（通信与信息系统专业论文）基于powerpc的嵌入式linux视频监控系统设计与研发.pdf

两北工业大学硕士学位论文摘要 摘要 基于p o w e r p c 下嵌入式l i n u x 开发平台，本文设计讨论并成功实现了客户机 服务器模式下的嵌入式视频采集监控网络系统，重点对系统服务器端功能的实现， 以及从w i n d o w s 操作系统向l i n t e x 系统及嵌入式l i n u x 系统、从x 8 6 系列向 p o w e r p c 系统架构的跨平台移植进行了详细的研究。系统实现的主要功能是：首 先，服务器端在嵌入式l i n u x 系统下由视频采集卡采集视频数据，并按照m p e c 弭 标准进行视频数据的硬件编码压缩；然后，数据流通过网络传输，主要基于t c p i p 协议传送到w i n d o w s 客户端；最后，在客户端由软件实现数据流的读取、解码及 回放。 本文分别讨论了系统总体架构的设计，对客户机端和服务器端的设计、系统 界面设计、安装设计及所需硬件支持等多方面均进行了详细的介绍；并且针对开 发重点服务器端软件，从w i n d o w s 向嵌入式l i n u x 开发环境转变的特殊性和 从x 8 6 系列向p o w e r p c 架构的跨平台移植两个方面，结合项目本身具体讨论了如 何实现系统；最后给出了所实现系统的测试结果。本系统同时结合了m p e g 4 编码 技术、d i r e c t s h o w 编程和嵌入式l i n u x 开发平台三种先进的技术。系统测试结果表 明，该系统不但能获得很好的帧率( 4 5 帧秒) ，而且图像画质达到目前全国最高 的数字硬盘录像d 1 ( 7 0 4 5 7 6 象素) 标准，对近景、中景和远景下静止及运动物 体的取景效果均令人满意，可以满足不同距离的视频采集监控要求，在实际应用 中具有较好的推广价值。 关键字：p o w e r p c 、嵌入式、l i n u x 、视频监控、客户机服务器( c s ) 、网络 西北工业大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t b a s e do nl i n u xp l a t f o r mo np o w e r ，a ne m b e d d e dv i d e oc a p t u r ea n dm o n i t o r n e t w o r ks y s t e mi nc l i e n t s e r v e ra r c h i t e c t u r ei sd e s i g n e da n dd i s c u s s e di nt h i st h e s i s a s k e yp a r t si nt h ep r o j e e t ，t h er e a l i z a t i o no fs e r v e re n dp r o g r a m s ，t h es h i f t i n go p e r a t i n g e n v i r o n m e n tf r o mw i n d o w st ol i n u xa n de m b e d d e dl i n u x ，a n dt h ep o r t i n go f a p p l i c a t i o n sf r o mx 8 6p l a t f o r mt oa d i f f e r e n th a r d w a r ea r c h i t e c t u r ep o w e ra r em a i n l y s t u d i e di nd e t a i l t h es y s t e mp e r f o r m sm a j o rf u n c t i o n sa sf o l l o w s ：f i r s t l y , t h es e r v e re n d o ne m b e d d e dl i n u xc a p t u r e st h ev i d e os i g n a l sv i aas p e c i a lv i d e oc a p t u r ec a r d ，a n dt h e c a r de n c o d e sa n dc o m p r e s s e st h ev i d e od a t aa c c o r d i n gt om p e g 4s t a n d a r d ；s e c o n d l y , t h ec o m p r e s s e dd a t aa r et r a n s m i r e dt h r o u g ht h en e t w o r k - o nt c p i pp r o t o c o lt ot h e c l i e n te n dp r o g r a m s ；f i n a l l y , t h es o f t w a r ei nt h ec l i e n te n dr e a d st h ei n f o r m a t i o ns o u r c e f r o mt h en e t