19基于ARM9的WEBCAM系统设计与开发

编号：校级大学生创新性实验计划项目申报书项目名称：基于ARM9的WEBCAM系统设计与开发申请者：张德所在院系：电子科学与技术学院专业年级：07级指导教师：刘苏南起止时间：2010.7-2011.7联系电话：[phone]电子信箱：[e-mail]申报时间：2010-5-18安徽大学教务处制表1填表须知一、《安徽大学校级大学生创新性实验计划项目申报书》要按顺序逐项填写，内容要实事求是，表达要明确、严谨。空缺项要填“无”。要求一律用A4纸打印，于左侧装订成册。二、申请参加安徽大学校级大学生创新性实验计划项目团队人数不得超过5人（1人为立项负责人，参与合作研究者1--4人为宜）。三、《安徽大学校级大学生创新性实验计划项目申报书》由申报学生所在学院初审，签署意见后，一式三份（均为原件），报送教务处实践教学中心。2项目名称基于ARM9的WEBCAM系统设计申请经费3000元起止时间2010-7至2011-7负责人学号姓名年级所在院系、专业联系电话E-mailP40714053张德07电院自动化[e-mail]参加成员P40714034薛成龙07电院自动化[e-mail]10814135毛晓艳08电院电子[e-mail]20814028刘银萍08电院通信[e-mail]10814127朱峰08电院电子[e-mail]指导老师姓名职称所在院系联系电话E-mail刘苏南副教授电子科学与技术学院[e-mail]3一、项目申请理由（包括项目背景及自身具备的知识、素质、能力等研究等条件）如今学校、营业大厅高速公路等场合下的监控系统都是基于同轴电缆的视频监控系统结构复杂、稳定性差、可靠性低且价格昂贵，本次项目所开发的WEBCAM系统，采用高性能的ARM9芯片作微处理器，内置嵌入式Web服务器—Boa，通过嵌入式多任务操作系统—Linux采集摄像机视频数据；摄像机采集的视频信号数字化后经MJPEG算法压缩，压缩后的视频流再通过内部总线送到内置的Web服务器；通过在网页中嵌入图像播放器，用户可以直接通过浏览器观看Web服务器上的摄像机图像；通过通用网关接口CGI，授权用户还可以控制摄像机、云台和镜头的动作或直接通过Web实现对系统进行配置。张德学习成绩优秀，获得二等奖学金和国家励志奖学金，现任班级学习委员。在一年级时跟随堂哥学习linux程序开发与设计，对linuxOS非常熟练。在二年级时独立制作出单片机开发板，并利用USB芯片开发出具有特定功能的USB产品，如鼠标键盘、U盘等。从三年级上学期开始就开始学习并使用ARM9系统，做过嵌入式系统的上层应用程序开发，本学期开始就一直在学习和研究内核编程中的驱动模块编程，对底层驱动开发有一个大体的了解并利用空余时间仿照开发板教程，从内核官方网站上下载纯净的内核，并一步步的依据开发板硬件资源，进行相关驱动的修改和移植，最后成功的制作出属于自己的裁剪的内核。本小组其他成员学习成绩优秀而且动手能力强。如薛成龙同学一直在利用linux学习上层应用程序开发学习，对C语言非常熟练。毛晓艳同学成绩优秀，获班级优秀一等奖学金和国家励志奖学金，她接受新事物能力强，非常善于学习。4二、项目研究内容（目前研究的现状、方法、观点、难点、特点和提出的创新点等）本项目采用的主控芯片时ARM9芯片S3C2440A，一款32bit的RISC嵌入式微处理器，本身具有USB和网卡的控制器和驱动器，通过开发板USB摄像头或CMOS摄像头采集数据，然后通过ARM9处理器对采集到的数据进行MJPEG压缩。网络摄像机框架如下：整个系统由视频采集模块、视频压缩模块、Web服务器、通用网关接口、Web页面设计等5个部分组成。系统开发板上提供的硬件模块如下图：USBHost主控制器因特网控制器网络收发器和驱动器S3C2440A串行口监控嵌入式微处理器S3C2440ANORFLASHNANDFLASH键盘控制Usb摄像头电源TFTLCD网络芯片及其处理单元RJ45USB摄像头5视频采集模块:视频采集模块是嵌入式网络摄像机的核心模块之一。