工厂废水处理站远程视频监控系统关键技术的研究与实现

摘要

随着计算机技术、多媒体技术与网络通信技术的发展，为视频监控的发展与广泛应用提供了强大的技术支持。本文根据工厂废水处理站的应用实际，给出了工厂废水处理站远程视频监控系统的总体方案设计，实现了基于前端现场视频信息的网络传输，该系统可以满足人们随时随地观看远程实时视频信息的需求，并且实现了对分散废水处理站信息的集中管理，同时还具有低成本、低功耗的优点。
　　系统视频压缩部分采用H.264编码技术对采集的数据进行压缩，为了满足H.264编码在低码率高实时性领域的应用，必须对视频编码算法进行优化，提高编码速度和性能。由于运动估计在编码过程中占用开销比较大，达到60-80％，因此本文针对运动估计部分进行了研究，在对运动估计核心算法 UMHexagonS进行分析的基础上，针对存在的不足给出了自己的改进算法：1、针对计算复杂度在实时性应用领域仍然较高的问题，本文采用连续消除法的思想来改进；2、针对5x5小矩形区域运动矢量搜索效率不高的问题，本文利用运动矢量的分布特性，采用简化搜索区域的方法来改进。实验表明，在重建图像质量和码率基本保持不变的前提下，改进算法相对UMHexagonS算法编码效率提高9.5%-18.3%，有效的降低了算法复杂度，提高的编码的实时性。同时本文还对编码器代码、存储cache命中率等进行了优化，并完成了嵌入式平台的移植工作。
　　由于视频监控系统对实时性要求较高，而且可以容忍一定的帧丢失，因此系统采用UDP传输方式。为了解决视频数据传输的可靠性与实时性问题，本文采用RTP实时协议来打包传输视频数据流，使用RTCP协议来实现流量控制与拥塞控制。针对网络视频流传输数据的丢包率和抖动问题，本文给出了一个基于AIMD的改进算法，对网络控制算法进行了平滑处理，并完成了嵌入式平台的具体实现。
　　最后，完成了对视频监控系统开发环境的搭建和系统的移植工作，包括交叉编译环境的建立、系统的引导程序U-boot的移植、嵌入式Linux系统内核的裁剪移植、驱动程序的移植、根文件系统的制作以及嵌入式 Boa服务器的移植工作,同时对视频采集传输模块进行设计。
　　本文将视频监控技术与实际应用需求相结合，解决了实际生产的问题，同时结合嵌入式技术在系统实现成本，功耗和实时性等方面都进行了充分考虑，因此该系统具有一定的经济使用价值。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景

§1.2 视频监控技术发展介绍

§1.3 本文研究内容及章节结构

第二章 系统总体方案设计与关键技术

§2.1 远程视频监控系统总体方案

§2.2 系统模块构成

§2.3 系统开发关键技术

§2.4 本章小结

第三章 基于H.264视频编码的技术实现

§3.1 编码器的选择

§3.2 H.264编码过程

§3.3 H.264的运动估计算法研究

§3.4 基于UMHexagonS改进算法

§3.5 本章小结

第四章 RTP/RTCP视频传输模块的技术实现

§4.1 网络传输控制协议栈的选择

§4.2 RTP协议

§4.3 RTCP协议

§4.4 RTP封装

§4.5 H.264视频流的传输控制方法

§4.6 RTP反馈控制算法

§4.7 本章小结

第五章 废水处理远程视频监控系统设计

§5.1 开发环境搭建

§5.2 嵌入式Linux系统软件设计与移植

§5.3 H.264编码器移植

§5.4 RTP实时传输模块的实现

§5.5 系统调试与分析

§5.6 本章小节

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果