w o r k ，d e c o d e st h ec o m p r e s s e dd a t aa n dd i s p l a y st h ev i d e oi n f o r m a t i o ni n t h es c r e e n i nt h et h e s i s ，t h ew h o l ed e s i g no ft h es y s t e ma r c h i t e c t u r ei sp a r t i c u l a r l yd i s c u s s e d ， i n c l u d i n gt h ee s s e n t i a lh a r d w a r es u p p o r ta n dt h ed e s i g no ft h ec l i e n te n d ，s e r v e re n d ， s o f t w a r ei n t e r f a c e ，a n di n s t a l l a t i o np r o g r a mf o ra p p l i c a t i o n s f u r t h e r m o r e ，t h ec h a n g i n g d e v e l o p i n ge n v i r o n m e n to ne m b e d d e dl i n u xi s s t u d i e do nt h eo n eh a n d ，a n dt h e d i f f e r e n c e so fp o r t i n ga p p l i c a t i o n sb e t w e e nx 8 6a n dp o w e ra r c h i t e c t u r e sa r e e m p h a s i z e do nt h eo t h e rh a n d ，b o t ho fw h i c ha r ed i s c u s s e dc o m b i n i n go u rc u r r e n t p r o j e c ta c c o m p l i s h e ds u c c e s s f u l l y i na d d i t i o n ，t h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e mi n s i m u l a t i o nt e s ti s p r o v i d e d i nt h et h e s i s t h ee n t i r es y s t e mc o m b i n e sa d v a n c e d t e c h n i q u e s ，s u c ha st h em p e g 4s t a n d a r d ，t h ed i r e c t s h o wp m g r a n m a i n g ，a n dt h e e s p e c i a l l yc h o s e np l a t f o r mo fe m b e d d e dl i n u x t e s t i n gr e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h e s y s t e md e s i g n e da n dr e a l i z e di nt h et h e s i sc a nn o to n l ya r r i v ea tas a t i s f y i n gf r a m er a t e a t4 5f p s ，b u ta l s or e n d e rw o n d e r f u lp i c t u r e st h a ta c c o r dw i t ht h ev i d e oq u a l i t yo f n a t i o n a l h i g h e s td i g i t a l h a r d d i s kv i d e or e c o r d i n gs t a n d a r dd 1 ( 7 0 4 5 7 6 p i x e l ) ， p e r f o r m i n ge x c e l l e n t l yw h e nc a p t u r i n g a l lt h ec l o s e ，m e d i u ma n dd i s t a n ts c e n e ，o r m o n i t o r i n gb o t hs t i l la n dm o v i n go b j e c t s i n aw o r d ，t h i ss u b j e c ti sq u i t ew o r t hs t u d y i n g a n dh a sg r e a ts i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：p o w e r p c ，e m b e d d e d ，l i n u x ，v i d e om o n i t o r , c l i e n t s e r v e r ，n e t w o r k i i 西北工业大学硕士学位论文 第章概论 1 1 引言 第一章概论 随着人类社会逐渐进入信息大爆炸的时代，各类信息极度丰富，数字信息技 术和网络技术高度发达，借助各种计算机才能更好地对各类信息进行处理。