嵌入式系統(tǒng)在遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

性能牢靠等優(yōu)點(diǎn)。ARM9Linux操作系統(tǒng)、USB攝像頭，設(shè)計(jì)了一種便攜式圖像監(jiān)控設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)視頻和靜態(tài)圖片的采集與存儲(chǔ)；預(yù)留的USBLED指示燈實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能；缺乏150mm×100mm×30mm的尺寸使得設(shè)備具有較強(qiáng)的使S3C2410AMC2410E開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，搭接了承受Linux2.6.14內(nèi)核的移植，文件系統(tǒng)的構(gòu)建與移植，攝像頭驅(qū)動(dòng)的移植，GPIO驅(qū)動(dòng)程序以及監(jiān)控應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與編寫(xiě)；最終，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)展了調(diào)試并給出了測(cè)試結(jié)果。關(guān)鍵詞：圖像監(jiān)控，嵌入式Linux，ARM9，驅(qū)動(dòng)程序AbstractWiththeimprovementofthepublicsocialsafetyconsciousness,theimagemonitorsystemshavemuchmorewidespreadapplicationsinmanyfields,such as thefinancial institution,the resident house,the publicfacilities,thetrafficsystem,theindustryfieldwithoutanybodyandsoforth.Moreandmorerequirementsareavailableforthestudyofthedigitalimagemonitordevicesinviewofthesituation:alargenumberofapplicationsdemandtoreducethecostofmonitordevices;avarietyofapplication environments, scattered and isolated monitoring pointsrequirethatmonitordevicesshouldbeintegrated,miniaturizedandindependent;humanizeddesignsrequirethat monitordevicesshouldbeportableandmeanwhilebeofconvenientpowersupplyandreliableperformance.Inviewofthesenewproblemsandnewrequirements,thethesisdesignsaportableimagemonitordevicebasedonARM9embeddedLinuxoperatingsystemandusingUSBcamera.Thedevicecanrealizecollectionandstorageofdynamicvideoandstaticpicture,andtheimagedatacanbeexportedthroughareservedUSBinterfaceconveniently.LEDrealizes alarm fuction.The size 150mm×100mm×30mm enables thedevicetohavestrongconcealmentandmobility,andcanbeabletomeetthedemandingapplicationsaboutintegration,size,power,independence,portabilityandconcealment.Andthelowcostalsomakesthedevicehasbroadapplicationprospects.ThethesisrealizesthehardwaresystemwhichiscomposedofUSBcamera,keyanddevelopmentplatformMC2410EwhichisbasedonS3C2410Amicroprocessor;softwaredesigniscompletedwhichincludesLinux2.6.14kernelandfilesystemtransplant,cameraandGPIOdriverdevelopment,aswellastherealizationofmonitoringapplicationsoftware;finally,thewholesystemisdebuggedandthetestingresultsaregiven.Keywords:Imagemonitoring,EmbeddedLinux,ARM9,Devicedriver1章嵌入式圖像監(jiān)控系統(tǒng)總體方案.............................................1.1系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理...............................................................................................1.2嵌入式圖像監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案...............................................................................1.2.1USB攝像頭的選擇...