基于Android平台的视频监控系统的设计研究.pdf
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1、论文题目:基于Android平台的视频监控系统的设计研究 专 业:通信与信息系统 硕 士 生:郭永清 (签名)_ 指导教师:孙 弋 (签名)_ 摘 要 随着流媒体技术、无线网络技术以及视频压缩技术的不断进步,视频监控系统的应用日益广泛和深入,监控的规模和范围也不断扩大。基于嵌入式移动终端设备和无线网络的远程视频监控已经成为监控研究领域的热点。本文通过对视频监控系统现状及发展趋势的分析,结合理论技术的发展及监控系统性能的需求,提出了一种基于Android平台的视频监控系统设计方案,实现了监控系统的视频采集、视频压缩编码、视频网络传输及实时显示功能。整个系统开发的软件平台选用基于Linux内核的开
2、源手机操作系统Android,鉴于其良好的可开发性和移植性,该系统已经开始向工业级进军;硬件平台采用具有硬件加速功能且支持H.264视频编解码的高性能S3C6410处理器。本论文介绍了监控系统所涉及关键技术的理论知识,在此基础上提出了基于Android 平台的视频监控系统的总体设计方案,完成了监控系统各模块的设计和软件实现。该系统由视频采集端(摄像头)、视频服务器以及监控客户端构成,主要模块包括:视频数据采集模块、视频编码模块、视频实时传输模块、客户端显示模块。本监控系统的视频编码模块采用了最新的低码率视频压缩标准H.264,将H.264算法在集成芯片DSP上实现,不仅减小了信道传输容量而且提
3、高了图像质量和编码性能,达到了系统实时性、可靠性的要求;视频实时传输模块采用流媒体技术以及 Socket 网络编程,实现了基于RTP 协议的端到端的传输功能;客户端显示模块采用 VLC 多媒体播放器,实现了视频的实时显示播放。最后通过对本文进行总结,提出了后续的开发方案和计划。关 键 词:视频监控;Android;H.264 算法;RTP 传输协议 研究类型:应用研究 Subject :Design and Reasearch of Video Montioring System Based on Android Specialty :Communication and Information
4、 System Name :Guo Yongqing (Signature)Instructor :Sun Yi (Signature)ABSTRACT With the rapid development of streaming media technology,wireless communication technology and video compression technology,the video monitoring system is applied more widely and deeply,the scale and cope of the monitor is
5、expanding.Remote video surveillance based on embedded mobile terminal devices and wireless network has become a hot field of research.This article through the present situation and the development analysis of the video monitoring system,combined with the development of the theory and technology,and
6、the requirements performance of the video monitoring system,put forward one kind of design scheme based on the Android video monitoring system.Realized the video capture,video compression,video network transmission and the real-time display function of the monitoring system.The selection software pl
7、atform of the whole system based on the opening phone operating system Android with the Linux kernel,the system has begun to enter the industrial level because of the good development and portability,the hardware platform based on S3C6410 processor of high performance which has the hardware accelera
8、tion function and H.264 video decoder.This paper introduced the key technique theory knowledge of the monitoring system,raised the design scheme of the video monitoring system based on the Android platform,completed the module design and the implementation of the software.The system consists of the
9、video collection terminal(camera),video server and client.,the main module include the video gather module,the video coding module,the real-time transporting module,the client display module.The monitoring system uses the new low bit rate video compression standard H.264,which integrated in DSP not
