基于ARM的远程视频监控系统研究
摘要
视频监控系统是一门集计算机技术、通信技术和数字视频技术于一体的综合系统。目前视频监控正向着数字化、网络化的方向发展。实现基于网络的视频监控系统的关键是一种嵌入式设备，它应该能够采集压缩视频数据并通过网络进行传输。
本文介绍了一种基于嵌入式Linux的网络视频监控系统的设计和实现方法。首先从整体上分析了网络视频监控系统的总体设计方案，给出了视频服务器的硬件框架和软件体系，并重点讨论了在ARM处理器上实现MPEG-4压缩编码的方法。其次在ARM硬件平台成功构建了armlinux嵌入式系统：包括引导程序Bootloader的设计、修改配置linux内核以及制作JFFS2文件系统。其中创新地提出了从nandflash启动U-BOOT具体设计方法。为了完成系统进一步的视频采集工作，系统实现了USB数码摄像头的驱动。在应用程序开发过程中，首先设计了基于Video4Linux的视频采集程序，并采用mmap(内存映射)方式截取图片。其次重点分析了MPEG-4编码模型XVID程序中的运动估计部分，并研究了半像素快速搜索算法，从而减少了搜索点数提高了运算速度。最后利用开源JRTPLIB库实现视频数据流的RTP传送。
整个设计都是在深圳旋极公司研制的SUPER-ARM硬件平台上进行的，linux内核采用2．4．18。其中MPEG-4编码优化测试是在ARM Developer Suite(ADS) version 1．2中完成。
本课题为在ARM平台实现网络视频监控的设计做了有益的探索性尝试，对今后进一步完成远程嵌入式视频监控系统的设计有着积极的意义。
Video surveillance system is a integrated technology, including computer,communication and digital video technology. At present the video surveillancesystem is developing at digitization and network. An embedded system device is keyto video surveillance based on network. It should be able to gather video data andcarry on data through network.
This article introduced a method of network video surveillance system based onLinux. At first, has analyzed a design plan of network surveillance system from thewhole, introduced the hardware and the software system, and discussed emphasislyMPEG-4 encoding on ARM processor. Next constructed armlinux in the ARMhardware platform successly including Bootloader design, configuring linux kernelas well as JFFS2 file system. Starting U-BOOT from nandflash is a new method. Inorder to complete next work, the paper has realized the driver of USB camera. In theapplication programming, has first designed video gathering program based on theVideo4Linux, and uses mmap () to capture. Next has emphasisly analyzed XVIDcode, MPEG-4 module, and optimizing the code of movement estimate part. Finallyuses JRTPLIB to carry video stream.
All design is based on SUPER-ARM hardware platform in Shenzhen. Linuxkernel version is 2.4.18. ADS 1.2(ARM Developer Suite) is used testing MPEG-4code. This paper has made the beneficial exploration realize network videosurveillance system based on ARM, and help to further study on remote embeddedvideo surveillance system.
本文介绍了一种基于嵌入式Linux的网络视频监控系统的设计和实现方法。首先从整体上分析了网络视频监控系统的总体设计方案，给出了视频服务器的硬件框架和软件体系，并重点讨论了在ARM处理器上实现MPEG-4压缩编码的方法。其次在ARM硬件平台成功构建了armlinux嵌入式系统：包括引导程序Bootloader的设计、修改配置linux内核以及制作JFFS2文件系统。其中创新地提出了从nandflash启动U-BOOT具体设计方法。为了完成系统进一步的视频采集工作，系统实现了USB数码摄像头的驱动。在应用程序开发过程中，首先设计了基于Video4Linux的视频采集程序，并采用mmap(内存映射)方式截取图片。其次重点分析了MPEG-4编码模型XVID程序中的运动估计部分，并研究了半像素快速搜索算法，从而减少了搜索点数提高了运算速度。最后利用开源JRTPLIB库实现视频数据流的RTP传送。
整个设计都是在深圳旋极公司研制的SUPER-ARM硬件平台上进行的，linux内核采用2．4．18。其中MPEG-4编码优化测试是在ARM Developer Suite(ADS) version 1．2中完成。
本课题为在ARM平台实现网络视频监控的设计做了有益的探索性尝试，对今后进一步完成远程嵌入式视频监控系统的设计有着积极的意义。
Video surveillance system is a integrated technology, including computer,communication and digital video technology. At present the video surveillancesystem is developing at digitization and network. An embedded system device is keyto video surveillance based on network. It should be able to gather video data andcarry on data through network.
