带运动目标检测的嵌入式流媒体视频服务器的研究和实现

摘要

随着当今经济的发展和科技的进步，人们对生产和生活的智能化程度要求越来越高。计算机视觉技术能做到快速准确识别运动目标，而流媒体技术能实现低带宽下视频播放。目前监控领域内带运动检测的网络监控设备主要用于公安、博物馆、交通部等高端领域，市场应用比较狭窄，同时市场对这方面需求比较强烈。
　　 本文总结国内外现状，引入计算机视觉，流媒体技术，设计了带运动目标检测的嵌入式流媒体视频服务器，力求实现一套使用方便、性价比高的监控产品，使它可以广泛应用于工业自动化，家居自动化，宠物看护，安防监控等多个领域。
　　 目前，在视频处理研究领域，国内主要的研究方向是对各种图像算法效果进行模拟仿真，如通过Matlab，或OpenCVhighgui库对算法的效果进行验证，但真正在实际工作中运用图像算法库才发现效率其实是最大的问题。
　　 本论文尝试在嵌入式ARM设备上实现满足实时性的运动目标检测功能，算法选取上摒弃了光流法、基于统计学习法等对系统CPU和内存消耗比较大的算法，经过多次试验发现了一套在嵌入式上行之有效的算法，并对此算法和相关算法申请了两项实用新型专利。
　　 针对项目需求，本文设计了监控硬件电路板和基于RTP/RTSP协议的实时流媒体视频软件框架。硬件上同时支持CCD模拟摄像机和USB数字摄像机，而且支持有线网卡和3G网卡传输;在软件设计上，采用了最新的视频压缩算法H.264，对于320*240、帧率为10f/s的视频格式，传输只需要15-20kB/s的带宽，如果对图像质量要求不高，甚至10KB/s的带宽就可以满足了。经统计发现，目前网络上60％以上的视频传输都已采用H.264作为压缩算法。
　　 本文设计的带运动目标检测的嵌入式流媒体视频服务器，解决了传统硬盘录像机功能单一的弊端。实际生活中一旦发生财物损失，当调取监控数据时几个TB的视频文件要查看是非常头痛的事情，而试图给传统硬盘录像机添加运动检测模块，将是一笔费用非常昂贵的投入。
　　 本论文的创新点在于把运动检测加入到流媒体服务器中，使流媒体服务器拥有智能监控的特性。当发现运动目标时，会实时的框取目标提醒工作人员注意，同时会连续地抓拍几张图片存储。当调取监控时首先查看图片，然后在这个时间段内查看监控，这会大大的节省安防人员的劳动强度，同时提供的异常报警机制会大大的拓展应用领域。在实践应用中将会有非常广阔的前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 实时流媒体的背景

1．2 实时流媒体服务器的研究现状

1．3 带运动检测的流媒体服务器的研究意义

1．4 论文研究的主要内容

第二章 总体设计

2．1 需求分析

2．2 系统方案设计

2．3 关键技术分析

2．3．1 三星S3C6410CPU的视频处理性能分析

2．3．2 基于RTP／RTSP协议的Live555流媒体库分析

2．3．3 运动目标检测技术分析

2．3．4 基于X264库的H．264压缩技术分析

2．4 本章小结

第三章 视频服务器平台设计

3．1 硬件架构设计

3．1．1 ARM主控板设计

3．1．2 CCD模拟摄像机解码模块设计

3．2 软件架构设计

3．2．1 Linnx桌面操作系统安装

3．2．2 交叉编译环境安装

3．2．3 交叉调试环境安装

3．2．4 Uboot1．1．6移植

3．2．5 Linnx3．0．1内核定制

3．2．6 Yaffs文件系统定制

3．3 本章小结

第四章 系统软件设计与实现

4．1 视频采集模块的设计与实现

4．1．1 TVP5150视频解码模块的驱动开发

4．1．2 V4L框架的摄像机读写分析

4．1．3 摄像机读取应用层接口设计

4．1．4 CCD摄像机应用层设计

4．1．5 USB摄像机应用层设计

4．2 流媒体应用程序的设计与开发

4．2．1 H．264视频流的RTP封包分析

4．2．2 运动目标检测算法设计

4．2．3 图像色彩空间分析

4．2．4 基于Live555的流媒体服务器框架设计

4．2．5 MotionDetector类设计

4．2．6 ColorConvertor类设计

4．2．7 CameraH264Encoder类设计

4．2．8 CameraH264StreamFramer类设计

4．2．9 H264LiveVideoServerMediaSubsession类设计

4．2．10 流媒体主程序设计

4．3 外网访问流媒体服务器的设计

4．4 流媒体客户端的实现

4．5 流媒体网络播放的实现

4．5．1 VLC下的IE插件安装

4．5．2 IE浏览器插件播放设计

4．6 本章小结

第五章 系统测试

5．1 运动目标检测模块测试

5．2 流媒体服务器在鸡舍监控中的测试

5．3 流媒体客户端测试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间完成的论文