基于嵌入式的火灾无线视频传输系统的设计与实现.doc

1、北华大学毕业设计（论文） 目录摘要2Abstract3引言11 绪论21.1 课题背景21.2 视频传输的动态发展情况22 系统结构及功能42.1 系统结构组成42.2 系统功能要求42.3 传输模式选择52.3.1 有线视频传输优点52.3.2 无线视频传输优点分析52.3.3 无线视频传输系统的缺点62.4 无线视频传输系统62.5 视频压缩和解压技术72.6 编码解码的实现技术92.7 无线局域网网络标准的选择93 嵌入式系统及ARM体系结构123.1 嵌入式系统概述123.2 MINI2440开发板介绍123.2.1 S3C2440介绍123.2.2 接口资源介绍133.3 嵌入式Li

2、nux系统构建193.3.1 开发环境搭建194 系统软件结构224.1 嵌入式系统的选择234.2 无线网卡在Linux系统下的驱动244.3 视频采集实现264.3.1 视频采集流程264.3.2 UVC驱动框架274.4 MPEG-4编解码模块314.4.1 MPEG-4编码器应用程序接口315 结论34参 考 文 献35附录A36致谢38摘要嵌入式技术和多媒体通信技术是当今信息社会发展的两个热点，随着现代科学技术的发展，两者技术的融合将会为多媒体通信技术带来新的无限商机。信息社会的重要特征是人们对各种信息能够方便、灵活地获取以及在这个基础上对各种信息的充分应用。而一个众所周知的事实是：

3、图像本身包含了大量的信息。因此在信息社会，如何对图像进行高质量获取、有效传输和理解将是一个核心的研究领域。本文主要设计一种基于嵌入式技术的无线视频传输系统。在这个无线视频传输系统中，网络设备在一个局部区域中使用，其中有一个节点设备是主节点，其他的节点负责采集这个节点所在地点的图像。在主节点的管理之下，主节点根据需要，能够有选择地把网络中其中一个节点所在地点的图像，通过无线信道，传送到主节点中，这种视频传输系统特别适合在对人的身体有伤害的危险区域，情况复杂区域，不方便计算机网络布线区域，分布的控制系统区域等等。同时这种网络设备的用途可以进一步扩展，通过服务器，可以把那个区域中不同所在地点的图像传

4、送到Internet中去。关键词：视频传输；无线网络,；嵌入式系统； MPEG-4AbstractEmbedded technology and multimedia communications technology are the two hot spots in todays information society development,and with the development of modern science and technology,the integration of the two technologies will bring new opportunities

5、 for multimedia communications technology. Important features of the information society for all kinds of information that people can easily and flexibly access and full application on this basis for all kinds of information. And a well-known fact: the image itself contains a lot of information. The

6、refore,the information society ,how to get high-quality images,the effective transmission and understanding will be a core area of research.In this paper,the design of a wireless video transmission system based on embedded technology. In the wireless video transmission system,a local area network de

7、vice used,wherein the node device is a master node,the other nodes that the node responsible for collecting the location of the image. Under the management of the master node,the master node according to need,the image can be selectively one of the nodes in the network for the location of a wireless

8、 channel transmitted to the master nodethis system is particularly suitable for video transmission to the human body there is risk of injury area,the situation is complicated area,convenient area computer network cabling,distributed control systems area and so on. While the use of such a network dev

9、ice can be expanded by the server,the image can be a different location in the region to transfer to the Internet.Keywords: video transmission;wireless networking;embedded systems;MPEG-4- 4 -北华大学毕业设计（论文）引言本文首先对视频传输系统的发展历程、嵌入式技术的发展现状和前景做了介绍，提出利用嵌入式技术和无线网络技术解决视频传输是符合信息社会发展的时代要求；然后明确了系统所需要完成的基本功能，确定了整个

