基于ARM的网络视频传输系统【毕业论文】.doc

1、毕业论文 文客久久 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 基于 ARM的网络视频传输系统 学 院： 学生姓名： 专 业： 电子信息工程 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 毕业论文 文客久久 基于 ARM的网络视频传输系统 摘要 随着网络应用技术的飞速发展，人们对网络应用的要求也就越来越高。与传统的数据格式如文本、图像和图形已被数字化，可通过网络存储、传送和表现的方式不同，视频和音频等连续媒体具有较 大容量的数据存储 和 占用较高的网络带宽，以及实现在网络上传输连续媒体最重要的准则 实时传输并连 续播放 决定了其在网络中传输需要采用一些特定的技术，如视频传输技术、视频流控制技术、带宽技术等。

2、随着嵌入式技术的不断发展和人们对降低视频传输成本提高传输质量的要求，基于 ARM 的网络视频传输研究已成为研究的热点。本文提出了一种嵌入式网络视频传输系统的设计方案，以 S3C2410 为嵌入式处理器， Linux 为操作系统构建了嵌入式网路视频的传输系统软硬件平台，文中在研究 Linux 的基础上，从系统总体设计角度把嵌入式系统技术和 internet 技术结合起来，实现了基于 ARM 的网络视频传输系统，文中简要介绍了基于 ARM 的网络 视频传输系统的设计方案，重点阐述了软件系统的设计、调试和实现。主要进行了如下研究： 首先分析了嵌入式系统的特点与优势，结合本文的要求提出了系统的整体结构

3、框架。 搭建基于 S3C2410 的嵌入式开发环境，重点介绍了 ARM 处理器、视频采集与传输等模块的介绍，主要考虑设备的选择和兼容性。 然后从系统的功能出发，结合搭建的软硬件环境和实现原理，完成软件部分。重点介绍了视频采集与接收等应用软件模块。从数据结构、功能结构、系统实现和编程细想方面进行了说明。 最后通过实验结果测试分析，达到了本文的预订目标，实现了基于 ARM 的网络视频传输系统。 关键词 ： 视频流；嵌入式； Linux； S3C2410毕业论文 文客久久 Abstract With the rapid development of network application techn

4、ology, the network application requirements also more and more high. And the traditional data formats such as text, images and graphics has been digital, but through the network storage, transport and performance in different ways, Video and audio and continuous media has a great capacity data stora

5、ge and take up higher network bandwidth, as well as the realization on the network transmission continuous medias most important rules-real-time transmission and continuous play decided their in the network transmission need to adopt some specific technology, Such as video transmission technology, s

6、treaming video control technology, and bandwidth technology, etc. With the continuous development of embedded technology and people to reduce video transmission cost increase transmission quality request, based on ARM of the video transmission network research has become the focus of research. This

7、paper puts forward a kind of embedded network video transmission system, the design of embedded processor with S3C2410, Linux operating system for building the embedded Internet video transmission system software and hardware platform, based on research on the basis of Linux, From the perspective of

8、 the whole system design of the embedded system technology and Internet technology combined, realized based on ARM network video transmission system, the paper briefly introduces the network video transmission based on ARM of the design scheme of the system, this paper focuses on the design of the s

9、ystem software, debugging and the realization. The study mainly as follows: The first analysis of the embedded system characteristics and advantages, combined with the design requirements of this paper put forward the integral design of the system architecture. Build the development environment base

10、d on S3C2410 embedded, focusing on the ARM processor, video collection and transmission of the module introduces, the main consideration of the choice of equipments and compatibility. Then from the function of the system, combining with the hardware and software environment and build realize princ i

11、ple, complete the software of the design. Focusing on the video collection and receiving application software modules. From function structure, programming, data structure to dwell on the system and the instructions. The experimental results test analysis to this paper reservation goal to realize th

12、e network based on ARM video transmission system. Keywords: streaming video; Embedded; Linux; S3C2410 毕业论文 文客久久 目录 摘要 .I ABSTRACT .II 第 1 章 引言 .1 1.1 嵌入式系统的概念 .1 1.1.1 嵌入式系统的定义 1 .1 1.1.2 嵌入式系统的特征 2 .1 1.2 嵌入式系统的发展与研究意义 .2 1.2.1 嵌入式的发展 6 .2 1.2.2 嵌入式的研究意义 4 .2 第 2 章 嵌入式 LINUX 系统 .3 2.1 嵌入式 LINUX 系统

