基于嵌入式WEB服务器的网络摄像机设计与实现

摘要

视频监控作为安防系统的一个重要元素，目前已经广泛应用于国防、工业、交通、能源、信息技术以及日常生活等领域，并发挥着极其重要的作用。随着相关技术的发展与推广，前端一体化、视频数据数字化、监控网络化、系统集成化已经成为视频监控系统公认的发展方向。 目前，视频监控系统主要采用基于PC机+视频采集卡的方案，此方案网络功能强大，但由于PC无法适合长期连续工作，暴露出系统稳定性低的缺点，降低了视频监控系统的总体性能。本文针对当前视频监控系统的弊端，提出了基本嵌入式WEB服务器的网络摄像机设计方案。与传统的视频监控系统相比，嵌入式网络视频监控以体积小、成本低、稳定性高、适用于多种复杂工作环境等优点称著，具有良好的应用与发展前景，已经成为当前视频监控系统的研究主流。 本文主要通过对MPEG-4图像处理技术、MIPS处理器以及μC/OS-Ⅱ实时操作系统的研究，在内嵌MIPS 4Kec核的开发板Vb2100上，设计和实现了基于嵌入式WEB服务器的网络摄像机。本文首先阐明嵌入式系统与视频监控系统的发展现状，指出了视频监控的发展趋势，接着对μC/OS-Ⅱ进行深入的研究分析，详细介绍了μC/OS-Ⅱ到Vb2100平台的移植过程。在μC/OS-Ⅱ多任务管理平台的基础上，针对视频监控这一特殊应用，剖析了本系统的总体结构及数据流的流向，基于模块设计思想的指导，设计了摄像头OV7670数据采集模块、视频数据MPEG-4压缩模块、视频数据MPEG-4解码模块和视频数据网络传输模块等系统功能模块，并对各个功能模块以及整个软件系统分别进行了测试，给出了整个系统性能的客观评估。 系统具有体积小、成本低、稳定性高、系统扩展能力强、能够充分利用现有网络资源的优点；同时，基于网络的视频数据传输研究，为嵌入式远程控制提供了解决方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1嵌入式系统的概述

1.2视频监控系统的概述

1.3视频监控系统的发展历程

1.4视频监控系统的发展现状

1.5本文的主要工作及章节安排

1.5.1本文的主要工作

1.5.2本文的章节安排

第二章实时操作系统μC/OS-Ⅱ内核分析

2.1实时系统的基本概念

2.1.1内核的定义

2.1.2不可剥夺型内核的定义

2.1.3可剥夺型内核的定义

2.2 μC/OS-Ⅱ实时内核分析

2.2.1任务状态

2.2.2任务控制块(OS_TCB)

2.2.3就绪表

2.2.4任务调度

2.3任务间通信

2.3.1信号量

2.3.2消息邮箱

2.3.3消息队列

2.4本章小结

第三章μC/OS-Ⅱ移植到MIPS

3.1 MIPS微处理器简介

3.2系统硬件平台简介

3.3 μC/OS-Ⅱ移植到Vb2100的具体实现

3.3.1 μC/OS-Ⅱ的硬件/软件体系结构

3.3.2主头文件INCLUDES.H的使用

3.3.3开/关中断及数据类型定义的编写(OS_CPU.H)

3.3.4任务堆栈初始化程序的编写OSTaskStkInit()

3.3.5与处理器密切相关的4个汇编函数

3.4本章小结

第四章嵌入式网络摄像机设计方案与实现

4.1嵌入式网络摄像机图像处理方案

4.1.1嵌入式网络摄像机的硬件系统

4.1.2嵌入式网络摄像机的软件系统

4.1.3嵌入式网络摄像机的数据流程

4.2 Boot启动过程

4.3摄像头OV7670初始化

4.4 μC/OS-Ⅱ启动

4.5视频数据压缩编码模块的设计与实现

4.5.1图像压缩的必要性

4.5.2图像压缩编码模块的工作原理与实现

4.6视频数据解码还原模块的具体分析与实现

4.6.1 MPEG-4的帧特征

4.6.2图像解码还原模块的工作原理与实现

4.7视频数据的网络传输模块分析

4.8本章小结

第五章视频数据的网络传输模块设计

5.1网络协议的分层

5.2 TCP/IP分层

5.3物理层接口

5.4 TCP/IP协议栈的设计与实现

5.4.1 LwIP协议栈简介

5.4.2嵌入式WEB服务器结构流程设计

5.4.3信报控制协议(ICMP)处理

5.4.4用户数据报(UDP)处理

5.4.5传输控制协议(TCP)处理

5.5本章小结

第六章系统调试与验证

6.1摄像头OV7670数据采集模块的调试与验证

6.2视频数据编码模块的调试与验证

6.3视频数据解码模块的调试与验证

6.4视频回放功能的调试

6.5视频实时性测试

6.6本章小结

总结与展望

攻读学位期间发表的论文

致谢

参考文献