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基于ARM9处理器的网络视频监控系统设计
白伟
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2010(018)012
【摘要】设计了一种以高性能DSP及ARM9处理器(ARM940T核)为主要部件的网络视频监控系统,重点分析了H.264算法特点及其处理方法,并对监控系统的视音频采集压缩卡进行了设计;通过嵌入式Linux操作系统融合整个系统,形成了一套完整的网络监控系统解决方案,最终可实现网络监控系统的小型化;通过对实际监控系统网络数据传输、数据存储及视频画面质量等各项指标测试、比对,达到了设计中的要求;采用DSP进行H.264算法处理图像质量好,压缩码流便于ARM处理器处理,提高了数据处理运行速度.
【总页数】3页(P2777-2779)
【作者】白伟
【作者单位】吉林工程技术师范学院,吉林长春,130052
【正文语种】中文
【中图分类】TN948.43;TP393
【相关文献】
1.基于ARM9的网络视频监控系统实现 [J], 冯丽芳;孙俊;周俊华;陈为军
2.基于ARM9的网络视频监控系统设计与实现 [J], 张广;侯立刚;曹江涛
3.基于ARM9和USB摄像头的网络视频采集系统设计 [J], 于艳萍;朱晓智;王中训
4.基于ARM9及Android的水产养殖监控系统设计 [J], 王鸿雁;孟祥印;赵阳;陶涛
5.基于ARM9的嵌入式监控系统设计 [J], 李来文;陈希明;刘泽源;周昕;裴永旭;黄楚俊
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基于ARM9的嵌入式3G无线视频监控系统设计国内外市场上主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。
前者的技术发展已经非常成熟，产品性能稳定，在实际工程中得到了广泛应用。
后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩技术为核心的新型视频监控系统，该系统在解决模拟视频监控系统的部分弊端的基础上迅速崛起。
在互联网的普遍推广和网络带宽逐渐提高的背景下，视频监控技术飞速发展，出现了集多媒体技术、网络通信技术、嵌入式技术于一体的嵌入式网络视频监控系统。
目前国内嵌入式视频监控系统的研究有了很大的发展，但是国内对嵌入式无线视频监控系统的研究还比较少。
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。
该方案采用S3C2410 嵌入式处理器和ARMLinux 操作系统，利用通过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。
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，并进行了测试。
实验结果表明，系统采用编码技术在保证视频传输质量的同时具有良好的带宽适应能力。
1 系统总体结构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。
嵌入式远程视频监控系统是一个基于S3C2410处理器、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压缩编码，并对编码后的图像通过3G 无线网络进行传输。
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。
嵌入式远程视频监控系统总体结构如图 1 所示。
图1 嵌入式远程视频监控系统总体结构2 系统硬件结构系统硬件由图像传感器MI360 、3G 无线模块MC8630 、图像压缩芯片ZC0301 、微处理器芯片S3C2410 、以太网控制芯片、SDRAM 等芯片组成。
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ARM9的视频监控系统的设计基于ARM9的视频监控系统的设计随着社会的发展和进步，视频监控系统在各个领域中被广泛应用，如公共安全、交通管理、工厂生产等。
本文将探讨基于ARM9的视频监控系统的设计。
该系统利用ARM9处理器作为控制核心，结合摄像头、存储设备、网络通信等技术，实现对目标区域的实时监控、录像、远程访问等功能。
