（信号与信息处理专业论文）基于arm9的嵌入式远程监控系统的设计与实现.pdf

design and implementation of embedded remote monitoring system based on arm9 a dissertation submitted for the degree of master candidate： wu huijie supervisor： associate prof. wang xiali changan university, xian, china i 摘 要 视频监控系统能将监控现场的信息实时、快速的传输到监控客户端，被广泛应用于 交通、办公大楼等场所。通过对目前国内外常见监控系统的分析，嵌入式监控平台稳定 好、性能高、功耗低，能有效实现图像的采集、编解码以及网络传输功能，是视频监控 系统发展的方向，因此，开展基于嵌入式平台的视频监控技术的研究与应用具有重要的 现实意义。本文在研究和分析嵌入式 arm9 微处理器芯片 s3c2410 功能和嵌入式操作 系统 linux 的基础上，设计并实现了一个远程视频监控系统。论文主要工作如下： 1、设计了一个基于 arm9 的嵌入式远程视频监控系统，给出了系统的总体设计方 案以及系统组成框架，并描述了系统的工作原理和流程。 2、 对 arm9 的核心处理器 s3c2410 与存储器 sdram 和 flash 的接口电路设计 问题进行了讨论。由于在监控系统中要用到采集、传输等功能，所以对 s3c2410 与网 卡芯片 dm9000、芯片 rs232 和 usb 接口电路设计进行了分析。 3、给出了嵌入式系统软件的开发流程，着重对 linux 内核的组成、文件组织及配 置方法进行了详细介绍，并对内核进行了配置，使内核支持 s3c2410 开发板；此外， 对嵌入式系统文件的创建方法进行了详细描述， 并采用 busybox 软件创建了系统必备的 和自己所需的文件系统。 4、在 linux 内核中成功添加了 usb 摄像头的驱动程序，保证摄像头的正常使用， 并遵循 video4linux 下的视频编写流程实现了图像数据的采集。 5、在分析 jpeg 压缩算法原理的基础上，针对压缩过程中 dct 变换运算量大的问 题，对算法进行了改进。改进思想是对量化后的数据进行分析后，将二维 dct 变换转 换为两个连续一维 dct 变换，采用 aan 快速算法，从而减少运算量。通过对比压缩 重构后的图片发现，改进的 jpeg 方法不但运算量最少，而且不影响图片的质量。 6、 在分析 tcp 和 udp 通信协议的基础上， 采用 udp 协议下的 socket 通信实现了 服务器端(arm9 平台)和客户端(用于显示的 pc 机)的正常通信， 同时实现了客户端接收 数据的解压缩和图像的显示。 关键字：嵌入式 linux、video4linux、jpeg 压缩、c/s 模式、udp 协议 ii abstract video surveillance system can transmit the field information to the monitoring client timely and rapidly, so it is widely used in buildings, office buildings and other places. through analyzing the common monitoring systems of domestic and foreign, we can found that embedded monitoring platform is stable, high performance and low power consumption, it can realize image acquisition, encoding, decoding and network transmission effectively, it will be the direction of video surveillance systems development. therefore, it has important practical significance to carry out research and application for video surveillance technology based