........................................................................................................1.2.2嵌入式微處理器的選擇....................................................................................................1.2.3嵌入式操作系統(tǒng)的選擇....................................................................................................1.3嵌入式圖像監(jiān)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì).......................................................................1.4嵌入式圖像監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)...............................................................................第2........................................................2.1監(jiān)控軟件總體構(gòu)造...................................................................................................2.1.1交互模式............................................................................................................................2.1.2系統(tǒng)功能............................................................................................................................2.1.3系統(tǒng)應(yīng)用程序流程............................................................................................................2.2多幀圖片采集...........................................................................................................2.2.1JPEG文件..........................................................................................................................2.2.2圖像采集方法....................................................................................................................2.2.3關(guān)鍵數(shù)據(jù)構(gòu)造....................................................................................................................2.2.4多幀圖片定時(shí)采集實(shí)現(xiàn)....................................................................................................2.3AVI視頻流文件采集................................................................................................2.4按鍵處理應(yīng)用程序設(shè)計(jì)...........................................................................................3章總結(jié)與展望............................................................................3.1總結(jié)與展望...............................................................................................................參考文獻(xiàn)......................................................................................................1系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理系統(tǒng)構(gòu)建在嵌入式平臺(tái)之上，主要組成局部包括USB攝像頭、嵌入式開(kāi)發(fā)板、用戶按鍵、USB電子硬盤、預(yù)留USBHOST接口、LED指示燈以及GPRS1.1所示。