基于3G技术的视频信息采集与传输系统设计与实现

摘要

近年来，移动机器人视觉成为各国高校及研究机构的研究热点。视频监控系统作为移动机器人的重要组成部分，不仅要完成视频图像的采集，而且要实现图像的处理及传输，如何实现图像的实时传输成为至关重要的技术难题。随着嵌入式技术的发展及3G无线信号覆盖的日益完善，基于3G技术的嵌入式视频监控系统成为重要的研究方向。
　　本文设计并实现了基于3G技术的视频信息采集与传输系统，该系统由视频信息采集前端、传输网络、远程客户端三个部分组成。视频信息采集前端提供视频的采集及压缩处理，采用H.264标准的软件编码方式处理视频信息，以减小传输带宽。传输网络由3G网卡接入Internet，并基于VPN(Virtual Private Network)技术完成系统组网。远程客户端通过视频播放器实现对视频采集前端的实时监控。远程客户端及视频采集前端均不受地域限制，只要在3G网络覆盖区域，即可实现对视频采集前端的实时监控。
　　文章通过对移动机器人的发展现状进行总结分析，提出系统的基本开发思路。首先，以ARM微处理器为核心完成系统软硬件结构设计;然后基于嵌入式平台完成视频采集及编码程序设计;最后，移植3G网卡驱动及拨号软件并完成信息传输程序设计，实现了视频数据的网络传输。在系统的设计与实现中，提出了x264编码器在ARM平台上的优化方案，实现了编码效率的大幅度提高;针对3G网卡拨号后获得的私有动态IP地址而无法作为服务端被访问的问题，提出基于VPN技术的组网方案，实现了3G嵌入式视频采集前端提供视频流媒体服务的功能。
　　通过对系统的调试测试，验证了本系统基本达到预定设计目标，系统能够实现对远端机器人区域的实时监控，系统在功耗、成本、移动性及扩展性上都具备明显优势。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 视频监控系统研究现状

1．2．1 移动机器人研究现状

1．2．2 监控系统研究现状

1．3 视频监控系统设计方案

1．4 论文研究内容及组织结构

1．4．1 研究内容

1．4．2 论文组织结构

2 系统软硬件结构设计

2．1 嵌入式系统设计

2．1．1 嵌入式系统

2．1．2 ARM处理器

2．1．3 嵌入式操作系统

2．2 视频信患采集前端硬件结构设计

2．2．1 硬件电路开发板

2．2．2 硬件电路扩展模块

2．3 视频信息采集前端软件结构设计

2．3．1 交叉开发环境构建

2．3．2 u-boot移植

2．3．3 Linux内核移植

2．3．4 根文件系统制作

2．4 本章小结

3 视频信息采集与编码程序设计

3．1 视频采集模块程序设计

3．1．1 V4L2概述

3．1．2 采集程序实现

3．2 视频编码程序设计

3．2．1 视频编码技术

3．2．2 x264编码器

3．2．3 x264编码器优化

3．2．4 编码程序实现

3．3 本章小结

4 视频信息传输模块实现

4．1 视频信息传输模块设计

4．1．1 信息传输关键技术

4．1．2 基于RTP数据传输

4．2 3G网卡的网络接入

4．3 基于VPN组网架构

4．4 本章小结

5 系统调试及测试分析

5．1 开发平台软硬件测试

5．2 应用软件调试分析

5．3 系统整体测试分析

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录

作者攻读硕士学位期间论文发表情况