随着 后p c 时代的到来，使得人们开始越来越多地接触到一个新的概念嵌入式产 品。随着数字技术的发展及新的体积更小的控制芯片和功能更强的操作系统的出 现，它不仅只用于军事领域和工业控制领域，而且广泛应用于人们的日常生活： 从手机、p d a ，到家中的电视、冰箱、空调等等，数字时代的标志不再是一台一 台的p c ，而是形态各异的嵌入式系统。 随着微处理器的产生，价格低廉、结构小巧的c p u 和外设连接提供了稳定可 靠的硬件架构，那么限制嵌入式系统发展的瓶颈就突出表现在了软件方面。尽管 陆续出现了一些嵌入式操作系统如v x w o r k 、p s o s 、n e c u l e u s 和w i n d o w sc e ，但 这些专用操作系统都是商业化产品，其高昂的价格使许多低端产品的小公司望而 却步；而且，源代码封闭性也大大限制了开发者的积极性。另外，结合国内实情， 目前国家对自主操作系统的大力支持，也为源码开放的l i n u x 的推广提供了广阔的 发展前景。对上层应用开发者而言，嵌入式系统需要的是一套高度简练、界面友 善、质量可靠、应用广泛、易开发、多任务并且价格低廉的操作系统。因为l i n u x 的开放性，许多人认为l i n u x 非常适合多数i n t e r a c t 设备，可以支持不同的设备和 配置，对厂商不偏不倚而且成本极低，能够很快成为用于各种设备的操作系统。 如今，业界已经达成共识：嵌入式l i n u x 是大势所趋，其巨大的市场潜力与酝酿的 无限商机必然会吸引众多的厂商进入这一领域。本文所设计开发的这套嵌入式 l i n u x 视音频采集系统正是这一领域发展的必然趋势，从技术发展的必然性来讲， 具有不可限量的市场前景。 本文设计开发的系统属于2 1 l 工程西北工业大学重点扶持项目。其创意在于 将视音频数据的采集、传输与基于m o t o r o l ap o w e r p c 处理器的嵌入式开发系统相 结合，开发环境由通常w i n d o w s 下的编程转向l i n u x 下，大大节省了开发成本， 获得了更好的稳定性。采用了m p e g 4 编码方式，不但获得了很好的帧率，而且图 像画质达到d 1 ( 7 0 4 5 7 6 象素) ，为目前全国最高的数字硬盘录像标准。 两北工业大学硕士学位论文 第一章概论 1 2 国内、外研究概况 视频监控系统的发展大致经历了三个阶段。【3 】在9 0 年代初之前，主要是以模 拟设备为主的闭路电视监控系统，成为第一代模拟监控系统。9 0 年代中期，随着 计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力 进行视频的采集和处理，利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示，从而大 大提高了图像质量，这种基于p c 机的多媒体主控台成为第二代数字化本地视频监 控系统。9 0 年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以 及各种实用视频处理技术的出现，视频监控步入了全数字化的网络时代，称为第 三代远程视频监控系统，目前研究领域所说的数字视频监控系统主要也指此种系 统。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放 为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命，受到 了学术界、产业界和使用部门的高度重视。 在基于嵌入式远程视频龉控系统的研究中，国外起步较早，并处于领先水平， 己经有成熟的嵌入式w e b 摄像机产品。【4 】例如索尼营销公司于2 0 0 2 年3 月4 日推 出配备i o b a s e t 的l a n 端口，可以通过l a n 发送影视的网络摄像机， ”s n c v l l 0 n ”。s n c v l l 0 n 的摄像元件采用1 3 英寸的c c d ，分辨率为3 8 万像 素。最大影视尺寸为7 2 0 x 4 8 6 点阵，最高刷新帧率为3 0 f p s 。图像压缩采用小波方 式，可以变更任意区域的压缩率。s n c v l i o n 配备了l a n 端口，无须通过个人 电脑便可以直接接入网络。可以利用通用的w e b 浏览器浏览影视画面。除了索尼 公司的s n c v l i o n 之外，还有松下k x h c m l 3 0 ，三星s n c - 1 0 0 p 、安特 a n t - n w c l 0 5 0 1 0 0 、瑞典a x i s 的a x l s z x x x 系列等。国外同类产品一般采用 m p e g 或者小波压缩方法，其性能普遍比较好，但是价格也很昂贵，国内用户大 都无法承受。 国内在这方面的研究还处于刚刚起步的阶段，大多数是代理国外厂商的现成 产品，从事实际研究的单位不多。