計算機開題報告

時間：2024-08-07 17:15:38 開題報告我要投稿

關于計算機開題報告

　　題目：基于嵌入式Linux的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

關于計算機開題報告

　　課題類型：科研論文模擬實踐

　　學生姓名：李**

　　學號：****

　　專業(yè)班級：計算機科學與技術061班

　　教學單位：計算機科學與工程系

　　指導教師：***

　　開題時間：***

　　一、畢業(yè)設計（論文）內(nèi)容及研究意義（價值）

　　1.研究內(nèi)容

　　本課題主要研究嵌入式Linux應用系統(tǒng)的開發(fā)過程。其主要包括：

　　（1）、交叉編譯環(huán)境的搭建；

　　（2）、嵌入式Linux的移植；

　　（3）、文件系統(tǒng)的制作；

　　（4）、USB攝像頭的驅動設計；

　　（5）、視頻圖像的采集、壓縮、傳輸?shù)燃夹g。

　　（6）、嵌入式WEB服務器的建立

　　2.研究意義

　　為了更加高效地對監(jiān)控現(xiàn)場進行實時監(jiān)控和遠程監(jiān)控，同時考慮到各方面的成本因素而提出基于嵌入式Linux的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

　　該系統(tǒng)可應用于各種小區(qū)、商場、醫(yī)院看護等公共場所的領域，實現(xiàn)視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡化，數(shù)字化，相比傳統(tǒng)的監(jiān)控模式，使監(jiān)控現(xiàn)場的管理更加便捷，效率更高。

　　二、畢業(yè)設計（論文）研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（文獻綜述）

　　嵌入式Linux（EMBEDEDLINUX）是指對標準Linux經(jīng)過小型化裁剪處理之后，能夠固化在容量只有幾KB或者幾MB字節(jié)的存儲器芯片或者單片機中，是適合于特定嵌入式應用場合的專用Linux操作系統(tǒng)。在目前已經(jīng)開發(fā)成功的嵌入式系統(tǒng)中，大約有一半使用的是Linux，這與它自身的優(yōu)良特性是分不開的。嵌入式Linux同Linux一樣，具有低成本、多種硬件平臺支持、優(yōu)異的性能和良好的網(wǎng)絡支持等優(yōu)點。另外，為了更好地適應嵌入式領域的開發(fā)，嵌入式Linux還在Linux基礎上做了部分改進，如改善了內(nèi)核結構，提高了系統(tǒng)的實時性等。目前國內(nèi)外不少大學、研究機構、和知名公司都加入了嵌入式Linux的研究開發(fā)工作，較成熟的嵌入式Linux產(chǎn)品也不斷涌現(xiàn)。

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)在電信、銀行、交通、電力、水利、石化、智能大廈等諸多領域有著廣泛的應用。隨著計算機技術、多媒體技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)正向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、集成化和智能化方向發(fā)展。

　　以嵌入式視頻Web服務器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中主流的研究現(xiàn)狀，把視頻壓縮和Web服務器集中到一個很小的設備中，可以方便地接入計算機網(wǎng)絡，用戶只要通過Web訪問就可以方便地觀看Web服務器上的攝像機圖像。以嵌入式視頻web服務器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)布控區(qū)域廣闊，系統(tǒng)擴展能力強，可組成非常復雜的監(jiān)控網(wǎng)絡。采用基于嵌入式Web服務器為核心的監(jiān)控系統(tǒng)，在組網(wǎng)方式上與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控和基于PC平臺的監(jiān)控方式有極大的不同。基于Web服務器輸出己完成模擬到數(shù)字的轉換并壓縮，采用統(tǒng)一的協(xié)議（如TCP/IP協(xié)議）在網(wǎng)絡上傳輸，因此支持跨網(wǎng)關、跨路由器的遠程視頻傳輸，性能穩(wěn)定可靠，無需專人管理。

　　數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)設備中具有圖像識別和特征提取的功能，通過圖像分析實現(xiàn)運動探測和報警，使其更具視頻數(shù)字化、系統(tǒng)的網(wǎng)絡化、應用的多媒體化、管理的智能化，這將成為今后數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢。

　　另外，新的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究也受到關注，比如對于一種新的錄像監(jiān)控系統(tǒng)—數(shù)字硬盤錄像機（DigitalvideoRecord，DvR）的研究陽】。數(shù)字硬盤錄像機摒棄了傳統(tǒng)的模擬數(shù)據(jù)，采用了數(shù)字化的方式記錄數(shù)據(jù)。具有存儲量大，成本低，檢索方便的特點，在許多領域受到重用。

　　三、畢業(yè)設計（論文）研究方案及工作計劃（含工作重點與難點及擬采用的途徑）

　　1、設計思路：

　　系統(tǒng)的主體設計思想是將視頻終端和嵌入式Web服務器整合在一起，攝像頭傳送來的視頻信號經(jīng)過壓縮后，通過內(nèi)部總線傳送到內(nèi)置的Web服務器。該服務器可直接接上Internet，網(wǎng)絡上用戶可以直接用瀏覽器（如IE瀏覽器）觀看服務器上的監(jiān)控圖像。

