基于ARM的嵌入式无线视频采集系统设计

基于ARM的嵌入式网络视频监控系统设计与实现基于ARM的嵌入式网络视频监控系统设计与实现摘要随着科技的快速发展，嵌入式网络视频监控系统在安防领域起到了重要作用。

本文基于ARM嵌入式技术，设计并实现了一个高效可靠的嵌入式网络视频监控系统。

文中介绍了系统的整体结构和设计原理，详细阐述了系统中各个模块的功能和实现方法。

通过实验验证，系统能够实时监控指定区域的视频画面，并将数据通过网络传输到远程监控端，实现实时监控和录像回放的功能。

1. 引言随着社会的发展和技术的进步，网络视频监控系统在安防领域起到了不可替代的作用。

传统的监控系统往往需要大量的人力物力，无法满足现代化城市的需要。

而嵌入式网络视频监控系统则具有体积小、功耗低、可靠性高等优势，成为了现代化城市安防的重要组成部分。

本文基于ARM嵌入式技术，设计并实现了一个高效可靠的嵌入式网络视频监控系统。

2. 系统设计2.1 系统结构本系统由嵌入式设备、网络通信模块和远程监控端三部分组成。

嵌入式设备负责采集、压缩和传输视频数据；网络通信模块负责将视频数据通过网络传输到远程监控端；远程监控端负责接收和显示视频数据。

2.2 嵌入式设备嵌入式设备采用ARM架构的处理器，具有高性能和低功耗的特点。

该设备通过摄像头采集视频数据，经过压缩处理后，通过网络接口将数据传输到网络通信模块。

2.3 网络通信模块网络通信模块采用以太网接口，实现视频数据的传输功能。

该模块接收来自嵌入式设备的视频数据，通过网络协议进行打包和传输，将数据发送到远程监控端。

2.4 远程监控端远程监控端接收网络通信模块传输过来的视频数据，并进行解码和显示。

用户可以通过远程监控端实时观察被监控区域的情况，并对视频数据进行录像回放等操作。

3. 系统实现3.1 嵌入式设备实现在嵌入式设备中，我们选择了ARM Cortex-A系列处理器作为主控芯片，该系列处理器结构紧凑，功耗低，计算性能强。

我们通过摄像头采集视频数据，并通过硬件加速器进行视频数据的压缩处理。

摘要随着经济的飞速发展，人们的安防意识不断增强，视频检测系统越来越广泛地被应用于各行各业。

如今，许多商场、银行和智能小区中都安装了红外探头或基于PC机的视频监测系统，由于其价格高昂，可靠性不高，传输距离短、需要有人值守等。

针对这种情况，寻求一种方法来改进这一状况，具有很大的实际意义。

近几年，随着嵌入式技术的快速发展，采用嵌入式系统的视频设备已在各领域中被广泛应用。

采用DSP嵌入式系统的视频设备设计的视频检测系统，实现了视频图像的采集、处理和网络传输，该系统具有体积小、功耗低、性能高、可便携等优点。

关键词：TCP/IP；ARM；视频采集系统数字视频监控系统是以计算机或嵌入式系统为中心、视频处理技术为基础，是符合图像数据压缩的国际标准。

综合利用图像传感器、计算机网络、自动控制和人工智能等技术的一种新型监控系统。

由于数字视频监控系统对视频图像进行了数字化，所以与传统的模拟监控系统相比，数字监控具有许多优点。

数字化的视频系统可以充分利用计算机的快速处理能力，对其进行压缩、分析、存储和显示。

数字化视频处理技术提高了图像的质量与监控效率，使系统易于管理和维护。

整个系统是模块化结构，体积小，易于安装、使用和维护。

正是由于数字视频监控技术具有传统模拟监控技术无法比拟的优点，而且符合当前信息社会中数字化、网络化和智能化的发展趋势，所以数字视频监控技术正在逐步取代模拟监控技术，广泛应用于各行各业。

