基于ARM的嵌入式网络视频监控系统设计与实现

论文摘要

视频监控以其直观方便、准确、信息内容丰富而广泛应用于许多场合,已经渗透到交通、城市治安、国防等多种领域,甚至家庭安防,在人们的日常生活中扮演着越来越重要的作用。由于传统的视频监控系统存在着结构复杂、稳定性可靠性不高、价格昂贵而且传输距离明显受限的缺点。近年来,随着计算机、网络、电子与通信、图像处理等技术的飞速发展,嵌入式网络视频监控技术应用而生。本文针对视频监控系统的实际需求,结合嵌入式技术、图像处理技术和网络技术,设计并实现了一种实时性好、可靠性高、成本低的嵌入式网络视频监控系统。该系统以ARM9微处理器作为硬件平台,以具有开发资源丰富、免费等优势的Linux操作系统作为软件开发平台。该系统采用以太网作为网络传输介质,并使用TCP/IP网络协议。视频数据的传输协议选择了支持组播技术的RTP/RTCP传输协议,客户端在Linux下实现了基于SDL库视频显示。论文首先描述了嵌入式系统与视频监控技术的发展及相关技术,分析了国内外视频监控系统的现状和发展趋势,对视频监控系统研究的背景和意义进行了阐述,并讨论了几种常见的视频监控解决方案,对几种目前流行的视频压缩算法进行了对比;然后,提出了嵌入式视频监控系统的软、硬件总体架构,并逐步对硬件平台和软件模块设计进行了选择和细化。其中,硬件平台根据视频数据采集以及处理需要选择了摄像头和存储器;软件设计中,首先完成了嵌入式系统的交叉开发环境搭建,针对ARM-Linux特性,完成了在开发板上操作系统和文件系统等移植,最后完成了Linux下V4L视频采集、JPEG图像压缩、RTP/RTCP网络传输、SDL库视频显示以及avi格式视频文件保存等。此外,对系统构建过程中所用到的某些关键技术进行了较为详尽的探讨和研究,这对于从事相关科研工作的同仁们具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 视频监控系统现状
• 1.3 视频监控系统的发展方向
• 1.4 目前视频监控系统国内外常见方案设计
• 1.5 内容概述
• 第二章 嵌入式系统介绍
• 2.1 嵌入式系统定义
• 2.2 嵌入式系统特点
• 2.3 嵌入式系统的组成
• 2.3.1 常见嵌入式处理器
• 2.3.2 常见嵌入式操作系统
• 2.4 本章小结
• 第三章 视频编解码和网络协议的选择
• 3.1 网络传输协议的分析选择
• 3.1.1 网络传输协议的分析
• 3.1.2 网络协议的选择和设计
• 3.1.3 视频数据传输方式的选择
• 3.2 图像压缩算法的分析选择
• 3.2.1 压缩的必要性和可能性
• 3.2.2 系统视频压缩方法的选择
• 3.3 本章小结
• 第四章 监控系统方案设计
• 4.1 监控系统总体方案选择
• 4.2 监控系统硬件方案设计
• 4.2.1 嵌入式处理器的选择
• 4.2.2 Flash的选择
• 4.2.3 网卡的选择
• 4.2.4 摄像头的选择
• 4.2.5 存储硬盘接口的选择
• 4.2.6 监控系统硬件整体方案设计
• 4.3 监控系统软件整体方案设计
• 4.3.1 软件开发平台及开发工具的选择
• 4.3.2 构建嵌入式软件平台
• 4.3.3 移植 Linux 2.6.14内核
• 4.3.4 监控系统软件方案
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统的设备驱动程序移植
• 5.1 USB HOST驱动初始化
• 5.2 网卡驱动的移植
• 5.3 摄像头驱动的安装
• 5.4 本章小结
• 第六章 监控系统软件的设计及实现
• 6.1 监控系统功能模块作用及设计
• 6.2 Linux下多线程编程技术
• 6.2.1 功能模块缓冲的同步操作
• 6.3 视频采集模块软件设计
• 6.3.1 V4L常用数据结构以及常用函数
• 6.3.2 V4L视频采集编程实现过程
• 6.3.3 多路图像采集的实现
• 6.4 视频编码和解码模块设计
• 6.4.1 JPEG标准
• 6.4.2 JPEG编码的主要计算步骤
• 6.4.3 JPEG的解码
• 6.4.4 动态图像解码的优化
• 6.4.5 获取压缩后每一帧大小
• 6.5 网络通信模块软件设计
• 6.5.1 Linux下 RTP/RTCP网络通信实现
• 6.5.2 JRTP库的安装
• 6.5.3 JRTPLIB库软件实现
• 6.5.4 网络传输数据的封包和解包
• 6.6 视频图像显示的设计
• 6.7 保存视频文件的设计
• 6.8 程序运行性能结果
• 6.9 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 附录一 网卡驱动文件修改详细情况
• 附录二 控制报文类型
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文