on embedded platform. in this paper, after the research and analysis of embedded arm9 microprocessor s3c2410 chip functions and linux operating system, we designed a video surveillance system and made it realized. the work mainly includes the following: (1) designed an embedded remote video surveillance system based on arm9 operating system, gave the overall system design and framework and than described the system work principle and processes. (2) discussed s3c2410, memory sdram and design of interface circuit of flash. data acquisition, transmission and other functions are used in the monitoring system, so we analyzed the s3c2410, chip card dm9000, chip rs232 and usb interface circuit design. (3) introduced the software development process of embedded system, described the composition, organization and configuration of the linux kernel in detail, and then, we configured the kernel in order to make it support for the s3c2410 board. in addition, we described the methods of create the embedded system files, and created the necessary and we required file systems using busybox software. (4) in order to ensure the normal use of the camera, we added the usb camera driver in the linux kernel successfully, and then realized the image data acquisition follow the video4linux process. (5) on the base of jpeg compression algorithm analysis, it contains a large amount of computation on dct transformation, so we improved the algorithm. after analyzed the quantified data, the improved ideological is converts the 2d dct to two consecutive iii one-dimensional dct, and then using the aan fast algorithm. this method can substantially reduce the computation. compared the compressed reconstructed pictures, we can found that the improved method not only reduced the computation, but also does not affect the quality of the pictures. (6) on the basis of analysis and comparison of tcp and udp