基于ARM11的网络视频监控系统设计

摘要

网络监控主要是通过网络接收远端的网络摄像头传输的视频流，通过解码、显示、存储等，实现存储、预览、报警等功能。现阶段，市场上的网络监控主要是在NVR（网络硬盘录像机）、IPC（网络摄像机）、超大容量硬盘（一般是3块以上3T硬盘）、液晶显示器组成的硬件框架上，以网络传输技术、GUI（图形用户界面）技术、视频编解码技术、嵌入式技术及存储技术为核心，通过有线网络传输数据来实现整个方案。整个方案的体积大，可移动性差，布线困难且价格昂贵;其后端NVR一般用高端的ARM A9双核架构设计，前端IPC采用ARM9架构设计。由于双核的A9芯片价格较高，一般用在对视频质量要求较高的场合，如政府、超市、学校等。而针对家庭等视频质量要求较低的场合，这类视频监控还较少。有一些用ARM9芯片做后端的低端产品，性能又很有限。现阶段用ARM11架构做视频监控的，国内就更少了。目前，ARM9架构的芯片与ARM11架构的芯片在价格上已经相差不大，然而ARM11架构的芯片比ARM9架构的芯片，在功能上要强很多。在此背景下，本文选取ARM11架构中的S3C6410芯片，以linux操作系统为平台，支持通过WIFI传输网络数据，实现基于ARM11的嵌入式网络视频监控系统。该系统与ARM9架构的视频监控系统相比较，其成本相差不大、体积较小、可方便移动。
　　本文分析了选择S3C6410作为视频监控系统主控芯片的优势，并根据视频监控的功能需求，选取了飞凌公司的0K6410开发板为硬件平台。由于嵌入式网络视频监控系统功能模块较多，整个系统比较庞大，本文简洁的介绍了其中一些非关键功能模块的实现流程，详细介绍了研究的关键模块。本系统建立了嵌入式交叉编译环境及裁剪linux内核，移植了Tslib、FreeType、FFmpeg三个开源软件库，开发了两个linux设备驱动程序:TFT触摸屏触摸输入功能设备驱动程序，和实现显示功能的帧缓冲设备驱动程序。现阶段，针对大部分嵌入式视频监控系统都是采用16个bit位显示一个像素的颜色值，该系统开发了一个像素采用32个bit位的显示设备驱动程序，这样能够显示的颜色值会大量增加，图像的失真也会相应减少。另外，对于图形用户界面技术，市面上已经有QT、miniGUI等功能完备的GUI技术，虽然这些GUI也有免费的版本（学习或交流），但用在商业上，都要收取授权费用的。基于以上这点，本系统开发了一个简单的GUI，该GUI利用帧缓冲设备控制图像在液晶屏上的显示，使用Tslib库获得触摸屏的输入信号，以及使用FreeType库获取显示文字的位图信息，实现了用户和机器的交互。另外，本系统还设计了一套信号与槽机制，利用这种机制能够有效处理GUI页面与页面、页面与控件之间复杂的信息传递过程。还值得一提的是，本系统开发了采集摄像头视频数据的应用程序，该应用程序在linux下的V4L2(video forlinux two)摄像头驱动程序框架下运行，实现了视频数据实时采集的效果。最后，通过FFmpeg库对视频数据进行编码，降低了传输视频数据的网络带宽要求，同时又减少了录像时占用的大量I/O资源。系统用简单的往存储设备写文件的方式实现抓图、录像功能。在此基础上结合网络视频数据的传输实现整个嵌入式网络视频监控系统。

目录

摘要

1 绪论

1．1 国内外研究综述

1．2 选题的意义

1．3 主要研究内容及结构安排

2 系统总体方案设计和硬件平台介绍

2．1 系统的整体架构

2．2 硬件平台介绍

2．3 设备参数及硬件连接

2．3．1 TFT液晶显示屏参数

2．3．2 TFT与S3C6410的硬件连接

2．4 嵌入式linux开发环境的构建

2．4．1 嵌入式操作系统概述

2．4．2 建立交叉编译环境

2．4．3 linux内核的裁剪

3 相关驱动程序的开发

3．1 液晶屏显示驱动开发及platform驱动介绍

3．1．1 platform总线简介

3．1．2 分配初始化一个platform_device结构体

3．1．3 定义初始化一个platform_driver结构体

3．1．4 帧缓冲结构体的初始化

3．2 Framebuffer驱动测试

3．3 触摸输入功能驱动程序开发

3．3．1 基于Input子系统的触摸输入功能驱动程序

3．3．2 触摸屏键值的读取

3．4 摄像头驱动程序介绍及视频数据的获取

4 简单GUI的设置

4．1 定时器及信号与槽机制

4．1．1 定时器的设置

4．1．2 信号与槽机制

4．2 GUI设计框架

4．2．1 BMP图片的显示

4．2．2 文字的显示

4．3 GUI控件设置及消息处理

5 应用程序设计

5．1 系统概述

5．2 网络视频数据传输

5．3 视频编解码

5．3．1 FFmpeg的移植

5．3．2 视频编解码

5．3．4 视频的颜色空间转换及缩放

5．4 支持WIFI

6 总结与展望

参考文献

攻读学位论文期间的研究成果

致谢

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