国内同类产品都采用硬件压缩方式，使用专门 的视频压缩芯片，处理速度较快，只是在产品升级方面就不方便了。 1 3 论文背景和章节安排 这篇论文主要讨论基于p o w e r p c 嵌入式l i n t t x 开发平台的视频采集监控网络 系统的设计与研发，论文的研究背景是本教研室独立研发的2 1 1 工程西北工业大 学重点扶持项目。本文设计讨论的嵌入式系统适用对象广泛。该系统产业化后可 用于诸多相关领域，包括视频监控、多媒体远程教育、数字录像、视听会议等， 两北工业大学硕士学位论文 第一章概论 具有良好的应用前景，有利于实现产品多元化，拓展市场空间，扩大市场占有率， 成为嵌入式系统、计算机网络和视音频数据通信领域的领先者。 整个系统的创新之处在于此视音频传输系统服务器端应用程序适用范围的进 一步扩大，从能够以通常的w i n d o w s 操作系统为服务器，转变到在l i n u x 系统下 亦可实现同样的服务器功能，并进一步实现跨平台移植，推广到与通常x 8 6 系列 不同的系统架构p o w e r p c 处理器下，同时实现了便携而使用方便的嵌入式系统实 现服务器功能，同样获得了很好的帧率且达到出色的d l 图像画质效果，大大扩大 了视频监控系统的适用范围。因而，本系统具有重要的工程实践意义。 全文的内容安排如下： 鬃麓鬻：绪论部分，主要阐述本文研究的背景和意义、国内外研究概况、论 文中的主要工作以及全文结构安排。 壤黧鬻：从整个系统的设计规格、系统架构和逻辑设计、软件界面设计、安 装设计以及所需要的硬件支持等各个不同角度，讨论了系统的软硬件设计，并给 出了系统演示效果。本章是整个系统架构设计的核心。 繁蹇蠢：详细讨论了嵌入式l i n u x 系统下的软件开发。结合本文设计讨论的嵌 入式l i n u x 开发平台的视频采集监控网络系统的实际开发过程，先给出本系统开发 环境的配置，再以本系统为例讨论了嵌入式l i n u x 下软件的创建、编译、调试，然 后介绍内核的烧写，最后针对本系统讨论了嵌入式l i n u x 客户机n 务器架构下的 网络编程。 第蹰案：主要侧重于跨平台的移植和驱动开发，通过实际编程调试实现了所 需功能，首次提出了将视频采集监控网络系统的服务器端扩展到p o w e r p c 计算机 体系结构和嵌入式l i n u x 开发平台的创新性思路，扩大了客户端服务器架构的适 用范围。 第蠢鬻：本章主要按照不同码流的清晰度对比测试、近景清晰度测试、远景 清晰度测试、运动景物的视频效果测试等角度，使用本文讨论实现的系统进行了 模拟测试，给出了测试结果和系统性能分析。 第券章：总结了系统的总体设计方案、创新点和性能效果，并对该领域进行 了展望。 西北_ l = 业大学硕士学位论文 第二章总体系统架构的软硬件鼓计 第二章总体系统架构的软硬件设计 2 1 设计规格说明 2 1 1 需求规格 2 1 1 1 一般性描述 系统采用客户机服务器模式。系统将请求服务的一方称为客户端，而将提供 服务的一方称为服务器端。系统目标是通过服务器端嵌入式l i n u x 系统采集数据， 进行压缩，传输到w i n d o w s 客户端，再进行解码、播放。 系统的软件开发环境主要是在l i n u x 操作系统下，通过用c c + + 语占编写 实现。需要嵌入式l i n u x 开发平台h h p p c 8 2 4 1 f 1 1 和基于v w e b 2 0 1 0 芯片的采集卡【2 】 作为硬件支持。客户端界面用v c n e t 作为开发工具通过w i n d o w sm f c a t l 编程 实现，界面友好。 系统提供的功能主要是视音频数据的采集、捕捉与实时传输，从服务器端 l i n u x 系统下采集视音频数据、在客户端w i n d o w s 下解码输出。需要一个服务器端 和一个或多个客户端。服务器端要求l i n u x 操作系统，客户端可以使用w i n d o w s 操作系统。 2 1 1 2 特殊需求 系统的主要设计约束是在服务器端需采用l i n u x 操作系统。系统的设计开发采 用了嵌入式l i n u x 开发平台h h p p c 8 2 4 1 和特殊的采集卡( 基于v w e b 2 0 10 芯片) ， 如图2 1 所示。处理器的处理速度足够快为宜。 ( a ) h h p p c 8 2 4 1 开发板( b ) v w 2 0 1 0 采集卡 矧2 1 嵌入式l i n u x 开发平台视频采集监控网络系统中用到的主要硬件设备 本系统兼容性好，运行本系统无特殊的硬件要求。一般来说，推荐运行环境 西北j 一业人学硕士学位论文 第二章总体系统架构的软硬件设计 为：主频i g 以上，显卡a e f o r c e2 以上，安装过d “i f e c t x9 0 2 1 2 软件运行平台设计 2 1 2 1 服务器端选择l i n u x 操作系统 服务器端选择了l i n u x 操作系统，主要基于以下原因： 降低成本 l i n u x 操作系统是免费的操作系统，源代码是完全公开的。这是最吸引人的。 毫无疑问，这会节省大量的开发和使用者费用。l i n u x 可以随意地配置不需要任何 的许可证或商家的合作关系。唯一的限制就是开发者必须做出对l i n u x 社区有益的 改动。