圖1.1系統(tǒng)構(gòu)造其中各個(gè)局部的說(shuō)明如下：USB攝像頭負(fù)責(zé)采集圖像數(shù)據(jù)；圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)出等；用戶按鍵是系統(tǒng)供給應(yīng)用戶的人機(jī)交互方式視頻采集、圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)出等；USB電子硬盤負(fù)責(zé)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；LED指示燈以及GPRS報(bào)警模塊負(fù)責(zé)當(dāng)有警情發(fā)生時(shí)進(jìn)展報(bào)警；預(yù)留的USBHOST接口便利用戶接入硬盤或U盤導(dǎo)出圖像數(shù)據(jù)。嵌入式圖像監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案括系統(tǒng)級(jí)軟件〔Bootloader、操作系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)程序〕與用戶級(jí)軟件〔應(yīng)用程序〕的設(shè)計(jì)。USB攝像頭的選擇USB攝像頭是由鏡頭Len、圖像傳感器Senso、數(shù)字信號(hào)處理芯片DSDigitalSignalProcessoUSB件構(gòu)成，其中最關(guān)鍵的是鏡頭、圖像傳感器和DSP。USB攝像頭的選擇主要從以下三個(gè)方面考慮：鏡頭〔Lens〕鏡頭的組成是透鏡構(gòu)造，由幾片透鏡組成。一般有塑膠透鏡plasti〕或玻璃透鏡glas通常攝像頭用的鏡頭構(gòu)造有：1P、2P、1G1P、1G2P、2G2P、4G、5G等。承受玻璃鏡頭的攝像頭品質(zhì)好，成像效果相對(duì)塑膠鏡頭較好。因此，本課題選用的是玻璃鏡頭的攝像頭。圖像傳感器〔Sensor〕用的感光元件主要是CCDCMOSCCD的CCD相比，CMOS具有節(jié)能及本錢低等特點(diǎn)，而且在百萬(wàn)像素內(nèi)CMOS的感光效果完CCDCMOS作為感光元件。綜合考慮，本課題選用CMOS感光元件的攝像頭。數(shù)字信號(hào)處理芯片DSPDSP通過(guò)一系列簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)算法運(yùn)算，對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)參數(shù)進(jìn)展優(yōu)化處理，并把處理后的信號(hào)通過(guò)USB等接口傳到PC等設(shè)備上。因此把握芯片的好壞，直接打算畫(huà)面品質(zhì)〔比方顏色飽和度、清楚度〕與流暢度。目前用于攝像頭的DSP主要有中國(guó)中星微〔VIMICRO〕公301OVOV511+301系列芯片擁有影像光源自動(dòng)增益補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，自動(dòng)曝光、自動(dòng)白平衡，顏色飽和度、比照度、邊緣增加以及伽馬矯正等格外平滑，視覺(jué)效果格外舒適。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的USB攝像頭根本上承受的是中星微公司的DSP芯片，而OV511+芯片的攝像頭則比較難找到?？紤]到中星微的市場(chǎng)普及率，本課題選用含有中星微公司的ZC0301P芯片的攝像頭。嵌入式微處理器的選擇嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心。選擇一款適宜的嵌入式微處理器應(yīng)當(dāng)從應(yīng)用工程背景、處理器性能、處理器功耗、開(kāi)發(fā)本錢、開(kāi)發(fā)難易程度等方面綜合考慮。目前，市面上的典型的嵌入式微處理器有ARM、MIPS、PowerPC等等[10,11]。ARM〔AdvancedRISCMachines〕16/32RISC微處理器學(xué)問(wèn)產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)供給商。ARM公司通過(guò)轉(zhuǎn)讓高性能、低本錢、低功耗的RISC微處理器、外圍和系統(tǒng)ARM已成為移動(dòng)RISCARM處理器有三大特點(diǎn)：小體積、低功耗、低本錢而高性能；16/32位雙指令集；全球的合作伙伴眾多。MIPS32/64MIPS是MicroprocessorwithoutInter---lockedPipelineStages的縮寫(xiě)，是一種處理器內(nèi)核標(biāo)準(zhǔn)，它是MIPS技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的。MIPS技術(shù)公司是一家設(shè)計(jì)制造高性能、高檔次的嵌入式32位和64位處理器的廠商，在RISC處理器方面占有重要地位。2022年，MIPS公司公布了MIPS324Kc64MIPS6420Kc處理器內(nèi)核。PowerPC端的工作站、效勞器到臺(tái)式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從消費(fèi)類電子產(chǎn)品到大型通信設(shè)備，無(wú)所不包。PowerPC架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好，便利機(jī)敏。PowerPC處理器品種很多，既有通用的處理器，又有嵌入式把握器和內(nèi)核，應(yīng)用范圍格外廣泛，從高端的工作站、效勞器到桌面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從消費(fèi)類電子產(chǎn)品到大型通信設(shè)備等各個(gè)方面。目前PowerPC獨(dú)立微處理器與嵌25MHz~700MHz不等，它們的能量消耗、大小、整合程度、價(jià)格差350MHz~700MHzPowerPC750CX750CXe以及主頻400MHz的PowerPC440GP等。嵌入式的PowerPC405〔主頻最高為266MHz〕和PowerPC440〔主頻最高為550MHz〕〔SOC〕設(shè)備上，在電信、金融和其它很多行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。