一、系统架构设计基于ARM9的视频监控系统的设计主要分为硬件部分和软件部分两个方面。
硬件部分：系统需要包括ARM9处理器、摄像头、存储设备和网络通信模块。
ARM9处理器：作为系统的控制核心，负责视频数据的采集和处理、运算控制等任务。
ARM9处理器以其低功耗、高性能和开放的架构，被广泛应用于嵌入式系统。
摄像头：用于对监控区域进行图像的采集。
摄像头的选择应考虑画质清晰、适应不同光线环境、支持低照度拍摄等特点。
存储设备：用于存储监控数据。
可以选择使用SD卡、硬盘等存储媒介，以满足数据存储量的需求。
网络通信模块：能够实现系统与其他设备之间的数据传输和通信。
可以选择以太网模块，利用网络连接，实现远程访问、数据交互等功能。
软件部分：系统需要包括系统内核、视频采集处理算法和远程访问管理软件。
系统内核：基于ARM9处理器的操作系统，为视频监控系统提供运行环境和资源管理。
可以选择嵌入式Linux系统，如Buildroot、OpenWrt等。
视频采集处理算法：包括图像采集、压缩编码、实时传输等功能。
根据需求选择适合的算法实现视频数据的处理。
远程访问管理软件：用于实现用户对监控系统的远程访问和管理功能。
可以开发手机App或者使用现有的监控管理软件。
二、系统功能设计基于ARM9的视频监控系统具备以下功能：1. 实时监控：通过摄像头采集图像，经过ARM9处理，实现对目标区域的实时监控。
摄像头可以设置多个，以满足对不同区域的监控需求。
2. 视频录像：将摄像头采集到的视频数据进行压缩编码后，存储到存储设备中。
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。
基于ARM9与Linux的WLAN视频监控系统研究与设计基于ARM9与Linux的WLAN视频监控系统研究与设计一、引言近年来，随着科学技术的飞速发展与人们生活水平的提高，对安全监控的需求日益增加。
视频监控系统作为一种最常见的安全监控手段，已经被广泛应用于各个领域。
然而，传统的有线视频监控系统存在线缆布线麻烦、工程量大、成本高等问题。
为了解决这些问题，基于ARM9与Linux的WLAN视频监控系统得到了广泛关注与研究。
二、系统设计基于ARM9与Linux的WLAN视频监控系统主要由前端摄像头模块、ARM9处理器模块、WLAN无线模块、存储模块以及远程访问控制模块组成。
1. 前端摄像头模块前端摄像头模块是整个系统的核心部件，负责采集监控画面。
在设计中，我们选择了高清摄像头，能够提供更清晰、细腻的图像信息，有效提高监控系统的效果。
2. ARM9处理器模块ARM9处理器模块作为系统的“大脑”，负责对摄像头采集到的巨量数据进行处理、压缩和编码。
我们选用了ARM9处理器，其低功耗、高性能的特点能够满足我们的需求。
3. WLAN无线模块WLAN无线模块是系统的重要组成部分，负责将处理好的视频数据通过无线网络传输到存储设备或者远程访问设备上。
我们选择了高速、稳定的WLAN模块，以确保数据的及时、准确的传输。
4. 存储模块存储模块是用于保存视频监控数据的部件。
我们选择了高性能的硬盘作为主要存储介质，以及SD卡作为备份存储介质，以确保数据的安全性和可靠性。
5. 远程访问控制模块远程访问控制模块允许用户通过Internet远程访问视频监控系统，实时查看、回放监控画面。
用户只需通过登录系统，即可实现对视频监控画面的控制和操作。
三、系统工作流程基于ARM9与Linux的WLAN视频监控系统的工作流程如下：1. 摄像头采集前端摄像头模块负责实时采集监控画面，并将采集到的数据传输给ARM9处理器模块。
2. 数据处理与编码ARM9处理器模块对采集到的监控数据进行处理、压缩和编码，减少数据量的同时保留重要信息。
基于ARM9的嵌入式3G无线视频监控系统设计2011-02-21 23:51:14 来源:互联网国内外市场上主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。
前者的技术发展已经非常成熟，产品性能稳定，在实际工程中得到了广泛应用。
后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩技术为核心的新型视频监控系统，该系统在解决模拟视频监控系统的部分弊端的基础上迅速崛起。
