学校代号：１０５３２

学号：Ｓ０８０７３０１ｌ

密级：不保密

湖南大学硕士学位论文

基于ＡＲＭ的视频采集与显示系统的设计与实现

ＴｈｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＶｉｄｅｏＣａｐｔｕｒｅａｎｄＤｉｓｐｌａｙ

ＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＡＲＭ

ｂｙ

ＢＡＩＬｉｐｅｎｇ

Ｂ．Ｅ（ＨｕｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）２００８

Ａｔｈｅｓｉｓｓｕｂｍｉｔｔｅｄｉｎｐａｒｔｉａｌｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅ

ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆ

ＭａｓｔｅｒｏｆＳｃｉｅｎｃｅ

ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ｉｎｔｈｅ

Ｇｒａｄｕａｔｅｓｃｈｏｏｌ

ｏｆ

ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ

ＰｒｏｆｅｓｓｏｒＬｉＱｉｕｈｏｎｇＡｐｒｉｌ，２０１１

湖南大学

学位论文原创 ｜生声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：面丑煦日期：‘ｈ。／年厂月Ｌ日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

本学位论文属于

１．保密口，在一年解密后适用本授权书。

２．不保密团。

（请在以上相应方框内打”４”）

导师签名：磊∥作者签名：７萄丑而寸日期：２纠／年ｆ月１日

日期：≥９ｆ厂年莎月乙日

基于ＡＲＭ的视频采集与显示系统的设计与实现

摘要

随着人们对信息需求的增加、网络技术的进步和物联网技术的兴起，网络视频图像采集与显示技术变得愈发重要。然而现有的基于ＰＣ（个人计算机，ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ的缩写）的网络视频图像采集与显示系统存在成本高、体积大、资源得不到充分利用的缺点。而嵌入式系统所具有的功耗低、体积小、成本低等优点恰好可以弥补上述的不足，随着嵌入式技术的发展，该系统与嵌入式技术的结合成为其未来发展的趋势之一，具有广阔的应用前景和实用价值。

本文分析并总结了视频图像采集与显示系统的研究现状和发展趋势，结合嵌入式技术所具有的成本低、功耗低、稳定性高等优点，设计并实现了基于嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统和ＡＲＭ微处理器的视频图像采集与显示系统。硬件方面，采用ＡＲＭ微处理器￥３Ｃ２４４０Ａ等作为硬件平台；软件方面，建立了软件开发环境，包括交叉编译环境的建立和嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统的移植等。简要介绍了硬件平台的微处理、ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ存储芯片、ＵＳＢ摄像头等部分。详细介绍了系统软件各部分的功能及其关键代码的实现，利用新一代的Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ２实现了视频图像的采集，分别采用基于传输控制协议（ＴＣＰ）的ｓｏｃｋｅｔ编程和实现实时传输协议（ＲＴＰ）的ＪＲＴＰＬＩＢ库完成了视频数据的传输，而视频图像的显示部分则利用ＳｉｍｐｌｅＤｉｒｅｃｔＭｅｄｉａＬａｙｅｒ在Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下开发实现，最后对分别基于传输控制协议和实时传输协议得到的视频图像进行了简要的比较分析。

本文设计的基于ＡＲＭ微处理器的嵌入式网络视频图像采集与显示系统成本

低、体积小、安装使用方便，实现了视频图像的采集和显示的功能。

关键词：嵌入式Ｌ．ｎｕｘ；ＡＲＭ；Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ２；ＴＯＰ；ＲＴＰ；ＳＤＬ

硕士学位论文

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｎｅｔｗｏｒｋｖｉｄｅｏｉｍａｇｅｃａｐｔｕｒｅａｎｄｄｉｓｐｌａｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｄｅｍａｎｄｆｏｒｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｒｉｓｅｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓ．Ｂｕｔｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｎｅｔｗｏｒｋｖｉｄｅｏｉｍａｇｅｃａｐｔｕｒｅ

