1、存档日期： 存档编号： 徐 州 师 范 大 学 科 文 学 院本科生毕业论文（设计）论 文 题 目： 视频监控系统硬件设计 姓 名： 朱 铖 娟 学 号： 078333112 专 业 ： 自 动 化 年 级 ： 07自动化 指 导 教 师： 李 旭 超 科文学院教务部印制I摘 要随着电子技术，多媒体技术和通讯技术的发展，视频监控系统一直是人们关注的焦点，视频监控系统在工业，军事，民用等领域得到广泛应用，视频监控具有直观，方便和信息内容丰富等优点，为客户提供高品质的监控手段。从落后的现场监控到先进的远程监控控制，从模拟监控到今天的数字化监控系统，视频监控技术正向网络化、移动化和智能化方向发展。随
2、着嵌入式处理器性能的提高和视频处理技术的发展，视频采集监控系统不再局限于高性能的 PC 平台，嵌入式与便携式平台有了快速发展。本文利用三个领域上的技术：嵌入式处理器中 ARM 处理器技术、数字视频芯片和视频编码中的 H.264 标准，实现了数字采集监控和存储系统。本文主要对视频监控系统硬件部分及视频采集进行研究，ARM 处理器采用了 ARM9 系列的 S3C2410，采用了 Linux 系统进行配合处理，设计了包括 电源电路、时钟电路、复位电路、存储模块、JTAG 接口、UART 串行调试接口、USB模块、以太网电路、视频接口电路。摄像头采用了 OV6620芯片。主要围绕三部分展开介绍：1.硬
3、件电路设计 2.嵌入式视频采集 3.嵌入式 Linux移植及H.264视频编码标准。关键词： ARM ；视频采集；嵌入式系统；H.264；视频监控IIAbstract With the electronic technology, multimedia technology and communication technology developing, video surveillance system has still been the focus of attention and it is widely used in the industrial, military, civil
4、and other fields. Video monitoring with an intuitive, convenient and abundant information can provide customers with high quality control means. From backward to advanced field monitoring of remote monitoring control, from analog to todays digital surveillance systems, video surveillance technology
5、is being toward to network, mobile and intelligent direction.At the same time, improving the performance of embedded processors and video processing technology, video capture surveillance system is no longer limited to high-performance PC platform. Embedded and portable platform has rapid developmen
6、t. In this article, the technology has three areas: embedded processor ARM processor technology, digital video chips and video coding standard H.264 to achieve control of the digital acquisition and storage systems. This thesis focuses on video surveillance and video capture hardware of the system s
7、tudied, ARM processor using the ARM9 series S3C2410 and taking a Linux system with the treatment. The design includes the power circuit design, clock circuit, reset circuit, memory IIImodule, JTAG interface, UART serial debug interface, USB module, Ethernet circuit, the video interface circuit. Came
8、ra uses the OV6620 camera chip. The paper mainly introduced around three aspects: 1. Hardware circuit design 2. Embedded video capture 3. Embedded Linux migration and H.264 video coding standard. Keywords: ARM; video capture; embedded systems; H.264; video surveillance IV目 录摘 要 .IABSTRACT .II1 绪 论 .