10、系统的总体方案，按照业务流程将系统划分为视频采集模块、视频编解码模块、无线传输模块等重要功能单元。本文采取ARM处理器与嵌入式Linux操作系统作为系统的硬件平台和软件平台，重点对核心模块进行了详细的设计与实现，视频采集模块和视频编解码模块主要利用i.MX21处理器的CSI接口和eMMA硬件来实现，采取硬件MPEG-4编解码，无线传输模块利用USB无线网卡和基于UDP和RTP的通信协议来保证快速有效的视频数据传输。通过以上的技术和方法的综合运用，才得以实现本文所设计的无线视频传输系统。1 绪论1.1 课题背景无线视频传输涉及到无线电通信技术和无线局域网技术。无线电通信技术的日新月异和无线局域网

11、的飞速发展进一步促进了无线数据（语音、视频、数据）通信的发展，使得无线多媒体教学、多媒体监控、视频通信，无线宽带上网等成为现实，并在社会生活中得到广泛应用。随着网络和多媒体技术的发展，特别是视频压缩技术的发展，视频图像传输将成为IP网络的重要业务。有线的实时视频传输系统在国内已经到了实用阶段，但是，由于有线传输的局限性，如要预埋线路，机动性差，造价高昂等缺点，使得有线的点对点或多点对点的实时视频传输系统的使用受到限制。而无线扩频通讯与有线相比，有其固有的优越性：联网方便、费用低廉等。所以开发点对点或多点对点的无线扩频实时视频图像传输系统有很高的实用价值。视频图像通信主要应用之一是多媒体监控和教

12、学，多媒体监控是当今监控领域的发展主流，既可用于工业过程和交通管制中的监测与控制，又可用于安全防卫中的监视与报警。通常情况下，多媒体监控涉及的图像所包含的信息最为丰富和有用，但同时图像数字化、压缩、传输及处理也较为复杂，因而图像监控就成了多媒体监控的主要内容。在技术进步推动信息传递日趋无线化的背景下，无线图像传输也就成为图像监控的关键任务之一。图像传输无线化打破了传统同轴电缆和光纤图像监控受制于硬件连接的不利局面，具有更强的灵活性和方便性。无线图像传输正成为无线视频通信，多媒体监控、教学的难点和关键点，一旦很好解决了无线视频图像传输问题，将在视频通信，多媒体监控、教学，工业控制中得到广泛应用。

13、基于上述观点，研究设计视频图像的无线传输有重要的意义。本系统以ARM 处理器为核心，充分利用了 ARM 处理器高性能、低功耗、低成本的优点，扩展了平台的通用接口；并且采用了 WLAN 无线数据通信网络，为无线应用提供了经济、完善的解决方案。1.2 视频传输的动态发展情况视频传输系统的功能是能够对现场进行视频采集并传输到显示设备中，自从摄像机、电视机等出现后，最初的视频传输系统也随之出现。随着计算机技术、数字视频技术以及网络化技术的发展，视频传输系统也在不断发展。从第一代基于模拟摄像机的模拟传输系统，到第二代基于计算机的数字传输系统，再到第三代基于嵌入式的网络数字传输系统，视频传输系统己经历了三

14、个发展阶段。(1)基于模拟摄像机的本地视频传输系统基于模拟摄像机的视频传输系统一般是由摄像机、传输电缆、监视器、视频矩阵切换器等组成。在这一代视频传输系统中，由摄像机获得现场的视频，通过电缆的传输，在显示设备中对现场的状况进行显示。随着技术的发展，出现了视频矩阵切换器，云台控制等新技术，可以实现多路信号的切换以及对视频前端的控制。模拟视频传输系统的主要缺点是：受到线路的限制，不能长距离的布线，例如同轴电缆的视频信号传输距离只有一千米，而使用双绞线更短，这决定了只能在较小的范围内应用；扩展能力差，很难添加新的节点到原有的体系中；模拟信号容易受到干扰，接收的图像质量不好；信息存储一般采用录像带等设

15、备，容量有限且成本较高；只能进行顺序检索，不利于查找信息；没有良好的用户界面，不利于操作管理。 (2)基于计算机的数字视频传输系统由于计算机技术和数字视频压缩技术的发展，数字视频压缩和计算机开始应用于视频传输。在这一代视频传输系统中，将各个摄像机获得的视频信号首先利用专用的压缩设备进行视频压缩，然后通过网络联到一个PC机或工业计算机上，在这台作为核心的计算机上运行视频解压，提供视频传输服务。在这种视频传输系统中，可充分发挥计算机的强大性能，在此基础上产生了各种智能化应用。例如，可以通过软件设计使摄像机多路摄像机的矩阵切换、云台控制、报警等功能统一由计算机来管理，使系统的管理和维护大为简化，性能