相比之下，ARM價(jià)格低廉并且功耗很低，開(kāi)發(fā)也相比照較簡(jiǎn)潔。因此，本課題選用基于ARM920T芯片的S3C2410微處理器來(lái)進(jìn)展系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。嵌入式操作系統(tǒng)的選擇集以及應(yīng)用程序，大大提高了應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率。嵌入式操作系統(tǒng)的選擇主要從以下三個(gè)方面考慮：操作系統(tǒng)的硬件支持，包括操作系統(tǒng)是否支持目標(biāo)硬件平臺(tái)，基于該選擇的操作系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)的嵌入式應(yīng)用軟件是否具有很好的移植性。開(kāi)發(fā)工具的支持程度，包括在線仿真器、編譯器、匯編器、連接器、調(diào)試器等能否支持操作系統(tǒng)。應(yīng)用需求，包括操作系統(tǒng)的性能、兼容性、技術(shù)支持等。從20世紀(jì)80年月開(kāi)頭，消滅了百余種嵌入式操作系統(tǒng)，比較流行的有：WindowsCE、VxWorks、QNX、PalmOS等，但是開(kāi)源并且免費(fèi)的的嵌入式操作系統(tǒng)只有uC/OS-IILinux[12,13]。WindowsCEWindowsCEWindowsCE能夠訪問(wèn)Internet并收發(fā)Email或掃瞄WeWindowsCE特有的與Windows類似的用戶界面使最終用戶易于使用。WindowsCE的缺點(diǎn)是速度慢、效率低、價(jià)格偏高、開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序相對(duì)較難。VxWorksVxWorks是WindRiver公司的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)POSIX,ANSIC和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。VxWorks運(yùn)行系統(tǒng)的核心是一個(gè)高效率的微內(nèi)核，該微內(nèi)核支持各種實(shí)載并可快速響應(yīng)外部大事。目前在全世界裝有VxWorks系統(tǒng)的智能設(shè)備數(shù)以百萬(wàn)計(jì)，其應(yīng)用范圍普及互聯(lián)網(wǎng)、電信和數(shù)據(jù)通信、數(shù)字影像、網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)外設(shè)、汽車、火控、導(dǎo)航與制導(dǎo)、航空、指揮、把握、通信和情報(bào)、聲納與雷達(dá)、空間與系統(tǒng)、模擬和測(cè)試等眾多領(lǐng)域。QNXQNX是由加拿大QSSL程組成，具有高度的伸縮性，可機(jī)敏地剪裁，最小配置只占用幾十KB內(nèi)存。因此，可以廣泛地嵌入到智能機(jī)器、智能儀器儀表、機(jī)頂盒、通訊設(shè)備、PDA等應(yīng)用中去。PalmOS3Com公司的PalmOS在掌上電腦和PDA用程序接口，開(kāi)發(fā)商可依據(jù)需要自行開(kāi)發(fā)所需的應(yīng)用程序。嵌入式LinuxLinuxLinux是源代碼開(kāi)放軟件，任何人都Linux系統(tǒng)是可以定制的，系統(tǒng)內(nèi)核目前己經(jīng)可以做得很小。Linux作為一種可剪裁的軟件平臺(tái)系統(tǒng)，Linux是指對(duì)Linux經(jīng)過(guò)小型化裁減后，能KB或幾MBLinux操作系統(tǒng)。綜合考慮，本課題承受嵌入式Linux操作系統(tǒng)來(lái)進(jìn)展開(kāi)發(fā)。.本課題是基于嵌入式系統(tǒng)進(jìn)展硬件架構(gòu)的處理中的優(yōu)勢(shì)和其它方面如技術(shù)支持和設(shè)備條件等緣由，選用了三星公司的S3C2410A作為圖像處理和中心把握芯片。1.2所示。圖1.2 系統(tǒng)硬件構(gòu)造圖本課題的系統(tǒng)硬件電路，主要是在滿足圖像信號(hào)數(shù)據(jù)時(shí)序要求嚴(yán)格、數(shù)據(jù)量大、采集速度快等特點(diǎn)的狀況下，保證數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定牢靠的采集并實(shí)現(xiàn)壓縮、存儲(chǔ)和導(dǎo)出。1．USB攝像頭本課題選用Teclast臺(tái)電科技的MK55攝像頭。它擁有130萬(wàn)像素的鏡頭，承受中星微ZC0301PLH主控芯片+原裝A+360彩色傳感器，保證了良好的畫(huà)面效果。攝像頭工作原理與過(guò)程如下：由CMOSISP單元來(lái)完成。本課題承受傳感器芯片MI360工作模式是：輸出區(qū)分率為640×480，圖像數(shù)據(jù)流8RGB格式。ZC301MI360所需的各種把握信號(hào)，并接收來(lái)自MI360的同步輸出信號(hào)。ZC301JPEG格式的圖像數(shù)據(jù)流。通過(guò)內(nèi)置的USB把握器和外接的USB收發(fā)器經(jīng)USB總線送往嵌入式把握系統(tǒng)。S3C2410USB把握芯片，所以它可以對(duì)ZC301USB接口直接操作。S3C2410通過(guò)對(duì)I/O口進(jìn)展把握來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的存儲(chǔ)。MC2410E開(kāi)發(fā)板MC2410E開(kāi)發(fā)板作為硬件平臺(tái)[15]。它由核心板與底板組成，便于用戶進(jìn)展二次開(kāi)發(fā)。