13、.3 2.2 嵌入式 LINUX 的特点及优势 11 .3 第 3 章 系统的硬件与软件环境 .5 3.1 系统的基本原理与结构 15.5 3.2 构建系统硬件环境 .5 3.2.1 ARM 处理器的介绍 .6 3.2.2 S3C2410 .6 3.2.3 以太网 .8 3.2.4 JTAG .9 3.2.5 USB17 .9 3.2.6 其他模块简介 .10 3.3 搭建软件环境 .10 第 4 章 软件平台的搭建 .11 4.1 编译环境搭建 .11 4.2 嵌入式 LINUX 移植 .11 毕业论文 文客久久 4.1.1 Linux 内核的移植 .12 4.1.2 Linux 内核的编译

14、 .13 4.2 BOOTLOADER .13 4.2.1 Bootloader 的概念 .13 4.2.2 Bootloader 的功能 .14 4.2.3 vivi 介绍 .15 4.3 根文 件系统的移植 .15 第 5 章 嵌入式 LINUX 驱动移植 .16 5.1 视频采集模块 .16 5.1.1 视频采集模块简介 .16 5.1.2 摄像头驱动移植 .16 5.1.3 客户端视频流移植 .16 5.1.4 视频流采集 .16 5.2 MPEG-4 简介 .18 5.3 视频传输模块 .19 5.3.1 视频传输模块简介 .19 5.3.2 视频服务器移植 .19 5.3.3 WE

15、B 服务器的搭建 .20 5.3.4 IE 浏览器搭建 .20 第 6 章 系统测试 .21 6.1 LINUX 调试环境 .21 6.2 系统运行结果 .21 总结 .22 致谢 .23 参考文献 .24 毕业论文 文客久久 第 1 章 引言 1.1 嵌入式系统的概念 1.1.1 嵌入式系统的定义 1 何谓嵌入式系统？根据 IEEE（电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视和设备有耐性的装置”（ devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）

16、。 可以看出嵌入式系统是电脑软件和硬件的结合体，还可以涵盖机械等附属装置，由嵌入式处理器、应用软件、外围设备和嵌入式操作系统组成。目前国内一个普遍被认同的定义是： 主要是以 应用为中心、 其基础是计算机技术 、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统主要是是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须和具体的应用相结合 才会有生命力，更具有优势，因此嵌入式系统是与应用紧密相结合的，具有很强的专用性，必须结合实际应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的体积、可靠性、功能、成本等要求。 1.1.2 嵌入式系统的特征 2 嵌入式系统主要包括系统和应

17、用软件，之前嵌入式系统的设计方法是采用硬件优先的原则（在只粗略估计软件任务的需求情况下进行硬件设计与实现）。这种设计方法只能用来改善硬件软件各自的性能，在短短的设计时间内无法对软硬件系统设计出更加优化的性能，还是要靠设计者不断的实验与从中得到的经验 随着电子系统功能的日益强大，硬件与 软件不再是分开的两个概念，它们是紧密结合、互相影响的。软硬件协同设计方法的出现对软硬件进行描述、综合和验证采用同一的方法和工具。协同设计软硬件体系的结构，最大限度挖掘系统的能力，可避免独立设计软硬件系统结构带来的弊端，得到高性能低代价的设计方案。 从嵌入式系统的定义我们可以看出如今嵌入式系统具有如下特征：相对于

18、Windows 的内核要小的多，系统也比较精简，有利于控制成本和系统的安全性；嵌入式系统的专用性很强，嵌入式系统的软硬件都有着其独特的设计，根据不同的任务往往系统的硬件也会随之变化，所以嵌入式系统的软硬 件之间具有很强的专用性，很多设备微处理器是不能通用的，一般要对硬件系统进行移植；嵌入式系统中要求软件是固话储存，用来提高其运行速度，软件的代码可靠性也提高，只是嵌入式系统高时效的作用；嵌入式系统的开发也需要有其独有的开发工具与环境，这是因为嵌入式系统本身是没有自主开发的能力的，其也不能直接修改程序功能，开发时，主机主要进行程序的开发，目标机进行发开完毕后的执行工作，主机与目标机交替结合进行开发

