《基于嵌入式系統(tǒng)的網絡視頻傳輸系統(tǒng)設計報告(北方工業(yè)大學二隊)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《基于嵌入式系統(tǒng)的網絡視頻傳輸系統(tǒng)設計報告(北方工業(yè)大學二隊)（21頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 基于嵌入式系統(tǒng)的網絡視頻傳輸系統(tǒng) Network Video transmission System Based on Embedded 2008 年 7 月 18 日 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 摘要 本文設計了一個基于嵌入式 WinCE操作系統(tǒng)的軟件，它能夠 將 USB攝像頭采集到的視頻數據，使用 PXA270S實驗箱上的服 務端，經由網絡傳遞給電腦上的客戶端，并且顯示出來。這里采 用的通信方式是 TCP通信。軟件系統(tǒng)包括兩大部分：視頻圖像采 集和視頻圖像傳輸。 視頻圖像采集部分描述了 USB攝像頭驅動設計過程和實

2、現圖 像采集功能的程序；而視頻圖像傳輸部分，首先簡單介紹了 socket通信原理，并且詳細論述了客戶端和服務端如何使用 TCP 進行通信，完成視頻傳輸的過程，然后還介紹了如何將攝像頭采 集到的圖像數據顯示出來?？蛻舳撕头斩顺绦蚍謩e使用 Visual C+6.0和 eMbedded Visual C+進行開發(fā)。 程序編寫完成后，同時運行客戶端和服務端并加載攝像頭驅 動程序，通過以太網，就可以實現視頻傳輸的功能了。 關鍵詞： PXA270S; WinCE; USB Camera驅動；視頻采集；視頻傳輸 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 Abstract Abstract: Th

3、is article describes a kind of software based on embedded wince operating system. This software can collect video data by using USB Camera. Then the server on PXA270S experiment box will send this data to the client through network. At the same time, this video data will be displayed both on the ser

4、ver and the client. TCP communication is supposed to be the mode of network communication. This software system contains two parts, including video data collection and video data transmission. The part of video data collection describes how to develop USB Camera driver and collect video data. The pa

5、rt of video data transmission describes sockets communication principle, at first. It also describes the client how to communicate with the server by using TCP communication, and send data to each other. At last, all of video data will be displayed on the server and the client. The server program is

6、 developed by using eMbedded Visual C+, the client program by using Visual C+ 6.0. After all above have be done, run the server and the client, load 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 the USB Camera driver, the video data will be successfully transmitted. Keywords: PXA270S; WinCE; USB Camera drive; video dat

7、a acquisition; video data transmission 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 目 錄 第 1 章 緒論 .6 第 2 章 系統(tǒng)總體設計 .6 2.1系統(tǒng)組成 6 2.2設備介紹6 2.3驅動程序簡介6 第 3 章 功能與指標 .7 第 4 章 實現原理 .7 第 5 章 硬件框圖 7 第 6 章 軟件流程 .8 6.1 WINCE 下的 USB CAMERA 驅動8 6.1.1WINDOWS CE編寫的 USB CAMERA驅動程序8 6.1.2 USB CAMERA驅動的實現8 6.2服務端視頻采集9 6.3視頻圖像傳輸10 6.4 PC機

8、上 TCP客戶端程 序11 6.4.1 CTCPClient_CE類概述及應用11 6.4.2 TCP客戶端程序其他類簡單概述13 6.4.3 WinCE上 TCP服務端程序14 6.4.4 CTCPCustom_CE類說明14 6.4.5 CTCPServer_CE類說明15 6.4.6 TCP服務端程序16 第 7 章 測試方案及結果 .18 7.1 系統(tǒng)測試方案.18 7.2 測試設備.18 7.3 測試結果 .18 第 8 章 實現功能 .19 第 9 章 特色 .20 參考文獻 . 附錄 .錯誤！未定義書簽。 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 6 第 1 章 緒論

9、隨著信息科學技術的高速發(fā)展，網絡技術和數字視頻技術都已經日趨成熟； 同樣的，網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)已被廣泛應用在很多場所。這里將研究視頻采集與傳 輸功能在網絡視頻電話中的具體應用。所使用的實驗平臺是 PXA270-S實驗箱。 選用的 USB攝像頭也是目前常用的，其輸出的視頻為經過 JPEG壓縮后的數字視 頻，因此無需再進行視頻壓縮。加上以太網不會受到網絡帶寬限制，所以采集到 的數字視頻可以直接通過以太網傳輸到 PC機上，減少了硬件設計的復雜度。 第二章 系統(tǒng)總體設計 2.1系統(tǒng)組成 系統(tǒng)主要包括兩個部分：一個是 USB視頻圖像的數據采集；另外一個就是視 頻圖像傳輸系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件架構如圖 1。 攝像頭