核心板上集成了三星公司的微處理器S3C2410A，64M Nand Flash〔K9F1208〕以及64M SDRAMHY57V561620，底板上集成了一些常規(guī)外設(shè)接口。S3C2410A微處理器MC2410E開(kāi)發(fā)板選用三星公司S3C2410A芯片作為硬件平臺(tái)的中心處理器，其主頻工作在266MHz，負(fù)責(zé)完成全部的系統(tǒng)把握，如系統(tǒng)級(jí)別初始化、配置、用戶接口、用戶命令執(zhí)行ARM920TARM920T是高性能和低功耗特性方面最正確的通用系統(tǒng)封裝微處理器，它承受5級(jí)流水線，具有指令和數(shù)據(jù)Cache，支持協(xié)處理MMU等技術(shù)，具有體積小、高性能、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。目前，S3C2410已廣泛地應(yīng)用于PDA、智能手機(jī)、機(jī)頂盒、嵌入式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、POS機(jī)、數(shù)字多媒體等方面。S3C2410AS3C2410A的主要片上功能[16]。_1.8VARM920T內(nèi)核供電，1.8V/2.5V/3.3V存儲(chǔ)器供電；_16KB16KB數(shù)據(jù)緩存的MMU內(nèi)存治理單元；_外部存儲(chǔ)器把握SDRAM把握和芯片選擇規(guī)律；_供給LCD把握器〔最大支持4K色的STN或256K色TFT的LC1個(gè)通道的LCD專用DMA把握器；_4通道DMA，具有外部懇求引腳；_3通道UART〔IrDA1.0，16字節(jié)發(fā)送FIFO16字節(jié)接收FIFO〕/2通道SPI接口；_1個(gè)通道多主IIC總線把握器/1通道IIS總線把握器；_兼容SD1.0MMC2.11版；_供給2個(gè)主機(jī)接口的USB口/1個(gè)設(shè)備USB口1.1版本；_4通道PWM定時(shí)器/1通道內(nèi)部計(jì)時(shí)器；_供給看門狗定時(shí)器；_117個(gè)通用I/O口/24通道外部中斷源；_供給電源把握不同模式：正常、慢速、空閑及電源關(guān)閉模式；_810位ADC；_供給帶日歷功能的實(shí)時(shí)時(shí)鐘把握器RT；_具有PLL的片上時(shí)鐘發(fā)生器。各模塊電路工作原理假設(shè)要將本課題設(shè)計(jì)的嵌入式圖像監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)一步產(chǎn)品化到的各模塊電路的原理圖設(shè)計(jì)及其工作原理。電源和復(fù)位電路通過(guò)5VLM1117芯片產(chǎn)生5V、3.3V系統(tǒng)電源。復(fù)位模塊通過(guò)按鍵、限流電阻接入S3C2410的nRESET腳。復(fù)位電路可完成系統(tǒng)上電復(fù)位和在系統(tǒng)工作時(shí)用戶按鍵復(fù)位。以下圖一所示為電源電路，以下圖二所示為復(fù)位電路。圖一 電源電路圖二 復(fù)位電路存儲(chǔ)模塊電路系統(tǒng)的存儲(chǔ)模塊包括SDRAM和ROM兩局部。在嵌入式系統(tǒng)中，ROM是一種可進(jìn)展電保存的用戶數(shù)據(jù)等；SDRAM是系統(tǒng)的內(nèi)存，它不具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，但其存取速度大大高于Flash時(shí)，CPU首先從復(fù)位地址〔一般是0x00000000地址〕讀取啟動(dòng)代碼，在完成系統(tǒng)的初始SDRAM中運(yùn)行以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度64MSDRAM和64MNANDFlash相結(jié)合，完成系統(tǒng)存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì)。本課題所承受的是三星公司的K9F1208芯片。K9F1208512Mb〔64M×8位〕NANDFlash存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器的工作電2.7～3.6V528字節(jié)×32頁(yè)×4096528字節(jié)，塊大小為〔16KB+512字節(jié)/次可以讀/48I/O端口分時(shí)復(fù)用訪問(wèn)器件命令、地址和數(shù)據(jù)存放器，完成對(duì)芯片內(nèi)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)。串行接口電路串行接口電路用于S3C2410系統(tǒng)與其他應(yīng)用系統(tǒng)的短距離雙向串行通訊；串口電路使用一MAX3232芯片實(shí)現(xiàn)RS-232UARTPC機(jī)端需要通過(guò)串口讀取LinuxLinux系統(tǒng)發(fā)送shell命令，完成程序燒寫(xiě)等交互操作。USBHost接口電路S3C2410AUSBHostOHCI1.0USB1.1標(biāo)準(zhǔn)，支持低速和全速USB設(shè)備。USBHost接口用于掛接中星微Zc301PLH攝像頭以及USB電子硬盤。按鍵電路本系統(tǒng)使用三個(gè)按鍵，分別接入S3C2410I/O端口GPF0，GPF1，GPF6。按鍵電路如以下圖所示。LED電路本系統(tǒng)使用兩個(gè)LED發(fā)光二極管，分別接入S3C2410I/O端口GPB5和GPF7。JTAG電路JTAG接口可對(duì)芯片內(nèi)部的全部部件進(jìn)展訪問(wèn)，通過(guò)該接口可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展調(diào)試、編程等。