嵌入式系统以体积小、实时性强、性价比高、稳定性好等特点在社会的各个领域中得到了广泛应用。

笔者设计的一种嵌入式系统，以WinCE操作系统和ARM硬件平台为核心实现了对现场的实时监控，并通过无线网络把视频图像传输到主机端，以实现分析、存储和显示等功能。

2 设计要求输入信号为1路A V视频信号，要求系统能对1路输入信号进行实时采集、数字化处理、压缩、存储，要保证一定的录像质量。

根据设计题目的要求，选择确定ARM芯片型号、视频采集芯片型号，完成系统硬件设计和程序设计。

摘要基于ARM嵌入式技术的视频采集以其灵活性、高集成性、便捷性等诸多优点必将取代传统的有线视频采集。

针对目前视频监控的实际需求，结合嵌入式技术、图像处理技术，设计并实现了一种可靠性高、成本低的嵌入式视频采集及编码系统。

它是视频监控的前端，是无线视频监控系统的一个子系统。

系统选用SAA7113H进行视频采集与压缩，选用S3C44BOX微处理器作为核心板的控制器，利用S3C44BOX的硬件编解码模块进行编码。

关键词：ARM嵌入式，视频采集，SAA7113H，S3C44BOX目录1绪论 (1)1.1课题研究的背景 (1)1.2课题研究的现状与发展前景 (1)1.3课题研究的意义 (2)1.4课题主要内容 (2)2ARM微处理器概述 (3)2.1ARM介绍 (3)2.2ARM处理器主要的特点 (3)2.3ARM微处理器应用 (4)3系统方案设计 (4)3.1系统的解决方案 (4)3.2视频采集 (5)3.3视频压缩 (6)3.4基于ARM的嵌入式系统开发平台 (6)3.5系统总体设计结构图 (7)4系统硬件设计 (8)4.1系统硬件结构 (8)4.2系统硬件各模块设计 (9)4.3PCB设计 (10)4.3.1PCB布局 (10)4.3.2PCB布线 (11)5系统软件设计 (12)5.1系统初始化程序设计 (12)5.1.1ARM初始化过程 (12)5.1.2SAA7113H初始化配置 (14)5.2应用程序设计 (17)6结论 (18)参考文献 (19)1绪论1.1课题研究的背景近年来，随着通信技术、微电子技术和计算机技术的飞速发展，网络带宽和存储容量得以大幅度的提高，而电子、通信、广播之间愈来愈紧密的相互交叉联系，世界进入了全数字化网络时代。