16、更为优越。这种模式实际上是原来的模拟视频监控系统的延伸，这种方案的优点在于可以利用旧有的线路设备进行改造，利用原有的摄像机获取图像信息。由计算机作为服务器代替了控制中心，在一定程度上解决了上一代监控系统的缺陷。数字视频传输的可靠性高，经过压缩的图像传输更加快速，还可以通过各种方式与联网的其他计算机共享。经过压缩的数字图像可以存储在计算机磁盘上，存储容量大，故障率低，读取方便，易于检索。拥有windows这种良好的用户界面，易于操作和管理。但是这种应用方案的缺点也是很明显的，由于图象压缩与解压缩采用的是专用的视频卡，这使得视频前端的图像信号的采集、压缩、通讯过于复杂，稳定性、可靠性不高，而且成本

17、较高。PC机仍需要专人管理，操作较为烦琐。兼容性差，由于使用专用的视频压缩卡，故系统只能支持一种编解码格式。(3)基于嵌入式技术的视频传输系统随着芯片、网络技术的进步，现在出现了基于嵌入式技术的网络传输系统。嵌入式系统也由于软件硬件可裁剪、本身体积小、实时性高、稳定性好、支持网络等优点，成为工控领域的新热点。基于嵌入式技术的视频传输系统有效地将嵌入式技术和图像技术结合在一起，可以很好地解决基于PC的视频传输系统中存在的问题。利用嵌入式技术，采用专用芯片和嵌入式操作系统，把摄像头输出的信号进行图像压缩编码处理、网络通信、自动控制等，支持网络传输和网络管理，有效地提高了系统的实时性和稳定性，把视频

18、采集压缩和网络传输功能集成到一个体积很小的设备内，直接连入无线网，省掉各种复杂的电缆，安装方便，使得应用范围达到前所未有的广度。2 系统结构及功能2.1 系统结构组成一个完整的嵌入式视频传输系统主要由视频采集模块、视频编码模块、传输控制协议处理模块、通信网络、视频解码模块与显示模块组成。系统功能组成结构如图2.1所示。图2.1 视频传输系统结构框图在图2.1所示的系统中，视频的处理流程如下：首先，在视频发送端，对模拟视频进行采样，获得数字视频并对数字视频进行编码，生成适应传输的视频编码数据流；然后，根据无线网络的可用的通信资源和传输控制协议，无线传输视频数据；最后，在接收端对接收的视频编码流进

19、行解码，重新构造视频信号，并向发送端发送反馈控制信息。2.2 系统功能要求针对所设计的嵌入式视频传输系统，有如下功能要求：(1) 网络整体是可以移动的，即网络具有交互性；(2) 网络由1个主机连接K个节点组成。发生火灾时，相应节点发出警报，由主机做出反映，显示发生火灾的现场视频信息；(3) 网络的主要任务是网络能够在移动中获取一个局部区域的图像，同时能够把移动中获取的图像作进一步的传送； (4) 网络传输距离可以从几十米到一百米；(5) 网络节点制造成本要求相对比较低，有利于大量使用；(6) 节点获取图像的输入数据格式可以不同，图像的输入象素可以不同；(7) 在主节点，图像输出显示数据格式可以

20、不同，图像的输出象素在横、宽可以放大、缩小，或者仅在横、仅在宽一个方向可以放大或者缩小，以便可以使用不同尺寸的LCD显示屏；(8) 采用硬件的方法压缩、解压图像数据，以提高数据处理效率。2.3 传输模式选择2.3.1 有线视频传输优点（1）传输损耗小损耗小是光纤传输的最大优点，1310nm波长时损耗约为0.4dB/km，1550nm波长时损耗约为0.25dB/km，而 12同轴电缆在500MHz频率时损耗约为40dB/km左右，可见光纤的损耗比同轴电缆降低上百倍。（2）不受电磁感应干扰雷击导致同轴电缆CATV系统设备损坏的比率较高，电力系统或地电流通过电缆产生的干扰会使系统信号质量下降，而由于