它通过嵌入式Linux操作系统调度V4L（video4linux）和影像设备驱动程序来完成视频捕获。V4L是Linux影像系统与嵌入式影像的基础，是Linuxkernel里支持影像设备的一组APIs，配合适当的视频采集卡与视频采集卡驱动程序，V4L可以实现影像采集、AM/FM无线广播、影像CODEC、频道切换等功能。目前，V4L主要应用在影像串流系统与嵌入式影像系统里，其应用范围相当广泛，例如：远程教学、远程医疗、视频会议、视频监控、可视电话等。V4L为2层式架构，最上层为V4L驱动程序，最下层则是影像设备驱动程序.视频压缩模块设计:由于摄像机采集到的视频数据信息量较大，如果直接将其处理成视频，将会给视频处理和网络数据传输带来很大的负担。因此，本设计采用高性能ARM9处理器对采集到的数据进行MJPEG压缩。Web服务器设计:可以移植BoaWebServer到ARM-linux系统。其具体的移植过程网上有比较详细的资料。浏览器与服务器之间的通信—通用网关接口CGI（CommonGatewayInterface）是外部应用扩展程序与服务器交互的一个标准接口。按照CGI标准编写的外部扩展程序能够处理客户端浏览器输入的数据，从而完成客户端与服务器的交互、实现动态Web技术。在本设计中，当用户通过浏览器向网络摄像机发送控制信息（比如控制摄像机云台的动作等）时，服务器守护进程启动CGI模块，CGI模块通过串口将控制命令传送给云台，使云台执行相应的动作。Web页面设计Web页面的主要功能是显示Web页面及动态视频信息。由于标准的html网页只具有显示文字和图片的功能，因而无法在标准的html网页里嵌入一个窗口来“实时”观看视频图像。解决这个问题的一种方法是将“实时”视频监控软件嵌入到网页中。Microsoft制定了ActiveX规范，只要符合这个规范的软件都可以嵌入到网页中。为了能满足多人同时“实时”观看视频图像，在本设计中选用标准ActiveX控件—VgPlayerObject来实现这一功能。项目创新点：本项目的创新点主要在于采用嵌入式的技术，利用开源的零成本的linux操作系统，和ARM920T为核心的S3C2440A的32位微处理器，该处理器集成了LCD控制器、USBHost、USBSlave、NAND控制器、中断控制、功率控制、UART、SPI、SDI/MMC、IIS、GPIO、RTC、TIMER/PWM、ADC等丰富的资源。同时采用CGI模块技术进行camera的配置工作。6三、项目进度安排（查阅资料、选题、自主设计项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统计、处理与分析、研制开发、填写结题表、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩和成果推广等）2009.11至2010.5查阅资料、选题及自主设计研究方案。2010.7实验研究并进行实际的研制开发。四、拟利用资源（实验室、研究所、实验教学示范中心、创新实践基地、仪器设备、资料等）示波器、电压表、电流表、电烙铁、函数发生器、稳压源、计算机等、ARM试验箱、单片机实验箱等实验室常用设备五、项目经费预算与用途（购置实验材料、试剂、药品、加工测试、资料、复印、调研、交通等经费开支）单位：元ARM9开发板费用560USB摄像头或CMOS摄像头150*2=300交通及运输及住宿费用500调研及复印100其他材料等费用1540共计费用30007六、项目预期成果（研究论文、申请专利、工程设计、调研报告、开发软件、研制产品、项目鉴定等）研究论文、工程设计、开发软件、研制产品七、项目诚信承诺本项目负责人和全体成员慎重承诺，该项目研究不抄袭他人成果，不弄虚作假，先诚实做人，再诚信做学问和研究，按项目研究进度保质保量完成各项研究任务。项目负责人签名：项目组成员签名：年月日年月日八、指导教师意见（从项目学科性、前沿性、可行性、研究性、可操作性和成效性加以评价）签名：年月日九、学院意见：签名盖章：年月日8十、学校意见：签名盖章：年月日