基于ARM的无线视频监控系统设计与实现

论文摘要

近年来,无线传输技术、流媒体技术的迅猛发展,推动了视频监控系统向嵌入式、数字化、网络化的方向发展,从有线向无线的转型。在这种背景下,基于嵌入式技术的无线视频监控系统应运而生,这无疑丰富了银行、交通、智能小区、大型商场等区域的监控方式,而对于矿井下视频监控的实现更具特殊的意义。嵌入式设备体积小、功耗低、可靠性好,而无线组网具有很好的灵活性、可扩展性及可维护性,这些特点正是矿井下视频监控系统所需要的。本文的研究目的是在矿井下实现无线视频的实时监控,通过建立一个全面覆盖井上与井下的数字化信息网络,为地面调度指挥系统的高效运转提供必要的数据和信息支持,防止安全事故的发生。本文首先阐述了当前无线视频监控的意义及发展现状,并结合课题背景提出了一种基于ARM的无线视频监控系统的设计方案。在硬件方面,采用以ARM9嵌入式处理器S3C2440A为核心的开发平台Micro2440,通过USB接口扩展摄像头跟无线网卡,设计系统的前端设备跟后台服务器。在软件方面,建立了系统的软件开发环境,包括交叉编译环境的建立、BootLoader移植、Linux内核移植、根文件系统的构建等。在嵌入式Linux平台上,通过配合USB摄像头实现了基于V4L2视频图像的采集；利用JPEG库实现JPEG图像的解码,并根据RGB与YUV的排列方式完成色彩空间相互转换；选择H.264视频压缩标准作为系统的视频压缩算法,以T264编解码器模型为基础实现了视频数据的压缩与解压；基于流媒体传输的实时传输协议[RTP)和控制协议(RTCP),对H.264视频流在发送端的RTP分包及接收端的RTP组包策略进行研究,并利用JRTPLIB库实现H.264视频流在WiFi网络上的实时传输,最后提出了一种基于量化参数及RTP包分割长度的自适应算法对视频流的传输进行控制。经过测试,本系统实现了视频信号的采集、预处理、编码、发送、接收、存储、解码、显示及传输的自适应控制等功能,满足了视频监控的基本要求,并能够在后台服务器上流畅地观看质量较好的监控图像。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 无线视频监控系统的研究现状
• 1.3 本文主要研究工作
• 1.4 本文章节安排
• 第2章 无线视频监控关键技术的研究与分析
• 2.1 宽带无线通信技术
• 2.1.1 WiFi技术
• 2.1.2 WiMAX技术
• 2.1.3 3G技术
• 2.1.4 几种宽带无线技术的比较
• 2.2 视频压缩技术
• 2.2.1 MPEG-4标准
• 2.2.2 H.264标准
• 2.2.3 两种第二代压缩技术的比较
• 2.3 网络传输协议
• 2.4 本章小结
• 第3章 无线视频监控系统的构建
• 3.1 系统的功能
• 3.2 系统的方案设计
• 3.2.1 系统的结构组成
• 3.2.2 系统的工作原理
• 3.2.3 系统软件流程
• 3.3 系统硬件开发平台的构建
• 3.3.1 嵌入式处理器的选择
• 3.3.2 基于ARM的前端设备的设计
• 3.3.3 基于ARM的后台服务器的设计
• 3.3.4 系统硬件整体方案
• 3.4 系统软件开发环境的构建
• 3.4.1 目标机开发环境的建立
• 3.4.2 USB无线网卡驱动的移植及环境测试
• 3.4.3 系统软件的整体架构
• 3.5 本章小结
• 第4章 视频处理模块的设计与实现
• 4.1 基于V4L2的视频图像采集
• 4.1.1 V4L2简介
• 4.1.2 视频采集模块的实现
• 4.2 JPEG图像的解压缩及色彩空间的转换
• 4.2.1 JPEG库的移植
• 4.2.2 解码JPEG图像
• 4.2.3 色彩空间转换
• 4.3 H.264视频编解码模块的实现
• 4.3.1 H.264编码器框架及原理
• 4.3.2 H.264解码器框架及原理
• 4.3.3 H.264库的编译移植
• 4.3.4 H.264视频编码的实现
• 4.3.5 H.264视频解码的实现
• 4.4 视频实时LCD显示
• 4.4.1 帧缓冲技术简介
• 4.4.2 视频图像的LCD实时显示
• 4.5 本章小结
• 第5章 视频传输模块的设计与实现
• 5.1 RTP/RTCP协议分析
• 5.1.1 RTP/RTCP协议层次与封装
• 5.1.2 RTP协议分析
• 5.1.3 RTCP协议分析
• 5.2 JRTPLIB的移植与应用实现
• 5.2.1 JRTPLIB库的编译及移植
• 5.2.2 RTP数据包的发送
• 5.2.3 RTP数据包的接收
• 5.3 H.264数据的RTP分包及组包算法实现
• 5.3.1 网络抽象层类型单元
• 5.3.2 RTP载荷打包方案设计
• 5.3.3 RTP载荷传输方案设计
• 5.3.4 接收端RTP载荷组包设计
• 5.4 基于RTP的视频自适应传输实现
• 5.4.1 基于RTP的自适应传输实现步骤
• 5.4.2 网络状态的评估算法
• 5.4.3 基于量化参数及RTP包分割长度的自适应控制算法
• 5.5 本章小结
• 第6章 系统功能测试与分析
• 6.1 系统测试环境
• 6.2 系统各功能模块测试
• 6.2.1 视频采集及格式转换测试
• 6.2.2 视频收发模块测试
• 6.2.3 视频编解码测试
• 6.3 VLC接收测试
• 6.4 网络传输协议RTP与UDP的测试分析
• 6.5 基于RTP的视频自适应传输测试分析
• 6.6 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目