10、 PXA270S 網線 PC機 圖 1 2.2設備介紹 PXA270S開發(fā)系統(tǒng)，基于 Intel公司最新的 XScale架構 PXA270-S，ARM 系 列處理器，最高主頻可達 624MHz，加入了 Wireless MMX技術，提升了多媒體處 理能力；同時 PXA270還加入了 Intel Speed Step動態(tài)電源管理技術，在保證 CPU性能的情況下，最大限度地降低移動設備功耗。 USB攝像頭采用羅技快看高手 5000（Logitech QuickCam 5000）,它采用高品 質 CMOS圖像傳感器，130 萬像素，最大分辨率 640*480，高速 USB2.0傳輸接口。 另外，還有

11、以太網轉換器和客戶端的 PC機。 2.3 軟件介紹 軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)引導加載程序 Bboot.nb0載入嵌入式 WinCE內核、USB Camera驅動和 CE端應用程序等組成。在 PXA270S BSP基礎上，根據具體需要， 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 7 使用 Platform Builder定制將在 PXA270S實驗平臺上使用的 WinCE內核。另 外使用 eMbedded Visual C+開發(fā)在 WinCE平臺下的 USB Camera驅動和 CE服務 端應用程序，而 PC機上客戶端的程序則在 Visual C+6.0上進行開發(fā)。 第三章 功能與指標 我們通過

12、 USB攝像頭采集到的視頻經過 JPEG壓縮后的數字視頻可以直接在以 太網上傳輸。在 PXA270S處理器的控制下，可以把 USB攝像頭采集到的視頻通 過以太網發(fā)送到遠端的 PC上，以達到視頻對話的效果，其圖像清晰，速度快捷。 其中 PXA270S 平臺上的視頻采集速率為 15 幀，而 PC 機所接收到的視頻采集 速率也能在 10 幀以上且較為穩(wěn)定。 第四章 實現原理 USB 系統(tǒng)由 USB 主機，一個或多個 USB 設備和物理總線組成。主機上又分 兩層：較高的包含 USB 設備驅動程序的軟件層和主機控制器硬件層。主機的用于 控制對 USB 設備的雙向數據傳輸。物理總線是一組 USB電纜用來將

13、控制器和外圍 設備連接起來。WinCE 的 USB 系統(tǒng)軟件由兩層組成： USB 設備驅動程序層和底 層的由 WinCE實現的 USB 函數層。較低的 USB 函數層本身又由兩部分組成 較高的通用串行總線驅動程序（USBD）模塊和較低的主控制器驅動程序（HCD） 模塊。HCD 提供了抽象的主機控制器，且對主機控制器所見到的 USB 系統(tǒng)的數據 傳輸進行了抽象。USBD 提供一個抽象的設備，且對 USBD客戶和 USB 設備功能部 件之間的數據傳輸進行抽象。USB 設備驅動程序使用 USBD 接口函數與外圍設備 進行通信 第五章硬件框圖 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 8 第

14、六章 軟件流程 6.1 WinCE 下的 USB camera 驅動 6.1.1 Windows CE 編寫的 USB camera 驅動程序 USB 設備驅動程序必須輸出的函數有： USBDeviecAttach() /初始化 USB 設備 USBInstallDriver() /創(chuàng)建一個驅動程序加載所需的注冊表信息 USBUninstallDriver() /釋放驅動程序所占用的資源，刪除注冊表等。 6.1.2 WinCE 下的 USB camera 驅動實現 首先是具體的注冊表信息，在platform.reg 中添加以下注冊項即可。 HKEY_LOCAL_MACHINEDriversUS

15、BLoadClients1133_2245Default DefaultVideo_Class “DLL”=“webcam.DLL” HKEY_LOCAL_MACHINEDriversUSBClientDriversVideo_Class “Prefix”=“CAM” 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 9 “Dll”=“webcam.DLL” 另外還要在 USBCode.cpp 中針對 USB 攝像頭的 PID、VID 對以下定義做修改: #define VID_LOGITECH 1133 #define PID_QUICKCAMPRO5000 2245 #define PI