9、11.1 视频监控系统的发展历史 .11.2 视频监控的现状与发展 .31.3 嵌入式系统的发展趋势 .41.4 本课题的主要工作 .52 系统的硬件电路设计 .62.1 系统的工作原理 .62.2 ARM嵌入式处理器简介 .62.3 嵌入式视频采集系统设计 .92.4 视频监控系统硬件设计 .132.5 最小系统设计 .132.6 外围扩展电路 .203 嵌入式 LINUX移植 .243.1 采用 LINUX开发嵌入式系统的原因 .243.2 交叉编译环境的建立 .263.3 BOOTLOADER系统引导代码 .263.4 LINUX的内核移植 .273.5 嵌入式文件系统 .273.6 驱
10、动开发 .294 嵌入式视频软件设计 .324.1 视频采集软件设计 .324.2 LINUX下图像数据的 H.264压缩 .324.3 视频传输模块设计 .385 结论与展望 .395.1 全文结论 .395.2 研究展望 .39致谢 .40参考文献 .41徐州师范大学科文学院本科生毕业设计 视频监控系统硬件设计11 绪 论1.1 视频监控系统的发展历史视频监控系统主要经历了三个阶段 1：第一代 模拟闭路电视（CCTV）监控系统闭路电视系统可以视为单个行组合的模拟设备，其中有摄像机、 监视器、 画面分割器，切换器（包括矩阵），各种长时间模拟视频录像机、 云台镜头解码器和控制器等。并不难找到此
11、复杂系统的异常，需要对安装和布线大量工作、 维护和扩展系统也是很难。系统不支持远程的传输图像，而且不能与其他系统结合，如门禁、 报警系统的工作，已经变得越来越不能适应时代发展步伐。第二代 半数字式监控系统数字硬盘录像系统（DVR）第二代基于 PC机监控系统 DVR的出现使得计算机得到了普及应用。早期的 DVR 是基于硬压缩 x86 芯片卡和基于 Windows 98 操作系统的软件平台，其后逐渐发展成一种特殊类型的监控设备数字硬盘录像机。网络概念的渗透允许执行远程网络传输等功能。但对于仍然使用集中式监视下，摄像机、编译/解码器、视频设备如电缆没有任何改善，所以 DVR 数字监控系统是不完全正确
12、。在安装、 维护、 升级、 扩展系统方面，用户的问题都还不小。此外，基于 Windows 操作系统的稳定性差， DVR 可能会导致系统出现紧急情况，需要更高的级别监测站点是一个很大的问题。第三代 全数字监控系统（DSS）第三代视频监控系统趋于网络化， 数字视频压缩、 传输、 存储为核心，以智能图像分析为特点，与警报系统、门禁系统在一个平台上的结合引发了一场革命，由于发挥突出，视频监控很快得到保安行业和用户的注意。与传统的 CCTV 系统 （即第一代）和半数字监控系统 DVR（即第二代）比，第三代监测系统基于 TCP/IP 网络协议，出现了一个分布式的概念，扩展到分散与集中的监视模式互补无限的延
13、伸的监测范围。在硬件设备方面，第三代系统中的应用有更高级的 D/A 和 A/D 转换设备视频服务器或内置处理器的网络摄像机，图像处理 包括集合、压缩和协议转换和传输，设置监测点到处使用互联网和局域网，即插即用，实现了图像收集、传徐州师范大学科文学院本科生毕业设计 视频监控系统硬件设计2输、录像，最终输出是在全程化数字的情况下完成，处理程序的系统固化及 DVR 系统也更稳定，因此是真正意义的全数字化网络监控系统。特别是第三代数字监控系统具有以下突出的优点：1.数据存储： 使用 JPEG 议案，H.26x，MPEG 多媒体数字压缩技术，全数字视频图像，存储在计算机的硬盘上，可以存储为 1 个月或更