This article introduced a method of network video surveillance system based onLinux. At first, has analyzed a design plan of network surveillance system from thewhole, introduced the hardware and the software system, and discussed emphasislyMPEG-4 encoding on ARM processor. Next constructed armlinux in the ARMhardware platform successly including Bootloader design, configuring linux kernelas well as JFFS2 file system. Starting U-BOOT from nandflash is a new method. Inorder to complete next work, the paper has realized the driver of USB camera. In theapplication programming, has first designed video gathering program based on theVideo4Linux, and uses mmap () to capture. Next has emphasisly analyzed XVIDcode, MPEG-4 module, and optimizing the code of movement estimate part. Finallyuses JRTPLIB to carry video stream.
All design is based on SUPER-ARM hardware platform in Shenzhen. Linuxkernel version is 2.4.18. ADS 1.2(ARM Developer Suite) is used testing MPEG-4code. This paper has made the beneficial exploration realize network videosurveillance system based on ARM, and help to further study on remote embeddedvideo surveillance system.
引文
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[2] 钟玉琢，向哲，沈洪．流媒体和视频服务器．北京：清华大学出版社，2003年6月．
[3] 马忠梅，李善平．ARM&Linux嵌入式系统教程．北京：北京航空航天大学出版社，2004年9月．
[4] 杜春雷．ARM体系结构与编程．北京：清华大学出版社，2003年2月．
[5] S3C2410 RISC MICROPROCESSOR Datasheet, Samsung Semiconductor.
[6] 李善平．Linux与嵌入式系统．北京：清华大学出版社，2003年1月．
[7] 李善平，刘文峰．LINUX内核2.4版源代码分析大全．北京：机械工业出版社，2002年4月．
[8] 周小波．嵌入式linux操作系统及其应用研究：[学位论文]．大连：大连理工大学，2002年6月．
[9] 毛德操，胡希明．Linux内核源代码情景分析．杭州：浙江大学出版社，2002年5月．
[10] 钟玉琢，王琪，贺玉文．基于对象的多媒体数据压缩编码国际标准-MPEG4及其校验模型．北京：科学出版社，2000年9月．
[11] 吴国勇，邱学刚，万燕仔等．《网络视频流媒体技术与应用》北京：北京邮电大学出版社。2001年11月．
[12] Cirrus Logic, Inc. 《CS8900A.pdf》.America Cirrus Logic Co.
[13] http://www.webeye.net.cn/
[14] OV511+ Datasheet.OminiVision Technologies, Inc., 2002.2.
[15] 李心益，裘正定．基于MPEG-4标准和嵌入式技术的数字监控系统．中国多媒体视讯2003第9期：30～34
[16] 孙纪坤，张小全．嵌入式Linux系统开发技术详解—基于ARM．北京：人民邮电出版社，2006年8月．
[17] 詹荣开．嵌入式Rootloader技术内幕．嵌入式应用，2003(2)：21-27．
[18] K9F1208U0A Datasheet.SAMSUNG Electronics CO.LTD.
[19] 刘晔，汪灿华：《从NAND闪存启动U-BOOT的设计》，《电子设计应用》，2007(2)．
[20] 刘峥嵘，张智超．嵌入式Linux应用开发详解．北京：机械工业出版社．2005年1月．
[21] 戴丽．基于vide041inux的USB摄像头图像采集实现．合肥：合肥工业大学2006年7月．
[22] 赵炯．Linux内核完全注释．北京：机械工业出版社．2000年2月．
[23] Lingzhi_Shi基于vide041inux的视频设备编程2004年4月．
[24] Alan Cox. video41inux programming
[25] 王清亮，李中福，刘玉珊等，XVID频编码技术．河南职业技术师范学院学报，vol．32， No.1, 2004年3月.
[26] Iain E. G. Richardson. H. 264 and MPEG4 video compression for next-generation multimedia. Jone Wiley, 2003.
[27] 姚庆栋．毕厚杰，王兆华等．图象编码基础．北京：人民邮电出版社，1984年3月．
[28] 杨长生，图像与声音压缩技术．浙江：浙江大学出版社，2000年5月．
[29] 章毓晋，图象工程(上册)——图象处理和分析，北京：清华大学出版社，1999年4月．
[30] 夏良正，数字图像处理，南京：东南大学出版社，1999年8月．
[31] C. H. Cheng, L. M. Po. A novel cross-diamond search algorithm for fast block motion estimation. IEEE Trans, Circuits Syst, Video Technol, vol 12, 2002
[32] Xuan Jing, Lap-Pui Chau. An efficient three-step search algorithm for block motion estimation. IEEE transactions on multimedia, VOL 6, No 3, June 2004
[33] 顾淑珍等编著，宽带增值服务开发实例，北京：机械工业出版社，2002年8月．
[34] 黄永峰等编著，IP网络多媒体通信技术，北京：人民邮电出版社，2003年4月．
[35] 李驹光．ARM应用系统开发详解．北京：清华大学出版社，2003年12月．
[36] 李驹，梁修如，严国萍嵌入式视频监控服务器系统典型方案及其性能分析 电视技术．2005年第10期．
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