基于ARM和Linux的嵌入式视频监控服务器的设计与实现

摘要

近些年来,计算机网络和多媒体技术的发展速度越来越快,建立在计算机网络、多媒体技术基础上的视频监控技术也因此获得了更大的发展.就目前来说,数字视频监控系统主要应用在安防系统中,相对于第一代的模拟视频监控系统,数字视频监控系统传输和存储的是数字化的视频,它的特点是便于传输而且系统的扩展能力强,所以数字视频监控系统在实际应用中功能更为强大.目前的数字视频监控系统分为两种类型,一种是以基于微机平台的视频服务器为核心的监控系统,另一种是以嵌入式视频服务器为核心的监控系统.与前者相比,后者具有性能稳定可靠、实时性好、抗病毒能力强等特点,不仅具有较高的实际应用价值,还有广阔的发展前景,因此近年来成为业界的研究热点.根据这种应用需求,本文设计了一个采用高性能嵌入式处理器芯片SL3512和H.264视频编解码芯片FH8735作为服务器硬件平台,以Linux嵌入式操作系统作为服务器软件平台的嵌入式视频监控系统,它采用了先进的H.264视频压缩标准,可以在低码流下获得高质量的图像,完成实时视频采集与编码,因而实现了一种性能良好、使用方便、性价比较高的设计方案.在此方案基础上,论文首先对本嵌入式视频监控系统进行了总体设计,进而阐述了系统的软硬件体系结构,并对系统硬件平台核心芯片的选择进行了分析,对嵌入式Linux操作系统的软件架构和开发环境作了大致介绍.本文的主要工作和创新点包括:
　　(1)阐述了本课题的研究背景及其研究意义,在视频监控系统的发展历史的基础上对其发展方向进行了分析,指明了监控系统的发展趋势将是嵌入式视频监控服务器.
　　(2)通过对本文要设计的系统功能需求的分析,确立ARM芯片的选型原则和硬件平台的总体架构,即以高性能嵌入式处理器芯片ARM9芯片SL3512和H.264视频编解码芯片FH8735为核心进行硬件平台的设计,与传统的视频监控服务器相比,大大提高了系统性能以及视频图像质量.完成了硬件平台的电路设计,主要包括中心控制模块、视频图像采集模块、视频压缩模块、存储模块、电源模块,USB模块、网络传输模块等的设计,并给出了各个模块的原理图,以此为单位阐述各个模块的功能.
　　(3)以原理图为基础完成了硬件平台的PCB设计以及PCB板的硬件电路调试,针对PCB设计过程中的注意事项以及在进行PCB设计、调试过程中遇到的问题进行了总结,并给出了解决办法.
　　(4)通过多种操作系统的对比,总结了Linux系统的优势以及嵌入式软件的一般开发过程,在此基础上完成了嵌入式 Linux交叉编译开发环境的搭建、Bootloader引导程序的配置烧写、Linux的内核剪裁与配置、根文件系统的创建等工作,为下一步嵌入式视频服务器的设计实现做好准备.
　　(5)在Linux系统下对嵌入式驱动程序进行开发,主要阐述了驱动程序的开发要点,在此基础上完成了USB驱动程序和以太网接口驱动程序的开发工作.
　　(6)结论与展望,对本文做了简要的总结,介绍了本文作者所做的主要工作,并指出了该视频服务器需要改进和完善的地方.

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第一章 绪论

1.1 论文的研究背景及其意义

1.2 国内外视频监控系统的历史以及发展现状

1.3 视频监控系统的发展方向

1.4 论文的主要内容

第二章 嵌入式硬件平台的设计

2.1 ARM的选型原则

2.2嵌入式系统硬件平台设计流程

2.3硬件平台总体架构

2.4外围接口电路设计

2.5 电源电路设计

第三章 PCB设计流程及硬件调试

3.1 PCB设计流程

3.2 硬件电路调试

第四章 嵌入式Linux软件平台设计

4.1 Linux系统的优势

4.2 嵌入式软件平台的开发过程

第五章 嵌入式视频监控服务器软件设计

5.1 设备驱动程序的设计

5.2 视频采集模块开发

5.3 网络传输的实现

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