發(fā)布時間：2016-06-25 06:45

第 1 章 緒 論 

1.1 引言 
在互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)普及的今天，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)將每個人聯(lián)系在一起，在如今消費電子智能化，無線傳感器迅速發(fā)展的今天，善于思維拓展的人類將日常生活中的物品組建成一個叫做物聯(lián)網(wǎng)的新網(wǎng)絡(luò)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的管理模式也面臨巨大的改革，近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進入商用化應(yīng)用階段。目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷與互聯(lián)網(wǎng)，通訊等技術(shù)想結(jié)合，已經(jīng)被應(yīng)用于工業(yè)自動化，商業(yè)自動化，交通運輸，物流，管理，公共信息服務(wù)等眾多領(lǐng)域，大幅度提高管理與運作效率，降低營運開支，被認為是下一代信息技術(shù)象征的物聯(lián)網(wǎng)，是可以被當作是互聯(lián)網(wǎng)，計算機，移動互聯(lián)網(wǎng)時代全球科技產(chǎn)業(yè)化的又一重要領(lǐng)域，在基于物聯(lián)網(wǎng)倉儲管理系統(tǒng)各個子系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控又起著舉足輕重的保障作用。1990年以來，依托流媒體技術(shù)，音視頻編解碼技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷進步，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)飛速發(fā)展，在市場化的今天數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品種類主要分為以下兩類，一類是以錄制設(shè)備數(shù)字化為核心的監(jiān)控體系，另一類以采集傳輸數(shù)字化以及小型嵌入式處理為核心的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。以視頻數(shù)據(jù)數(shù)字化采集設(shè)備為中心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)多利用電腦主機作為多媒體監(jiān)控主體，存儲方式采用節(jié)約存儲媒介的磁盤方陣存盤器或光盤存儲器，如此數(shù)據(jù)存儲方式，方便以后對系統(tǒng)視頻數(shù)據(jù)的調(diào)閱查看。 

以嵌入式多任務(wù)處理器為控制核心，網(wǎng)頁服務(wù)器為交互模塊的實時網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，將由圖像采集芯片采集的視頻幀數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮編碼，通過處理器控制器與采集設(shè)備之間的總線將數(shù)據(jù)傳遞給網(wǎng)頁服務(wù)器，倉儲監(jiān)控人員就可以方便借助PC 主機瀏覽器，通過網(wǎng)頁服務(wù)器與處理器之間進行數(shù)據(jù)傳遞，從而觀看到實時采集的數(shù)據(jù)圖像。監(jiān)控設(shè)備的小型化，以及網(wǎng)絡(luò)化，可以實現(xiàn)監(jiān)控人員不受地點時間的限制，即可查看倉儲的視頻信息。

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1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)倉儲管理的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 
組建物聯(lián)網(wǎng)的最初的想法就是通過互聯(lián)網(wǎng)的互通性，將原本獨立的物體連接成新的網(wǎng)絡(luò)的過程，而基于物聯(lián)網(wǎng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)也必定會經(jīng)過單通路模擬信號到多通道的數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化信息傳輸階段的過度，而這個轉(zhuǎn)變的過程歷經(jīng)數(shù)十年，也經(jīng)歷了大致如下的三個重要階段：
第一階段：模擬監(jiān)控系統(tǒng)。視頻信號以模擬型號為主，采用電信號傳輸?shù)碾娎|為傳輸介質(zhì)，鑒于電纜信號衰減特征，此種設(shè)計只能在小范圍實施監(jiān)控，也限定了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控之間地域被限定在一個小范圍內(nèi)。在模擬監(jiān)控中，主要應(yīng)用的技術(shù)是來自于模擬信號傳輸?shù)膫鬏斀橘|(zhì)，以及模擬數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，在傳輸上主要是有線進行傳輸，所以對傳輸物理介質(zhì)有著相當高的要求，一旦傳輸介質(zhì)斷開，監(jiān)控數(shù)據(jù)就會丟失，在用電纜傳輸數(shù)據(jù)傳輸效率不高，但照價相對較低，而用光釬傳輸時，傳輸效率高，但用于傳輸介質(zhì)的成本就過于高昂。 
第二階段：依托電腦終端的半數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)。此類別的監(jiān)控系統(tǒng)在前端圖像的獲得，報警信息采集等都是通過各自采集設(shè)備獨立完成，在獲得數(shù)據(jù)后，又通過獨立個體傳輸媒介匯聚到后臺監(jiān)控服務(wù)終端，后臺監(jiān)控服務(wù)終端利用網(wǎng)絡(luò)共享的方式，，將前端設(shè)備采集到的各種數(shù)據(jù)分享給多個監(jiān)控后臺，而這種監(jiān)控后臺 通常采用設(shè)備廠家生產(chǎn)的工業(yè)控制終端。