　　這種方案是當前應用較為廣泛的方法，使用了近來發(fā)展迅速的嵌入式技術、網(wǎng)絡化技術以及圖像處理的技術，具有較高的技術水平。由于把視頻采集壓縮和Web功能集成到一個設備內(nèi)直接連入網(wǎng)絡，達到即插即看，省掉很多復雜的電路，安裝也很方便（僅需設置IP地址），用戶無需使用專用軟件，在具有網(wǎng)絡接口的地方都可以直接使用。這種視頻監(jiān)控系統(tǒng)除應用于遠程網(wǎng)絡實驗系統(tǒng)中，也可以應用在其它如小區(qū)，醫(yī)院病床監(jiān)護等各種設備之間距離較大的情況。

　　本文將設計一個基于嵌入式Linux的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)，即對嵌入式Linux在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用展開研究。本系統(tǒng)的主要硬件組成為基于三星S3C2440的mini2440開發(fā)系統(tǒng)和USB攝像頭。操作系統(tǒng)采用在嵌入式技術中流行的嵌入式Linux。系統(tǒng)將實現(xiàn)實驗現(xiàn)場的網(wǎng)絡化實時視頻監(jiān)控，同時具有網(wǎng)絡化遠程控制功能。當然在此基礎上也可實現(xiàn)對多個視頻前端的訪問和控制。

　　本文將對嵌入式Linux在ARM開發(fā)平臺上內(nèi)核、文件系統(tǒng)的開發(fā)和移植，視頻前端設備（USB攝像頭）驅動程序的開發(fā)，視頻圖像的采集和壓縮，服務器的建立及視頻圖像的網(wǎng)絡傳輸?shù)妊芯績?nèi)容進行了詳細的論述，并對系統(tǒng)建成后在實際中的應用進行了測試和實驗。

　　2、應用的技術分析：

　　集計算機技術、通信技術、微電子技術等多種技術為一體的嵌入式技術進入到了一個飛速發(fā)展的階段，嵌入式系統(tǒng)已被廣泛應用到了航空、消費電子、信息家電、網(wǎng)絡通信等各個領域。ARM9S3C2440是嵌入式處理器是性價比較優(yōu)秀的芯片，在各個領域的開發(fā)應用有著廣闊的應用前景。同時ARM9S3C2440微處理器與Linux的結合越來越緊密，逐漸在嵌入式領域得到廣范的應用。目前，在便攜式消費類電子產(chǎn)品、無線設備、汽車、網(wǎng)絡、存儲產(chǎn)品等都可以看到S3C2440與Linux相結合的身影。

　　SamsungS3C2440A是一個很不錯的嵌入式微處理器，價格相當較便宜、內(nèi)部資源多、最主要的是國內(nèi)很多人使用，相關的資料比較多。基本參數(shù)：ARM920T內(nèi)核，400M主頻，最高可達到533M，支持NANDFLASH、NORFLASH、SDRAM、支持STN/TFTLCD、4通道DMA、3通道UART、2通道SPI、IIC總線、IIS/AC97音頻控制器、SD/MMC控制器、2通道USBHOST1通道USBDEVICE、4通道PWM、8通道A/D轉換、觸摸屏控制器、RTC、CMOS攝像頭、多功能I/O及多種電源管理

　　在眾多嵌入式操作系統(tǒng)中，Linux目前發(fā)展最快、應用最為廣泛。性能優(yōu)良、源碼開放的Linux具有體積小、內(nèi)核可裁減、網(wǎng)絡功能完善、可移植性強等諸多優(yōu)點，非常適合作為嵌入式操作系統(tǒng)。一個最基本的Linux操作系統(tǒng)應該包括：引導程序、內(nèi)核與根文件系統(tǒng)三部分。

　　USB設備驅動程序的設計包括主機端設備驅動程序設計、主機控制器驅動程序設計和設備端驅動程序設計三部分組成。主機端設備驅動程序就是通常說的設備驅動程序，它是主機環(huán)境中為用戶應用程序提供一個訪問USB外設的接口。Linux為這部分驅動程序提供編程接口，驅動程序設計者只要按照需求編寫驅動程序框架，通過調(diào)用操作系統(tǒng)提供的API接口函數(shù)可以完成對USB外設的特定訪問。

　　視頻采集是基于Video4Linux的視頻采集模塊來實現(xiàn)，Linux系統(tǒng)中的視頻子系統(tǒng)Video4Linux為視頻應用程序提供了一套統(tǒng)一的API,視頻應用程序通過調(diào)用即可操作各種不同的視頻捕獲設備，包括電視卡、視頻捕獲卡和USB攝像頭等。對于攝像頭的視頻采集，需要使用Video4Linux提供的設備接口/dev/video0,若文件中沒有這個設備文件，則先建立該設備節(jié)點文件。