2.4嵌入式圖像監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖像監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)需要完成以下兩方面的工作：在硬件上構(gòu)建一個(gè)軟件平臺(tái)，構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)需要完成Bootloader移植、嵌入式Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核移植以及嵌入式Linux操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)等工作。在軟件平臺(tái)的根底上，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用程序。借助穿插編譯工具，開(kāi)發(fā)圖像監(jiān)控設(shè)備上運(yùn)行的采集、存儲(chǔ)以及導(dǎo)出程序。以下圖為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程S3C2410LinuxUSB攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)USB1.1硬盤中的圖像導(dǎo)出的程序，并且當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有運(yùn)動(dòng)物體消滅時(shí)，LED燈進(jìn)展報(bào)警到達(dá)監(jiān)控的目的。因此，整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可以被分為以下幾個(gè)局部進(jìn)展：①建立和配置主機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)境。②vivibootloader與嵌入式Linux內(nèi)核的編譯和移植。③根文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和移植。GPIO驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和移植。⑤基于Video4Linux的圖像監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)。2章監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)監(jiān)控軟件總體構(gòu)造交互模式鍵信息后，就會(huì)做出相應(yīng)的處理。系統(tǒng)功能嵌入式圖像監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能如下：USB硬盤是否存在、USB硬盤是否有存儲(chǔ)空間、圖像獵取設(shè)備是否插入、圖像獵取設(shè)備是否正常工作等。②圖片采集功能：系統(tǒng)具有定時(shí)拍照功能。③視頻采集功能：系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)攝像功能。④存儲(chǔ)功能：系統(tǒng)將采集到的圖片數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在硬盤中，可供用戶進(jìn)展進(jìn)一步的處理。⑤圖像導(dǎo)出與刪除功能：用戶可依據(jù)需要將USB硬盤中的圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)出或刪除。⑥報(bào)警功能：當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，進(jìn)展報(bào)警。系統(tǒng)應(yīng)用程序流程采集程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟如下：翻開(kāi)攝像頭設(shè)備文件。intv4l_open(char*dev,v4l_device*vd){if(!dev)dev=“/dev/video0“;if((vd->fd=open(dev,O_RDWR))<0){perror(“v4l_open:“);return-1;}if(v4l_get_capability(vd))return-1;if(v4l_get_picture(vd))return-1;return0;}video_capability中信息。intv4l_get_capability(v4l_device*vd){if(ioctl(vd->fd,VIDIOCGCAP,&(vd->capability))<0){perror(“v4l_get_capability:“);return-1;}return0;}成功后可讀取vd->capability各重量。video_picture中信息。intv4l_get_picture(v4l_device*vd){if(ioctl(vd->fd,VIDIOCGPICT,&(vd->picture))<0){perror(“v4l_get_picture:“);return-1;}return0;5章監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)57}成功后可讀取圖像的屬性。重設(shè)置圖像采集的各種參數(shù)，即轉(zhuǎn)變video_picture中重量的值。先為重量賦值，再調(diào)用VIDIOCSPICTvd->picture.colour=65535;if(ioctl(vd->fd,VIDIOCSPICT,&(vd->picture))<0){perror(“VIDIOCSPICT“);return-1;}關(guān)閉設(shè)備。intv4l_close(v4l_device*vd){close(vd->fd);return0;}截取圖象。有兩種方法：一種是承受內(nèi)存映射〔mmap〕方式，另一種是直接讀取〔read〕的方式。