19、；为了保证在执行程序运行时的实时性、可靠性等，嵌入式系统的开发更加的标准化，多任务的操作系统是必须使用的。 毕业论文 文客久久 1.2 嵌入式系统的发展与研究意义 1.2.1 嵌入式的发展 6 嵌入式系统自 1971 年兴起，至今己经历 30 多年的历史，近几年随着计算机、通信、消费电子的不断发展，嵌入式技术已经成为一个技术研究热点。纵观嵌入式技的发展过程，大致经历了四个阶段。 第一阶段是以单片机为核心的可编程控制器系统，主要功能是控制设备，具有监测、伺服、指令设备的功能。系统在工业控制系统应用广泛，这一阶段的系统一般没有操作系统的支持，通过汇编语言对系统直接控制。这个阶段系统结构和功能相对单

20、一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口，价格 低，主要用于国内工业领域。 第二阶段是以嵌入式 CPU 为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统。主要特点是 CPU种类繁多，通用性比较弱 ;系统开销小，效率高 ;操作系统具有一定的兼容性和扩展性。 第三阶段是以嵌入式操纵系统为标志的嵌入式系统。主要特点是嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理上，兼容性好 ;操作系统内核小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性 ;具备文件和目录管理、多任务、网络支持、窗形接口以及用户界面功能 ;具有大量的应用程序接口 API，开发应用程序较简单 ;嵌入式应用软件丰富。 第四阶段是以 Internet

21、为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于 Internet 之外，但随着 Internet 的发展以及 Internet 技术与信息家电、工业控制技术结合日益密切，嵌入式设备与 Internet 的结合将代表嵌入式系统的未来。 综上所述，嵌入式系统技术日益完善，从 16 位嵌入式微处理器的推出，到如今 32 位微处理器占主导地位，微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域，嵌入式操作系统已经从简单走向成熟，嵌入使系统应用将日益广泛。 1.2.2 嵌入式的研究意义 4 嵌入式系统是一种以 应用为中心，以计算机技术为基础，结合了先进的计算机技术、半导体技术、电子

22、技术等的专用计算机系统，被看作技术密集、不断创新的知识集成系统。近几年有着前所未有的发展，以软硬件组成为显著特征、以消费电子类为主导的智能设备发展迅速。嵌入式 Linux 是一个开放的、可裁减的、 32 位的实时操作系统，与其他操作系统相比，其具有可靠性好、实时性高、内核体积小等特点，被广泛用于各种嵌入式设备的开发，尤其应用于工业控制、信息家电、移动通信、个人电子消费品等各个领域。 未来的嵌入式设备为了适应网络发展的要求，必然要求硬件上提供各 种网络通信接口。传统的单片机对于网络支持不足，而新一代的嵌入式处理器已经开始内嵌网络接口，除了支持 TCP IP 协议，还有的支 IEEE1394、 U

23、SB、 CAN、 Bluetooth20或 IrDA 通信接口中的一种或者几种，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。软件方面系统系统内核支持网络模块，甚至可以在设备上嵌入 Web 浏览器，真正实现随时随地用各种设备上网。 毕业论文 文客久久 第 2 章 嵌入式 linux系统 2.1 嵌入式 Linux 系统 嵌入式 Linux是日益流行的 Linux操作系统的修改调整 ,因此它是可以在嵌 入式计算机系统上运行的操作系统 7。嵌入式 Linux 继承了互联网无限制的开放源码的资源 ,同时也有嵌入式操作系统的特点。嵌入式 Linux 的特征是版权费免费，采购成本媒体成本技术支持

24、世界的自由软件开发者提供免费的支持网络属性 ,同时其优异的性能 ,能够简单的移植软件 ,开放的源码 ,有许多应用程序支持，应用的产品开发周期短，新产品快速推向市场 ,因为有很多开放代码可以引用和移植，实时性能的 RT_Linux Hardhat Linux19等嵌入式 Linux 支持实时性能稳定性及安全性好。 现在随着科学技术的不断进步，以 及集成电路的规模一直在扩大提高，一批数量多、价格低、结构精巧、功能强大的 CPU 出现在市场上，同时这也给了嵌入式 Linux 系统提供了一个丰富的硬件平台。目前嵌入式 Linux 在应用上远远超过了普通的计算机系统，其应用领域非常广泛 ,主要的应用领域