14、长的时间不断，以避免定期更换磁带的麻烦。数字数据存储可以保证长时间、 更稳定的数据，不容易损坏。2.数据查询： 传统的模拟监控系统，当问题出现需要花很多时间看录像来查找站点的记录 ，而数字视频监控系统使用计算机的索引就可以帮助用户在短时间内整合到相应字段的记录，节省时间和精力，大大提高了工作效率。3.录像的质量和图像质量： 数字图像的图片显示是以循序渐进的方式，使用数字视频可以使视频画质高度清晰、确保图像屏幕信息。使用该计算机还可以帮助图像去噪、 锐化、处理，调整图像大小及使用高分辨率的计算机显示器，你可以看到高质量的图像。此外，你还可以在同台显示器上看到 4、 12、 16 路 或更多视频图
15、像。4.网络传输功能： 数字监控系统是一种产品的完美结合在安防行业、 IT 行业中，所以它有相当一部分的功能在计算机网络上。数字监控系统的抗干扰的能力，不易受传输的信号衰减影响和能加密传输，以便您可以在实时监测数千公里的数字信息。特别是在恶劣的条件或不利于直接亲自管理的情况下，数字视频监控可以实现的访问效果。跨域监测需求可以得到完美的解决。5.系统集成： 发展到第三代，视频监控系统使门禁系统、 报警系统集成在一起。数字视频数据、门禁数据和报警数据，通过计算机的操作，处理，数据之间的互动，完善这三个系统，几乎可以解决所有用户的需求。6.扩充简易： 数字视频监控系统的前端设备主要由网络摄像机和视频
16、服务器组成，他们很容易扩充，只要电源和网络接口就能够访问系统的扩展范围。7.系统易于管理和维护： 数字视频监控系统主要由电子设备， 集成度、视频传输使用有线或无线信道。以这种方式，整个系统的设计是一个模块化的结构、， 体积小、 便于安装、 使用和维护。是的因为第三代数字监控系统存在很多优势，满足了信息化、智能化、网络化发展，使数字监控系统取代模拟监控系统和 DVR 系统成为必然，慢慢地应用到每个行业中。徐州师范大学科文学院本科生毕业设计 视频监控系统硬件设计31.2 视频监控的现状与发展对国内和国外市场，主要有两种类型的监测产品： 数字控制的模拟视频监控和数字视频监控。数控仿真监测系统技术长时
17、间的发展在实际工程是有非常广泛的应用，发展成熟及性能也是稳定，但因为视频监控系统中的信息流形成不变量仍为模拟视频信号，系统的网络结构主要是一个单向的和方式集中的信息收集网络，系统已发展到很高的水平，没有太多的潜力可挖其限制仍然存在 ；数字监控系统技术是新的兴起，解决模拟系统部分缺点且快速发展，但发展不成熟，需要更近一步完善。纵观全局，数字监控系统是大势所趋，具有真正的研究价值 23。数字监控视频系统通常分为两类： 一种基于 PC 的相结合的多媒体作品 ；另一种是嵌入式数字视频监控系统 4。数字视频压缩编码技术日趋成熟，为基于 PC机多媒体监控创造了许多有利条件。迅速崛起了新视频的视频监控系统，
18、替换一些视频矩阵图像分割器、 录像机为核心，辅之以其他路由仿真模拟视频监控，主要的好处：(1) 多媒体监控主机 PC 机结合视频矩阵、 分割、 录像机等多项功能，极大地简化的体系结构。(2) 计算机网络技术、 数字多媒体远程网络监测没有距离限制。(3) 使用大容量磁盘或光盘存储的结果，您可以节省大量的磁带介质，同时有利于多媒体信息查询系统。但随着视频监控的发展，基于 PC 机在实际工程的过程中，使用的视频系统不稳定。嵌入式的系统是专用到计算机系统，嵌入式系统的核心技术是一个新的技术发展方向在计算机系统中嵌入对象。嵌入式系统定义为：嵌入式的系统是“用于控制，监视，或者辅助操作机器和设备”，国内公
