视频检测系统开发（S3C2440A处理器）

摘要

　　改革开放以来，我国社会经济取得快速发展，基础设施建设同样发展迅速，进入 21 世纪后，我国在半导体集成电路、通信基础服务设施、互联网基础设施等领域发展较快。十多年以来，我国政府着力推进“平安城市”、“平安医院”、“平安校园”的建设，视频监控是其中重要的一个部分，因而视频监控器材市场发展活跃，需求旺盛，我国监控摄像头正以每年 20%的增长率在极大地扩展安防市场，国内安防设备服务商海康威视仅 2014 年的营业就达到 170 多亿元，增长率甚至超过了60%，我国视频监控市场存在着巨大的需求和发展空间。

　　除此以外，随着人们的生活水平不断提高，老百姓也开始关注家庭的安防与安全，比如在物联网智能家居系统、车联网应用系统中也发挥着巨大作用。现如今，视频监控技术无时不刻地应用在我们的生活的方方面面，不仅保护了人们的生命财产安全，也促进了社会的智能化发展。

　　本文基于云计算技术结合嵌入式 Linux 技术，设计出更具先进性的视频检测系统，该系统能解决视频检测系统中的数据处理与存储的难题。通过对当前国内外监控与检测技术的发展现状以及当前流行的信息技术云计算的深入分析，本文提出一种基于云计算的嵌入式Linux 视频检测系统。本系统设计采用 S3C2440A 作为处理器，嵌入式 Linux 作为该设计的操作系统，有线光纤网络作为该设计的网络方案，阿里云服务作为该设计的云服务器端和云存储设备，USB 摄像头作为该设计的视频检测采集设备。系统将检测到的运动目标物体进行拍照存储在云端服务器中，可以通过移动终端或者本地计算机访问云端服务器查看检测的数据信息和照片结果，充分体现云服务更为安全和便利的优点，开源的 Linux 使得该方案可以得到较好的推广和工程实践。该系统解决了数据信息更加安全和更大容量的存储问题，也使得服务器的管理和维护更加方便。实验结果表明基于云计算的嵌入式Linux 视频检测方案是可行的，能够达到设计要求，基本满足工程应用。

　　本文论述了视频监控与检测技术的发展背景、国内外发展近况，通过研究文献以及信息科学技术的发展趋势，提出了本文的设计总体方案，然后就方案中的具体要求分步进行详细论述和开发，方案及开发中的主要几个部分分别是：云端服务器、ARM9 开发板、USB 摄像头、网络、本地开发环境。按照文章提出的总体设计方案，从开发平台搭建、嵌入式系统移植、驱动开发、Linux 服务器开发等方面进行了详细的论述和设计。在完成系统的整体构建和开发后，对系统进行调试和测试，并评价测试结果，最后对全文做了总结，指出可以改进的地方和后续开发的设想。

　　关键词：云计算；嵌入式；Linux；视频检测

ABSTRACT

　　Since the reform and opening up, China's economy has achieved rapid development, so does the infrastructure construction. After entering in 21st Century, China makes great progress, especially in the areas of semiconductor integrated circuit, communication infrastructure facilities, internet infrastructure. In recent three years, The rapid development of domestic intelligent mobile phone accelerates the rise of mobile Internet. People realize high-efficient shopping, office and remote access human-computer interaction anywhere through mobile phones, tablet PCs and other intelligent devices. For more than a decade, The China’s government makes efforts to promote the "green city", "safe hospital", "safe campus" constructions that leads to the development activity of video monitoring equipment market and its strong demand. Our country is the rate of expansion of the security market surveillance cameras greatly increased by 20% per year. The domestic security equipment service company, Hikvision, sales reached about 17 billions with growth rate of 60% in 2014. It proves that the video surveillance market in China exits a huge demand and development space. In addition, with the people's living standard continues to improve, people begin to pay attention to the security of family. For example, it is playing a important role in smart home system and internet of vehicles. Nowadays, the application of video surveillance technology impacts our life at all aspects. Not only to protect the safety of people's life and property, but also promote the development of intelligent society.

　　This paper will design a kind of advanced video detection system based on the cloud computing technology combined with embedded Linux technology. This system can solve the problems of data processing and storage in the video detection system. Through the research on the current situation of domestic and international monitoring and detection and the current popular information technology, in this paper, we put forward a kind of embedded Linux video detection system based on cloud computing. The S3C2440A is the core processor in the system, Linux system is used as the embedded system, and cable broadband network is used to link to the internet. Aliyun server is the server and storage devices, and USB camera is used as the surveillance camera. It will store the moving object detected as pictures in the cloud server, people can access to the cloud server for browsing data and pictures through the smart terminal or computer. The system will fully reflects the advantages of cloud computing in secure and convenient. At the same time, the openness of the Linux also makes the program easier to popularize and application in reality. The system, it solves problem of both in terms of secure data storage and in larger capacity storage. Also, the system makes it more convenient for engineering to manage and maintain the server. From experimental results, it shows that the design is feasible for the embedded Linux video detection system based on cloud computing. The system designed can meet the engineering application.