10、only reduces the transmission capacity but also improve the image quality and coding efficiency,achieve the real-time,reliability requirements of the monitoring system,in the real-time transporting module,Socket program and realization of RTP protocol are fully discussed,in the real time video displ
11、ay module uses the VLC multimedia player.In the last,it summarizes and comes up with the subsequent development programs and plans.Key words :Video monitoring;Android;H.264 algorithm;The RTP transport protocol Thesis :Application Research 目 录 I 目 录 1 绪论.1 1.1 选题的背景及意义.1 1.2 监控系统现状及发展趋势.1 1.2.1 监控系统现
12、状.1 1.2.2 监控系统发展趋势.2 1.3 本论文所做的工作及文章结构安排.3 2 视频监控系统的相关技术.5 2.1 Android 平台.5 2.1.1 Android 系统简介.5 2.1.2 Android 的优点.5 2.1.3 Android 系统结构.6 2.2 H.264 标准简介.8 2.2.1 H.264 编码标准基本概念.8 2.2.2 H.264 标准的优点.9 2.3 H.264 标准结构.9 2.3.1 H.264 档次和级别.9 2.3.2 H.264 标准分层结构.10 2.4 H.264 标准关键模块.11 2.4.1 帧内预测.11 2.4.2 帧间预
13、测.12 2.4.3 变换与量化.13 2.4.4 熵编码.14 2.5 网络传输协议.15 2.5.1 网络传输协议标准.15 2.5.2 RTP 相关概念.16 2.5.3 RTP 数据包格式.17 2.5.4 RTP 设计原则及工作原理.18 2.6 VLC 播放器介绍.19 2.7 本章小结.20 3 视频监控系统设计方案.21 3.1 监控系统总体概述.21 3.2 监控系统设计方案.22 目 录 II 3.2.1 监控系统硬件设计方案.22 3.2.2 嵌入式操作系统选择方案.23 3.2.3 应用软件设计方案.23 3.2.3 视频数据采集和压缩编码方案.24 3.2.4 视频网
14、络传输方案.25 3.3 本章小结.26 4 视频监控系统软件实现.27 4.1Android 系统实现.27 4.1.1 Android 平台搭建.27 4.1.2 Android 应用程序结构.29 4.2 视频采集模块实现.31 4.2.1 USB 驱动移植模块实现.31 4.2.2 视频数据采集实现.32 4.2.3 视频预览界面实现.34 4.3 视频编码模块实现.36 4.3.1H.264 基本流结构.36 4.3.2 H.264 编码.37 4.3.3 X264 编码实现.37 4.3.4 JNI 技术实现.39 4.4 视频网络传输模块实现.40 4.4.1 流媒体传输系统.4
15、0 4.4.2 RTP 传输实现.41 4.4.3 Socket 网络通信模块实现.43 4.5 视频显示模块实现.45 4.6 本章小结.47 5 视频监控系统测试.48 5.1 测试目的.48 5.2 测试内容.48 5.3 测试结果.48 5.4 本章小结.49 6 结论与展望.50 致 谢.52 参考文献.531 绪论 1 1 绪论 本章主要概括介绍了论文的研究背景及意义、视频监控系统现状及发展趋势、基于 Android 系统的研究现状以及论文的内容安排。1.1 选题的背景及意义 随着Internet和网络技术的日益发展,人们对安全保障的要求不断提高,传统的以文字和图片为主的内容服务已
16、不能满足用户的需求,视频和音频的多媒体内容服务即将成为主流,这是互联网技术发展的必然趋势。通过采取嵌入式技术,不仅实现了视频监控系统的体积微小化、安装简便化、配置灵活化、另外还降低了成本。由于将视频压缩和网络功能集中到了体积较小的嵌入式设备内,通过网络对视频监控设备进行远程监控,即可获取监控视频。目前,网络视频监控已经不再是企业级客户的应用,视频监控应用将逐渐向平民化方向发展,利用视频监控的数据为大众服务,如数字化矿工系统、交通导航、旅游景点人流及景点查看等。网络视频监控系统采用现有的网络系统,由嵌入式的视频服务器和视频终端组成。嵌入式系统凭借其以应用为中心和系统可裁剪等优点在工业领域中有着广
17、泛的应用。Android作为系统式基于Java的嵌入式操作系统,运行在Linux内核之上,系统小巧而且拥有全特征。此系统凭借其应用程序良好的开放性和平台可移植性发展迅速,如将其应用在工业领域势必会极大推动工业生产效率。因此,本课题提出一种基于Android平台的网络视频监控系统方案,不仅为人们的生活带来极大的便利,而且具有良好的发展前景。1.2 监控系统现状及发展趋势 1.2.1 监控系统现状 网络视频监控系统经历了数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两个阶段。模拟视频监控不仅系统性能稳定、技术发展成熟,而且在工业领域中得到了广泛的应用,尤其是在大、中型网络视频监控工程中的应用特别广泛;后者是