第三階段：依托嵌入式網(wǎng)頁服務(wù)器和流媒體編碼壓縮技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的全數(shù)字化系統(tǒng)，前端設(shè)備采集到的流媒體數(shù)據(jù)即是數(shù)字流數(shù)據(jù)，憑借通信網(wǎng)絡(luò)媒介，以及特定網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，將采集到的流媒體音視頻數(shù)據(jù)流經(jīng)多條傳輸通道傳輸，最終達到多點實時監(jiān)控的效果。 

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第2章 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案介紹 

2.1 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體實施方案 

論文系統(tǒng)設(shè)計包含系統(tǒng)外圍硬件以及操作系統(tǒng)軟件相關(guān)兩方面，在功能劃分來說是包含視頻數(shù)據(jù)采集功能模塊，主處理單元，網(wǎng)頁交互模塊等，在完成系統(tǒng)整體硬件環(huán)境的搭建工作后，著重去完成設(shè)計軟件功能相關(guān)的代碼實現(xiàn)過程，而軟件總體架構(gòu)是依托 Linux 操作系統(tǒng)來搭建的，下圖 2-1 是整體架構(gòu)層次圖，其實在一定程度上來說就是按照嵌入式操作系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)來劃分的。其包含有底層硬件層，內(nèi)核引導層，操作系統(tǒng)內(nèi)核層，用戶態(tài)應(yīng)用層。這段程序是用于引導內(nèi)核和加載內(nèi)核的，完成內(nèi)核的全部啟動過程；內(nèi)核引導程序在上電運行后就會將內(nèi)核整體搬移到片外內(nèi)存中，在引導程序運行完后就會設(shè)置 CPU 棧指針到內(nèi)核入口函數(shù)處，緊接著就會去加載內(nèi)核，在內(nèi)核被加載完后就是掛接用戶運行載體的根文件系統(tǒng)，不同的文件系統(tǒng)對應(yīng)管理不同的功能。如網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，在系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)傳輸時就會被調(diào)用，而在這一層中還包括用于不同的驅(qū)動程序，其中就包含 USB 攝像頭驅(qū)動程序，在驅(qū)動程序完成后就可以選擇靜態(tài)編譯或動態(tài)編譯進內(nèi)核，當進行靜態(tài)編譯時是在內(nèi)核被加載就調(diào)用，而動態(tài)編譯只是在相應(yīng)的設(shè)備被打開時才被調(diào)用；在最上層的就是應(yīng)用程序，就 USB 攝像頭來說就是在我們的上位機基于 V4L2 協(xié)議進行上層數(shù)據(jù)的采集，當完成上層數(shù)據(jù)采集后，在經(jīng)過交叉編譯后在 Linux 操作系統(tǒng)中運行，當完成了上層應(yīng)用的開發(fā)后，利用 CGI實現(xiàn)電腦監(jiān)控終端和前段采集設(shè)備的交互。 