而使用w i n d o w s 操作系统是需要支付费用的。 技术成熟 可应用于多种硬件平台。l i n u x 已经被移植到多种硬件平台，这对受开销、时 间限制的研究与开发项目是很有吸引力的。原型可以在标准平台上开发然后移植 到具体的硬件上，加快了软件与硬件的开发过程。 降低开发难度 作为自由开放的操作系统，所有源代码都是公开的，l i n u x 的飞速发展正是由 于这一点。许多优秀程序员投身于发展l i n u x 操作系统和开发l i n u x 应用程序，并 且公布出他们的成果，为我们开发和设计这套系统提供了很好的借鉴作用。因此， 采用l i n u x 操作系统实际上是降低了开发的难度。 提高系统稳定性 作为服务器，稳定性是非常重要的。l i n u x 号称是“永不死机”的操作系统， 它的稳定性可见一斑。另外，开发人员可以根据需要缩减l i n u x 内核的大小，把不 需要的部分去掉，这样不仅进一步提高了操作系统的稳定性。 2 1 2 2 嵌入式系统的选择 嵌入式操作系统主要有p a l mo s 、w in d o w sc e 、e p o c 、l i n u xc e 、q n x 、e c o s 、 l y n x 等。5 1 其中，嵌入式l i n u x 操作系统以价格低廉、功能强大又易于移植而正 在被广泛采用，成为新兴的力量，因此众多商家纷纷转向了嵌入式l i n u x 。 l i n u x 为嵌入式操作系统提供了一个极有吸引力的选择。l i n u x 是个和u n i x 相似、以核心为基础的、完全内存保护、多任务多进程的操作系统，支持广泛的 计算机硬件，包括m o t o r o l a 、x 8 6 、a l p h a 、s p a r c 、m i p s 、p p c 、a r m 、n e c 等现有 的大部分芯片。软件源码全部开放，任何人可以修改并在g n u ( g e n e r a lp u b i c l i c e n s e ) 通用公共许可证下发行，这样开发人员可以对操作系统进行定制。同时， 西北二业大学硕士学位论文 第二章总体系统架构的软硬件笈计 由于有g p l 的控制，开发的东西大都相互兼容，不会走上分裂之路。i 。i n u x 用户遇 到问题时，可以通过i n t e r n e t 向网上的l i n u x 开发者请教，这使最困难的问题一 般总也有解决的办法。l i n u x 带有u n i x 用户熟悉的完善的开发工具，几乎所有的 u n i x 系统的应用软件都已移植到了l i n u x 上。l i n u x 还提供了强大的网络功能， 有各种可选择窗口管理器( 如xw i n d o w s ) 。其强大的语言编译器g c c 、g 等也可 以很容易得到，不但成熟完善，而且使用方便。 本文讨论设计的嵌入式l i n u x 开发平台视频采集监控网络系统主要基于 m o t o r o l ap o w e r p c 处理器的嵌入式系统，因为嵌入式系统本身具有使用方便、稳 定性好、价格低廉等优势。 考虑到用户的一般情况，客户端采用了广泛应用的w i n d o w s 操作系统。 2 2 软件功能和逻辑设计 2 2 1 客户端软件设计 图2 2 客户端软件系统结构图 对于整个客户机，服务器结构中的客户端软件，d i r e c t s h o w 编程是整个工程的 核心。“”7 1 f i l t e r 是d i r e c t s h o w 中最基本的概念，是一种c o m 组件。d i r e c t s h o w 使用f i l t e rg r a p h 来管理f i i t e r ，管理者叫做f i l t e rg r a p hm a n a g e r 。f i l t e r g r a p h 是f i l t e r 的“容器”，而f i l t e r 是f i l t e rg r a p h 中的最小功能模块。如图 2 2 所示，这里客户端软件结构包括s d k 层和应用层。其中s d k 层向应用层提供一 系列接口，如图2 2 所示的r e n d e rf i l e 、r u n 、w a i tf o rc o m p l e t i o n 等功能的 完成都可以通过s d k 层提供的接口函数实现。 s d k 层又可进一步划分为多个模块，如图2 2 所示的数据源f i i t e r 、解复用 f i l t e r 、视频解码f i l t e r 、视频回显f i l t e r 、音频解码f ii t e r 和音频回显f i l t e r 西北工业大学硕士学位论文 第二章总体系统架构的软硬件设计 等。现简单介绍各模块的功能和设计实现如下： 毂精源l 酸l l 鹾? i # 藿曩戮s i i i i 蘸藏l l ；囊鬻，| 从硬件上找到数据，读取数据， 再写入另一文件，直到读取信息完成后关闭文件源。 解复用一；囊瓣i i 鞭糕# i ：；i 鬃鬻鬻螯| i = i | 鞣t t 携 ；l 将数据源f i l t e r 读取的数据 源中的视频和音频数据分开，分别从两个出口送出。该模块主要起到分离 视音频数据的作用，并将分离好的数据送入下面的不同通道。 