21、光纤具有良好的抗干扰性能故在光传输系统中不存在上述问题。（3）频带宽光传输系统所用的激光频率处于1014Hz量级在100MHz载频上8MHz带宽是8%，而在200THz，T=1012载频上如果取8%的带宽即为16THz，也就是具有200万个频道的容量，这是非常巨大的带宽资源，尽管目前由于各种技术限制暂时做不到这么宽的频带传输，但是它给人们留下了巨大的资源潜力。2.3.2 无线视频传输优点分析无线视频传输就是指不用布线（线缆）利用无线电波作为传输介质，在空中搭建传输链路来传输视频、声音、数据等信号的监控系统。（1）成本廉价：有线通信方式的建立必须架设电缆，或挖掘电缆沟，因需要大量的人力和物力；而

22、无线数据传输方式则无需架设电缆或挖掘电缆沟，只需要在每个终端连接无线数传电台和架设适当高度的天线就可以了，比如无线针孔摄像头。相比之下无线数据传输方式，节省了人力物力，节省了投资。 （2）适应性好：有线通讯的局限性太大，在遇到一些特殊的应用环境，比如遇到山地、湖泊、林区等特殊的地理环境或是移动物体等布线比较困难的应用环境的时候，将对有线网络的布线工程有着极强的制约力，而无线针孔摄像头这种无线数据传输方式将不受这些限制，所以说无线数据传输方式比有线通讯有更好的更广泛的适应性，几乎不受地理环境限制。（3）扩展性好：在用户组建好一个通讯网络之后，常常因为系统的需要增加新的设备。如果采用有线的方式，需

23、要重新的布线，施工比较麻烦，而且还有可能破坏原来的通讯线路，但是如果采用无线数据传输方式，只需将新增设备与无线数传电台相连接就可以实现系统的扩充了，相比之下有更好的扩展性。 (4)设备维护更容易实现：有线通讯链路的维护需沿线路检查，出现故障时，一般很难及时找出故障点，而采用无线数据传输方式只需维护数传模块，出现故障时则能快速找出原因，恢复线路正常运行。2.3.3 无线视频传输系统的缺点无线视频传输系统的缺点也是明显的。首先视频信号输入后要经过调制发射接收解调还原等一系列的电路环节，失真自然一重接一重；另外信号在传输的过程中，容易受到干扰，最终无线传输后的还原效果不及有线。然而，有线传输则不存在

24、那些电路环节所产生的问题。综上所述，本文采取无线视频传输模式实现本文所设计的无线视频传输系统。2.4 无线视频传输系统无线视频传输系统总体上可分为三个部分：视频信号采集部分、视频处理部分、视频无线传输部分。l 视频信号采集模块视频信号采集系统主要由三部分构成：A/D 转换电路、数据缓存、逻辑控制电路。其中，A/D 电路集成在 CMOS 图像感光器中，数据缓存与逻辑控制电路由单片机来实现，采集模块通过 USB 接口与视频处理模块连接。CMOS 采集图像后输出 YUV 格式的视频流到缓存，然后由 MCU 控制传输到视频处理单元。在传送完一帧信号后，MCU 向处理单元发出中断请求，待此帧数据处理完后

25、，继续进行图像信息采集。l 视频处理模块视频处理系统利用 H.264 标准动态图像压缩编码技术来对采集到的视频信号进行处理，编码器采用软件实现的方式，即建立一个包含处理器与存储器的硬件平台，将软件编码器下载到此硬件平台上。l 视频传输模块视频传输系统采用了 Cardbus 与 WLAN 技术结合的方案，即扩展出一个 Cardbus PC 卡接口，接入符合 IEEE 802.11 协议的 PC 卡，就可实现视频信号无线传输的功能。视频传输模块与视频处理模块的连接需要一总线桥接器件来实现。2.5 视频压缩和解压技术视频信息的存储和传输具有数据量庞大的特点，大数据量的视频图像信息会给存储器的存储容量