16、D_MIKESQUICKCAM 2226 在 WebCam.h 文件中針對以下幾項定義要做修改: #define DRIVER_NAME TEXT(Webcam.dll) #define DEVICE_PREFIX TEXT(CAM) #define CLASS_NAME_SZ TEXT(Video_Class) #defineCLIENT_REGKEY_SZTEXT(DriversUSBClientDriversVideo_Cla ss) 外設插入時，首先調用 USBDeviceAttach()函數。 接下來調用 ActivateDevice()它用來分配，填寫設備內容。 USBDevice

17、Attach()最后要完成的工作是在此函數內調用 USBD 模塊的 RegisterNotificationRoutine 函數登記注冊 DeviceNotify 函數，用于相應的 善后工作。自此，系統(tǒng)完成外設加載。 6.2 服務端視頻采集 在 USB Camera驅動成功加載之后，要對其輸出的視頻圖像壓縮數據進行分析、 還原，以完成視頻圖像的采集過程。這些功能由我們所設計的 TCP服務端來實現， 具體的函數定義以及程序代碼分別在文件 CameraCode.h和文件 CameraCode.cpp 中。 在文件 CameraCode.h添加如下函數： InitCamera () /打開攝像頭；

18、ShutdownCamera () /關閉攝像頭； GetVideoFormats /獲取視頻圖像的格式 GetStillFormats /獲取靜態(tài)圖片的格式 WriteJPEG()/將圖像保存為一個 JPEG格式的文件。 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 10 6.3 視頻圖像傳輸系統(tǒng) 在此我們要應用到 Windows Sockets規(guī)范和 TCP編程。 Windows Sockets規(guī)范的本意在于提供給應用程序開發(fā)者一套簡單的 API。它 規(guī)范定義并記錄了如何使用 API與 Internet協(xié)議族連接。 實現實際的通訊工作。他們之間的工作關系如圖 3示。而且 WINCE平

19、臺還提 供 了 Socket的 API函數。 圖 3 socket通信具體應用流程圖 TCP（Transport Control Protocol）表示傳輸控制協(xié)議。他的服務端和客戶 端的流程圖如圖 4示。 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 11 圖 4 TCP服務端和客戶端的流程圖 下面將具體介紹分析 WinCE上 TCP服務端和 PC機上 TCP客戶端程序。 6.4 PC 機上 TCP 客戶端程序 在客戶端應用程序設計中，首先要創(chuàng)建 CTCPClient_CE類，完成對 TCP封裝， 然后調用該類與 TCP服務端建立連接，并進行數據傳輸，最后再斷開與 TCP服務 端的連接

20、。下面介紹程序的具體實現過程。 6.4.1 CTCPClient_CE 類概述及應用 CTCPClient_CE類主要用于封裝 WinCE socket API函數，其使用流程如圖。 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 12 圖 5 CTCPClient_CE類的使用流程 其具體應用及代碼如下: 1) 建立私有函數 private: CTCPClient_CE m_tcpClient; 用于引用 CTCPClient_CE類。 2) 設計 IDD_PCCAMCTRL_FORM對話框。 為 CMainFrame類添加三個私有靜態(tài)函數 OnDisConnect、OnRead、OnE

21、rror， 分別用于處理客戶端連接斷開事件、從客戶端讀取數據事件和客戶端 socket錯 誤事件。 3) 為“連接”和“斷開”按鈕添加單擊事件代碼。 4) 加入以下函數: void SendCMD(long cmd); 向終端發(fā)送命令信息 void SendCMDData(long cmd,CString data); 發(fā)送命令數據 void ProcessWebCmd(long datasize); 處理網絡命令 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 13 6.4.2 TCP 客戶端程序其他類簡單概述 首先要說的是 CPCCAMCTRLView， 具體定義如下： public:

22、 void DisplayFrame (PBYTE pData,DWORD dwSize); 顯示接收到的圖片 另外 CPictureCtrl類和 CPicture類，其中分別用到了重載函數 LoadImage 和 Load，同時也都包含了函數 GetImageSize，這些函數共同完成了對顯示圖片 大小的控制。CPictureCtrl 類還包含了函數 OnPaint，用以繪制圖片。 至此 TCP客戶端程序就編寫完畢了。TCP 客戶端程序具體流程圖如圖 6。 圖 6 TCP客戶端程序工作流程圖 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 14 6.4.3 WinCE上 TCP服務端程序