褫溺糕鹅t 糍粼麓蘩簇j ：；| i 囊i 懿i i 懿瓣瑟目哿解复用f il t e r 送来的视频数据流 进行解码，送入下一通道。该功能的实现可直接调用d i r e c t s h o w 相应的 功能函数辅助完成。对于不同格式的视频数据，如a v i 格式、r m 格式等， 均可在此模块中用不同的解码方法替换实现，以支持更多的视频格式，所 提供给下一模块的接口是相同的。将来对更多视频格式文件的支持，只需 在该部分作相应更改，不必重写视频解码f i l t e r 模块，仅仅在处理不同 格式的视频数据时调用不同的视频解码f i l t e r 算法即可。 褫獭褥爨+ 囊獯i 蘸l 囊蠢麓* 鹣霸目麟醺麓i ，接收由视频解码通道送来的解码后 的视频数据流，转换成适当格式送入显示器显示视频信息。该模块的存在 是为了向外设部分的显示器输出可以直接显示的视频信息。其功能的实现 也可调用d i r e c t s h o w 相应的功能函数，还可完成添加其它辅助显示信息 的功能。 黉獭懈褥：蘸疆每纛鹣d 蘸i i 套i 蓬麓；麓露r ；将解复用f i l t e r 送来的音频数据 流进行解码，送入下一通道。该功能的实现可调用d i r e c t s h o w 相应的功 能函数完成。 音频圈；鼗蘩耩黪熬 i | 黼蘸蘸蠢i 润 戳甏i 接收由音频解码通道送来的解码后 的音频数据流，转换成适当格式送入扬声器播放声音信息。该模块的存在 是为了向外设部分的扬声器输出可以直接播放的音频信息。其功能的实现 也可调用d i r e c t s h o w 相应的功能函数。 本文讨论设计的p o w e r p c 嵌入式l i n u x 开发平台视频采集监控网络系统为客 户端提供了完整的安装包，客户使用起来将非常方便，只需在w i n d o w s 系统下轻 松双击安装包中的安装程序，即可像任何一个普通的安装程序一样，在具有友好 界面的安装程序提示下，一步一步完成安装过程。在服务器端l i n u x 系统下，只 需将程序代码拷贝到适当的位置，加载驱动后编译运行即可。 2 2 2 服务器端软件设计 服务器端的主要功能是在p o w e r p c 嵌入式l i n u x 平台下控制v w 2 0 1 0 视频采集 卡采集数据，由板卡硬件编码，然后将数据流通过网络传送到请求数据连接的客 西北工业大学硕上学位论文 第二章总体系统架构的软硬件设计 户机端。前面讲了很多关于架构方面的东西，下面主要侧重于服务器端程序怎样 具体编程实现。l i n u x 下的编程相对简单，因为不需要进行软件解码，只要控制板 卡进行压缩，然后将得到的数据进行一系列处理就可以了。l i n u x 环境下的主程序 主要在v w 2 0 1 0 c p p 文件里，还有一个比较重要的文件就是h a r d s o u r c e c 它主要 是封装了一些对板卡的控制接口。比如读取数据、开始录像、初始化板卡、停止 录像、配置参数、下载固件等等。主要的几个接口如下： i n t r e a d d a t a (r w d e v i c e o p t i o nd e v o p t ，p v o i d p b u f ， u i n t 3 2 s i z e t o r e a d ，u i n t 3 2 s i z e a c t u a l l y _ r e a d ，l p o v e r l a p p e do v e r l a p p e d ) ： i n ts t o p r e a d d e v i c e ( r w d e v i c e o p t i o nd e v o p t ，l p o v e r l a p p e do v e r l a p p e d ) ： i n ts t a r t r e a d d e v i c e ( r w d e v i c e o p t i o nd e v o p t ，l p o v e r l a p p e do v e r l a p p e d ， b o o ld i s a b l e c o n f i g ) ； i n t1 2 cv i d e o s y n c t e s t ( r w d e v i c e o p t i o n d e v _ o p t ， l p o v e r l a p p e d p _ o v e r l a p ) ： s t a t i ci n tr e a d s d r a m ( i n tc h i p i d ，h a n d l eh a n d l e ，a c c e s s v w v d r a m + p d r a m ，l p o v e r l a p p e do v e r l a p p e d ) ： i n tp r o c e s s s r e c ( c o n s tc h a r * f i r m w a r e f il e n a m e ，i n t ( * p a c t i o n ) ( i n t ， h a n d l e ，a c c e s s v w v d r a m * ，l p o v e r l a p p e d ) ，l p o v e r l a p p e do v e r l a p p e d ) ： s t a t i ci n tw r i t e s d r a m o i n tc h i p i d 。