基于ARM的蛋鸡养殖场网络视频监控系统设计

论文摘要

随着信息技术的高速发展,嵌入式系统因其体积小、可靠性高、功能强、操作灵活等优点,已渗透到工业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域,并随着农业生产的自动化、智能化发展而逐步应用于农业领域。近年来,广泛应用于各行各业的视频监控系统大多采用PC实现,具有体积大、效率低等缺点；随着现代通信技术、多媒体技术、计算机网络技术和视频压缩技术的不断发展,视频监控系统正向着网络化、数字化和小型化的方向发展。目前,我国蛋鸡养殖业存在着疫病防控、环境污染、蛋品质量安全等问题,严重制约了产业的发展,蛋鸡养殖急需改进养殖工程中的工艺、设备及环境控制技术。基于嵌入式技术的蛋鸡养殖场网络视频监控系统能够通过网络将鸡舍内的视频信息实时传递到监控平台上,以观察鸡舍的卫生环境、鸡的健康状况和鸡蛋总数,这样可减轻鸡舍的环境污染、提高疫病的防控水平、确保蛋品的新鲜度、避免人员的频繁出入。系统硬件、软件设计方案如下：系统硬件是由嵌入式终端、交换机和监控平台组成,其中,嵌入式终端由中央处理器（S3C2440）、存储器、DM9000以太网卡、RS232通信串口、USB接口和摄像头构成；摄像头采集视频信息,送入嵌入式终端进行图像处理和视频压缩,并将处理结果通过网络传输到监控平台上实时显示。系统软件包括嵌入式终端系统环境的构建和嵌入式终端、监控平台的应用程序开发。构建嵌入式终端系统环境的过程为,建立交叉编译环境,安装和配置基本网络服务,移植系统引导程序,配置Linux-2.6.29内核,基于Busybox制作文件系统。嵌入式终端应用程序在主进程中实现的功能依次为,移植并加载摄像头驱动程序,采集YUV格式的视频图像,叠加鸡蛋个数于视频图像之上,压缩视频数据,网络传输视频数据。在视频采集的过程中,创建一个线程进行视频帧图像处理,将前后视频帧拼接为一幅灰度图像,进行二值化处理,基于欧氏距离获取其距离图像,并以低于鸡蛋最小半径为阈值（8）对其二值化,统计鸡蛋的个数并将其返回主进程进行OSD字符叠加。基于H.264标准压缩视频数据,采用x264编码方式以舍弃H.264标准中复杂度高、对编解码性能贡献小的算法。基于RTP/RTCP流媒体传输协议将视频数据通过网络传输至监控平台,RTP确保了数据传输的实时性,RTCP管理数据的传输质量,利用交换控制信息实现流量拥塞控制服务。监控平台应用程序采用x264解码方式解码视频数据,利用DirectDraw技术直接访问内存空间显示视频图像,以实现硬件加速功能并获得高级图形显示性能。实验结果表明,监控平台上实时显示的视频图像清晰,鸡蛋计数的准确率为93.2%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 嵌入式系统特点与组成
• 1.3 视频监控系统发展动态
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 视频监控系统总体设计
• 2.1 系统总体设计
• 2.2 硬件平台设计
• 2.3 软件开发设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 嵌入式Linux系统构建
• 3.1 Mini2440开发板
• 3.2 构建嵌入式Linux系统
• 3.2.1 建立交叉编译环境
• 3.2.2 安装及配置网路服务
• 3.2.2.1 安装配置TFTP服务
• 3.2.2.2 安装配置NFS服务
• 3.2.3 移植系统引导程序
• 3.2.3.1 Bootloader原理
• 3.2.3.2 移植Bootloader
• 3.2.4 配置Linux内核
• 3.2.5 制作嵌入式文件系统
• 3.3 实验结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 视频图像采集处理和压缩
• 4.1 视频图像采集
• 4.1.1 移植摄像头驱动程序
• 4.1.2 加载摄像头驱动程序
• 4.1.3 基于V4L采集视频图像
• 4.2 视频帧图像处理
• 4.2.1 视频帧图像拼接
• 4.2.2 鸡蛋计数算法
• 4.2.3 OSD显示
• 4.3 H.264视频编码压缩
• 4.3.1 H.264编解码器特点
• 4.3.2 视频编码方案
• 4.4 本章小结
• 第五章 网络传输协议
• 5.1 流媒体传输协议
• 5.1.1 实时传输协议RTP
• 5.1.2 实时传输控制协议RTCP
• 5.2 视频传输方案
• 5.2.1 选择网络传输协议
• 5.2.2 最大传输单元MTU
• 5.2.3 流量控制
• 5.3 实验设计与分析
• 5.3.1 建立视频传输模型
• 5.3.2 视频传输实验设计
• 5.3.3 抓包分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 监控平台设计
• 6.1 视频解码
• 6.2 视频播放显示
• 6.3 现场实验
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 研究生期间撰写发表的论文及著作
• 致谢