与此同时，数字多媒体技术也得到了迅速发展，已逐渐渗透至人们生活、工作和学习的各个方面，改变着人们传统的生活方式。

人们对视频会议、可视电话、数字电视广播等多媒体技术的需求越来越广泛。

a基于ARM的嵌入式网络视频监控系统设计与实现目录基于ARM的嵌入式-1 -网络视频监控系统设计与实现.................................................................................... -1 -目录 ............................................................................... -1 -一、绪论............................................................................ -1 -1.1研究意义-1 -1.2市场需求-1 -1.3目前视频监控系统国内外常见方案设计-2 -1.4系统设计目标-3 -1.5技术可行性-4 -二、嵌入式系统介绍................................................................ -5 -2.1嵌入式系统定义-5 -2.2嵌入式系统特点-5 -2.3嵌入式系统的组成-6 -三、视频编解码和网络协议的选择73.1网络传输协议的分析选择73.1.1网络传输协议的分析73.1.2网络协议的选择和设计'123.1.3视频数据传输方式的选择.13 3.2图像压缩算法的分析选择133.2.1压缩的必要性和可能性.133.2.2系统视频压缩方法的选择.14四、监控系统方案设计154.1监控系统总体方案选择154.2监控系统硬件方案设计164.2.1嵌入式处理器的选择164.2.2Flash 的选择184.2.3网卡的选择.184.2.4摄像头的选择184.2.5存储硬盘接口的选择19五、硬件平台设计205.1网络视频监控系统的硬件架构205.2各模块及接口设计215.2.1存储系统模块及接口设计.215.2.2串口电路设计285.2.3调试接口电路305.2.4USB HOST 接口设计315.2.5监控系统硬件整体方案设计315.3监控系统软件整体方案设计325.3.1软件开发平台及开发工具的选择.325.3.2构建嵌入式软件平台335.3.3BootLoader 移植.345.3.4移植Linux2.6.14 内核.405.3.5CGI 简介.435.3.6监控系统软件方案.44六、系统的设备驱动程序移植456.1网卡驱动移植466.1.1核心板网卡移植.466.1.2主板网卡移植486.2摄像头驱动移植54七、监控系统软件的设计及实现557.1监控系统功能模块作用及设计557.2Linux下多线程编程技术571.2.1系统视频压缩方法的选择.587.3视频采集模块软件设计597.3.1关于Video4Linux607.3.2多路图像采集的实现647.4视频编码和解码模块设计647.4.1JPEG 标准657.4.2JPEG 解码677.4.3动态图像解码的优化677.4.4获取压缩后每一帧大小677.4.5WEB服务器搭建687.4.6PC上显示模块设计.727.4.7保存视频文件的设计n7.4.8FTP服务器的设计167.4.9系统运行性能77一、绪论1.1研究意义嵌入式是当今最为热门的概念之一，其应用领域也非常之广泛，无论是在工业控制、交通管理、信息家电、安防，还是个人手持设备，都有着非常广泛的应用。

基于ARM的嵌入式无线视频采集系统设计方案本文介绍了自主开发的基于ARM的嵌入式无线视频采集系统设计方案。

采用S3C2410嵌入式处理器和ARMLinux操作系统的本系统，利用自行开发的视频服务器软件，通过3G无线上网卡完成客户端与视频服务器的通信。

本文介绍了系统的硬件结构、服务器端软件的总体结构、驱动程序的构建、图像的采集和压缩以及传输模块的设计，并通过测试。

1系统总体结构嵌入式远程视频监控系统是一个基于S3C2410处理器、H.264压缩、Web服务器和Linux操作系统的本文介绍了自主开发的基于ARM的嵌入式无线视频采集系统设计方案。

采用S3C2410嵌入式处理器和ARMLinux操作系统的本系统，利用自行开发的视频服务器软件，通过3G无线上网卡完成客户端与视频服务器的通信。

本文介绍了系统的硬件结构、服务器端软件的总体结构、驱动程序的构建、图像的采集和压缩以及传输模块的设计，并通过测试。

1 系统总体结构嵌入式远程视频监控系统是一个基于S3C2410处理器、H.264压缩、Web服务器和Linux操作系统的嵌入式系统，它的主要功能是对摄像头采集到的图像进行H.264压缩编码，并对编码后的图像通过3G无线网络进行传输。

嵌入式远程视频监控系统总体结构如图1所示。

本系统由监控现场摄像头、嵌入式视频服务器、客户端三部分组成。

监控现场的摄像头实现图像的采集，并把采集的图像信息通过内部总线传送给嵌入式视频服务器。

客户端主要完成图像的接收和解压缩，用户可以通过Web浏览器访问嵌入式视频服务器来观看摄像头采集到的图像，从而实现远程视频监控。

2 系统硬件结构S3C2410具有低功耗、精简而出色的全静态设计等特点，具备MMU存储器管理功能，拥有独立的16 KB指令和16 KB数据缓存，在高性能和低功耗特性方面提供了可靠的性能。

CMOS图像传感器选择美光的 MI360，它采用VGA标准（30万像素），感光面积为1/4英寸，有效像素649H×489H，采用低噪声技术，噪声等级达到CCD标准。