18、新近崛起的以流媒体技术、网络技术及图像视频压缩为核心的新型网络视频监控系统,该监控系统有效解决了模拟系统存在的部分弊端,但仍需进一步改善和提高。目前,国内外市场的视频监控系统正处在数控模拟系统与数字系统混合应用并逐渐向数字系统过渡的阶段。西安科技大学硕士学位论文 2(1)模拟视频监控系统,也可以称为第一代视频监控系统,出现于 20 世纪 90 年代初期,主要由摄像机、视频矩阵、监视器、录像机等组成。该监控系统以模拟方式采用同轴电缆进行传输,传输距离不能太远,而且信号质量不高,主要用于扩展能力有限的小范围内监控系统,一般只能在控制中心进行查看,并且系统的成本高。(2)20 世纪 90 年代中期,
19、随着视频压缩编码技术的不断发展产生了基于 PC 机的第二代视频监控系统。在远端视频监控现场,通过若干个摄像头、各种检测、报警探头以及数据处理设备,首先将摄像头采集到的模拟视频信号转化成数字信号,再利用专用压缩卡对数字信号进行压缩处理,通过各自的数据传输通道,与多媒体监控终端 PC 机连接,监控终端的 PC 机对视频数据进行解压后,就能够显示远端的图像。基于 PC 的视频监控系统与传统的模拟视频监控系统相比,具有图像质量高、应用灵活性好、传输距离远、数据的保存成本低等特点,并且数字化的视频数据可以通过各种方式被连接在网络计算机上共享。因此,基于 PC 的视频监控系统自出现后被广泛应用,但是该系统
20、也存在很多不足,稳定性较差、结构相对复杂、体积较大、可扩展性差。(3)到了 20 世纪 90 年代末特别是近几年来,由于网络带宽、计算机处理能力和存储内存等的迅速提高,以及各种实时视频信息处理技术的出现,加速了第三代视频监控系统,即基于嵌入式技术的网络视频监控系统的出现。基于嵌入式技术的网络视频监控系统将嵌入式技术引入到视频技术中,可以很好地解决基于 PC 的视频监控系统中存在的问题。基于嵌入式技术的网络视频监控系统的主要工作原理是:采用嵌入式实时操作系统,将摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩,通过内部总线传送到内置的服务器。与基于 PC 的视频监控系统相比,基于嵌入式技术的视频
21、监控系统具有体积小,安装方便,备置灵活,成本低,稳定性高等特点。因此,基于嵌入式技术的网络化视频监控系统必将有良好的应用与发展前景。1.2.2 监控系统发展趋势(1)视频监控系统的发展方向 随着视频监控系统的逐渐发展,监控前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化成为视频监控系统公认的发展方向,而数字化是网络化的前提,网络化则又是系统集成化的基础,所以,视频监控系统发展的最大两个特点就是数字化和网络化。1 绪论 3(2)监控系统数字化 监控系统数字化是 21 世纪的显著特征,是以信息技术为核心的电子技术发展的必然。视频监控系统的数字化是将系统中信息流(包括视频、音频、控制等)从模拟状态转为
22、数字状态,从根本上改变视频监控系统信息采集、数据处理、传输、系统控制等方式和结构形式。信息流的数字化、编码压缩、协议的开放化,使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接,并在统一的操作平台上实现管理和控制,这也是系统集成化的含义。(3)监控系统网络化 视频监控系统的网络化意味着系统的结构将由集总式向集散式系统过渡。集散式系统采用多层分级的结构形式,具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应。组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计,系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好
23、以及系统安装、调试和维修简单,系统运行互为热备份,容错可靠等优点。系统的网络化打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限。系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源的共享以及任务和负载的共享变为可能,这也是系统集成的一个重要概念。1.3 本论文所做的工作及文章结构安排 本课题主要实现的是基于 Android 平台的视频监控系统的设计与研究,该系统集中运用了嵌入式技术、视频编码技术、网络传输技术等诸多方面的知识。在初步了解嵌入式系统理论知识的基础上,对 Android 操作系统作了较为深入的学习,根据芯片的技术参数以及平台的硬件指标,对 Android 系统在 S3C6410平台上进行移植,并在 P
24、C 的 Windows 操作系统平台下对 Android 应用程序进行设计。监控系统采用 S3C6410 开发板作为系统的硬件开发平台,指定 H.264为视频压缩编码算法、Socket 网络通信和 RTP 传输协议实现网络通信,使用VLC 多媒体播放器实现实时播放功能。作者的主要工作包括以下几点:(1)完成了整个系统的需求分析和总体设计工作,包括系统功能模块以及软硬件工作划分。系统的应用软件功能模块主要有界面模块、视频数据采集模块、视频编码模块、视频实时传输模块、VLC 多媒体播放器播放模块。(2)针对本系统视频编码模块,在熟悉整个 H.264 编码原理及算法的基础上,采用 X264 编码器,
25、实现了高编码效率、高质量视频画面的 H.264 标准视频压缩编码;针对视频实时传输模块,经过分析 RTP 设计原则及工作原理,西安科技大学硕士学位论文 4 重点实现了基于 RTP 协议的实时端到端的视频传输功能;视频显示模块通过学习 VLC 多媒体播放器的基本功能,实现了视频信息的实时播放。(3)根据对监控系统的总体设计和应用逻辑的分析,搭建了 Android 软件开发平台,编写了系统应用软件程序,实现了实时视频监控功能。最后,给出该监控系统的测试目的、内容和结果。本论文分为六章,论文的章节内容安排如下:第一章 绪论。提出了课题的研究背景及意义,介绍了视频监控系统现状及发展趋势,说明了本文进行
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- 基于 Android 平台 视频 监控 系统 设计 研究
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