ａｓａｎｄｄｉｓｐｌａｙｂａｓｅｄｏｎＰＣ（ｐｅｒｓｏｎａｌｃｏｍｐｕｔｅｒ）ｈａｓｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｍｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｆｏｌｌｏｗｓ，ｈｉｇｈｃｏｓｔ，ｂｕｌｋｙａｎｄｎｏｔｆｕｌｌｙｕｔｉｌｉｚｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，

ｃｏｓｔｃａｎｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｓｍａｌｌｓｉｚｅａｎｄｌｏｗｍａｋｅ

ｕｐｆｏｒｔｈｅｌａｃｋｏｆｐｅｒｓｏｎａｌｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｅｍｂｅｄｄｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｖａｌｕｅｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔｂｅｃｏｍｅｓｏｎｅｏｆｉｆｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓ．

Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｖｉｄｅｏｉｍａｇｅｃａｐｔｕｒｅａｎｄｄｉｓｐｌａｙｓｙｓｔｅｍ’Ｓｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄ，ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｖｉｄｅｏｉｍａｇｅ

ｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｃａｐｔｕｒｅａｎｄｄｉｓｐｌａｙｅｍｂｅｄｄｅｄＬｉｎｕｘｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄＡＲＭ

ａｓｍｉｃｒｏ－ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ’Ｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈｌｏｗ

ｃｏｓｔ，ｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｈｉｇｈｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｅｔｃ．Ｉｎｔｈｅａｓｐｅｃｔｏｆｈａｒｄｗａｒｅ，ｉｔｔａｋｅｓＡＲＭｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ￥３Ｃ２４４０Ａ

ｔｈｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｓｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ．ＩｎｔｈｅａｓｐｅｃｔｏｆＳｏｆｔｗａｒｅ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｃｒｏｓｓ－ｃｏｍｐｉｌａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＬｉｎｕｘｓｙｓｔｅｍ’Ｓｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｍｉｃｒｏ—ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＮＡＮＤＦＬＡＳＨｍｅｍｏｒｙ

ｐｌａｔｆｏｒｍａｒｅｃｈｉｐａｎｄＵＳＢｃａｍｅｒａｏｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ’Ｓｓｏｆｔｗａｒｅｐａｒｔａｎｄｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ

ａｒｅｏｆｔｈｅｋｅｙｃｏｄｅ

ｎｅｗｖｅｒｓｉｏｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｄｅｔａｉｌｅｄｌｙ．Ｔｈｅｃａｐｔｕｒｅｏｆｔｈｅｖｉｄｅｏｉｍａｇｅｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅ

ｏｎＶｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ２ｉｓｖｉｄｅｏｄａｔａｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｓｏｃｋｅｔｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｂａｓｅｄＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｔｏｃｏｌ

（ＴＣＰ）ａｎｄＪＲＴＰＬＩＢｌｉｂｒａｒｙｂａｓｅｄｏｎＲｅａｌ－ｔｉｍｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＲＴＰ）ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ．ＴｈｅｄｉｓｐｌａｙｐａｒｔｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｎｄｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇＳｉｍｐｌｅＤｉｒｅｃｔＭｅｄｉａＬａｙｅｒｉｎｔｈｅＷｉｎｄｏｗｓ

ｂａｓｅｄｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｂｒｉｅｆｃｏｍｐａｒｅａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｖｉｄｅｏｉｍａｇｅｓＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｔｏｃｏｌａｎｄＲｅａｌ—ｔｉｍｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｔｏｃｏｌｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．

ＴｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｎｅｔｗｏｒｋｖｉｄｅｏｉｍａｇｅｃａｐｔｕｒｅａｎｄｄｉｓｐｌａｙｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＡＲＭｍｉｃｒｏ－ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｉｓｌｏｗｃｏｓｔ，ｓｍａｌｌａｎｄｅａｓｙｔｏｉｎｓｔａｌｌ，ｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｖｉｄｅｏｉｍａｇｅｃａｐｔｕｒｅａｎｄｄｉｓｐｌａｙ．