19、认的嵌入式的系统定义为: “以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗等严格要求的专用计算机系统”。由于到嵌入式系统具有体积小、性能、低功耗、高可靠性和面向行业应用的特点，已经广泛应用于军工、消费类电子产品、信息家电、网络通信、工业控制等。嵌入式的系统可以描述成无处不在，各种电子手表、电话、手机、PDA、洗衣机、电视、电饭煲、 微波炉等日常生活用品都存在了嵌入式系统。徐州师范大学科文学院本科生毕业设计 视频监控系统硬件设计41.3 嵌入式系统的发展趋势嵌入式信息家电产品，参加的互联网时代不仅为嵌入式的市场得到了一个很好的前景，注入新的生命 ；也
20、对嵌入式系统的技术，尤其是软件技术带来了新的挑战。这包括： 支持越来越多的功能密度、 灵活的网络连接、 轻量级的移动应用程序和多媒体信息处理、，当然也要面对更激烈的市场竞争。1.嵌入式的应用软件的开发需要强大功能的开发工具和对支持操作系统随着技术走成熟，互联网的带宽增加， ICP 和 ASP 的互联网信息的内容日益丰富，包括应用程序各不相同，如电话、 手机、 固定电话和冰箱、 微波炉功能嵌入不再单一、 电气结构是更为复杂的电子设备。以满足应用程序的功能升级，设计师一方面强大嵌入式处理器，增强处理能力对 32 位、 64 位 RISC 芯片或信号处理 DSP ；同时使用实时多任务的编程技术和交叉
21、开发工具技术控制复杂性、 简化应用程序的设计，确保软件质量，并缩短开发时间。目前，海外的商业化嵌入式实时操作系统，适配已进入中国市场，微软、 QNX和 Nuclear等其它产品。我国自主开发的嵌入式系统软件产品，如科银 (CoreTek) 公司的嵌入式的软件开发平台 DeltaSystem，它不仅包括 DeltaCore 嵌入式实时操作系统，也包括 LamdaTools 交叉开发工具套件、 测试工具、 应用程序组件等 ；此外，中国科学院也推出霍本嵌入式操作系统 5。2.网络互连的必然趋势为了满足嵌入分布式的处理结构和互联网应用的需要，面向 21 世纪的嵌入式系统需要标准的一个或多个网络接口的通
22、信。对于外部网络的要求，嵌入式的设备分布需具有通讯接口，对应需要 TCP/IP 协议系列软件的支持 ；因为家电相互关联 （防盗报警、 照明节能控制和电视设备终端的信息交换） 协调工作的要求，下一代嵌入式的设备的试验场仪器要有 IEEE1394、 USB 和可以与蓝牙或 IrDA 通信的接口同时还需要提供相应的通讯组网络协议软件和驱动的物理层。特定的编程模型支持应用软件，如 Web 或无线 Web 编程模型，但还需要适当的浏览器，如 HTML、 WML 等 6。3.支持小型电子设备实现体积小、 低功耗和低成本为了满足此属性，嵌入式产品被要求降低处理器性能，有限内存容量，多路复用接口芯片。这增加了
23、嵌入式的软件设计的技术要求。例如，选择最佳的编程模型徐州师范大学科文学院本科生毕业设计 视频监控系统硬件设计5和持续改进的算法，使用 Java 编程模型、 性能优化系列仪器。因此，这两个软件人员有丰富的经验，需要更多的嵌入式的软件技术，如 Java，如 Web 和 WAP 的发展。4.提供了先进的多媒体人机接口嵌入式的设备数以百万计的用户愿意接受的其中一个重要因素是使用自然的人机交互界面，如驱动程序处理的契合和高度自动化的汽车，主要是通过方向盘的习惯、 踏板和操纵杆。人与信息终端需求和 GUI 屏幕中心多媒体接口进行交互。输入、语音拨号、彩色图形、 图像、 发送和接收电子邮件，取得了初步成效。目前一些先进的 PDA 显示屏已实现汉字书写，语音短信发布，但远离语言同声传译，还有很长的距离。1.4 本课题的主要工作本文主要工作是基于 ARM的嵌入式视频监控系统硬件设计的研究与实现，主要围绕视频的采集与回放。安排工作如下：第一章 绪论，介绍视频监控系统的发展历史以及现状与发展，嵌入式系统的发展的驱动。第二章 系统的硬件设计。第三章 嵌入式 Linux移植。第四章 嵌入式视频软件设计。第五章 结论与展望。