基于ARM9的嵌入式无线视频监控系统
并将采集的视频数据帧经JPEG 压缩；在ARM9 芯片的控制下，通过
2.4GHz 无线发送/接收模块进行视频数据传输；无线接收端再将视频数据通过网络接口提交给视频应用服务端；最后由视频应用服务端将接收到的压缩数据帧重组、复合成视频图像，实现无线视频监控。

引言
高性能、低功耗嵌入式CPU 和高可靠性网络操作系统的面世，使得可视电话、视频会议、远程视频监控等运算数据量大的应用在嵌入式设备中实现成为可能。

传统的基于同轴电缆的视频监控系统结构复杂、稳定性差、可靠性低且价格昂贵，因而出现了嵌入式网络视频服务器等远程Web 视频监控系统。

在本嵌入式无线视频监控系统中，使用高性能ARM9 芯片作微处理器，控制
video4linux 实现USB 摄像头视频数据采集，采集的视频数据经JPEG 压缩后，在ARM9 芯片的控制下通过2.4GHz 无线发送/接收模块进行视频数据传输；视频传输模块再将视频数据通过串口或网络提交给视频应用服务端，最后由视频应用服务端将接收到的压缩数据帧重组、复合成视频图像，实现无线视频监控。

1 系统组成结构
整个系统由视频采集终端、2.4G 无线发送模块、2.4G 无线接收模块、视频
传输和视频应用服务端等5 个模块组成。

其组成结构如图1 所示：
图1 嵌入式无线视频监控系统结构框图
视频采集终端包括以S3C2410X 为核心的中央控制和数据处理中心，以及USB Camera 数据采集单元。

中央控制和数据处理中心主要完成视频采集终端控制和视频图像压缩，并将需要传输的数据经编码处理后，通过SIO 发送到。

基于ARM的嵌入式网络视频监控系统设计与实现基于ARM的嵌入式网络视频监控系统设计与实现摘要：随着物联网的快速发展，网络视频监控系统在各种场景下得到广泛应用。

本文以ARM为基础架构，设计并实现了一种嵌入式网络视频监控系统。

该系统结合了ARM处理器的低功耗和高性能特点，利用网络通信技术实现了分布式视频监控。

通过对该系统的实验测试，验证了其可行性和稳定性。

1. 引言随着技术的不断进步，视频监控系统在安防领域得到广泛应用。

传统的视频监控系统主要依赖于有线连接，并且需要通过专用的监控中心进行管理和监控。

而基于嵌入式ARM处理器的网络视频监控系统具有小巧灵活、低功耗、高性能等特点，成为当前研究的热点之一。

2. 系统设计基于ARM的嵌入式网络视频监控系统主要由以下几个模块组成：摄像头模块、处理模块、网络通信模块和监控终端。

2.1 摄像头模块摄像头模块负责采集场景中的视频图像，并将其转换为数字信号，供处理模块处理。

为了提高监控系统的稳定性和可靠性，我们选用了高清晰度的摄像头。

2.2 处理模块处理模块是整个监控系统的核心部分，主要通过ARM处理器对摄像头采集到的视频信号进行处理和压缩。

首先，对采集到的图像进行一些基本的预处理，例如图像增强、去噪等。

然后，利用图像编码技术对处理后的图像进行压缩，减小数据量，方便传输和存储。

2.3 网络通信模块网络通信模块主要负责传输处理后的视频数据。

我们选用了以太网通信技术，通过TCP/IP协议实现视频数据的可靠传输。

在设计过程中，我们根据实际需求选择合适的网络带宽和传输协议。

2.4 监控终端监控终端是用户通过手机、电脑等设备实时查看和管理视频监控系统的界面。

用户可以通过监控终端实时监控、回放录像、设置报警等功能。

3. 系统实现为了验证系统的可行性和稳定性，在设计过程中，我们选择了一些开源的嵌入式开发平台，如Raspberry Pi等。

在硬件实现方面，我们通过将摄像头模块与ARM处理模块、网络通信模块进行连接，完成了整个系统的搭建。