基于ＡＲＭ的视频采集与显示系统的设计与实现皇罩詈皇暑暑詈暑皇詈詈詈鲁詈毫皇昌暑皇皇暑葛皇詈詈詈皇皇暑詈＝＝＝＝＝＝＝＝兽暑詈寡詈詈暑詈皇詈暑暑皇詈＝詈詈詈詈穹詈暑暑暑詈皇詈暑皇暑皇詈毫詈暑＝鲁摹皇葛詈葛＝鼍暑穹暑穹皇穹昌兰詈皇暑鲁詈皇穹暑皇量鼍

ＫｅｙＷｏｒｄｓｚＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍＬｉｎｕｘ；ＡＲＭ；Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ２；ＴＣＰ；ＲＴＰ；ＳＤＬ

硕士学位论文

目录

学位论文原创性声明及学位论文版权使用授权书……………………………．Ｉ摘要…………………………………………………………………………ＩＩＡｂｓｔｒａｃｔ……………．…………………………．……………………．………………………………．ＩＩＩ第１章绪论…………………………………………………………………１

１．１课题背景及意义…………………………………………………………………．１

１．２研究现状…………………………………………………………………．２

１．２．１嵌入式系统研究现状…………………………………………２

１．２．２视频采集与显示技术研究现状………………………………．２

１．３发展趋势………………………………………………………………３

１．４论文主要研究工作及章节安排……………………………………………５

１．４．１论文主要研究内容………………………………………………………．．５

１．４．２论文章节安排……………………………………………………………．．５

第２章系统开发平台搭建………………………………………………………７

２．１嵌入式系统概述…………………………………………………………７

２．２系统硬件平台设计…………………………………………………………………１０

２．２．１硬件平台概述…………………………………………………１０

２．２．２Ｓ３Ｃ２４４０微处理器…………………………………………………………．１１

２．２．３ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ………………………………………………………………．．１３

２．２．３网络接口………………………………………………………………………．．１５

２．２．３ＵＳＢ摄像头……………………………………………………一１６

２．３系统软件功能设计……………………………………………………．．１７

２．４系统软件开发环境的建立……………………………………………．１９

２．４．１交叉编译环境的建立…………………………………………１９

：！．４．２Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ……．……………．…………………．………………………………１９

２．４．３Ｌｉｎｕｘ内核的裁剪与移植………………………………………………．２０

２．４．４构建根文件系统……………………………………………………………２１

２．５本章小结……………………………………………………………２３

第３章视频图像采集…………………………………………………………………………．２４

３．１Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ２简介………………………………………………………………．２４

３．２Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ２视频图像采集……………………………………………………．．２６

３．３ＹＵＶ视频格式……………………………………………………………………３０

基于ＡＲＭ的视频采集与显示系统的设计与实现

３．４本章小结…………………………………………………………………３１

第４章图像数据的网络传输…………………………………………………３２

４．１ＴＣＰ／ＩＰ与ＲＴＰ…………………………………………………………………………．３２

４．１．１ＴＣＰ／ＩＰ…．．．．．．．…．．．．．．．．．…………．．．…．．．．．…．……．．．…．．．．．．…．．．…．．．．．．．．．．３２

ｚＩ．１．２ＲＴＰ．．．．．．．…．．．．．…．．．．．．．．．．．．．．…．．…．．．．．………………．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３４

４．２Ｓｏｃｋｅｔ简介……………………………………………………………………………．．３４

４．３图像数据的网络传输…………………………………………………３６

４．３．１基于ＴＣＰ的网络传输３６

４．３．２基于ＲＴＰ的网络传输４０

４．４本章小结……………………．４２

第５章视频图像的显示………………４３

５．１ＳＤＬ简介及开发环境的搭建………………………………………．．４３

５．２显示程序的实现………………………………………………………４３

５．３系统运行结果………………………………………………………………………．．４８

５．４图像数据的保存与回放………………………………………………………．．５０

５．５本章小结………………………………………………………………．．５１

论…………………………………………………………………………………………………５２

考文５４谢５８

录Ａ攻读学位期间发表的学术论文…………………………………．５９

结参致附附录ＢＡＲＭ９开发板实物图…………………………………………………………．．６０