23、 TCP服務端將會創(chuàng)建 CTCPServer_CE和 CTCPCustom_CE兩個類： CTCPServer_CE 監(jiān)聽客戶端的連接 CTCPCustom_CE 與客戶端進行通訊 CTCPServer_CE類和 CTCPCustom_CE類的關系如圖 7。 圖 7 CTCPServer_CE類和 CTCPCustom_CE類的關系圖 6.4.4 CTCPCustom_CE 類說明 CTCPCustom_CE類的實現步驟。 1) 通過 EVC主菜單創(chuàng)建一個新的類 CTCPCustom_CE，并且綁定 winsock.lib 庫。 2) CTCPCustom_CE類具體代碼如下： public:

24、 CTCPServer_CE * m_pTCPServer_CE; /引用 TCP服務端監(jiān)聽 Socket bool Open(CTCPServer_CE *pTCPServer);/打開 socket，創(chuàng)建通訊線程 CString m_RemoteHost; /遠程主機 IP地址 DWORD m_RemotePort; /遠程主機端口號 SOCKET m_socket; /通訊 Socket句柄 bool Send(CTCPServer_CE*pTCPServer);/ 向客戶端發(fā)送數據 bool Close(); /關閉 socket，關閉線程，釋放 Socket資源 private: H

25、ANDLE m_tcpThreadHandle; /通訊線程句柄 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 15 SocketThreadFunc;/ 監(jiān)聽與客戶端連接的 socket通訊的事件 HANDLE m_exitThreadEvent; /通訊線程退出事件句柄 6.4.5 CTCPServer_CE 類說明 CTCPServer_CE類主要職責是負責監(jiān)聽并接受客戶端連接。 1) 在 TCPServer_CE.h文件中添加如下代碼用于定義幾種函數類型。 #include class CTCPCustom_CE; class CTCPServer_CE;/定義客戶端連接建立事件

26、 typedef void (CALLBACK* ONCLIENTCONNECT)(CWnd*,CTCPCustom_CE*); /定義客戶端 SOCKET關閉事件 typedef void (CALLBACK* ONCLIENTCLOSE)(CWnd*,CTCPCustom_CE*); /定義客戶端當有數據接收事件 typedef void (CALLBACK* ONCLIENTREAD)(CWnd*,CTCPCustom_CE*,N_Packet *);/定義客戶端 Socket錯誤事件 typedef void (CALLBACK* ONCLIENTERROR)(CWnd*,CTCPCu

27、stom_CE*,int nErrorCode);/定義服務器端 Socket錯誤事件 typedef void (CALLBACK* ONSERVERERROR)(CWnd*,CTCPServer_CE*,int nErrorCode); 2) 為 CTCPServer_CE類添加一些公有成員變量，私有成員變量及成員函數， 這些變量的定義如下： public: int m_LocalPort; /設置服務端口號 CWnd * m_pOwnerWnd; /父窗口句柄 Open() /打開 TCP服務 ONCLIENTCONNECT OnClientConnect; /客戶端連接建立事件，回調函

28、數 ONCLIENTCLOSE OnClientClose; /客戶端連接斷開事件，回調函數 ONCLIENTREAD OnClientRead; /客戶端接收數據事件，回調函數 ONCLIENTERROR OnClientError; /客戶端發(fā)生錯誤事件，回調函數 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 16 ONSERVERERROR OnServerError; /服務器端發(fā)生錯誤事件 ,回調函數 Close() /關閉 TCP服務 private: SOCKET m_ServerSocket; /TCP服務監(jiān)聽 socket HANDLE m_serverThreadHa

29、ndle; /通訊線程句柄 HANDLE m_exitThreadEvent; /通訊線程退出事件句柄 注意，這里有一個非常重要的屬性 m_LocalPort，該屬性表示 TCP服務端的 端口號。用戶可以選擇 1024之后的端口。 3) 在 CTCPServer_CE類的構造函數和析構函數里分別創(chuàng)建線程退出事件和 關閉線程退出事件。 4) 在 TCPServer_CE.cpp文件中添加全局靜態(tài)變量 m_ListClientSocket，用 于儲存客戶端連接的 Socket列表，并引用 TCPCustom_CE.h文件和 afxtempl.h 文件。 5) 為 CTCPServer_CE類添加一