26、，通信干线信道的带宽，以及计算机的处理速度增加极大的压力。单纯靠增加存储器容量，提高信道带宽以及计算机的处理速度等方法来解决这个问题是不现实的。很显然，在信道带宽、通信链路容量一定的前提下，采用编码压缩技术，减少传输数据量，是提高通信速度的重要手段。视频信号经过数字化的图像为运动图像，运动图像编码的两个基本要求：实时性和高效性。一方面，运动图像的内容随时间不断发生变化，图像传输系统必须实时的对运动图像信号进行编码传输，接收端才能解码恢复连续的运动图像；另一方面，运动图像的内容丰富，信息量大，所需的数码速度很高。目前视频图像压缩编码主要采用MPEG1/2、MPEG-4、H.263、H.264等几

27、种视频编码技术。对于最终用户来言，最为关心的主要有：清晰度、存储量(带宽)、稳定性还有价格。采用不同的压缩技术，将很大程度影响以上几大要素。本文采取MPEG-4的图像编码比较合适，理由如下： l、MPEG-1/2MPEG-1标准主要针对SIF标准分辨率(NTSC制为352X240；PAL制为352X288)的图像进行压缩。压缩位率主要目标为1.5Mb/S。较MJPEG技术，MPEG-1在实时压缩、每帧数据量、处理速度上有显著的提高。但MPEG-1也有较多不利地方：存储容量还是过大、清晰度不够高和网络传输困难。MPEG-2在MPEG-1基础上进行了扩充和提升，和MPEG-1向下兼容，主要针对存储

28、媒体、数字电视、高清晰等应用领域，分辨率为：低(352x288)，中(720x480)，次高(1440x1080)，高(1920x1080)。MPEG-2视频相对MPEG-1提升了分辨率，满足了用户高清晰的要求，但由于压缩性能没有多少提高，使得存储容量还是太大，也不适和网络传输。2、MPEG-4MPEG-4视频压缩算法相对于MPEG-1/2在低比特率压缩上有着显著提高，在CIF(352*288)或者更高清晰度(768*576)情况下的视频压缩，无论从清晰度还是从存储量上都比MPEG-1具有更大的优势，也更适合网络传输。另外MPEG-4可以方便地动态调整帧率、比特率，以降低存储量。MPEG-4的

29、音频、视频通信编码速率为8Kb/s至32Mb/s。3、H.263H.263标准是由国际电信联盟(ITU)发布的，对视频会议和视频电信应用提供视频压缩编码。它在低码率条件下，能够在不增加太多复杂度的情况下，获得更高的图像质量。在源端视频信息帧被捕捉并被通过视频编码器进行编码，压缩后的编码必须通过网络或是电信联接传输，并在视频解码端进行解码。目前H.263标准已经被各种可视电话终端协议广泛采用。4、H.264H.264标准继承了H.263和MPEG1/2/4视频标准协议的优点，在各个主要的功能模块内部使用了一些先进的技术，提高了编码效率H264的数据压缩率在MPEG-2的2倍以上、MPEG-4的1

30、.5倍以上。从理论上来说，在相同画质、相同容量的情况下，可比目前的DVD光盘多保存2倍以上时间的影像。H.264在压缩编码效率、视频内容自适性处理能力方面及网络层面，特别是对IP网络及移动网络的自适应处理能力、抗干扰能力与顽健性等方面，相比H.263/MPEG-4均有大幅度提高。H264的应用确属相当广泛，包括固定或移动的可视电话、移动电话、实时视频会议、视频监控、流媒体、多媒体视频、Internet视频及多媒体、PTV、手机电视、宽带电话以及视频信息存储等。(l)根据我们提出的性能参数，要达到320x240显示屏上，视频的帧数为每秒20帧的指标，以及无线网络传输的速率，我们必须要选择压缩率比

31、较高、编码速率比较快的视频压缩编码标准，通过对比，MPEG-4、H263、H264都比较符合我们的要求。(2)考虑到我们系统的实际的应用范围，是应用于嵌入式多媒体视频无线网络传输以及传输介质的限制，我们认为MPEG-4和H264符合我们的要求。(3)考虑到嵌入式系统CPU性能有限，同时i.MX21处理器内嵌了增强的eMMA(多媒体加速器)，它包含了硬件的MPEG-4编码器模块(Encoder)、MPEG-4解码器模块(DeCoder)，因此采用i.MX21支持的MPEG-4硬件编解码库实现视频的编码更加快速。2.6 编码解码的实现技术MPEG-4视频编码技术采用了现代图像编码方法，利用人眼视觉