communication protocols, we used the udp protocol socket for the normal communication between the server-side (arm9 platform) and the client (pc), the client displays images after the received data decompressed. keywords: embedded linux, video4linux, jpeg compression, c/s mode, udp protocol iv 目目 录录 第一章 绪论 . 1 1.1 研究背景和意义 . 1 1.1.1 研究背景 . 1 1.1.2 研究意义 . 1 1.2 技术现状和发展趋势 . 1 1.2.1 技术现状 . 1 1.2.2 未来发展 . 3 1.3 目前常见国内外视频监控系统的设计 . 3 1.4 论文主要工作和结构 . 4 第二章 嵌入式系统介绍 . 6 2.1 嵌入式系统的定义 . 6 2.2 嵌入式系统的特点 . 6 2.3 嵌入式系统的组成 . 6 2.4 常见嵌入式操作系统 . 8 2.5 本章小结 . 9 第三章 视频监控系统软硬件平台设计 . 10 3.1 嵌入式视频监控系统的组成 . 10 3.2 系统的硬件平台分析 . 11 3.2.1s3c2410 存储控制器与存储器接口分析 . 12 3.2.2 网络接口扩展的电路设计分析 . 14 3.2.3 uart 端口及由其扩展的串口电路设计分析 . 15 3.2.4 usb 接口电路设计分析 . 15 3.3 系统的软件平台设计 . 16 3.3.1 bootloader 系统分析 . 17 3.3.2 linux 内核移植 . 18 3.3.3 文件系统的制作 . 22 3.4 本章小节 . 23 第四章 图像的采集和压缩的实现 . 24 4.1 图像的采集 . 24 4.1.1 usb 摄像头驱动的实现 . 24 4.1.2 video4linux 下摄像头采集编程 . 27 4.2 图像的压缩 . 30 4.2.1 图像压缩的必要性及方法介绍 . 30 4.2.2 静态图像压缩技术 . 32 4.2.3 jpeg 标准简介 . 32 4.2.4 jpeg 压缩算法具体压缩过程 . 33 4.2.5 jpeg 算法的优化 . 40 4.3 本章小节 . 45 第五章 系统平台的网络通信功能的实现 . 46 5.1 网络传输协议的选择 . 46 v 5.2 网络功能在硬件方面的实现和硬件驱动层的大致工作原理. 46 5.3 网络通信功能的实现. 48 5.4 视频传输的整体过程. 51 5.5 本章小结. 53 第六章 图像解码的实现. 54 6.1 图像的 jpeg 解码 . 54 6.2 系统实现. 58 6.3 本章小结. 60 结论与展望. 61 致 谢. 65 长安大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 研究背景和意义 1.1.1 研究背景 视频监控系统是一个综合系统，充分运用了计算机交互性、通信分布性和监控实 时性的特点。它能将监控现场图像和数据等信息实时、快速、如实地传送到监控中心 服务器端，这时，监控中心就能及时、准确的掌握各个被监控现场的当前情况，然后， 通过当前情况做出相应的反应和处理。所以视频监控系统被广泛应用于交通、目标跟 踪、工业的生产、公安和智能化的办公大楼等场合，尤其是在智能交通领域和一些危 险、人类不可直接观察或不易直接观察的场合。随着计算机技术和多媒体技术的迅速 发展，以及自动控制和流媒体技术的融入，更大的推动了它的普及和应用。 1.1.2 研究意义 现在普遍用的监控系统，是由基于 pc 的视频卡完成视频的压缩和解压，这样视 频前端(信号的采集、压缩、传输)比较复杂，可靠性和稳定性不高，系统的监控范围 较小和可扩展能力差。所以研究了一种新型的视频传输系统，即基于嵌入式系统的视 频采集传输系统。 它能够对模拟视频图像进行数字化处理，充分利用计算机的快速处理能力，对图 像进行压缩、分析，通过网络进行传输，便于远距离传输，推动了视频编码、传输技 术的发展。 1.2 技术现状和发展趋势 1.2.1 技术现状 视频监控系统发展历程，大致分三个阶段：模拟视频监控、以 pc 为核心的数字 视频监控和以嵌入式技术为核心的网络数字视频监控。 (1) 模拟视频监控：这类系统的代表如闭路电视监控，它是以录像机为主。将模 拟计算机和监控器通过同轴电缆进行连接， 后来随着技术的发展出现了视频切换器和 云台控制等技术。摄像机采集的模拟信号直接进行传输，可以实现多路信号的切换以 及对视频前端的控制，实现多点监控。但是模拟视频监控系统存在很多缺点： 1)视频信号的采集、传输和存储都采用模拟信号的形式。由于模拟信号容易受到 第一章 绪 论 2 干扰，而且不利于存储和传输，因此监控图像的质量不是很好。 2)系统布线主要是同轴电缆和双绞线，同轴电缆的视频信号传输距离只有一千 米，双绞线更短，因此传输的距离较短。 3) 系统灵活性差，扩展能力差，与信息系统进行交互比较困难。 4) 设备比较昂贵，系统成本比较高。 2)计算机可直接与信息系统进行连接，使得系统更加方便灵活，可在原来的基 础上进行改造，可直接进行信息查询，功能更加强大。 当然它也有缺点： 1)由于系统要使用专用的视频卡进行图像的压缩和解压缩，这使得视频前端过于 复杂，整个系统的成本并没有降低，稳定性和可靠性不高。 2)系统只支持一种方式的编解码。 3)pc 机需要有人看守，无法实现无人值守。 它的主要优点： 1)嵌入式微处理器具有高性能、低功耗的特点，嵌入式实时多任务操作系统，将 图像采集、视频压缩、视频网络传输都能良好的实现。 2)系统的网络化，嵌入式系统可以直接与网络连接，实现远程监控，用户可以在 任何地方通过已联网的 pc 等查看监控现场的视像，成本大大降低。 (2) 以 pc 为核心的数字视频监控:安装在 pc 上的视频卡将由模拟摄像机采集的模拟 信号转化为数字信号，并以 tcp/ip 协议为网络传输协议，通过网络将视频信息传输到 监控中心。 它的主要优点： 1)采用数字信号进行传输和存储，数字视频传输的可靠性高、速度快。计算机磁盘 容量大，压缩后可以在计算机上进行存储，故障率低。 (3) 以嵌入式技术为核心的网络数字视频监控: 在此系统中，视频监控的大部分工作 都由嵌入式系统来完成。嵌入式系统具有独立工作的能力，摄像头与开发板直接相连，采 集的信号由压缩芯片或嵌入式系统进行处理， 然后通过网络传输来实现远程监控。 以嵌入 式技术为核心的视频监控系统势必替代当前基于 pc 和图像采集卡的数字监控系统，成为 下一代监控系统的主流产品。 长安大学硕士学位论文 3 1.2.2 未来发展 无线化的网络传输：网络化打破了数据传输布控区域的地域和数量限制，使整个 网络的硬件和软件资源实现了共享。但无线传输的布局布线不在受空间限制，无限网 络的技术代表有：wifi、gprs、3g 等。完全可以在嵌入式系统中使用无线传输来进 行视频的接收和发送。 监控智能化：视频监控从现场监控到远程监控，智能化水平越来越高。随着嵌入 式技术的提高，智能监控系统也取得了进展，通过压缩算法和背景差分算法可以实现 实时图像压缩、 传输， 并能跟踪目标， 监控系统正朝着嵌入式网络视频监控系统发展。 1.3 目前常见国内外视频监控系统的设计 目前，国内外对于对于嵌入式视频监控系统的研究，一般都是考虑如何对图像进 行采集、操作系统选择的研究、图像的压缩方法的研究和网络传输等几个方面。 对图像采集方法的研究，跟系统的硬件平台有关系；在嵌入式操作系统方面，一 般集中于在操作系统下对驱动程序的开发和应用程序的实现，例如在 linux 下对采集 设备驱动程序的修改和应用程序的实现；在网络进行传输的过程中，需要考虑对图像 进行压缩和传输的实现。 目前， 随着数字技术的发展、 芯片成本的降低、 图像压缩编码技术及标准的改进， 从事这方面研究的单位越来越多。 现阶段，嵌入式视频监控系统的解决方案主要有以下几种： (1)图像采集芯片+dsp 处理器：图像的采集由图像采集芯片进行负责，dsp 用于 实现基于 mpeg-4、h.263 或 mjpeg 标准的压缩和解压缩，然后通过网络进行传输。 该方案的运算速度快，图像的处理能力强，主要缺点是由于 dsp 通常没有强大的操 作系统1，不太适合作系统控制，不容易进行扩展。 未来视频监控领域的发展，主要表现为以下几个方面： 视频数字化：主要表现在信号(如：视频、音频、控制信号等)从模拟状态转化为 数字状态。从图像采集、数据处理、数据传输、系统控制等各方面的实现方式上都开 始转变为数字化，这种转变彻底改变了视频监控系统。 (2)dsp 处理器+嵌入式处理器：由 dsp 负责完成基于 mpeg-4、h.263 或 mjpeg 标准的图像的压缩和解压缩，运行在嵌入式处理器上的操作系统来完成网络传输。