2024年4月13日发(作者：)

基于ARM11的视频采集与编码系统的设计

摘 要：

基于嵌入式技术的无线视频监控以其灵活性、高集成性、便捷性等诸多优

点必将取代传统的有线视频监控。针对目前视频监控的实际需求，结合嵌入式技术、图像处

理技术，设计并实现了一种可靠性高、成本低的嵌入式视频采集及编码系统。它是视频监控

的前端，是无线视频监控系统的一个子系统。系统选用S3C6410微处理器作为核心板的控

制器，采用USB接口的摄像头进行采集，利用S3C6410的硬件编解码模块进行H.264编码。

根据系统的功能要求，开发了zc301摄像头和MFC的设备驱动程序，并采用内存映射方式

和双缓冲思想编写了基于V4L的视频采集程序。探讨了H.264的编码特性和码流结构，利

用MFC驱动中的API函数，开发了基于H.264算法的视频编码程序。测试表明，设计的系

统视频采集效率高、图像连续性好、运行稳定。

关键词：

嵌入式系统；ARM11；S3C6410；视频采集;视频编码；H.264

ABSTRACT:

In the future, Wireless video monitoring system based on embedded

technology, with many advantages such as flexibility, integration, convenience and so on, will

replace existing wired video monitoring system inevitably. Aiming at actual demand of present

video monitoring, this paper designs and realizes a reliable and cheap embedded video capturing

and compression system, with the combination of embedded technology and image processing

technology. This system is the front end of video monitoring and a subsystem of wireless video

monitoring system. This system chooses S3C6410 as the kernel board's controller uses the camera

with USB interface to capture pictures and encodes the video data using the codec of S3C6410.

According to functional requirements of the system, device drivers of MFC and zc301 camera are

developed, and video capturing application based on V4L using Memory Mapping and the idea of

the double buffer are also developed. After a brief study on the feature and stream structure of

H.264, video encoding application based on H.264 with the MFC driver’s API is completed. The

test shows that this system has a high efficiency to capture video data, has good continuity for

pictures and can run stably.

KEY WORD：

Embedded system; ARM11; S3C6410; Video capturing; Video

encoding; H.264

引 言

视频具有表达客观事物直观、生动、形象，信息丰富等优点，它在各行各业的应用日益

受到人们的关注。传统的视频监控系统主要是模拟图像监控系统和基于有线传输的数字监控

系统。虽然模拟图像监控系统

[1]

能够保证图像清晰、不失帧，但是传输距离小，布线工程量

大，需要大量存储介质，极大地浪费了资金。数字监控系统多采用各种视频采集卡实现，灵

活性不够，成本高，且同样存在布线上的缺陷。在视频监控领域，由于受传输带宽的限制，

如何对视频数据进行高效压缩，从而便于信息稳定高质量传输，以及如何设计系统，保证系

统的体积更小，成本、功耗更低等各种棘手问题摆在了当前技术人员的面前。

如今随着电子信息技术，多媒体技术及网络技术的快速发展，嵌入式无线视频监控技术

应运而生且飞速发展。视频监控系统正在向集成化、数字化和网络化方向发展

[2,3]

。本文提

出了一种基于ARM11的视频采集与编码系统，充分利用大规模集成电路和先进高效编码标

准，解决了传统视频监控系统成本高，体积大，布线麻烦等问题。这将改变目前的视频监控，

在家庭安防、交通监控、远程教育、森林防火监控、远程医疗等众多领域产生巨大影响。

1.系统的整体硬件框图介绍

基于ARM11的视频采集与编码系统的硬件部分主要由主控制板模块和摄像头模块组

成。其中主控制板选择以ARM1176JZF-S为内核的S3C6410微处理器作为控制器，S3C6410

接口丰富，通过USB接口连接摄像头，串口与PC机相连。系统整体框图如图1所示。

JTAG

电源及复位电路

摄像头

USB

CPU单元

后续研究

（zc301）

S3C6410

（传输）

SDRAM NAND FLASH

图1 系统整体框图 图2 嵌入式核心控制板

嵌入式系统硬件部分主要包括：微处理器及存储电路模块，电源、时钟和复位电路模块，

外围接口电路模块等

[4]

。本系统由S3C6410处理器控制接收摄像头的视频信号，利用

S3C6410内部集成的多媒体编解码器（MFC）进行基于H.264的压缩编码，实现视频数据的

快速采集和高效压缩。以后将进行传输方面的研究。本系统中NAND FLASH用于存储各种

固化程序，SDRAM用于系统运行时程序的存取，JTAG用于程序的下载，串口用于系统打

印信息的输出及程序的调试。其中基于S3C6410微处理器的核心控制板如图2所示。

2.系统的硬件模块介绍

2.1 核心控制器

本系统实现的主要功能是视频的采集与编码。其中系统的主控制器是具有ARM11内

核的S3C6410微处理器，它控制摄像头进行视频采集，并对其进行H.264的压缩编码。

S3C6410是韩国三星电子基于ARM1176JZF-S内核构建的高性能多媒体应用处理器

[5]

，