　　要實現(xiàn)監(jiān)控現(xiàn)場，除了完成視頻采集的編程，還需要把視頻圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸出去，因此需要在完成視頻讀取的基礎上建立WEB服務器，一是為了實現(xiàn)對硬件設備的擴展和訪問，二是為了實現(xiàn)客戶端和服務器之間的數(shù)據(jù)通訊

　　3、技術方案比較：

　　本課題的主要要方案選擇是在操作系統(tǒng)的選擇。除了WinCE的實時性稍差外，大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)的實時性都很強，所以也可稱為實時操作系統(tǒng)RealTimeOperatingSystem.目前最重要的RTOS主要包括：

　　（1）、傳統(tǒng)的經(jīng)典RTOS：最主要的便是Vxworks操作系統(tǒng)，以及其Tornado開發(fā)平臺。Vxworks因出現(xiàn)稍早，實時性很強（據(jù)說可在1ms內(nèi)響應外部事件請求），并且內(nèi)核可極微（據(jù)說最小可8K），可靠性較高等，所以在北美，Vxworks占據(jù)了嵌入式系統(tǒng)的多半疆山。特別是在通信設備等實時性要求較高的系統(tǒng)中，幾乎非Vxworks莫屬。Vxworks的很多概念和技術都和Linux很類似，主要是C語言開發(fā)。但Vxworks因價格很高，所以一些小公司或小產(chǎn)品中往往用不起。不適合我做課題。

　　（2）、WindowsCE嵌入式操作系統(tǒng)：Microsoft也看準了嵌入式的巨大市場，MS永遠是最厲害的，WinCE出來只有幾年時間，但目前已占據(jù)了很大市場份額，特別是在PDA、手機、顯示儀表等界面要求較高或者要求快速開發(fā)的場合，WinCE目前已很流行（據(jù)說有一家賣工控機的公司板子賣得太好，以至來不及為客戶裁減WinCE）。WinCE目前主要為5.0版（。NET），開發(fā)平臺主要為WinCEPlatformBuilder，有時也用EVC環(huán)境開發(fā)一些較上層的應用，雖然有著良好的性能，但開發(fā)成本過高不適宜我們學習。

　　（3）、嵌入式Linux操作系統(tǒng)：Linux的前途除作為服務器操作系統(tǒng)外，最成功的便是在嵌入式領域的應用，原因當然是免費、開源、支持軟件多、呼擁者眾，這樣嵌入式產(chǎn)品成本會低。Linux本身不是一個為嵌入式設計的操作系統(tǒng)，不是微內(nèi)核的，并且實時性不強。目前應用在嵌入式領域的Linux系統(tǒng)主要有兩類：一類是專為嵌入式設計的已被裁減過的Linux系統(tǒng)，最常用的是uClinux（不帶MMU功能），可在ARM7上跑；另一類是跑在ARM9上的，一般是將Linux2.4內(nèi)核系列或者Linux2.6系列內(nèi)核移植在其上，可使用更多的Linux功能（當然uClinux更可跑在ARM9上）。很多人預測，嵌入式Linux預計將占嵌入式操作系統(tǒng)的50%以上份額，非常重要。由于開源免費等等的優(yōu)勢，適合本課題實現(xiàn)，是理想的方案選擇。

　　4、設計重點難點：

　　本課題重點和難點在于交叉編譯環(huán)境的搭建，Linux內(nèi)核的編譯，根文件系統(tǒng)的制作，視頻采集的實現(xiàn)，視頻圖像的壓縮和傳輸?shù)戎R要點。

　　5、總體描述與系統(tǒng)框架：

　　6、各子模塊的實現(xiàn)方法：

　　（1）、建立嵌入式linux開發(fā)環(huán)境：在XP系統(tǒng)中虛擬一個linux開發(fā)環(huán)境，在linux系統(tǒng)下載arm-Linux-gcc交叉編譯工具并配置交叉編譯環(huán)境。

　　（2）、Linux內(nèi)核的移植：配置標準的Linux內(nèi)核，編譯，下載至開發(fā)板中。

　　（3）、文件系統(tǒng)的制作：用busybox編譯一個根文件系統(tǒng)，創(chuàng)建映像文件。

　　（4）、USB驅動設計，修改配置Linux內(nèi)核并編譯。

　　（5）、視頻壓縮：將USB攝像頭傳來的每一幀圖像壓縮成JPEG格式的圖片。

　　（6）、嵌入式WEB服務器的設計：用Boa配置編譯并移植到開發(fā)板中。

　　（7）、用戶瀏覽器訪問服務器實現(xiàn)監(jiān)控：通過局域網(wǎng)設置IP地址與嵌入式Linux系統(tǒng)的IP地址屬同一網(wǎng)段即可訪問服務器。

　　7、預期結果：

　　制作出一個能實際應用的基于嵌入式Linux的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。USB攝像頭能捕獲現(xiàn)場視頻并傳至WEB服務器，同時客戶端的瀏覽器能訪問服務器對監(jiān)控現(xiàn)場進行實時監(jiān)控。

【計算機開題報告】相關文章：

關于計算機專業(yè)的開題報告06-25

計算機專業(yè)開題報告范文08-21