该 方案的图像处理能力强，支持网络传输，主要缺点是：两个芯片同时使用使开发费用 第一章 绪 论 4 提高、设计和调试困难、稳定性差、开发周期长2。 (3)图像采集芯片+fpga+arm(无 camera 接口)： 图像采集芯片负责对图像信息的 采集，fpga 器件负责对时序的控制和数据的读取，和 arm 来共同完成对图像的处 理。该方案的主要缺点就是系统的集成度低、复杂程度高。 (4)图像采集芯片+fpga+dsp：图像采集芯片负责对图像信息的采集，fpga 和 dsp 共同协作来完成对图像的处理。该方案的图像处理能力强，主要缺点是：没有扩 展接口、功能单一，无法进行复杂的应用。 (5)图像采集芯片+arm：图像采集芯片负责对图像信息的采集，通过在 arm 运 行强大的嵌入式操作系统(如 linux)来完成对图像的压缩和解压缩过程、网络传输。 该系统能满足一般图像处理的要求，稳定性好、成本低、功耗相对小，能实现良好的 网络传输功能，开发难度小。虽然该系统相对于 dsp 系统图像处理能力稍弱，但随 着 arm 系统的发展，这完全可以满足视频监控的要求。 1.4 论文主要工作和结构 本文研究工作的主要形成一个基于 arm9 的嵌入式视频监控系统，它的主要流 程是：将 usb 摄像头插在嵌入式的开发板上，将由 usb 摄像头采集的图片传给嵌入 式系统平台，经过处理之后，通过网络传输到客户端，并在客户端实现视频的显示功 能。 论文的主要内容： (1) 结合交通或工业等其他场合的要求，设计并实现了基于 arm9 的视频监控系 统。包括开发平台的分析和选择、软硬件平台的分析、采集和传输功能模块的设计与 实现。 (2) 研究了 jpeg 编解码技术，并对 jpeg 算法进行了一定的优化，对通过 usb 摄像头采集的图片进行压缩和解压缩，使用使其在不影响传输图片质量的情况下，运 算量减少。 (3) 在 arm9 系统平台下研究了 linux 下的 socket 机制和传输控制协议， 通过分 析对比 tcp 和 udp 协议，采用基于 udp 协议的 socket 通信实现了服务器端和客户 端的通信，客户端将数据解压缩之后进行图像的显示。 按照上面研究的主要内容，本论文的结构如下： 第一章：绪论 简单说明了项目研究的背景和意义；介绍了监控系统的现状和发 长安大学硕士学位论文 5 展趋势；最后说明了本论文的主要内容。 第二章：对嵌入式系统进行了介绍。介绍了嵌入式系统的特点，系统结构组成以 及常用的嵌入式操作系统，着重对 linux 系统平台特点进行了详细描述和分析。 第三章: 对视频监控系统的总体方案进行了设计，给出了系统设计框图。着重对 arm9 的核心处理器 s3c2410 与存储器、usb 和网卡芯片 dm9000 的接口电路进行 了分析；描述了 linux 系统中内核的修改方法，通过修改内核，使其支持 s3c2410 开 发板；详细描述了嵌入式系统文件的创建方法，创建了系统必备和自己所需的文件系 统。 第四章： 实现了基于 video4linux 下的图片采集。分析了和研究了 jpeg 压缩算 法原理，针对 dct 变换时运算量大的问题，对算法进行了优化，实现了对图片的高 效压缩。 第五章：网络通信功能的实现。对网络体系结构和传输控制协议进行了分析，选 用了适合视频传输的 udp 传输控制协议， 通过 linux 下基于 udp 协议的 socket 通信 实现了图像的传输。 第六章：实现了图像的解压缩功能。在客户端对通过网络传输进来的数据进行解 压缩，实现了图像的显示。 第七章：总结与展望，对本论文完成的工作进行了总结，对系统存在的不足进行 了分析，对进一步工作进行了展望。 第二章 嵌入式系统介绍 6 第二章 嵌入式系统介绍 由于我们设计的监控系统所依赖的平台是嵌入式系统平台， 所以有必要首先对嵌 入式系统的定义、特点、组成和常见的嵌入式操作系统做以介绍。 2.1 嵌入式系统的定义 嵌入式系统的定义是：以计算机技术作为基础，根据不同的项目需要，对里面的 软硬件进行更改，而且改动时尽量降低功耗、减小体积。它一般由嵌入式微处理器、 嵌入式操作系统、外围硬件设备以及用户的应用程序等四个部分组成。 嵌入式设备就是以嵌入式系统为核心，可以有附加功能的设备，这在生活中随处 可见：手机、mp3 播放器、遥控器等，覆盖了通信、网络、电子等领域。通俗一点来 说，凡是设备具有计算能力，都可以称为嵌入式设备，当然这将具有较强计算能力及 系统资源如电脑等除外。