read()方式是通過(guò)內(nèi)核緩沖區(qū)來(lái)讀取數(shù)據(jù)，通過(guò)內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)之間進(jìn)展數(shù)據(jù)拷貝實(shí)現(xiàn)的；mmap()方式直接將設(shè)備文件/dev/v4l/video0映射到內(nèi)存中，繞過(guò)了內(nèi)核緩沖區(qū)，并加速了文件I/O操作，節(jié)約了時(shí)間開(kāi)銷。本課題為了驗(yàn)證兩種采集方式的優(yōu)劣性，在程序中參加計(jì)時(shí)函數(shù)，將其分別采集到單幅圖片的時(shí)間做比較。read()方式采集比較簡(jiǎn)潔，可以分兩步來(lái)進(jìn)展設(shè)計(jì)：①安排內(nèi)存空間，用來(lái)存儲(chǔ)從攝像頭讀取過(guò)來(lái)的視頻數(shù)據(jù)。vd->pFramebuffer=(unsignedchar*)realloc(vd->pFramebuffer,(size_t)vd->framesizeIn);其中pFramebuffer為安排的內(nèi)存變量，大小為framesizeIn。②讀取視頻數(shù)據(jù)，直接調(diào)用read即可。len=read(vd->fd，vd->pFramebuffer,vd->framesizeIn);整型變量len為實(shí)際存儲(chǔ)的視頻幀大小。mmap()〔內(nèi)存映射〕方式截取圖像步驟如下：①設(shè)置picture的屬性。②初始化video_mbuf，以得到所映射的buffer的信息，具體實(shí)現(xiàn)如下：ioctl(vd->fd,VIDIOCGMBUF,&(vd->mbuf));③修改video_mmap和幀狀態(tài)的當(dāng)前設(shè)置。mmapvideo_mbuf綁定，具體實(shí)現(xiàn)如下：void*mmap(void*addr,size_tlen,intprot,intflags,intfd,off_toffset);len：映射到調(diào)用進(jìn)程地址空間的字節(jié)數(shù)，它從被映射文件開(kāi)頭offset個(gè)字節(jié)開(kāi)頭算起；pro：指定共享內(nèi)存的訪問(wèn)權(quán)限PROT_REA〔可讀PROT_WRITE〔可寫(xiě)PROT_EXE〔可執(zhí)行；flags：MAP_SHAREDMAP_PRIVATE中必選一個(gè)，MAP_FIXED不推舉使用；addr：共享內(nèi)存的起始地址，一般設(shè)0，表示由系統(tǒng)安排；mmap()返回值是系統(tǒng)實(shí)際安排的起始地址。intv4l_mmap_init(v4l_device*vd){if(v4l_get_mbuf(vd)<0)return-1;if((vd->map=mmap(0,vd->mbuf.size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,vd->fd,0))<0){perror(“v4l_mmap_init:mmap“);return-1;}return0;}⑤mmap方式下真正做視頻截取的VIDIOCMCAPTURE，具體實(shí)現(xiàn)如下：ioctl(vd->fd,VIDIOCMCAPTURE,&(vd->mmap));假設(shè)調(diào)用成功，便開(kāi)頭一幀的截取，是非堵塞的，是否截取完畢留給VIDIOCSYNC來(lái)推斷。⑥調(diào)用VIDIOCSYNC等待一幀截取完畢，具體實(shí)現(xiàn)如下：if(ioctl(vd->fd,VIDIOCSYNC,&frame)<0){perror(“v4l_sync:VIDIOCSYNC“);return-1;}假設(shè)成功返回，說(shuō)明一幀截取已完成。便可以開(kāi)頭做下一次VIDIOCMCAPTURE。frame是當(dāng)前截取的幀的序號(hào)。⑦圖像幀的地址由vd->map+vd->mbuf.offsets[vd->frame]得到。⑧采集工作完畢后調(diào)用munmap取消綁定，具體實(shí)現(xiàn)如下：munmap(vd->map,vd->mbuf.size);定時(shí)采集設(shè)置兩次采集之間的時(shí)間間隔，在程序中通過(guò)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。設(shè)置定時(shí)器函數(shù)如下：volatileintpictFlag=0;staticintset_timer(intinterval){structitimervalitimer;itimer.it_interval.tv_sec=interval/1000;itimer.it_interval.tv_usec=(interval%1000)*1000;itimer.it_value=itimer.it_interval;signal(SIGALRM,take_snap);setitimer(ITIMER_REAL,&itimer,NULL);return0;}staticvoidtake_snap(intx){pictFlag=1;}interval為用戶設(shè)置或者系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置好的時(shí)間間隔。每隔產(chǎn)生一次SIGALRM信號(hào)，take_snap為信號(hào)捕獲函數(shù)，作用是設(shè)置采集標(biāo)志pictFlag1。setitimer函數(shù)，用于安裝定時(shí)器。即可實(shí)現(xiàn)每隔intervalms采集一幀圖片。AVI視頻流文件采集1．MJPEG算法本課題承受國(guó)際上流行的MJPEG〔Motion-JPEG〕JPEG圖片合成為AVIMJPEG即動(dòng)態(tài)JPEG。MotionJPEG是一種基于靜態(tài)圖像壓縮技術(shù)JPEGMJPEG壓其壓縮后之格式可讀單一畫(huà)面，所以可以任意剪接。MJPEG因承受幀內(nèi)壓縮方式也適于視頻編輯。