32、特性，从轮廓纹理的思路出发，支持基于内容和对象的编码，支持基于内容的交互功能，并实现编码的连续可分级性，根据网络的通信状况控制视频图像质量。MPEG-4视频编码正在完成从基于像素的传统编码向基于对象和内容的现代编码的转变。在嵌入式处理器的开发板上把视频采集的视频进行压缩与解压的技术，典型的解决方案是在嵌入式处理器上加上一块视频压缩与解压芯片，实现视频压缩与解压。这个方案不足在于增加一块芯片，需要增加芯片与CPU的连线和初始化程序；也会增加印刷电路板的面积；如果是在手持设备里面增加一块视频压缩与解压芯片的印刷电路板，那无疑会影响使用的方便。在嵌入式处理器的开发板上使用软件进行视频压缩与解压是不可

33、取的做法。因为把每秒20帧的视频使用软件进行压缩，CPU就不能做其他的事情了。因此，视频压缩和解压技术需要使用另外的方法实现。前面已经提及，视频采集的各个环节使用完全的硬件方式解决，那么我们设计的视频传输系统的视频压缩和解压技术也需要使用完全的硬件方式解决，同时该编解码硬件和CPU是集成在同一个芯片内，使这两部分协调起来工作。在我们采用的i.MX21处理器的开发平台上，可以选择硬件或者软件来实现MPEG-4编码。目前基于MPEG-4标准的编码器软件主要有Xvid、DIVX和ISOEncoder，在这三个编码器软件中，Xvid(旧称为XviD)是一个开放源代码的MPEG-4视频编解码器，它是基于

34、OpenDivX而编写的。除了最原始单重估定码流压缩(1-pass CBR)之外，XviD提供了包括：单重质量模式动态码流压缩、单重量化(Quantization)模式动态码流压缩、和包括外部控制和内部控制的两种双重(2-pass)动态码流压缩模式。XviD显然是目前PC上的MPEG4编码核心中，可选模式最多的视频编码；如果采用硬件方式实现MPEG4编码，可以使用处理器芯片中内置的MPEG-4编解码器，支持多媒体加速、3D图形。综合以上的论述和性能考虑，我们设计的系统不采用软件编码方案，采用i.MX21支持的MPEG-4硬件编解码库实现视频的编解码。2.7 无线局域网网络标准的选择无线局域网是

35、当前发展最迅速的领域之一，目前无线局域网的技术主要有IEEE 802.11b/g、蓝牙和ZigBee技术。(1)IEEE 802.11bIEEE 802.11b标准在物理层采用2.45GHZ的无线频率，最大的位速率达11Mb/s，使用直接序列扩频(DSSS)传输技术。在数据链路层的MAC子层，IEEE 802.11b标准使用“载波侦听多点接入/冲突避免(CSMA/CA)”媒体访问控制(MAC)协议：任何连接到介质的设备在欲发送帧前，必须对介质进行侦听，当确认其空闲时，才可以发送；送出数据前，先送一段小小的请求传送报文(RTS:Request to send)给目标端，等待目标端回应(CTS:C

36、lear to Send)报文后，才开始传送。利用RTS-CTS握手(handshake)程序，确保接下来传送资料时，不会被碰撞。同时由放RTS-CTS封包都很小，让传送的无效开销变小。优点：IEEE802.11b标准使用2.4GH的较低频段，使得符合该标准的网络可以达到一个较大的范围(通常室外可达300m，室内可达100m左右)。同时该频段正好处于ISM频带之内，无需任何许可证，任何人都可以免费使用，进一步降低了网络成本。IEEE 802.11b具有良好的可伸缩性，允许最多三个访问点同时定位于有效使用范围中，已支持百个用户同时进行语音和数据传输。从硬件方面来看，有越来越多的芯片和设备贴上了W

