基于小波图像压缩的嵌入式以太网传输系统的设计与实现

摘要

本文提出一种基于小波图像压缩的嵌入式以太网图像传输系统的具体实现方案，它主要由嵌入式系统(包含以太网传输部分)、图像采集模块、图像压缩模块等部分组成。该系统采用基于小波变换的图像压缩芯片ADV611实现图像的硬件压缩，以嵌入式ARM处理器S3C4510B为系统的控制核心，完成对系统的初始化设置、对外围设备的控制以及以太网数据的传输控制等。 本文对嵌入式系统的BOOTLOADER设计、嵌入式操作系统μClinux环境下设备驱动程序与应用程序的设计等方面进行了论述，详细分析了小波压缩芯片ADV611的驱动实现。针对系统中ADV611压缩流与网络速率不匹配、网络传输速率不高以及嵌入式Linux内核实时性不佳等问题，提出了相应的解决方案：ADV611硬件减帧压缩、软件减帧压缩；降低内存操作时间、直接使用用户缓冲区；改进Linux内核等，以使系统满足要求。 针对嵌入式Linux操作系统在实时性方面的缺陷，并结合本人在工程应用中的体会，提出了几种改善其实时性能的方案。本文首先总结了影响Linux实时性能的主要因素——关中断机制、内核非抢占机制以及调度机制等等，分析了体现Linux操作系统实时性能的时间参数，引出了调度延时的概念。文献[12][27][32][34]提出了采用增强内核抢占性来提高嵌入式Linux操作系统的实时性能——分别采用抢占方案和低延时方案或采用两者相结合的方案，本文对此方案作了详细的分析研究；本文采用文献[11]提出的可分级Linux调度机制的思想，并考虑到就绪进程很多的情况下系统调度延时急增的状况，提出了一种提高Linux系统实时性能的方案——以优先级分级的可运行队列表格代替原来的可运行任务队列的方案，以改进Linux内核调度机制；另外，本文进一步提出了将抢占方案与低延时方案相结合后再与调度机制改进方案相结合的方案，进一步改善系统负载很重、就绪任务很多而导致调度延时增加的状况。最后，本文对各种方案进行试验测试，结果证明了抢占方案与低延时方案相结合后再与调度机制改进方案相结合的方案对提高嵌入式Linux系统实时性能的可行性。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章前言

1.1课题背景

1.2视频压缩的主要技术及发展趋势

1.2.1视频压缩的主要技术

1.2.2小波变换编码的优点

1 2.3视频编码技术的发展趋势

1.3基于小波图像压缩嵌入式以太网传输的主要关键技术

1.3.1系统设计方案的选定

1.3.2本系统的硬件设计方案

1.3.3本系统软件的设计方案

1.3.4嵌入式Linux实时性能改进策略的研究

1.4本论文的主要研究工作及章节安排

1.4.1主要工作

1.4.2章节安排

第二章小波变换

2.1小波和小波分析

2.2多分辨率分析利MALLAT算法

2.2.1多分辨率分析

2.2.2 Mallat算法

2.3图像的二维小波变换的实现

2.4 ADV611中的小波变换

2.5本章小结

第三章系统硬件设计

3.1嵌入式系统的硬件结构

3.1.1 ARM7TDMI内核特征

3.1.2 S3C4510B的片内结构

3.1.3嵌入式系统结构

3.2图像采集模块设计

3.3图像压缩模块设计

3.4网络传输部分

3.5本章小结

第四章系统软件设计

4.1嵌入式系统的Bootloader实现

4.2嵌入式Linux操作系统——μClinux及其移植

4.2.1 μClinux简介

4.2.2 μClinux在嵌入式系统上的移植

4.3嵌入式Linux设备驱动程序设计

4.3.1 Linux设备驱动程序的基本概念

4.3.2小波压缩芯片ADV611驱动程序设计

4.4嵌入式Linux应用程序设计

4.4.1 SAA7111A应用程序设计

4.4.2 ADV611应用程序设计

4.4.3压缩流的网络传输应用程序设计

4.5影响系统性能的因素及解决方法

4.5.1 ADV611压缩流和网络传输速率不匹配

4.5.2如何提高网络传输的速度

4.5.3 μ Clinux内核实时性问题

4.6本章小结

第五章嵌入式Linux操作系统实时性分析及改进策略

5.1影响Linux实时性能的主要因素

5.2嵌入式Linux实时性能改进策略

5.2.1总体方案

5.2.2增强Linux内核抢占性

5.2.3改进调度机制

5.3嵌入式Linux实时性能测试

5.3.1测试方法

5.3.2测试结果

5.3.3结果分析

5.4本章小结

第六章总结与展望

参考文献

附录

作者在攻读学位期间公开发表的论文

致谢