基于H.264的网络视频监控系统设计及其算法分析

摘要

视频监控是安防领域的重要手段，目前，大部分视频监控系统采用视频线进行传输，能够实现对一定区域的集中监控。但不能满足远程监控的需求，基于此背景下，本课题就网络视频监控系统的软硬件实现进行研究设计。
　　在分析系统需求的基础上，选取多媒体处理器DM365作为本文设计网络摄像机的处理器。该处理器同时集成DSP核和ARM9核，DSP完成对视频数据的压缩处理，ARM9核植入Linux嵌入式系统，进行基于Linux系统的网络传输应用开发。结合两内核各自在处理和控制能力上的优势，实现网络视频监控系统。
　　硬件部分由电源模块、视频采集模块以及视频处理模块构成。电源采用以太网供电和电源适配器两种取电方式进行DC/DC和LDO转换，设计出满足其他两模块的多种电源供应。视频采集模块是基于CMOS图像传感器展开的设计，分析其工作原理，设计了数据总线电平转换电路和I2C控制电路，实现视频数据输出和处理器对其的配置。视频处理模块则是针对DM365外围扩展电路的设计，包括FLASH、SDRAM、USB、RS485、网口以及串口扩展等电路设计。
　　软件部分主要是针对ARM9内核进行的程序设计，包括H.264编码、Linux系统移植、应用程序开发三个方面内容。首先，在研究H.264编码标准原理的基础上，深入分析其编码过程中的关键技术，包括帧间预测技术、帧内预测技术、熵编码技术以及去方块滤波技术等，并下载T264编码库源码包进行配置和编译。其次，针对DM365的ARM9核进行Linux系统的配置移植，包括Uboot配置移植、驱动程序加载、内核镜像制作以及文件系统制作等。最后是基于Linux的应用程序开发，设计了基于V4L2视频采集程序和基于RTP/UDP的视频传输程序。
　　最后，在ARM9开发板上进行软件测试，采用USB摄像头，局域网下实现网络视频监控。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 视频监控发展历史

1．3 网络视频监控技术国内外研究现状

1．3．1 网络视频监系统硬件方案研究现状

1．3．2 视频编码技术研究现状

1．3．3 视频的网络传输协议研究现状

1．4 视频监控系统发展趋势

1．5 本文的主要研究内容与组织结构

1．5．1 研究内容

1．5．2 本文组织结构

第二章 网络视频监控系统的软硬件总体构成设计

2．1 系统需求分析

2．2 网络视频监控系统构成设计

2．2．1 TMS320DM365介绍

2．1．2 网络视频监控系统硬件构成设计

2．1．3 软件系统构成设计

2．1．4 网络视频监控系统总体构成设计

2．3 本章小结

第三章 网络视频监控系统硬件设计

3．1 电源模块设计

3．1．1 供电需求分析

3．1．2 供电顺序分析

3．1．3 电源设计

3．2 视频采集模块的设计

3．2．1 图像传感器的选择及原理分析

3．2．2 CMOS图像传感器(MT9P031)介绍

3．2．3 CMOS图像采集模块设计

3．3 视频处理模块外围扩展接口电路设计

3．3．1 存储扩展电路设计

3．3．2 RS485串口电路设计

3．3．3 USB接口电路设计

3．3．4 网络接口电路设计

3．4 本章小结

第四章 H．264视频编解码算法的分析和研究

4．1 视频压缩编码基本概念介绍

4．2 H．264编码标准研究

4．3 H．264各功能模块中的关键技术分析

4．3．1 H．264的帧内预测技术

4．3．2 H．264的帧间预测技术

4．3．3 熵编码技术

4．3．4 去块滤波技术

4．4 H．264算法的分层结构以及网络适应性分析

4．4．1 H．264分层结构分析

4．4．2 NAL分析及RTP封装

4．5 本章小结

第五章 基于DM365的ARM9内核的程序设计

5．1 Linux系统移植及相关驱动移植

5．1．1 Uboot分析及移植

5．1．2 Linux配置及移植

5．1．3 文件系统制作及移植

5．2 H．264编码器的配置和编译

5．3 视频采集程序(V4L)设计

5．4 视频的网络传输程序设计

5．5 本章小结

第六章 程序测试及结果

6．1 测试平台搭建

6．2 程序测试结果

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术成果

致谢

附录