基于ARM视频采集系统的设计与实现

基于ARM的视频采集系统的设计与实现摘要本文根据家庭视频采集系统的要求，提出一种基于ARM的网络视频采集方案.方案要求视频的实时传输、实时监控。

本系统以Intel Xscale 芯片和嵌入式Linux系统为平台,在平台中搭建网络视频服务器，并以它为中介,负责将USB摄像头采集到得视频数据传输到网络服务器中，最后发送到申请监控的远程PC机中，远程PC只需在网页中便能实时的看到监控端的视频图像。

论文首先阐述了嵌入式网络视频采集技术的发展、现状和前景，然后介绍了嵌入式硬件系统结构和嵌入式Linux操作系统的特点,阐述了嵌入式硬件整体结构,使大家大体的完整的对系统硬件有详细的了解，实际记录了嵌入式操作系统内核的编译和移植,介绍了Bootloader的基本原理和启动过程,实现了视频采集程序的编译和移植,研究了嵌入式一般驱动程序的使用。

随后,本文详细描述了视频采集程序的整体结构框图和具体功能代码块、网络通信编程技术、图像编解码、嵌入式视频服。

关键词：ARM;嵌入式;Linux；视频采集目录摘要 (I)第1章引言 (1)1。

1课题的背景和来源 (1)1。

2本文的内容及主要工作 (1)第2章嵌入式ARM系统硬件结构简介 (3)2。

1视频监控系统结构简介 (3)2。

2ARM处理器简介 (3)2.3XS CALE体系结构 (4)2。

4主要硬件电路说明 (7)第3章嵌入式ARM系统软件结构 (9)3.1L INUX操作系统简介 (9)3.2交叉编译环境的建立 (10)3。

3嵌入式L INUX操作系统移植 (11)3.3.1 BootLorder移植 (11)3.3。

2 Linux 内核移植 (12)3.3。

3 嵌入式文件系统 (13)3。

4L INUX下的程序调试 (14)第4章USB设备驱动程序设计 (15)4.1设备驱动程序简介 (15)4。

2L INUX下驱动程序的实现 (18)4。

3USB摄像头驱动程序设计 (20)第5章视频采集功能的设计 (23)5.1基于V4L的编程 (24)5。

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。

基于ARM的数据采集系统的设计数据采集系统是一种用于收集、处理和存储数据的技术解决方案。

在当今信息化社会中，数据采集系统的设计和应用变得越来越重要。

本文将介绍基于ARM架构的数据采集系统的设计原理和关键技术。

第一部分：引言数据采集系统在工业自动化、物联网和传感器网络等领域广泛应用。

它可以收集各种环境参数、物理量等数据，为决策和分析提供基础。

本文将以ARM架构为基础，设计一种高效可靠的数据采集系统。

第二部分：ARM架构概述ARM架构是一种低功耗、高性能的处理器架构，广泛应用于嵌入式系统和移动设备。

其特点是低功耗、高效能和可扩展性，非常适合用于数据采集系统的设计。

第三部分：数据采集系统设计原理3.1 系统架构设计基于ARM架构的数据采集系统的设计需要考虑到硬件和软件的结合。

硬件方面，需要选择适合的传感器和通信模块，并设计合理的电路板布局。

软件方面，需要开发适合ARM架构的驱动程序和数据处理算法。

3.2 传感器接口设计数据采集系统需要与各种传感器进行连接，获取各种环境参数和物理量的数据。

通过ARM的通用IO口和模拟输入功能，可以与各种传感器接口匹配，实现数据的准确采集。

3.3 数据存储与处理设计采集到的数据需要进行存储和处理，以便后续的分析和应用。

基于ARM架构的数据采集系统可以利用内置的存储器和外部存储器进行数据的存储，并通过ARM的高性能处理器进行数据的实时处理和分析。

第四部分：关键技术介绍4.1 低功耗设计技术ARM架构的数据采集系统需要考虑低功耗设计，以提高系统的工作时间和稳定性。

通过适当的电源管理和功耗优化技术，可以降低系统的功耗，延长系统的使用寿命。

4.2 实时性要求技术某些数据采集应用对实时性要求较高，需要将采集到的数据及时传输和处理。

在基于ARM架构的数据采集系统中，可以通过优化系统的中断响应和任务调度来实现实时性的要求。

第五部分：实例分析以某工业自动化场景中的数据采集系统设计为例，介绍基于ARM 架构的具体实现。

基于ARM的嵌入式无线视频采集系统设计方案
引言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。

中图分类号：TN919．81文献标识码：A文章编号：1009－2552（2011）09－0121－04基于ARM的视频采集与处理系统的开发王绪国，余双林（武汉理工大学信息工程学院，武汉430063）摘要：介绍了一种基于S3C2440硬件平台，在Linux2.6.32内核操作系统下采用V4L2架构进行视频采集与处理的总体设计方案，通过移植开源的H.264视频编解码器对视频信号进行压缩编码，并采用RTP流媒体传输协议传输给客户端，完成对现场的网络视频监控任务。