在互联网的普遍推广和网络带宽逐渐提高的背景下，视频监控技术飞速发展，出现了集多媒体技术、网络通信技术、嵌入式技术于一体的嵌入式网络视频监控系统。
目前国内嵌入式视频监控系统的研究有了很大的发展，但是国内对嵌入式无线视频监控系统的研究还比较少。
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。
该方案采用S3C2410 嵌入式处理器和ARMLinux 操作系统，利用通过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。
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，并进行了测试。
实验结果表明，系统采用H.264 编码技术在保证视频传输质量的同时具有良好的带宽适应能力。
1 系统总体结构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。
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。
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。
嵌入式远程视频监控系统总体结构如图 1 所示。
图1 嵌入式远程视频监控系统总体结构2 系统硬件结构系统硬件由图像传感器MI360 、3G 无线模块MC8630 、图像压缩芯片ZC0301 、微处理器芯片S3C2410 、以太网控制芯片、SDRAM 等芯片组成。
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。
无线模块选用中兴3G 模块MC8630，数据速率为前向：3.1 Mb/smax，反向：1.8 Mb/s max 。
为了降低成本，简化设计，本方案选bn用中星微的ZC0301 作为视频压缩编码芯片，Vimicro ZC0301 主要由系统控制、图像信号处理、次取样和水平扫描、JPEG 编码器和USB 设备控制五大功能模块组成。
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。
MI360 和ZC0301 压缩编码芯片完成视频数据的采集、压缩和编码。
系统硬件结构如图2 所示。
图2 嵌入式监控系统硬件结构3 系统软件结构本嵌入式远程视频监控系统软件由摄像头驱动模块、图像采集模块、H.264 图像压缩模块、嵌入式Web 服务器组成。
摄像头驱动模块实现摄像头在Linux 操作系统下的正常工作，并为应用程序提供接口。
图像采集程序获取摄像头传送过来的图像信息并进行暂存。
H.264压缩模块完成对原始图像的编码处理。
嵌入式Web 服务器实现图像数据处理与网络传输。
嵌入式Web 服务器一般由5 个主要模块组成：嵌入式HTTP 引擎、安全模块、应用程序接口、文件系统和配置模块[ 2]。
由于开发平台采用的嵌入式操作系统为ARMLinux ，具有成熟的文件系统，提供文件访问的接口，可以直接使用文件系统提供的读写接口访问嵌入式Web 资源文件，不需要另外设计文件系统。
嵌入式视频监控系统软件体系结构如图3 所示。
图3 嵌入式视频监控系统软件体系结构3.1 摄像头驱动程序设计图像的采集工作由图像传感器MI360 和视频压缩芯片ZC0301 完成，ZC0301 通过USB 接口和S3C2410 相连，因此驱动程序主要是对Linux 下USB 驱动程序的开发，ZC0301 的驱动独立开发难度较大，主要是既要考虑图像采集芯片的驱动，还要考虑USB 的驱动，且Vimicro 没有公布ZC0301 的详细技术资料。
Linux 下ZC0301 的驱动程序有开源代码，根据本系统的开发平台进行修改、移植、重新编译内核等操作可以完成ZC0301 的驱动程序。
3.2 图像采集模块设计Video4linux(V4L) 是Linux 的影像串流系统与嵌入式影像系统的基础，是Linux Kernel 中支持影像设备的一组APIs ，配合适当的视频采集卡与视频采集卡驱动程序，可以实现影像采集、AM/FM 无线广播、影像CODEC、视频切换等功能。
Video4linux 为二层式架构，上层为Video4linux 驱动程序本身，下层架构则是影像设备的驱动程序。
这里用到的是Video4linux 的上层驱动程序，即Video4linux 本身所提供给程序开发人员的APIs 。
Video4linux 视频图像采集流程如图4 所示。