37、i-Fi商标，即符合IEEE 802.11b标准，使得设备之间的兼容性大大提高，网络组建更为方便。缺点：IEEE 802.11b的理论容量只有11Mbit/s，这个数字是指整个物理层的容量。若除去用于协议本身的一部分，实际上IEEE 802.11b在最优条件下(短距离且没有干扰)的最大速率就只有6Mbit/s；而当数据包冲突或者有其他错误发生时速度更会下降到2Mbit/s甚至1Mbit/s。IEEE802.11b所使用的频段是免费的，这使得802.11b WLAN非常容易受到干扰，包括很多工业、医疗、科研等部门的蓝牙无线通信设备和无绳电话通信系统在内。802.11b WLAN的安全问题，它不能

38、提供和有线通信一样的隐私保护，任何人都可以接入网络，既不需要身份验证也不需要对信号解码，使得802.11b无线局域网己成为最容易受到黑客攻击的网络之一。(2)IEEE 802.11gIEEE 802.11g标准定义了一个工作在2.4GHz ISM频段、数据传输率达到54Mb/s的正交频分复用(OFDM)物理层。IEEE 802.11g标准使OFDM成为一种强制执行的技术，以便在2.4GHz频段上提供lEEE 802.11a的数据传输速率，同时还要求实现IEEE 802.11b标准，并将CCK-OFDM做为可选模式，CCK-OFDM将CCK调制用于包头，而将OFDM用于有效信息，这样可以解决IE

39、EE 802.11b标准和IEEE 802.11g标准混合的兼容性问题，这种组合调制的数据速率虽然会降低吞吐率，但依然比IEEE 802.11b标准快的多。优点：在数据传输速率方面，IEEE 802.11g标准达到54Mb/s，支持视频数据流应用。IEEE 802.11g使用2.4GHz较低频带，在一定覆盖区域内需要数量更少的接入点，降低了成本。IEEE 802.11g标准的产品能够兼容IEEE 802.11b标准的产品。缺点：总宽带偏低。IEEE 802.11g标准只支持3条非重叠信道，其总宽带为54Mb/s*3=162Mb/s，也就是说随着客户端数目的增加，数据流量的增大，IEEE 802

40、.11g标准网络会越来越慢，直到带宽耗尽。IEEE 802.11g的54Mb/s高速率和向下兼容并不能同时实现。只有当IEEE 802.11g标准处于“纯g模式”时，网络客户端与接入点之间的连接速度才能达到54Mb/s，一旦接入点中有IEEE 802.11b标准客户端介入，IEEE 802.11g标准客户端的连接速度立刻会下降到IEEE 802.11b标准同一水准。因此，除要购买IEEE 802.11g标准无线AP外，还必须将接入点设置成“IEEE 802.11g only”模式，以防影响整个网络的运行速度。(3)蓝牙技术蓝牙技术使用全球通用的2.4GHz ISM频段，由于ISM频段是对所有无

41、线电系统都开放的频段，因此会遇到不可预测的干扰源。为此，蓝牙技术采用跳频扩展技术(FHSS)以确保链路稳定。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道，在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断的从一个信道跳到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰源不可能按同样的规律进行干扰。蓝牙设备采用的是CFSK调制技术，其传输速率为1Mbit/s，实际有效速率最高可达721kbit/s。蓝牙协议栈采用分层结构，有3个层次：底层协议、中间协议和高层协议，分别完成数据流的过滤和传输、跳频和数据帧传输、连接的建立和释放、链路的控制、数据的拆装、业务质量、协议的复用和分用等功能。(4)ZigBe

42、e技术ZigBee技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。它主要适用于自动控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。在无线通信技术上，采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。ZigBee技术是基于IEEE802.15.4的无线标准，该标准是一种经济、高效、低数据速率(小于250kb/S)、工作在2.4GHz和868(欧洲)/928(美国)MHz的无线技术，用于个人局域网和对等网状结构。其特点主要适用于以下场合：需要数据采集或监控的网点；传输的数据量不大，而要求设备成本低；要求数据传输可靠性高、安