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2.2 嵌入式視頻監(jiān)控硬件平臺 
前端數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理與交互，以及終端顯示等。遠端視頻監(jiān)控位于控制管理中心，在監(jiān)控端用于實時圖像數(shù)據(jù)的顯示，以及倉儲環(huán)境數(shù)據(jù)顯示終端，而實現(xiàn)所需只是聯(lián)網(wǎng)的電腦終端，如此極大地簡化控制終端的數(shù)量。 
在一個嵌入式系統(tǒng)中，存儲設(shè)備是必不可少的，而存儲設(shè)備也分兩類，一類可以隨機訪問的，另一類是數(shù)據(jù)斷電后不丟失的塊設(shè)備。NOR  FLASH 采用美國Intel 公司，每片 16Mbyte，芯片內(nèi)部為 128 塊，并且?guī)в?SRAM 接口，隨機存儲設(shè)備含有豐富的地址線和數(shù)據(jù)線，CPU 可以輕松的訪問設(shè)備里的數(shù)據(jù)，而非易失的存儲設(shè)備則是地址線和數(shù)據(jù)線復用，對數(shù)據(jù)的讀寫操作效率沒有隨機存儲設(shè)備高，因此程序可以直接在隨機存儲設(shè)備上運行，不必搬移到內(nèi)存中運行。 塊設(shè)備雖不能直接運行代碼，但是其價格低廉，并且讀寫速度快，因為地址數(shù)據(jù)線復用，在移動程度上也減少了 CPU 引腳數(shù)量。 

FS-S5PC100 硬件平臺還有兩個串口以及一個調(diào)試串口，其利用交叉串口線（RS232）同 PC 主機進行通信，調(diào)試串口是在 uboot 移植階段給內(nèi)核傳遞參數(shù)時可以指定的，通常，駕照內(nèi)核時會有好多的打印信息，而調(diào)試時會需要這些調(diào)試信息，所以我們可以給內(nèi)核傳遞參數(shù)，指定我們需要的是那個串口作為控制臺，一旦指定，內(nèi)核的打印數(shù)據(jù)就會輸出到指定的串口。 

……

第 3 章 基于 Linux 操作系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境搭建 ........................... 13 
3.1 建立交叉編譯環(huán)境 ........................................... 13 
3.2 Bootloader 移植 ............................................ 13 
3.2.1 Bootloader 功能介紹 ................................... 13 
3.2.2 u-boot 的編譯和燒寫 ................................... 14 
3.3 內(nèi)核移植 ................................................... 15 
3.3.1 Linux 內(nèi)核功能劃分 .................................... 15 
3.3.2 內(nèi)核鏡像的編譯和燒寫.................................. 17 
3.4 根文件系統(tǒng)移植 ............................................. 20 
3.4.1 Unix 文件系統(tǒng)概述 ..................................... 20 
3.4.2 根文件系統(tǒng)制作........................................ 20 
3.4.3 文件系統(tǒng)燒寫 .......................................... 22 
3. 5 本章小結(jié)................................................... 23 
第 4 章 Linux 下攝像頭驅(qū)動移植 ...................................... 25  
4.1 Linux 操作系統(tǒng)軟件層次關(guān)系 ................................... 25 
4.2 Linux 驅(qū)動分類和程序開發(fā)步驟................................ 26 
4.2.1 Linux 驅(qū)動分類 ........................................ 26 
4.2.2 Linux 驅(qū)動程序開發(fā)步驟 ................................ 26 
4.3 USB 攝像頭移植.............................................. 27 
4.4 本章小結(jié).................................................... 30 
第 5 章基于 V4L2 協(xié)議的視頻采集及傳輸 ............................... 31 
5.1 Linux 音視頻開發(fā)協(xié)議及系統(tǒng)調(diào)用.............................. 31 
5.2 視頻采集 ................................................... 32 
5.2.1 視頻采集步驟.......................................... 32 
5.2.2 基于 V4L2 協(xié)議視頻采集代碼實現(xiàn)......................... 35 
5.3 面向連接的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議介紹與編程 ........................... 36         
5.3.1 面向連接的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議 ............................... 36 
5.3.2  基于流式套接字的網(wǎng)絡(luò)傳輸編程......................... 37 

