嵌入式铁路道口视频监控系统的研究与设计

论文摘要

随着经济的发展,道路车辆越来越多,铁道道口发生的因道路车辆和行人与火车抢道引发的交通安全事故越来越多。传统的视频监控系统对预防铁路道口交通事故作用逐渐减弱,构建高效安全、成本低廉,方便灵活、可远距离联网监控的视频监控系统成为维护铁路道口安全的迫切需要。嵌入式技术以及流媒体技术的发展为道口视频监控带来了可靠的解决方案。本文在综述视频监控技术发展现状以及功能需求的基础上,提出了一种基于ARM架构的S3C2440处理器的嵌入式网络视频监控系统方案,实现USB摄像头的视频图像实时采集、H.264压缩以及建立了B/S模式的流媒体服务器,并实现对摄像头云台的远程控制。系统以嵌入式设备作为监控服务器,Web浏览器为客户端,具有成本低、便捷灵活的特点,对促进铁路道口视频监控技术进步,保障道口安全有积极的意义。本文在ARM硬件平台上完成了Linux内核、Bootloader的移植,构建了嵌入式Linux开发平台。在此基础上基于V4L2的API实现视频的实时采集,通过分析和比较,采用x264作为编码器对视频流进行H.264格式码流的压缩。根据需求优化了x264编码器程序,采用RTP/RTCP协议建立了流媒体视频服务器,介绍了H.264的RTP打包方式,采用多线程技术实现服务器对多用户连接的响应。通过移植GoAhead服务器构建了嵌入式Web服务器,并实现用户登录验证功能。通过ARM的GPIO接口设计了一种简单的云台控制方法,实现远程用户通过网页控制摄像头云台工作状态的功能,完成了远程网络视频监控的基本要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 铁路道口视频监控的研究意义
• 1.2 铁路道口视频监控系统的发展现状
• 1.2.1 视频监控在铁路系统的应用
• 1.2.2 视频监控系统的发展现状
• 1.2.3 铁路道口视频监控的发展现状
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 论文的内容安排
• 第2章 嵌入式视频监控系统设计方案
• 2.1 系统功能需求和总体方案设计
• 2.2 系统硬件方案
• 2.3 系统软件方案
• 2.3.1 B/S结构选择
• 2.3.2 应用软件设计
• 第3章 构建嵌入式Linux系统
• 3.1 建立交叉编译环境
• 3.2 构建Bootloader引导程序
• 3.2.1 Linux启动流程
• 3.2.2 Bootloader启动流程
• 3.2.3 Bootloader移植
• 3.3 移植Linux内核
• 3.4 建立根文件系统
• 第4章 视频采集和视频压缩编码
• 4.1 V4L2视频采集
• 4.1.1 UVC驱动
• 4.1.2 V4L2介绍
• 4.1.3 V4L2视频采集实现
• 4.2 视频编码压缩
• 4.2.1 视频压缩算法选择
• 4.2.2 H.264介绍
• 4.2.3 H264编码原理
• 4.3 基于嵌入式应用的编码器方案
• 4.3.1 编码器的选择
• 4.3.2 X264编码器的优化措施
• 第5章 嵌入式视频服务器的实现
• 5.1 流媒体协议栈
• 5.1.1 RTP协议
• 5.1.2 RTCP协议
• 5.1.3 RTSP协议
• 5.2 H264视频的RTP封装与传输
• 5.2.1 H264网络适配技术
• 5.2.2 H264码流的RTP封装
• 5.3 流媒体服务器的实现
• 5.3.1 H264码流的传输
• 5.3.2 视频服务器的多线程设计
• 第6章 嵌入式Web服务器实现与系统测试
• 6.1 嵌入式Web服务器的实现
• 6.1.1 嵌入式Web服务器的选择
• 6.1.2 GoAhead Webserver的移植
• 6.2 页面设计与实现
• 6.2.1 CGI介绍
• 6.2.2 用户验证实现
• 6.2.3 监控页面显示
• 6.2.4 云台控制的实现
• 6.3 系统测试
• 6.3.1 测试环境
• 6.3.2 测试结果
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 底板PCB图
• 附录2 视频监控实验系统实物图
• 附录3 V4L2视频采集程序
• 附录4 GPIO后台服务程序（云台控制模块）