25、是信息家电、 PDA、机顶盒、数字电话答录机、以太网交换机、数据网络、路由器、集线器、远程访问服务器、 ATM、医疗电子、交通电脑外围设备、工业控制、航空航天等领域 8。 2.2 嵌入式 Linux的特点及优势 11 Linux是一个类似于 Unix操作系统 ,起源于芬兰名为 Linux Torvalds的爱好者 ,是现在最流行的是一个开源的操作系统。 Linux 操作系统的最大优点是其自由和开放的源代码 ,和它的稳定性和可靠性。 Linux 操作系统 ,因为它的开放性和得到了最多的公司的支持 ,用户可以根据自己的需要修改 ,还可以使用众多的在线资源和网络开发人员 ,更方便地获得必要的技术支持

26、。网络技术的进步和 Linux 的开发 ,Linux 系统已经成为了微软公司的 Windows 系列产品的一个强大的对手。许多开发人员自己不希望在操作系统上的程序受制于他人和增加产品开发成本 ,所以开源 Linux 是最好的起点 。 Linux 有伟大的自由发展小组。此外 ,由于其开放性工程师对系统可以更好的理解 ,而且可以针对特定的硬件解决方案和产品需要优化。目前 ,在行业已经达成了一项共识 :嵌入式 Linux 是代表总体趋势 ,其巨大的市场潜力和酿造的无限的商机将吸引众多制造商进入这一领域。 Linux 系统不仅可以运行在 PC 平台 ,同时在嵌入式系统中大放异彩。 Linux 从 19

27、91 年开始至今 ,在 20 年的短时间已经发展成为一个强大的、提高设计的操作系统 ,Linux 由于其自身的特点 ,在这个领域的嵌入式系统可以说是取得了快速的发展 , 该操作系统有以下优势 ： Linux是开源的 ,没有黑箱技术 ,许多 Linux世界各地的爱好者们是 Linux开发人员强有力的技术支持，和其他嵌入式操作系统 ,比如 Windows CE、 VxWorks 系统是一个非开放的操作系统 ,这样第三方很难实现定制产品。 Linux 源代码是可用的 ,内容丰富 ,文档是完整的 ,容易解决各种问题。 Linux 内核小 ,效率高 ,内核的更新速度很快，而且是可以定制的，其系统内核最小

28、只有约134KB， WindowsCE 在这很尴尬 ,占据了过多的 RAM。 Linux 首次实现了 TCP / IP 协议栈的操作系统 ,他的核心结构 在网络方面很完整 ,并提供毕业论文 文客久久 包括 10Mbit、 100Mbit 和 1000Mbit 以太网网络，以及无线网络 , Token Ring 和光纤和卫星支持 ,它是依赖于网络设备是最好的选择。 Linux 内核结构设计考虑自适应系统可以降低要求 ,因此用户可以根据自己的需求使用内核来减少。 Linux 可靠性高 ,可以说是经验证的 ,可以用在这里的主要任务和操作系统的情况。例如 ,Web 服务器在世界中 ,绝大多数是 Lin

29、ux 操作系统。每天我们通过网络浏览 ,24 小时运行 ,证明了 Linux 的可靠性 13。 毕业论文 文客久久 第 3 章 系统的硬件与软件环境 3.1 系统的基本原理与结构 15 通过查阅的大量有关嵌入式系统的资料，了解到本系统的基本原理思想是将摄像头通过USB 接口连接到嵌入式系统板的 USBHOST，将嵌入式 Web 服务器与视频端整合在一起。摄像头采集视频图像信号压缩过之后，由内部的总线传送到内置的 Web 服务器上，客服端通过 B/S结构可以在 IE 浏览器上访问 Web 服务器上看到视频传输后的画面。 嵌入式系统的基本结构包含 3 个部分，如图 3.1 所示。 图 3.1 嵌入

30、式系统的基本结构 嵌入式应用程序是利用 操作系统运用在操作系统上，通过操作系统的机制来完成特定功能的嵌入式应用。 嵌入式操作系统有着内核小专用性强等特点，是完成嵌入式任务的跳读和控制的核心。不同的应用通常有不同的硬件环境，硬件环境是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件平台且硬件平台的多样性是嵌入式系统的一个主要特点。 3.2 构建系统硬件环境 系统硬件平台功能如图 3.2 所示。硬件方面采用 S3C2410 处理器，基于 ARM 处理器的常用系统，嵌入式硬件平台采用以 S3C2410 处理器为核心，主要包括了以太网接口模块、 USB 接口模块、 LCD 接口模块和 JTAG 模块等。 S3C2410 以太网 接口 USB接口 Nandflash ADRAM JTAG RS232接口 PC 嵌入式应用程序 嵌入式操作系统 硬件平台 应用程序与操作系统的接口 操作系统与硬件的接口