h a n d l eh a n d l e ，a c c e s s 翼j d r a m + p d r a m ，l p o v e r l a p p e do v e r l a p p e d ) ： i n t r e a d d e c o d e r r e g ( h a n d l e h a n d l e ， i n t r e g n u m ，l p o v e r l a p p e d o v e r l a p p e d ) ： v o i ds e t p a r a m e t e r ( c h a r * n a m e ，u i n t 3 2v a l ) ： v o i d w r i t e d e c o d e r r e g ( h a n d l eh a n d l e ， i n t r e g h a m ， i n t d a t a ，l p o v e r l a p p e do v e r l a p p e d ) ； i n tr e s e t o n ( i n tb o a r dn u m ，l p o v e r l a p p e do v e r l a p p e d ) ： h a n d l eg e t d e v i c e h a n d l e ( c o n s tc h a r * d e v i c e n a m e ，b o o lo v e r l a p p e d ) ： i n tc h a n g e c l o c k f r e q ( i n tb o a r d _ n u m ，c h i p f r e q u e n c yf r e q ) ： i n t c o n f i g u r e d e v i c e ( r w d e v i c e o p t i o n d e v o p t ，l p o v e r l a p p e d o v e r l a p p e d ) ： 主函数只要包含这个文件，就可以创建一个h a r d s o u r c e 类的对象，然后就可 以使用这些接口了。 v w 2 0 1 0 c p p 中的工作流程主要分为以下五步： ( 1 ) 初始化硬件 板卡在正常读取数据之前需要一系列的初始化工作，包括打开设各，改变时 钟，设置参数，下载固件等。把这些代码写在一起，在一开始初始化实现。 r 硼北工业人学硕士学位论文 第2 7 章总体系统架构的软硬什设计 ( 2 ) 读取数据 在初始化板卡成功以后，就可以开始数据的读取。 ( 3 ) 处理数据 主要进行两个动作，一个是将数据存储到硬盘上，一个是将数据从网络上发 出去。在嵌入式套件里，由于存储空间有限，只执行第二种操作。 ( 4 ) 建立消息队列 为了使程序易于控制，要采用多线程的方法进行编程。这样可以在程序启动 后还能够得到外界的消息从而在适当的时候停止或者开始录像。因此，要创建一 个消息队列，针对不同的消息采取不同的措施，调用不同的函数。其中还需要几 个特殊的函数来捕获用户的操作，例如敲击键盘某个键。 ( 5 ) 关闭板卡 在用户结束录像以后，就要关闭板卡，这一步是在所有工作都做完了以后才 做的。在板卡关闭后，要想再次录像，就要重新启动程序。 程序里面上述的五步基本上是按顺序实现的，可读性比较强。 v - w e b 芯片的供应商为用户提供了l i n u x 系统下的板卡驱动，在运行程序前要 先加载驱动程序。驱动程序的文件是v w 2 0 1 0 0 ，加载时我们要运行一个可执行文 件：m o d l o a d ，它的作用是加载驱动程序，相对应的有一个m o d u n l o a d 文件是用来 卸载驱动程序的。它们都可以用v i 打开，根据自己的需要进行编辑。 2 3 软件界面设计 图2 3 客户端用户运行界面及真实视频回显效果图 本文讨论设计的p o w e r p c 嵌入式l i n u x 开发平台视频采集监控网络系统用户 标准界面如图2 3 所示。在该图像界面上采用了贴图方式给软件一个漂亮的界面。 图2 3 是进入运行界面后的初始状态。界面的右上方是界面的核心功能按钮， 9 西北工业人学硕士学位论文第二章总体系统架构的软硬件设计 主要有本地监看、网络监看、打丌文件、全屏播放和停止通道等五大部分。各部 分的功能分别介绍如下： 本地监看：当本机安装了视频头和视频采集卡等硬件设备后，用于本地监 看。可将视频数据实时地回显在屏幕上，也可同时播放音频信息。 网络监看：在选择了适当的服务器后，可将远程服务器上捕捉到的视音频 数据通过网络传输，基本实时地在本地机器上显示和播放。 打开文件：可以实现对录制好的视音频文件的播放功能，实现对文件的快 进、快退、播放及暂停等基本功能。 全屏播放：由视频的窗口播放切换到全屏播放，按e s c 键可退出全屏模式。 停止通道：可以停止视音频文件的监看与播放。 另外，界面上还提供了显卡模式、网络协议、录像质量等多个可供选择的功 能选项模块，可以为用户提供更好的服务。 