实验结果表明，该系统采集到的图像清晰，显示比较流畅，经H.264编码的视频帧数据量小，网络传输异常情况下的视频存储正常，可以适用于不同场合尤其是对带宽要求比较高的场合。

关键词：信号与信息处理；嵌入式Linux；V4L2；H.264视频；RTP协议Development of the video capture and process system based on ARMWANG Xu-guo，YU Shuang-lin（School of Information Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan430063，China）Abstract：This article introduces an overall scheme of video collecting and processing based on S3C2440 hardware platform，by using V4L2framework in the Linux2．6．32kernel．It supervises remote scene through network by transporting the video signals，which have been compressed and encoded by transplanted open source video codec—H．264，to the client，using the streaming transmission protocol RTP．The experimental results show that the collected image is clear and video is fluent．The quantity of frame data processed by H．264encoder is small．The video can be stored normally in exceptional cases．This system can be applied in different occasions，especially those requires for high bandwidth．Key words：signal and information processing；embedded Linux；V4L2；H.264；RTP0引言随着社会的发展和生活水平的提高，视频监控广泛的应用于人们生活的各个方面，在众多的视频采集与处理系统中，嵌入式视频采集不仅具有灵活、低成本、高性能的特点，而且结合嵌入式Linux操作系统，可以按照需求对内核进行裁剪，并搭载文件系统，构建功能强大的视频采集与处理终端［1］。

基于arm的视频图像采集系统摘要：本系统采用了Samsung公司生产的S3C2440芯片作为嵌入式处理器，再结合系统所需的外围硬件构成基本硬件电路。

主要包括二大部分：处理器和存储器部分；电源时钟复位电路部分；外围接口电路部分。

在对各部分硬件进行详细设计后，接下来详细介绍了嵌入式软件平台的构建，包括如何移植Linux操作系统：基于嵌入式Linux下USB接口摄像头视频设备采集；移植H.264视频压缩库和视频传输程序的编写。

1 抓拍系统开发环境的构建本文所设计的采集系统按功能可划分为嵌入式主控模块、视频采集模块、网络传输模块、等三大部分。

图1-1为本系统的系统框架图:1. USB数字摄像头采集图像数据:2.采集传输应用程序通过摄像头驱动从摄像头获取到采集的图像数据:3.采集传输应用程序调用H.264编码库对图像数据进行压缩:4.采集传输应用程序将压缩后的图像数据通过网络传输给windows PC上的显示程序:5. Windows上的显示程序对图像数据进行解码并显示:图1-1软件架构图本系统的嵌入式主控模块是基于Samsung公司生产的S3C2440这款处理器，主要作用是实现对各模块数据的响应、处理以及控制。

在硬件上，主控模块包括电源、时钟、复位电路、存储模块、以太网接口电路等。

在软件上，主控模块上运行Linux操作系统，管理各应用程序模块进程并调度各进程。

1.1采集系统的硬件平台设计本系统的核心处理器为二星公司的S3C2440，外扩64M的SDRAM存储器以及64M 的FLASH存储器，外围接口电路模块:包括USB接口电路，以太网网卡DM9000接口电路以及网眼3000的数字摄像头等。