MJPEG的優(yōu)點(diǎn)是畫(huà)質(zhì)比較清楚，缺點(diǎn)是壓縮率低，占用帶寬很大。一般單路占2M左右。MJPEG之間的差異來(lái)進(jìn)展壓縮，因此造成了大量冗余信息被重復(fù)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)占用的空間大到每幀8-20K3K嚴(yán)峻降低。2．AVI文件格式AVI英文全稱為AudioVideoInterleaved，即音頻視頻穿插格式。是將語(yǔ)音和影像同步組合質(zhì)量不是太好，但其應(yīng)用范圍仍舊格外廣泛。AVI支持256色和RLE壓縮。AVI信息主要應(yīng)用在多媒體光盤上，用來(lái)保存電視、電影等各種影像信息。AVI文件含三局部：文件頭、數(shù)據(jù)塊和索引塊[30,31]。其中數(shù)據(jù)塊包含實(shí)際數(shù)據(jù)流，即圖像和聲音序列數(shù)據(jù)。這是文取力量。文件頭包括文件的通用信息，定義數(shù)據(jù)格式，所用的壓縮算法等參數(shù)。3．視頻流文件采集關(guān)鍵步驟系統(tǒng)為了把采集到的視頻流保存成AVIavilibAPIavilibAPI工具集支持簡(jiǎn)潔的aviMJPEGAVI視頻流的采集與多幀圖像采集類似，只是把每幀圖像寫(xiě)入一個(gè)avi文件而不是將每幀圖像都保存成JPEG文件。AVI視頻流文件采集的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：翻開(kāi)視頻文件。avi_t*AVI_open_output_file(char*filename);設(shè)置視頻參數(shù)。包括寬度、高度、幀率以及壓縮格式。voidAVI_set_video(avit*AVI,intwidth,intheight,doublefps,char*compressor);avi文件中寫(xiě)入幀數(shù)據(jù)。intAVI_write_frame(avi_t*AVI,char*data,longbytes);avi文件。intAVI_close(avit*AVI); 按鍵處理應(yīng)用程序設(shè)計(jì)按鍵電路中使用了瞬時(shí)接觸開(kāi)關(guān)連接到ARM處理器的I/O口，ARM處理器可簡(jiǎn)潔地檢測(cè)到閉合。當(dāng)開(kāi)關(guān)翻開(kāi)時(shí)，通過(guò)處理器I/O1；當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，處I/O0。即一旦有鍵按下，發(fā)生外部中斷，推斷鍵值，依據(jù)鍵值轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵值處理程序，鍵值處理程序包括圖片采集子程序、AVI視頻流文件錄制子程序、圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)出子程序。3章總結(jié)與展望總結(jié)本課題在總結(jié)分析前人爭(zhēng)辯成果的根底上完成的工作與獲得的結(jié)論如下：分析了圖像監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與進(jìn)展趨勢(shì)，并針對(duì)課題具體要求提出基于ARM9和嵌入式Linux的圖像監(jiān)控方案。完成了BootLoader與嵌入式LinuxARM平臺(tái)的移植。完成了硬件平臺(tái)相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與移植。完成了系統(tǒng)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)。完成了整個(gè)系統(tǒng)試驗(yàn)室環(huán)境下的樣機(jī)的調(diào)試與測(cè)試工作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的樣機(jī)體積小，滿足監(jiān)控領(lǐng)域隱蔽性的要求，使用便利、本錢低廉、易于升級(jí)與擴(kuò)展，具有肯定的市場(chǎng)應(yīng)用前景。展望雛形，還需進(jìn)一步的改進(jìn)與完善，主要有以下幾點(diǎn)：圖片采集與視頻采集的實(shí)時(shí)切換功能。按鍵防抖功能，防止按鍵連續(xù)被按下使系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)。時(shí)間標(biāo)記功能，在實(shí)時(shí)圖像上疊加日期和時(shí)間顯示。擴(kuò)展外部設(shè)備，如后備電源、GPRS報(bào)警設(shè)備等。參考文獻(xiàn)劉富強(qiáng).數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社2022.數(shù)字監(jiān)控技術(shù)的進(jìn)展趨勢(shì)[J]中國(guó)公共安全〔綜合版〕,202208期馬昕.視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀和今后進(jìn)展趨勢(shì)[J].金卡工程,202203期丁忠校.視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與進(jìn)展綜述[J].科技詢問(wèn)導(dǎo)報(bào),202228期徐力,孔巖.視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀和進(jìn)展趨勢(shì)[J].信息技術(shù)與信息化,2022年04期孟柯,李鳳亭,馬惠敏.用于視頻監(jiān)控的便攜式數(shù)字錄像機(jī)設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù),2022,7：78-80譚曉, 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