基于Linus的嵌入式无线视频监控设备的设计与实现

摘要

当今社会，人们安防意识逐渐增强。由于公共安全的迫切需要，实时视频监控系统已经广泛应用于社会生活的各个方面，如道路交通、商业管理、小区安防、校园监控、金融保卫等。当前使用最多的视频监控系统，是基于视频服务器的数字有线监控，一些需要远程监控的场合，还会将监控信号接入互联网。这种有线监控的突出优点是系统运行安全稳定、图像显示清晰，但也存在着价格昂贵、布线复杂、对硬件设备依赖性强等不足，这在一定程度上制约了有线监控系统的普及和应用。
　　近些年，随着 Wifi、4G等无线通信方式的普及，数据传输方式有了更多选择，同时随着嵌入式技术的发展，视频监控系统的设计和实现也有了更多选择。视频监控设备正向着低成本、小型化、易安装等方向发展，安放点的位置将不再受制于苛刻的布线要求。这刚好为一些对图像质量要求不严格且监控布点较多的应用场合提供了理想选择。
　　本文设计并实现了一种嵌入式视频监控设备，它集图像采集、数据压缩、无线网络发送于一体。通过Wifi连接，使用Firefox浏览器可在显示终端上看到实时的视频图像。
　　系统的硬件平台，采用以S3C2440为核心处理器的ARM开发板，配有64M的SDRAM和256M的Nandflash。用摄像头作为视频采集设备，Wifi网卡作为无线发射设备，两者都采用USB接口。
　　软件上，采用开源可裁剪的Linux做为系统软件，设计并优化了摄像头和Nandflash驱动程序，以实现精简内核大小和加快代码执行速度的目的。移植Uboot作为引导程序，用busybox制作了根文件系统。应用软件方面，移植Mjpeg-streamer完成数据的采集及传输，其中利用libjpeg库对原始视频数据进行了JPEG格式的编码压缩。为了解决软件压缩造成的CPU负载过高的问题，本设计又对JPEG编码算法中的离散余弦变换、哈夫曼编码以及量化部分进行了创新优化。
　　实验结果显示：系统运行稳定，通过智能手机和PC机都可以清楚流畅的显示实时视频图像，实现了视频监控系统设计的预期目标。待以后微处理器和硬件材料的更新换代，稍加改进，将具有良好的通用性和推广意义，必将在局部实时监控领域占有一席之地。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 视频监控技术的概述

1.3 课题的研究背景和意义

1.4 总体设计方案

1.5 课题主要研究内容

第2章 引导系统的设计实现

2.1引导加载程序

2.2 U-boot介绍

2.3 U-boot的工作流程

2.4 U-boot功能的优化

2.5 U-boot移植及其分析

2.6 本章小节

第3章 系统存储器读写功能的实现

3.1 Nandflash硬件知识

3.2 Nandflash驱动的编写

3.3 文件管理机制

3.4本章小结

第4章 USB摄像头驱动的设计实现

4.1 USB驱动

4.2 内核USB驱动工作原理

4.3 V4l2

4.4 V4l2驱动的优化创新

4.5 本章小结

第5章 无线传输功能的实现

5.1 Wifi网卡驱动的实现

5.2 Wifi模块的基础知识

5.3 移植Wifi正常工作的相关软件

5.4 功能优化——实现AP模式的自动设置和IP地址的自动分配

5.5 本章小结

第6章 视频数据压缩

6.1 相关压缩标准介绍

6.2 JPEG编码压缩技术

6.3 JPEG算法的创新

6.4 本章小结

第7章 系统测试和效果展示

7.1 测试

7.2 视频监控效果展示

7.3 测试总结

第8章 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

参考文献

附录A Nandflash驱动核心代码

附录B 根文件系统制作核心过程

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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