本系统的硬件结构如图1-2所示。

图1-2系统硬件架构图1.1.1电源、时钟模块设计系统各部分硬件要求提供1.8V和3V的电压。

其中S3C2440处理器内核需要提供1.8V 电源，NandFlash, SDRAM及DM9000等芯片需要提供3V电源，所以本系统采用了LM1117-3.3和LM1117-1.8电压转换芯片设计稳压电源，得到1.8V和3.3V的所需电压。

基于ARM的嵌入式视频采集与压缩系统设计与研究的开题报告1.研究背景和意义随着网络技术和存储技术的迅速发展，视频监控在安防领域中得到了广泛应用，并且随着智能化程度的提高，其应用场景不断扩大。

视频采集与压缩系统是视频监控系统中的核心部分，其能够将图像信号采集、压缩并实现实时传输，因此对视频监控系统的稳定性和性能有着重要的影响。

当前市场上的视频采集与压缩系统大多采用高性能x86架构或DSP架构，但是这些系统存在成本高、功耗大、集成难度大等问题，对于应用于嵌入式领域时面临很大的挑战。

同时，基于ARM架构的芯片在嵌入式领域中十分流行，具有低功耗、低成本、易于集成和开发等优点。

因此，基于ARM架构的嵌入式视频采集与压缩系统的研究和设计具有很大的意义和应用价值。

2.研究内容和目标本课题旨在设计一种基于ARM架构的嵌入式视频采集与压缩系统，通过研究可行性和实现方法，实现以下几点研究内容：（1）研究ARM芯片的性能和特性，了解其在视频采集与压缩系统中的应用优势。

（2）设计嵌入式视频采集与压缩系统的硬件架构，包括采集模块、压缩算法模块和存储模块等。

（3）研究视频压缩算法，选择一种合适的压缩算法进行实现。

（4）完成系统软件的设计和开发，包括底层驱动程序、通信协议和图形界面等。

（5）进行实验测试和性能评估，验证系统的可靠性和性能优势。

3.研究方法和技术路线本课题研究采用以下方法和技术路线：（1）文献研究法：通过文献调研，了解当前嵌入式视频采集与压缩系统的研究现状和应用情况，为本课题的研究提供基础和指导。

（2）硬件设计法：根据研究目标，选择合适的芯片、传感器和存储器等组成硬件平台，进行布局和设计。

（3）软件开发法：根据硬件架构进行操作系统的移植和软件设计开发。

（4）实验分析法：通过实验测试和性能评估，对系统进行分析和验证，提出改进方案。

4.研究预期成果本课题预期完成以下几方面的研究成果：（1）设计出一种基于ARM架构的嵌入式视频采集与压缩系统。

-42-20078产品设计与实现一、前言二、数字视频监控系统的组成三、视频服务器的硬件实现监控系统作为现代企业不可缺少的重要组成部分,已广泛应用于交通、医院、银行、家居、视频会议和视频点播、证券、远程教育等诸多领域,可以有效地避免安全隐患的发生,保障员工人身安全和企业资产不受损失,实现无人值守。

早期的模拟监控系统不能联网,只能与监控中心进行点对点通信,随着图像与视频处理技术、网络技术和自动控制技术的发展,视频监控系统已过渡到数字化的网络监控。

它以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心,采用先进的数字图像压缩编/解码技术和传输技术,将智能图像处理与识别技术用于图像显示、调整、跟踪,根据现场环境智能调节摄像机的位置及清晰度,对物体进行跟踪识别,对图像进行分析和处理。