　　In this paper, it introduces the background of the technology and the status of domestic and abroad firstly. Based on consulting a large number of data and literature and understanding the development trends of information science and technology, it puts forward the design of the paper.Then, it discusses on how to develop the program in detail. The main pars of the design are cloud server, ARM9, USB camera, network, and the environment of the local development. After complete the design of these programs, it tests the system and evaluation the test results. At last, it makes a summary to the full text and proposes the improvement.

　　KEY WORDS ： cloud computing ； embedded ； linux ； video detection

　　随着当今科技的发展，特别是近几年里发展迅速的云计算技术、物联网技术，已经极大地改变了我们的生活方式。视频监控技术被被广泛地应用在金融、教育、医疗、交通、农业等各行各业，并发挥了巨大作用。随着人民群众保护人身财产和自身安全意识的不断增强,作为安防重要手段的视频监控系统获得了广泛的釆用，公共场所布置了大量的监控设备，特别是金融、军事、商业等方面和领域。

　　现在，我们可以普遍看到，在银行的营业厅、办公区域、ATM 机，学校的教室、图书馆、宿舍区，在城市的十字路口、大型广场、停车场，在旅游景区的售票处、热门景点、纪念品销售处，在写字楼的电梯里、办公室、走廊等等区域，都布满了各种监控设备，视频监控设备成了安防的重要组成部分。

　　回顾传统的视频监控与检测系统，往往采用非自动化的方式对摄像头所检测到的视频图像进行后期的分析与处理，而视频检测到的数据量又非常巨大，人工地实时监测视频画面的信息，容易造成监控与检测信息的丢失或遗漏，同时，人工的视频过滤方式，极大地浪费人力资源，增加了人力成本，因此，传统的视频监控技术不能满足当今的社会发展需求。智能视频监控系统是综合数字图像处理技术，模式识别，机器视觉，人工智能，通信技术等相关知识实现的全天候，实时自主的分析视频信号的智能系统[2]。

　　传统的视频监控检测技术往往是使用本地的计算机硬盘或者嵌入式系统的闪存作为数据信息采集后的存储介质，并且大多将根文件系统烧入监控设备的NAND 中。以上容易造成两点缺陷：当需要更改或维护监控设备的底层及应用程序时将变得异常麻烦，维护成本大，容易造成资源浪费；对于存储设备来说，无论是大容量的硬盘或者较小容量的闪存，当读写不当、设备存储空间不足、存储设备损坏时，极易造成所存储数据的丢失，特别是大型商场、购物中心、车站等在存储设备的存放位置达不到抗震抗火等条件时，存储数据的丢失往往是最惨重的。

　　云计算[3]，特别是近些年来公有云、私有云、混合云的不断发展，虚拟化技术的日渐成熟，以及以阿里云为代表的公有云市场在国内的出现，推动了其他领域的技术创新。云存储，跟传统理念中的的硬件存储不同，云存储是基于网络设备的一种新型的存储服务，用户不再需要自己的存储设备和数据中心，只需要向云储存服务商申请使用权限即可以使用存储服务。云存储这个概念一经提出，记得到了众多厂商的支持和关注，Amazon 公司推出的弹性块存储（EBS）技术支持数据持久性存储，Google 推出在线存储服务 Gdrive[4]。视频检测系统也由原来的集中式网络存储模式渐渐转向云计算与云存储的模式，不仅能够很好地解决存储设备容量不足的问题，还能根据数据量的大小弹性伸缩计算能力与改变存储容量，云平台的备份机制能更好地保护数据的安全。

　　在当前的视频监控与检测背景下，本文设计的系统结合嵌入式系统、计算机网络技术、云计算技术实现远程实时监控与检测，实现视频的智能检测，并将监测与检测关键信息存储于云端，保证重要检测数据的安全，实现远程异地的实时访问。

　　从国内外的发展趋势来看，视频监控技术自发展以来经历了三次变革：基于模拟摄像机的模拟视频监控系统阶段、基于微型计算机的数字视频监控系统阶段、基于嵌入式网络的技术的视频监控系统阶段[5]。与之相应的监控数据存储方式也经历了几个阶段：VCR 模拟数据存储阶段、DVR 数字数据存储阶段、集中式网络存储阶段。随着云计算技术与物联网技术的深入发展，业内开始关注于将嵌入式视频监控技术与云计算技术相结合的设计趋向，这种传统技术与新兴技术的结合是视频监控与检测技术的发展热点。

　　模拟视频监控系统[6]。早期的视频监控是非实时的，主要由摄像机、显示器和录像机等模拟设备实现和传输，传输距离短、功能简单、可靠性较差、且只能点对点传输[7]。

　　数字视频监控与检测系统，随着计算机科技的进步，多媒体技术的进步，数字信号处理技术的进步以及存储技术的快速发展,数字视频监控系统使用硬盘作为存储介质，系统具有了简单的网络功能[8]。