随着技术的进步，嵌入式设备的性能会越来越高。 2.2 嵌入式系统的特点 嵌入式设备与电脑相比，具备以下特点： 1.软、硬件可裁剪 从现在手机来看，功能基本类似，但所用的芯片种类很多，依赖的操作系统也各 不相同。根据不同的需求，对软、硬件进行不同的裁剪。 2.嵌入式系统通常是面向特定应用的 嵌入式系统是针对特定需求进行的开发，cpu 的集成度高，功耗低，能够把计算 机中由板卡完成的功能集中在 cpu 中，使可移动性更强。 3.嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片中，对程序的质量和可靠性，有 着较高的要求，这些都提高了运行速度和系统可靠性。 4.嵌入式系统资源有限，本身不具备开发和调试能力，需要通过交叉编译进行3， 即在 pc 上开发完，编译成功后，下载到目标板上运行的模式。 2.3 嵌入式系统的组成 一般情况下，一个完整的嵌入式系统由四部分组成：嵌入式操作系统、嵌入式应 用软件、嵌入式处理器和嵌入式外围设备。系统结构图如图 2-1 所示。 长安大学硕士学位论文 7 图图 2.1 嵌入式系统结构图嵌入式系统结构图 嵌入式处理器通常有四类 1.嵌入式微控制器(mcu)：其典型代表是单片机：为了提高可靠性，使体积减小、 功耗降低，将定时/计数器、a/d、d/a、总线、i/o 等功能和外设集成于芯片内部。 从而使其成为当前嵌入式系统工业的主流， 故称微控制器， 代表产品有 mcs-51/96/196 系列。 2.嵌入式微处理器(mpu)：它具有体积小、可靠性高的特点，虽然是由计算机的 cpu 演化而来的， 但是， 在应用时， 只保留了与应用相关的硬件， 所以得到广泛使用， 其主要有 powerpc、arm/strong arm 系列。 3.嵌入式 dsp 处理器(dsp)：它与微处理器类似，只是 cpu 被进行了优化，被专 门用于信号处理，对指令算法进行了特殊设计，专门执行 dsp 算法，从而提高了执 行速度， 为图像处理、 语音处理的奠定了基础。 其代表产品 ti 的 tms320c2000/c6000 等。 4.嵌入式片上系统(soc)：它最大实现了软硬件的完美结合，可直接将操作系统 代码嵌在处理器中，硬件方面的实现依赖于 vhdl 硬件描述语言，所以嵌入式系统 大部分均可集成到一块或几块芯片中去，使得电路变得简单，具有可靠性好、体积小 和功耗低的特点。 本系统中所用的 s3c2410 就属于 soc，它集成了处理器、内存管理单元(mmu)、 nand flash 控制器等部件。正是由于它的功耗低，可靠性高，所以选用以 s3c2410 作为核心处理器的 arm9 开发板。 嵌入式应用软件 嵌入式操作系统 嵌入式外围设备 嵌入式微处理器 软 件 系 统 硬 件 系 统 第二章 嵌入式系统介绍 8 2.4 常见嵌入式操作系统 1.windowsce wince 是由微软公司推出的，具有多任务、多优先级的实时操作系统。 其最大特点是易于开发、界面美观。它的基本内核需要至少 200kb 内存空间。 最大缺点是实时性不好，只能用于对实时性要求不高的场合，其源代码没有开放（目 前只开放了一小部分） ，开发人员难以进行更细致的定制；占用内存比较多，整个系 统相对庞大；版权许可费也比较高。 采用 linux 进行嵌入式系统开发具有以下优点： 1)源代码公开。由于源代码开放，所以设计者可根据自己的实际需要对内核进行 相应的裁剪或修改。 2)成本低。linux 是开放源代码的自由软件，遵循 gpl 协议，它的源代码免费， 可以自由获得。而商业操作系统的价格不菲，相比之下使用 linux 可以很好的降低成 2.vxworks vxworks 是美国 windriver 公司开发的嵌入式实时操作系统。它支持多种处理 器，如 x86、arm、powerpc、mips 等。其突出特点是:可靠性、裁减性和实时性。 vxworks 被广泛应用于通信、军事、航空航天等高精尖技术领域以及实时性要求极高 的领域中，具有友好的用户开发环境和高性能的内核，开发便利。缺点就是它支持的 硬件相对较少，并且源代码不开放，需要专门技术人员进行开发和维护，并且版权费 比较高。 3.psos 现在 psos 属于 windriver 公司的产品。这个系统是一个模块化、高性能的实时 操作系统，专为嵌入式微处理器设计，提供一个完全多任务环境，在定制的或是商业 化的硬件上可达到高可靠性和高性能。