5.4 本章小結(jié).................................................... 39 

……

第 6 章 Boa 服務(wù)器移植及網(wǎng)頁設(shè)計

6.1 WEB 服務(wù)器原理和工作流程
Linux 開源網(wǎng)頁服務(wù)器有多種，這些網(wǎng)頁服務(wù)器都是用來在前段采集設(shè)備與后臺監(jiān)控設(shè)備之間進行通信格式轉(zhuǎn)換的，在網(wǎng)頁服務(wù)器中通常會包含設(shè)備的網(wǎng)關(guān)編程 CGI，通過編寫網(wǎng)關(guān)接口程序，來完成網(wǎng)頁不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的請求格式。
將這種前端設(shè)備不認識的語言進行抓換，轉(zhuǎn)換成前端設(shè)備能夠理解的語言，當一旦處理器識別監(jiān)控終端需要那些操作命令時，處理器就做出相應(yīng)的動作，并依托 CGI 將動作轉(zhuǎn)換到控制端。對倉儲環(huán)境參數(shù)的實時查看和配置，用戶管理，密碼管理以及倉儲視頻數(shù)據(jù)的實時觀看和倉儲只能報警，處理等功能是嵌入式網(wǎng)頁服務(wù)器主要實現(xiàn)的。 
獲得連接請求的操作是從請求鏈表中取出請求節(jié)點，用到的函數(shù)是 get_request()，在獲得請求后就處理請求數(shù)據(jù)的頭部信息，則會進行一些列的處理函數(shù)處理，完成頭部信息的提取和設(shè)置，隨后就會去認證請求。如果是 http 網(wǎng)頁請求就通過認證，接下來就是判斷是否是動態(tài)CGI 請求，如果是則調(diào)用 init_cgi()函數(shù)來處理 cgi 程序，否則作為靜態(tài)處理。 

嵌入式網(wǎng)頁服務(wù)器與瀏覽器交互的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議是 HTTP 協(xié)議，而在本系統(tǒng)中需要實現(xiàn)的是程序模塊接口，攝像頭控制界面以及瀏覽視頻的界面。此外還需要對監(jiān)控進行一定的限制，實現(xiàn)監(jiān)控端的并發(fā)請求與同步數(shù)據(jù)請求，以及優(yōu)先級相關(guān)等。 

……

結(jié)論

1）描述了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控到當今網(wǎng)絡(luò)嵌入式視頻監(jiān)控的轉(zhuǎn)變過程，以及當今國內(nèi)外設(shè)計的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和方案設(shè)計。為系統(tǒng)設(shè)計打下理論基礎(chǔ)和強化系統(tǒng)設(shè)計的現(xiàn)實意義。 
2）在設(shè)定系統(tǒng)方案后，著重對系統(tǒng)應(yīng)用軟件平臺搭建工作做出了詳細的介紹，這其中包括內(nèi)核引導程序的設(shè)置，編譯和燒寫；Linux 操作系統(tǒng)內(nèi)核的編譯、移植；根文件系統(tǒng)的制作、移植；以及 Linux 設(shè)備驅(qū)動開發(fā)流程等； 
3）在第四章的開頭部分描述了嵌入式操作系統(tǒng)中的軟件層次結(jié)構(gòu)，緊接其后介紹了內(nèi)核驅(qū)動程序開發(fā)相關(guān)，并結(jié)合本系統(tǒng)中用到的 USB 攝像頭進行移植，需要在內(nèi)核去配置的選項等，最后簡單的測試攝像頭驅(qū)動是否能正常工作。 

4）完成攝像頭驅(qū)動程序開發(fā)后，著重介紹了基于 Linux 的音視頻開發(fā)協(xié)議 V4L2，最后根據(jù)協(xié)議提供的系統(tǒng)調(diào)用，完成了上層應(yīng)用的開發(fā)，實現(xiàn)了視頻數(shù)據(jù) 的采集工作。        

參考文獻（略）

本文編號：61245