2 4 系统运行效果演示 服务器端首先需加载驱动，运行命令“m o d l o a d ”，加载成功后运行可执行 文件“v w 2 0 1 0 ”，则服务器端程序开始运行，实际运行情况如图2 4 所示。服务 器端程序主要实现通过v w 2 0 1 0 采集卡采集视音频信号，由v w 2 0 1 0 卡硬件编码， 经网络传输，将视音频数据传给连接服务器的客户端应用程序的功能。由于服务 器端的作用主要是实现上述功能，并没有必要做出精美的界面，只要能实现服务 器的功能即可。 ( a ) 运行可执行文什 西北。t + 业大学硕士学位论文第二章总体系统架构的软硬件设计 ( b ) 系统参数初始化 图2 4 嵌入式l i n u x 平台r 服务器端程序运行情况 客户端可以是多种用户界面，只要能将网络传输的视音频数据实现图2 2 的解码 回放功能即可。因此服务器端应用程序的适用范围较广，不局限于某一种特定的 客户端程序。 2 5 软件安装设计 在如图2 5 所示的安装向导下可以顺利完成客户端程序的安装。我们为客户 端提供了完整的安装程序包，客户可以简单地像任何一个普通的w i n d o w s 安装程 序一样，在安装程序的提示下，一步一步顺利完成安装过程。在服务器端l i n u x 系统下，只需将服务器端程序拷贝到适当的位置，加载驱动后编译运行即可。 双击系统安装包中的安装程序后，将运行客户端的安装程序。初始界面如图 2 6 所示。将进入如图2 5 所示的安装向导。 图2 5 安装界面图 选择适当的安装路径如图2 7 所示。 图2 6 安装向导一 可以利用“浏览”按钮更改安装目标文 西北工业大学硕士学位论文 第二章总体系统架构的软硬件设计 件夹的位置，选择适合用户的安装路径。设置完毕后点击“下一个”按钮，将进 入如图2 8 所示的界面，继续点击“下一个”按钮，即开始安装进程，如图2 9 所示。在安装进程开始之前，每一步均可以点击“后退”按钮修改前面的安装设 置信息。 安装完成后如图2 1 0 所示。 图2 7 安装向导二图2 8 安装向导三 图2 ，9 安装向导四 图2 ，1 0 安装完成图 卸载该软件进入如图2 1 l 所示的提示对话框，确认后将进行如图2 1 2 的软 件卸载进程，直到卸载完成。 闰2 1 l 卸载软件提示 图2 1 2 卸载软件进行中 硝北：e 业大学硕士学位论文 第二章总体系统架构的软硬件设计 2 6 硬件系统 本文设计讨论的嵌入式l i n u x 开发平台视频采集监控网络系统客户机朋艮务器 结构中，需要用到的硬件设备除了摄像头，主要是华恒h h p p c 8 2 4 1 嵌入式开发板 和v w 2 0 1 0 采集卡，分别如图2 1 ( a ) 、( b ) 所示。 2 6 1h h p p c 8 2 4 1 嵌入式开发板 系统使用的开发套件是华恒公司的h h p p c 8 2 4 1 嵌入式开发套件，其核心板功 能模块如图2 1 3 所示。它使用的是p o w e r p c 芯片，同时带有一个串口输出、两个 网络接口输出、一个p c i 插槽、4 m b 的f l a s h 、1 2 8 m b 的内存。 图2 1 3h h p p c 8 2 4 1 核心板功能模块结构图 串口输出主要用于调试程序，只需要用一条串口线接在p o w e r p c 与普通p c 的串口上，然后在普通p c 上打开一个串口调试程序，如u l t r a t e r m i n a l 或者m i n i c o m 之类，就可以监看开发板上的工作状况了。这样就可以调试自己编写的程序，及 时发现是否有问题发生。 网络接口有两种作用，一种是将p c 上编译好的程序下载到板子上i 面，另一种 就是将视频数据发送出去。p c i 插槽可以用来插的视频采集卡，1 2 8 m b 的内存也 足够满足处理数据的需要。这样，整个套件就可以看作一个功能齐全的小型p c 机。 这样为开发带来了极大的方便。 h h p p c 8 2 4 1 开发板采用6 4 位笔记本内存条，1 2 8 m 字节，从o x o 到 0 x 0 8 0 0 0 0 0 0 ：2 片2 mf l a s h ，第一片：0 x f f 8 0 0 0 0 0 0 x f f 9 f f f f f ，第二片： 0 x f f 0 0 0 0 0 0 一o x f f l f f f f f 。如下表2 1 所示。 曲北工业大学硕士学位论文第二章总体系统架构的软硬件设计 表2 1 地址空间与片选的对应关系 地址j 笔间片选 介质备注 o x o 0 0 0 0 0 0 0 一0 x 0 4 0 0 0 0 0 0c s o c s l s d r a m 1 2 8 m o x f f 8 0 0 0 0 0 一o x f f 9 f f f f f r c s o 第一片f l a s h 2 m o x f f o o o o o o o x f f f f f f fr c s l第二片f l a s h2 m o x 7 c 0 0 0 0 0 0 r c s 2i d e 口逻辑1 6 位 整个系统地址空间分布如图2 1 4 所示。 飘j 持t i2 m 图2 1 4p p c 8 2 4 x 系统地址