43、全性高。对照我们提出的系统的整体功能和相关技术性指标，要求网络传输距离可以从100米到2000米，能够满足20-25帧/秒的视频图像数据经过压缩以后的传输速率要求。如要满足以上要求，我们认为采取802.11g无线局域网技术才比较合适。3 嵌入式系统及ARM体系结构3.1 嵌入式系统概述嵌入式系统源于微型计算机，是嵌入到对象体系中，实现嵌入对象智能化的计算机。由于微型计算机无法满足绝大多数对象体系嵌入式要求的体积、价位与可靠性，所以嵌入式系统迅速走上了独立发展的单片机道路。首先是将计算机芯片化，集成为单片微型计算机(SCMP)；其后，为满足对象体系的控制要求，单片机不断从单片微型计算机向微控制器

44、(MCU)与片上系统(SoC)发展。3.2 MINI2440开发板介绍3.2.1 S3C2440介绍S3C2440A基于ARM920T核心，低功耗，精致，且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用，它采用先进微控制总线构架（AMBA）。S3C2440A 的突出特点是其处理器核心，是由ARM公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器。图3.1是S3C2440A系统原理图。图3.1 S3C2440A系统原理图该芯片具有MMU虚拟内存管理，具有独立的16KB指令高速缓存和16KB数据高速缓存，支持Cache，LCD控制器，NAND Flash控制器，3通道UART，4通DMA，带脉宽调

45、制的4路定时器，I/O端口，RTC (real time clock)，8路10位ADC和触摸屏接口，USB主机，USB从机。3.2.2 接口资源介绍SDRAM存储系统：MINI2440使用两片外接32M bytes总共64M bytes的SDRAM芯片(型号为：HY57V561620FTP/MT48LC16M16A2)，一般称之为内存。它们并接在一起形成32-bit的总线数据宽度，这样可以增加访问的速度。因为是并接，故它们都使用了nGCS6作为片选，根据CPU手册5-2中的介绍可知，这就决定了它们的物理起始地址为0x30000000。图3.2是SDRAM原理图。图3.2 SDRAM原理图FL

46、ASH存储系统：MINI2440具备两种Flash，一种是NOR Flash，型号为SST39VF1601(AMD29LV160DB与此兼容)，大小为2Mbyte；另一种是NAND Flash，型号为K9F1G08，大小为S3C2440支持这两种Flash启动系统，通过拨动开关S2，你可以选择从NOR还是从NAND启动系统。NAND Flash不具有地址线，它有专门的控制接口与CPU相连，数据总线为8-bit，但这并不意味着NAND Flash读写数据会慢。图3.3是NAND Flash和图3.4是NOR Flash原理图。图3.3 NAND Flash原理图图3.4 NOR Flash原理图

47、电源系统及接口：本开发板的电源系统比较简单，直接使用外接的5V电源，通过降压芯片产生整个系统所需要的三种电压：3.3V、1.8V、1.25V。整个系统的电源通断是由S1拨动开关控制的，它不能通过软件实现开关机。图3.5是3.3V电源系统原图，图3.6是1.8V电源系统原理图，图3.7是1.25V电源系统原理图。图3.5 3.3V电源系统原理图图3.6 1.8V电源系统原理图图3.7 1.25V电源系统原理图复位系统：本开发板采用专业的复位芯片MAX811实现CPU所需要的低电平复位，图3.8是复位系统原理图。图3.8 复位系统原理图USB接口：本开发板具有两种USB接口，一个是USB Host

48、，它和普通PC的USB接口是一样的可以接USB摄像头、USB键盘、USB鼠标等常见的USB外设，另外一种是USB Slave。图3.9是USB接口原理图。图3.9 USB接口原理图网络接口：本开发板采用DM9000网卡芯片，它可以自适应10/100M网络，RJ45连接头内部已经包含了耦合线圈，因此不必另接网络变压器。图3.10是网络接口原理图。图3.10 网络接口原理图3.3 嵌入式Linux系统构建3.3.1 开发环境搭建1、交叉编译工具链嵌入式软件开发采用的是主机与目标板结合的交叉开发模式，即在一个平台上编译生成能在另一个平台上执行的代码。一般将进行交叉编译的主机称为宿主机，也就是普通的PC机，而把程序实际运行的环境称为目标板，也就是嵌入式设备。而交叉编译工具链是在编译程序时用到的一系列工具，例如编译器、汇编器、链接器等。