数字视频监控系统主要由监控中心、通信链路和多个监控站点组成。

通讯链路在企业内部使用企业已经铺设好的局域网线路,将其连人企业内部网,然后可以将其接人Internet,以便将信号传输给远端分控计算机或授权用户。

传输的数据包括视频、报警等录像数据和控制信号。

监控中心具有电视墙、磁盘阵列、服务器、交换机和路由器等网络设备,还可以通过多级级联构成多级监控系统。

监控站点主要由视频服务器和摄像机组成,整个系统组网灵活;可以突破地域限制,进行大规模、远距离的实时图像监控和报警处理。

如图1所示。

监控系统的软件包括客户端、服务器端软件两部分以及相互之间的通信。

在实际工作中,根据实际情况,在需要的地方安装相应的前端监控设备(彩色或黑白摄像机、固定或活动云台、定焦或变焦和相应的软件系统。

图I中的每个监控站点主要由摄像头、云台控制器、网络视频服务器组成,可配置可变镜头、麦克风、扬声器等外设,如图2所示。

其中网络视频服务器以嵌人式微处理器为核心,由视频采集编码模块、网络功能模块、实时时钟模块、摄像头云台控制模块等组成。

嵌人式微处理器是硬件部分的核心 , 采用 SAMSUNG的微处理器S3C4510B。

基于ARM嵌入式网络视频采集系统的设计与实现的开题报告1. 研究背景随着互联网技术的发展，视频成为了人们生活和工作中不可或缺的一部分。

视频采集和处理系统是构建视频应用的重要组成部分。

目前市面上主流的视频采集卡都采用PCI或PCI-E接口，这种采集卡的缺点是需要插入主板的插槽，使用不方便，而且不能用于便携式设备。

随着ARM处理器性能的不断提高，嵌入式设备已经成为了终端设备中的主要类型，如智能手机、平板电脑、路由器、工业控制等等。

所以，通过利用ARM嵌入式设备，设计一种无需接口卡即可实现网络视频采集、处理的系统，具有很高的实用价值和市场前景。

2. 研究内容和目标本项目旨在设计一种基于ARM嵌入式设备的网络视频采集系统，实现以下目标：（1）采用摄像头和网络摄像头两种方式进行视频采集，并实现音频采集功能。

（2）采用海思Hi3518E处理器的（ARM Cortex-A9，主频1GHz）嵌入式开发板作为主控，实现图像传输、视频编解码、网络传输等功能。

（3）通过网络实现视频的远程监控和控制，包括视频流的传输、控制、存储、回放等功能。

（4）编写相应的应用软件，实现视频监控功能。

3. 研究方法本项目主要采用以下研究方法：（1）调研：通过调研市面上的视频采集卡和嵌入式开发板，确定采用的硬件平台和开发环境。

（2）硬件设计：设计基于嵌入式开发板的硬件电路，包括视频和音频采集电路、网络接口电路、存储卡接口等。

（3）软件设计：针对嵌入式开发板的处理器特点，开发合适的视频传输、解码、调试程序，并编写上位机控制软件。

（4）测试：对系统各个功能进行测试和调试，验证系统的可行性和稳定性。

4. 研究意义（1）提高了视频采集系统的灵活性和可移植性，使其在更多的终端设备上得到应用。

（2）利用ARM嵌入式设备实现了视频采集和处理的整合，节省了硬件成本和开发周期。

（3）为智能家居、安防监控、远程医疗等领域提供了一种有实用价值的视频采集和处理系统。

基于ARM的视频采集系统目录一设计要求 (1)二设计作用与目的 (1)三所用设备及软件 (1)四系统设计方案 (2)4.1系统总体设计 (2)4.2 系统工作原理 (2)五系统硬件设计 (2)5.1整体硬件系统结构 (2)5.2 个单元电路设计 (3)5.2.1 S3C4510主控器模块 (3)5.2.2外围电路模块 (5)六系统的软件设计 (7)6.1 主程序流程设计 (7)6.2 摄像头驱动程序设计 (8)6.3 图像采集模块的设计 (8)6.4 JPEG图像压缩模块的设计 (9)6.5 嵌入式WEB服务器设计 (10)6.6 网络传输设计 (10)七仿真调试 (11)八设计中的问题与方法 (11)九嵌入式系统学习心得 0十参考文献 0基于ARM的视频采集系统一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。

其中包括视频采集整体设计，系统硬件设计，系统软件设计等几大主体部分，从而完成整个采集系统的设计。

二设计作用与目的数字视频采集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。

由于数字视频采集系统对视频图像进行了数字化，所以与传统的模拟视频采集系统相比，数字采集系统具有许多优点。

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。

正是由于数字视频采集技术具有传统模拟采集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，所以数字视频采集技术正在逐步取代模拟采集技术，广泛应用于各行各业。

