内核),外设使用USB摄像头和LCD;嵌入式操作系统采用Linux 2.6.12;摄像头驱动采用模块化驱动,能够方便管理、节省内存、降低功耗;视频图像采集程序采用Linux系统提供的V4L编程接口实现,在该程序中,通过mmap()函数而并非read()函数将LCD显示缓冲区映射到用户空间的内存区,从而提高了显示速度;最后采用Linux下基于TCP/IP协议的socket编程实现了服务器与客户端,解决了视频图像数据网络传输问题。本系统是一个完整的视频图像采集系统,采用了模块化设计,各模块相互协调,同时具有一定的扩展性。与传统的系统相比,此类系统体积小、成本低、方便移动,在复杂环境下进行图像采集相对容易。整个系统没有使用任何商业软件,完全从底层开发,实现了系统低成本目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 嵌入式系统的发展现状
• 1.2 视频图像采集产品的发展现状
• 1.3 课题的提出及研究价值
• 1.4 论文的主要工作及结构
• 2 系统的总体设计
• 2.1 系统的硬件结构
• 2.1.1 目标板的硬件结构
• 2.1.2 PC 机的硬件要求
• 2.2 系统的软件平台
• 2.2.1 嵌入式操作系统的选择
• 2.2.2 软件开发环境的建立
• 2.2.3 系统的软件设计
• 3 BootLoader 的制作
• 3.1 交叉编译的引入
• 3.2 交叉编译的安装
• 3.3 BootLoader 的编译
• 3.3.1 BootLoader 的引入
• 3.3.2 BootLoader 的启动方式
• 3.3.3 BootLoader 启动过程
• 3.3.4 本文使用的BootLoader 的实现
• 4 Linux 内核映像的制作与文件系统的制作
• 4.1 Linux 内核映像文件的制作
• 4.1.1 获取源码
• 4.1.2 内核源码结构分析
• 4.1.3 内核的编译
• 4.2 文件系统的制作
• 4.2.1 文件系统的选型
• 4.2.2 Linux 根文件系统的目录结构分析
• 4.2.3 yaffs 文件系统的制作
• 5 LCD 驱动程序与USB 驱动程序的移植
• 5.1 驱动程序与应用程序、库、内核之间的关系
• 5.2 设备驱动开发的步骤
• 5.3 字符设备驱动程序的开发
• 5.4 驱动的加载和卸载
• 5.5 LCD 驱动程序移植
• 5.5.1 平台的设备结构
• 5.5.2 底层驱动代码的修改
• 5.5.3 配置内核以支持LCD
• 5.5.4 重新编译内核
• 5.6 USB 驱动程序的移植
• 5.6.1 USB 驱动程序概述
• 5.6.2 USB Host 驱动程序
• 6 视频图像采集的实现
• 6.1 zc301 摄像头驱动的移植和加载
• 6.2 图像采集模块的实现
• 6.2.1 V4L 简介
• 6.2.2 V4L 编程获取数据
• 6.3 网络传输的程序实现
• 6.3.1 Linux 的网络层次结构
• 6.3.2 socket 编程接口
• 6.3.3 服务器与客户端的程序实现
• 6.4 为视频图像采集程序编写makefile
• 6.4.1 makefile 的编写规则
• 6.4.2 编写本文图像采集程序的makefile
• 6.5 编译视频图像采集程序
• 6.6 系统的整体搭建与调试
• 6.6.1 安装USB 驱动
• 6.6.2 BootLoader 的烧写
• 6.6.3 Linux 内核与文件系统的烧写
• 6.6.4 图像采集程序的移植
• 6.6.5 LCD 上显示zc301 摄像头采集的视频图像
• 6.6.6 PC 机上截取zc301 摄像头采集的图像
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究生期间的研究成果