基于嵌入式计算机系统的数字视频监控系统的开发研究

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1、http://www.paper.edu.cn基于嵌入式计算机系统的数字视频监控系统的开发研究马枫，张庆英，江霞武汉理工大学物流工程学院湖北武汉（430063）摘要：数字视频监控设备以其较好的图像质量和越来越低的价格，被各个领域广泛采用。本文介绍了基于市场上主流芯片的数字监控设备的一般开发过程，其中一些主要的细节问题，以及其他扩展应用。关键词：ARMDSP视频监控系统ARMLinux1系统设计平台概述1.1硬件平台选择数字视频监控系统包括，摄像头、A/D转换、逻辑电路、系统控制、视频压缩等环节。其中摄像头、A/D转换、逻辑电路转换等设备伸缩性不大，重点在于系统控制和视频压缩的选择。由于数字视频

2、监控系统对网络功能的需求，常用于控制的微控制器是不可选择的，需要新的对网络支持较好的嵌入式处理器。其中，ARM系列占据了75％左右的市场份额，因此控制芯片的选择基本上是不同型号ARM芯片的选择。目前可以选择的系统如下：（1）ARM芯片与DSP共同工作的方式。以ARM7TDMI或者ARM920T等中低端ARM芯片作为系统的主控制芯片，以C6000系列DSP芯片为视频压缩处理器。这样弥补了DSP在控制方面的[1]不足，也最大限度的降低了成本，得到了广泛采用。需要特别提出DSP，根据其设计也能单独完成视频系统全部功能，但其网络应用并不稳定。并且该处理器指令集相当特殊，大多数成熟嵌入式操作系统都不能在

3、其上运行；所以，单独以DSP作为主芯片需要编写RTOS，程序移植性差。因此，DSP一般被作为协处理器，专门处理复杂运算，如FFT、卷积等等。（2）某些高端ARM芯片的单独工作，如XSCALE（PXA270）等，可以独立作为全部系统应用。该类芯片具有很高的主频，和专门对应多媒体应用的指令集（MMX），可以同时完成多媒体和控制功能；部分高端ARM芯片内置了2个核，用以处理大负荷运算。该类产品开发相对容易，但成本太高，一般仅出现PDA和高端便携多媒体设备中。（3）另外，TI等DSP厂商最新产品中将ARM内核、DSP核集成在一起，成为了一片多核的芯片，即性能卓越的OMAP系列，可以认为是ARM＋DSP

4、的延续，但其相对较高的价格，使它更多的还是采用于个人数码消费领域。下面以主流ARM＋DSP方式为例，详细分析数字视频采集及压缩系统。由CCD等设备采集的模拟信号经过A/D转换器后，经过一些逻辑电路（CPLD、FPGA）后成为CIF或QCIF等未压缩的数字信号；DSP将这些数据压缩成一定的格式，如H.263、MPEG-4等，然后由ARM处理器发送到网络中。可以强调的是，整的系统的中心控制是由ARM芯片完成的，包括启动DSP处理器的启动和控制。1.2ARMLinux以及μcLinux操作系统平台为了方便应用程序的开发和移植，一般需要在嵌入式计算机系统中移植专门的操作系统。专用于嵌入式系统的操作系统

5、众多，但在人机界面、娱乐要求不高的情况下，开源操作系统Linux具有更好的经济性和实用性。其中，Linux的一些变种ARMLinux、µcLinux在嵌入式应用领域表现优良。[2]这里以ARMLinux为例介绍嵌入式系统的操作平台的建立。1.2.1交叉编译环境的建立嵌入式系统一般情况下I/O设备相当简单，并且应用专一，其应用程序并不能如通用PC系统那样在本机上编译生成；一般需要采用交叉编译的方式，即在另一台宿主机上（一般是通用PC），通-1-http://www.paper.edu.cn过特定的编译工具，编译生成在嵌入式处理器上运行的代码；再通过其他手段下载到嵌入式系统中调试运行，如JTAG、

6、网口、串口等。开发嵌入式系统上的程序，需要在开发PC上先建立交叉编译环境。对于RedHat9.0环境下，只需要下载并安装arm-linux-gcc-3.3.2.tar.gz即可。1.2.2操作系统内核准备。建立一个ARMLinux操作系统平台首先要准备Linux内核镜像，即编译好的二进制代码。这在操作系统的移植中是十分关键的一步，可参考以下过程。首先，在网络上下载Linux-kernel-2.6.5源代码包以及Linux对于ARM的补丁包，通常使用的是rmk补丁系列，这里采用的是patch-kernle-2.6.5-rmk2补丁。接着对打好补丁的内核进行适当裁减。需要说明的是，Linux内核是

7、高度模块化的，其所有的功能以模块的形式进行组织，裁减Linux即去除在设计中不需要使用的功能模块及设备驱动。大致分为两步：（1）选择内核所在的系统平台，主要针对该系统的主处理器。（2）进行模块裁减，裁减的内容，主要集中在文件系统、网络支持、设备驱动中。内核的裁减并不意味着完全地裁减，针对嵌入式应用，某些模块是必须选择上。虽然Linux内核功能模块化，但有些模块必须依赖于其他模块才可以工作，Linu