可以让开发者根据操作系统的功能和需求定制 成每一个应用所需的系统。可以用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的、网络化 的多处理器系统。 4.linux linux 是遵循 gpl 协议的开放源码的操作系统。经过几年的发展，linux 技术产 品日趋成熟， 有越来越多的公司了解它的优点而选 linux 作为主要的平台。 linux 以其 独特的特性，在数字视频监测领域己经有了一段时间的应用，其可针对不同硬件设备 长安大学硕士学位论文 9 本。 3)广泛的硬件支持。linux 支持 x86、arm、powerpc、mips 的处理器，目前已 经成功移植到一些硬件平台上。 4)良好的可移植性。可移植性是指将程序从一个平台转移到另一个平台后，它仍 然能按其自身的方式运行的能力。 linux 符合 ieee posix.1 标准， 使程序具有较好的 可移植性，能够在从微型计算机到大型计算机的任何平台和任何环境中进行。 5)强大的网络支持功能。linux 具有 unix 的特性，保证了它支持所有标准因特网 协议，因此可根据实际需要进行网络通信。 6)系统安全可靠。linux 可通过对读、写进行权限限制，带保护的子系统等功能， 来保证系统的安全。 正是由于 linux 在嵌入式系统开发中具有源代码公开、良好的可移植性和强大的 网络支持等优点，所以在本系统中选用 linux 作为嵌入式操作系统。 2.5 本章小结 由于嵌入式系统的软硬件结合比较紧密， 因此必须对常用的嵌入式系统知识进行 了解才能更好的进行系统设计。正是因为如此，阅读了大量资料，对嵌入式系统中的 两个重要的基础嵌入式处理器和嵌入式操作系统进行了介绍， 知道了不同的选择对设 计造成的影响。 第三章 视频监控系统软硬件平台设计 10 第三章 视频监控系统软硬件平台设计 在本系统中所进行的图像的采集及处理的过程都是在 arm9 平台上完成的，所 以本章的重点就是对 arm9 的核心处理器 s3c2410 进行分析，分析 s3c2410 与各接 入设备的接口， 及根据系统需求如何在linux平台下进行内核配置和文件系统的制作。 3.1 嵌入式视频监控系统的组成 本系统主要分为四部分：即图象信号的采集、对图象的 jpeg 编码、图象数据的 网络传输、客户端解码及显示。系统框图的构成如图 3.1 所示。 图图 3.1 视频监控系统示意图视频监控系统示意图 系统的工作原理是：首先移植基于具有硬件功能的嵌入式 linux 操作系统到系统 平台中，系统平台中操作系统启动后加载摄像头驱动，接着图像采集应用程序实现对 图像信号的采集，再对采集到的图像数据使用 jpeg 优化后的算法进行压缩，压缩后 的数据通过网络通信传输到客户端，然后客户端主机收到文件后进行解压显示，从而 实现远程监控。 本系统从设计上来考虑主要涉及的工作如下： 1) s3c2410 处理器与存储器、usb 接口电路、网卡 dm9000、rs232 接口电路的 分析。 2) 图像信号的视频采集的实现。 需要了解和熟练使用 video4linux 内核应用编程 接口函数，关键是做到对图像的快速采集，最后根据 v4l 下视频采集流程完成了对 图片的采集。 3) jpeg 压缩算法的实现。对 jpeg 算法的原理进行分析，并基于嵌入式 linux 摄像头 基于 s3c2410 的 嵌入式微处 理器平台 以太网控制器 dm9000ae pc 客户端 对采集到的图像 进行 jpeg 压缩 长安大学硕士学位论文 11 平台，用 c 语言实现了算法编程4。在此算法的基础上，对 dct 变换部分及量化后 的数据进行分析，针对算法运算量大的问题，对算法进行了优化。 4) 网络通信的实现。分析了 tcp/ip 网络层次结构中 udp 控制协议的原理，介 绍了 socket 通信常用函数的用法，并在 c/s 网络体系结构下，实现了 linux 下基于 udp 协议的 socket 网络通信。 3.2 系统的硬件平台分析 系统的硬件实现框图如图 3.2 所示。该系统平台采用 samsung 公司推出的处理器 s3c2410a， s3c2410a 提供了如下内部设备： 分开的 16kb 的指令 cache 和 16k 数据 cache，mmu 虚拟存储器管理，lcd 控制器，支持 nand flash 系统引导，系统管 理器(片选逻辑和 sdram 控制器)，3 通道 uart，4 通道 dma，4 通道