30、個私有靜態(tài)線程函數 SocketThreadFunc。該 線程用于監(jiān)聽服務器套接字事件。 SocketThreadFunc函數定義如下： private: static DWORD SocketThreadFunc(PVOID lparam); /線程處理函數 6.4.6 TCP 服務端程序 1) 為 CMainFrame類添加私有成員變量 m_tcpServer，用它來實現 TCP服務 同時設置網絡信息。具體定義如下： public: void SendCMD(long cmd); / 向 PC發(fā)送命令信息 bool SendCMDData(long cmd, const char * pb

31、uf , int len);/ 向 PC發(fā) 送命令數據 void ProcessWebCmd(void); / 處理網絡命令 N_Packet P_RCV; / 包緩沖區(qū) N_Packet P_SEND; / 包緩沖區(qū) 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 17 private: CTCPServer_CE m_tcpServer; /定義 CTCPServer_CE對象 2) 接下來設計 IDD_LGCAMCECTRL_FORM對話框,然后為 CMainFrame類添加 5 個私有靜態(tài)函數。 OnClientConnect/處理客戶端連接建立事件 OnClientClose/處

32、理客戶端 Socket關閉事件 OnClientRead/處理服務端收到的來自客戶端的數據事件 OnClientError/處理客戶端 Socket錯誤事件 OnServerError/處理服務端 Socket錯誤事件。 3) 為“啟用網絡” 、 “關閉網絡”添加單擊事件代碼。單擊“啟用網絡”按 鈕后，TCP 服務器就開始監(jiān)聽，等待客戶端的連接；單擊“關閉網絡” 按鈕后， 將關閉處于監(jiān)聽狀態(tài)的 TCP服務器。 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 18 圖 8 服務端工作流程圖 第七章 系統(tǒng)測試 7.1測試方案 首先在 CE端加載攝像頭驅動，再運行服務端“啟用網絡” ，然后運行客

33、戶 端“連接” ，建立與服務端的連接，最后在服務端選擇“開始預覽” ，這樣服 務端與客戶端就能同時顯示圖像了。 7.2測試設備: PXA270-S實驗箱、USB 羅技快看高手 5000攝像頭、PC 機和以太網交換機。 7.3 測試結果： 客戶端運行過程截圖如圖 9所示，服務端運行過程截圖如圖 10所示。 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 19 圖 9 客戶端截圖 圖 10 服務端截圖 第八章 實現功能 結合 USB Camera 羅技快看高手 5000（Logitech QuickCam 5000）的驅動開 發(fā)，簡單介紹了 USB 設備的驅動設計框架。同時，設計了基于 Win

34、CE 操作系統(tǒng) 和 PXA270S 平臺的視頻傳輸系統(tǒng)。此系統(tǒng)能夠將 USB Camera 采集的視頻數 據壓縮，然后使用實驗平臺與 PC 機之間的網絡，通過 TCP 進行視頻數據傳輸。 其中，PXA270 S 平臺上的視頻采集速率為 15 幀，而 PC 機所接收到的視頻采 集速率也能在 10 幀以上且較為穩(wěn)定。 2008 第四屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設計大賽 20 第九章 特色 整套系統(tǒng)的特色在于能夠通過網絡，方便快捷的傳遞清晰，穩(wěn)定的視頻圖像。 USB camera 攝像頭，PXA270-S 實驗箱便于攜帶，彌補了大型圖像采集設備笨重， 不便的缺陷。其次可以在第一時間通過網絡傳遞視頻信

35、息，并且可以重復使用， 體現了它的快捷，同時也達到了節(jié)省資源空間的效果。 參考文獻 1. 汪兵,李存斌,陳鵬.EVC高級編程及其應用開發(fā)(Embedded Visual C+嵌入式編程). 北京:中國水利水電出版社,2005,353-385. 2. 侯娟,王陸林,劉貴如. 基于ARM和WINCE 的USB 視頻采集與傳輸系統(tǒng)的設計. 科技情 報開發(fā)與經濟.2008年,18卷(第3期)：171-172. 3. 張偉,賀賽先.基于WinCE.Net的USB Camera驅動開發(fā).計算機工程.2006年7月,32卷 (第13期)：274-276. 4. 關學忠,李洪宇,李國盛.基于WinCE的ARM

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