基于嵌入式Linux的远程视频监控系统的设计与实现

摘要

近年来，随着网络通信技术、计算机技术、多媒体技术以及人工智能技术等技术的蓬勃发展，人们对安防监控的需求也在不断增长。视频监控系统进入了数字化、网络化、智能化时代，基于嵌入式的远程视频监控成为了安防领域的一个研究热点。针对以上这些背景，本文提出了一种采用ARM11作为硬件控制的核心，以嵌入式Linux操作系统为软件开发平台的远程视频监控系统。
　　本系统需要实现的功能是先利用摄像头采集视频数据，再通过网络将数据从服务器端传输至客户端，最后在客户端上实现视频显示，目标检测以及异常提示等功能。在对系统功能分析的基础上，本论文给出了远程视频监控系统的总体设计方案。在硬件方面，详细介绍了开发平台的硬件组成与搭建，ARM11开发板的硬件构造以及主要接口模块的硬件电路。在软件方面分为两个步骤设计:嵌入式操作系统的搭建与应用程序的设计。嵌入式操作系统的搭建包括引导程序的移植，内核移植以及设备驱动的开发等，它为后续的应用程序开发提供了运行平台。而应用程序设计有C/S和B/S两种模式。在C/S模式下，应用程序分为服务器端和客户端两个部分。服务器端程序通过移植流媒体视频服务器开源程序MJPG-streamer来实现视频数据的采集以及传输，该程序调用V4L2驱动程序用以采集视频数据并根据TCP/IP协议实现视频数据流的传输。客户端负责视频数据的接收，目标检测以及图像显示，这些功能都是在QT集成开发工具上设计完成。B/S模式是在C/S模式服务器端实现的基础上，通过在服务器端移植嵌入式Web服务器，实现视频数据的浏览器接收与播放。
　　针对系统中目标检测功能的需求，本文提出了一种改进的Vibe目标检测算法。该算法先利用帧差法和形态学膨胀等算法处理得到粗提取的目标检测二值图，然后结合原Vibe算法进行背景模型的更新和运动目标检测，并通过比较运动目标在整幅图片中所占的比例来判断是否出现运动目标。程序通过调用OpenCV视觉库来实现该算法，使系统具备了运动目标提示功能。
　　最后对系统的功能和性能进行了测试。测试结果表明该系统实时传输的画面稳定可靠，满足远程视频监控的要求，同时也可实现运动目标的检测功能，从而实现了预期的目标。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 视频监控系统的现状与发展趋势

1．3 论文的主要内容和结构安排

第二章 远程视频监控系统的总体设计

2．1 远程视频监控系统的总体设计方案

2．2 远程视频监控系统的硬件设计方案

2．2．1 远程视频监控系统硬件开发平台的搭建

2．2．2 系统主要的硬件电路

2．3 远程视频监控系统的软件设计方案

2．4 本章小结

第三章 远程视频监控系统软件平台开发

3．1 嵌入式Linux开发平台的构建流程

3．2 Bootloader的移植

3．2．1 Bootloader的概念和作用

3．2．2 Bootloader的启动流程

3．2．3 Bootloader移植的实现

3．3 Linux内核的移植

3．3．1 Linux内核结构

3．3．2 linux内核的编译

3．4 构建嵌入式Linux根文件系统

3．4．1 Linux文件系统简介

3．4．2 制作yaffs2根文件系统

3．6 设备驱动程序的移植与配置

3．6．1 USB摄像头驱动程序的配置与移植

3．6．2 无线网卡驱动程序的配置与移植

3．6 本章小结

第四章 运动目标检测算法的研究

4．1 运动目标检测基本算法的选择

4．2 Vibe目标检测算法简介

4．3 改进的Vibe目标检测算法

4．3．1 背景模型的初始化与运动目标的粗提取

4．3．2 运动目标精确提取与背景模型的更新

4．4 算法结果对比分析

4．5 本章小结

第五章 远程视频监控系统应用程序的设计与实现

5．1 应用程序总流程

5．2 视频数据采集的实现

5．3 视频图像的网络传输

5．3．1 TCP／IP网络协议

5．3．2 网络传输的实现

5．4 嵌入式流媒体服务器端的实现

5．4．1 MJPG-streamer简介

5．4．2 MJPG-streamer移植

5．5 C／S结构客户端的设计与实现

5．5．1 QT开发工具介绍

5．5．2 客户端的主线程设计

5．5．3 客户端网络传输模块的设计

5．5．4 图像处理模块的设计

5．5．5 图像显示模块的设计

5．6 B／S结构客户端的实现

5．6．1 嵌入式Web服务器BOA简介

5．6．2 Boa服务器的移植

5．7 本章小结

第六章 系统测试

6．1 测试环境

6．2 MJPG-streamer视频服务器测试

6．3 C／S结构客户端客户端测试

6．4 B／S结构WEB服务器测试

6．5 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