基于ARM7的嵌入式视频采集处理系统的设计的开题报告一、题目：基于ARM7的嵌入式视频采集处理系统设计二、研究背景和意义：随着科技的发展，视频技术被广泛应用在现代社会的各个领域。

视频的采集、传输和处理成为人们关注的热点，尤其是在嵌入式领域，这些技术正在成为智能化发展中的核心部分，得到越来越广泛的应用。

因此，研究基于ARM7的嵌入式视频采集处理系统的设计具有重要的实际意义。

三、研究内容：本课题研究基于ARM7的嵌入式视频采集处理系统的若干关键问题，并实现相应的系统。

1. 研究ARM7的基本架构和特性，了解其嵌入式系统应用的基本原理。

2. 研究嵌入式视频采集技术和处理技术，了解视频采集和处理的基本方法和原理。

3. 设计系统硬件电路，包括视频采集模块，ARM7处理模块和存储模块等。

4. 编写系统驱动程序，包括视频采集驱动、存储驱动和ARM7处理程序等。

5. 实现视频采集、传输和处理的系统功能，比如视频格式转换、视频压缩和解压缩等。

6. 测试系统的性能和稳定性，如视频采集速率、系统响应时间、系统稳定性等。

四、研究方法：1. 文献资料法：对视频采集、处理以及ARM7嵌入式系统的相关文献进行查阅，获取相关知识。

2. 软件工程方法：采用软件工程的方法，对系统进行需求分析、设计、编码和测试等工作。

3. 硬件设计方法：采用EDA工具设计系统硬件电路，包括视频采集模块、ARM7处理模块和存储模块等。

四、预期成果：本课题主要预期成果如下：1. 设计一套基于ARM7的嵌入式视频采集处理系统，具有实际的应用价值。

2. 实现视频采集、传输和处理的系统功能，能够处理不同格式的视频文件。

3. 验证系统的性能和稳定性，比如视频采集速率、系统响应时间、系统稳定性等。

5. 论文发表：在学术期刊或国际会议上发表相关论文。

基于ARM11的视频采集与编码系统的设计摘要：基于嵌入式技术的无线视频监控以其灵活性、高集成性、便捷性等诸多优点必将取代传统的有线视频监控。

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S3C6410微处理器作为核心板的控制器，采用USB接口的摄像头进行采集，利用S3C6410的硬件编解码模块进行H.264编码。

根据系统的功能要求，开发了zc301摄像头和MFC的设备驱动程序，并采用内存映射方式和双缓冲思想编写了基于V4L的视频采集程序。

探讨了H.264的编码特性和码流结构，利用MFC驱动中的API函数，开发了基于H.264算法的视频编码程序。

测试表明，设计的系统视频采集效率高、图像连续性好、运行稳定。

关键词：嵌入式系统；ARM11；S3C6410；视频采集;视频编码；H.264ABSTRACT:In the future, Wireless video monitoring system based on embedded technology, with many advantages such as flexibility, integration, convenience and so on, will replace existing wired video monitoring system inevitably. Aiming at actual demand of present video monitoring, this paper designs and realizes a reliable and cheap embedded video capturing and compression system, with the combination of embedded technology and image processing technology. This system is the front end of video monitoring and a subsystem of wireless video monitoring system. This system chooses S3C6410 as the kernel board's controller uses the camera with USB interface to capture pictures and encodes the video data using the codec of S3C6410. According to functional requirements of the system, device drivers of MFC and zc301 camera are developed, and video capturing application based on V4L using Memory Mapping and the idea of the double buffer are also developed. After a brief study on the feature and stream structure of H.264, video encoding application based on H.264 with the MFC driver’s API is completed. The test shows that this system has a high efficiency to capture video data, has good continuity for pictures and can run stably.KEY WORD：Embedded system; ARM11; S3C6410; Video capturing; Video encoding; H.264引言视频具有表达客观事物直观、生动、形象，信息丰富等优点，它在各行各业的应用日益受到人们的关注。