图4 Video4linux 视频图像采集流程图3.3 H.264 图像压缩模块设计H.264 是ITU-T 视频编码专家组(VCEG) 和ISO/IEC活动图像编码专家组(MPEG) 的联合视频组（JVT）开发的一个新的数字视频编码标准。
在技术上，H.264 标准有很多优势，如统一的VLC 符号编码，高精度、多模式的位移估计，基于4×4 块的整数变换、分层的编码语法等。
这些措施使得H.264 算法具有很高的编码效率，在相同的重建图像质量下能够比H.263 降低50%左右的码率。
H.264 的码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，能够很好地适应IP 和无线网络。
H.264 能以较低的数据速率传送基于IP 的视频流，在视频质量、压缩效率和数据包恢复丢失等方面，超越了现有的MPEG-2、MPEG-4 和H.26x 视频通信标准，更适合窄带传输，是目前监控系统最为理想的信源压缩编码标准。
相对于有线网络而言,无线网络状况更不稳定,除去网络流量所造成的传输速率的波动外, 设备的移动速度和所在位置也会严重地影响到传输速率。
其次, 无线信道的环境也要比有线信道恶劣得多，数据的误码率也要高许多,而高压缩的码流对传输错误非常敏感, 还会造成错误向后面的图像扩散, 因此无线流媒体在信源和信道编码上需要很好的容错技术。
错误恢复的工具随着视频压缩编码技术的提高在不断改进。
旧的标准(H.261、H.263、MPEG-2 的第二部分)中,使用片和宏块组的划分、帧内编码宏块、帧内编码片和帧内编码图像来防止错误的扩散。
之后改进的标准(H.263+，MPEG-4)中,使用多帧参考和数据分割技术来恢复错误。
H.264标准在以前的基础上提出了三种关键技术来进行错误的恢复，分别是参数集合、灵活的宏块次序(FMO)和冗余片(RS)。
FMO 是H.264 的一大特色，可以是一帧中的宏块顺序分割，使分割后的片的尺寸小于无线网络的MTU 尺寸，避免在网络层再进行一次数据分割，降低了数据传输的额外开销。
3.4 嵌入式Web 服务器设计本系统选用适合嵌入式系统的Boa 服务器，它是单任务HTTP 服务器，占用空间小，另外支持动态Web 技术的CGI 技术，源代码开放，性能高。
嵌入式Boa 服务器移植到Linux 系统中的网上相关资料很多，不再赘述。
下面重点介绍应用程序接口CGI 程序设计。
公共网关接口CGI 是HTTP 服务器与其他机器上的程序进行“交谈”的一种工具，其程序须运行在网络服务器上。
CGI 是一个用于Web 服务器与外部程序之间通信方式的标准，使得外部程序能生成HTML、图像或其他内容，而服务器处理的方式与那些非外部程序生成的HTML、图像或其他内容的处理方式是相同的。
使用CGI的原因在于它是一个定义良好并被广泛支持的标准，没有CGI 就不可能实现动态的Web 页面，除非使用一些服务器中提供的特殊方法。
CGI 程序入口为main () 函数，函数首先执行初始化用到的变量，然后根据提供的环境变量Environmentv 获取当前访问用户的用户名，判断用户的访问权限，然后根据REQUESM 得到用户的请求方法。
如果是POST，则根据Contentl 获取用户请求内容并分析；如果是GET，则根据Querys 获取信息并分析请求内容，最后根据用户权限做出相应的处理；如果是其他的请求方法，则返回错误，不支持该请求方法。
流程图如图5 所示。
图5 CGI 程序处理流程S3C2410 凭借其高性价比、丰富的接口以及对网络的强大支持, 使其非常适合做网络视频监控系统的Web视频服务器的处理器。
H.264 算法具有很高的编码效率，在相同的重建图像质量下，能够比H.263 降低50%左右的码率。
H.264 的码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，能够很好地适应IP 和无线网络。
本系统支持动态IP, 可以直接连入以太网, 能够即插即看。
通过局域网(100 Mb/s 以太网) 内部测试, 可以达到25 帧/秒CIF 图像(320×240) 要求, 传输延迟0.6 s 以内，编码后的码率150 Kbit/s ，由客户端软件解码恢复后的视频图像清晰、流畅、没有抖动现象，能获得较好的视频质量(本文转自电子工程世界：/qrs/2011/0221/article_4550.html)。