　　嵌入式网络视频监控与检测系统，嵌入式系统的发展促进了视频监控技术的向前推进，该阶段，综合运用了计算机网络技术、数字信号处理技术、嵌入式系统技术、集成电路和人工智能等学科知识[9]。嵌入式网络视频监控系统具有性能稳定、使用方便、易于模块化开发、数据传输量大、速度快等诸多有点，使得嵌入式网络视频监控系统成为当前社会视频监控系统给的主流方式[10]。

　　基于云计算的视频监控与检测系统。伴随着互联网技术和计算机网络技术的飞速发展，特别近几年发展强势的云计算技术，使得视频监控技术有了新的发展方向。基于云计算的视频监控系统不仅能体现嵌入式网络视频监控系统的优势，还具备云计算的特殊优势，使得视频信息成为数据，数据成为服务，产生社会价值。

　　通过对视频监控与检测技术的研究可以知道，目前视频监控技术已经实现网络化、智能化的基本要求，可以推断视频监控与检测系统主要的发展趋势是数字化、网络化、智能化、云服务化的有机结合，正在实现视频监控技术的物联网化、云平台管理化，同时，视频监控技术也将向着传输速度更快、画面分辨率更高、嵌入式集成规模更高的趋势发展。

　　目前市场上的嵌入式视频监控产品及解决方案大多是限定在局域网内，监控系统设计良好，性能稳定，能基本达到局域网内的监控要求。部分产品也架接在互联网上，像一些具有云台的 IP 摄像机，但是实现效果并不是很好，造价也高，利用率不是很高。通过云计算实现云平台管理与云存储将解决传输距离问题，同时也解数据存储问题。本论文就是根据嵌入式系统的发展现状与发展趋势以及当今云计算的发展热点，提出的一种基于云计算的嵌入式 Linux 视频检测系统的设计方案。

　　视频检测系统测试：

VNC 远程登录 Ubuntu 桌面

挂载阿里云服务器文件系统

串口打印消息

云服务器 store 目录信息

连续检测示意图

客户端显示结果

目 录

　　摘 要
　　目 录
　　1 绪论
　　　　1.1 选题背景与意义
　　　　　　1.1.1 选题背景
　　　　　　1.1.2 选题意义
　　　　1.2 课题研究现状
　　　　1.3 论文的研究内容
　　　　　　1.3.1 研究内容
　　　　　　1.3.2 先进性与创新点
　　　　　　1.3.3 文章编排结构
　　　　1.4 本章小结
　　2 本课题的相关技术背景
　　　　2.1 云计算技术
　　　　　　2.1.1 云计算的概念
　　　　　　2.1.2 云计算的优势
　　　　2.2 嵌入式 Linux 系统
　　　　　　2.2.1 嵌入式 Linux
　　　　　　2.2.2 ARM 处理器
　　　　2.3 运动目标视频检测流行算法
　　　　2.4 本章小结
　　3 系统总体设计
　　　　3.1 系统需求分析
　　　　3.2 功能需求方案
　　　　3.3 系统总体设计
　　　　3.4 本系统特点
　　　　3.5 本章小结
　　4 嵌入式系统构建与开发
　　　　4.1 系统硬件设计
　　　　　　4.1.1 S3C2440A 最小系统
　　　　　　4.1.2 摄像头及 USB 电路设计
　　　　　　4.1.3 硬件存储设备
　　　　　　4.1.4 网卡 DM9000
　　　　4.2 系统开发平台的搭建
　　　　　　4.2.1 主机开发环境的搭建
　　　　　　4.2.2 交叉编译环境的搭建
　　　　4.3 嵌入式 Linux 系统移植
　　　　　　4.3.1 U-Boot 的编译与移植
　　　　　　4.3.2 内核的编译与移植
　　　　　　4.3.3 根文件系统与 Yaffs 移植
　　　　4.4 USB 摄像头驱动开发
　　　　4.5 本章小结
　　5 基于阿里云的服务器开发
　　　　5.1 云服务器与开放式存储
　　　　　　5.1.1 云服务器 ECS
　　　　　　5.1.2 开放存储服务 OSS
　　　　5.2 TCP/IP 协议族
　　　　　　5.2.1 TCP/IP 模型
　　　　　　5.2.2 基于 BSD 的 Socket 通信
　　　　5.3 云服务器软件设计
　　　　　　5.3.1 Motion 的移植与配置
　　　　　　5.3.2 服务器检测程序设计
　　　　　　5.3.3 数据的 OSS 存储软件设计
　　　　5.4 本章小结
　　6 系统测试
　　　　6.1 测试步骤
　　　　6.2 测试结果
　　　　6.3 测试评价
　　　　6.4 本章小结
　　7 总结与展望
　　参考文献
　　攻读学位期间的研究成果
　　致谢

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