基于Android的4G网络移动高清视频监控系统关键技术的研究

摘要

无线通信和智能手机技术的飞速发展使得移动高清视频监控系统成为可能。目前已有的移动视频监控系统大多只能传输低码率（300Kbit/s左右）的标清视频（CIF格式）。为提高监控图像质量，本文采用多种网络、视频关键技术，设计了4G移动高清视频监控系统，实现了高码率（1Mbit/s左右）的高清视频(D1、720P、1080P)传输。
　　本文设计了一种4G移动高清视频监控系统的总体方案，研究了视频获取转发平台和Android监控客户端软件的具体实现。在视频获取和转发平台软件中，本文提出了双线程单缓冲区机制平滑视频的收发，解决了网络“抖动”引起的数据流量“振荡”问题。并使用条件变量和互斥锁实现了多线程同步任务调度的功能。在Android监控客户端软件中，本文引入Android百分比布局库进行UI界面布局，提高了客户端UI界面对不同手机屏幕尺寸的兼容性。使用异步任务AsyncTask重新实现Android平移动画，解决了在线设备查询界面切换时Android UI主线程阻塞的问题。对网络丢包和网络延时过长带来的VLC视频解码错误，本文提出了视频帧数据缓冲验证机制，通过缓冲一帧视频图像并验证数据包的完整性来过滤数据不完整的视频帧，解决了网络丢包引起的视频解码错误，优化了Android监控客户端的视频播放效果。
　　4G移动高清视频监控系统采用有线无线混合网络进行视频传输。因为无线网络中TCP传输时延长、UDP易丢包等问题，本文采用UDT协议进行视频传输。由于UDT协议现有的网络拥塞判定机制没有区分无线误码丢包和拥塞丢包，导致网络拥塞误判的问题，本文提出了基于RTT（往返时间）的网络拥塞判定策略。结合RTT和网络丢包来进行网络拥塞判定，并在UDT协议中实现了该算法，得到BRC-UDT协议。结合TCP、UDT协议，本文对BRC-UDT协议在WIFI局域网和4G公共网络中进行了测试。实验结果表明，BRC-UDT协议相较于TCP、UDT协议在传输速率上有一定提升。
　　在整个系统硬件和软件成功实现后，本文研制出了系统样机，并对系统样机进行了实际网络测试。测试结果表明，4G移动高清视频监控系统传输视频清晰，稳定实用，达到实际使用需求。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与选题意义

1．2 国内外发展状况

1．3 论文主要研究内容和组织结构

2 4G移动高清视频监控系统框架设计与关键技术分析

2．1 系统总体框架设计

2．2 系统软件模块分析

2．2．1 视频获取和转发平台软件

2．2．2 Android监控客户端软件

2．3 系统关键技术分析

2．3．1 Android系统软件架构

2．3．2 RTSP／RTP实现视频获取与传输

2．3．3 H．264视频流组成单元

2．3．4 基于VLC for Android的视频解码

2．3．5 Android AsyncTask实现平移动画

2．4 本章小结

3 视频获取和转发平台软件的研究

3．1 软件结构设计

3．2 基于Map的配置信息获取

3．3 基于RTSP协议的视频流获取

3．4 双线程单缓冲区视频收发机制

3．4．1 视频接收和发送模块

3．4．2 双线程单缓冲区平滑视频传输

3．5 多线程同步实现功能模块的调度

3．6 本章小结

4 Android监控客户端软件的研究

4．1 软件结构设计

4．2 UI界面和动画设计

4．2．1 UI界面设计

4．2．2 UI动画设计

4．3 登录机制

4．4 前端在线设备刷新与显示

4．5 触摸手势实现PTZ控制

4．6 基于libvlcjni．so的视频播放功能

4．6．1 libvlcjni．so的交叉编译

4．6．2 基于libvlcjni．so库的视频功能实现

4．7 基于VLC的视频模块播放效果优化

4．7．1 VLC中H．264数据的获取

4．7．2 视频帧数据缓冲验证机制

4．7．3 优化效果测试实验

4．8 本章小结

5 基于无线网络视频传输UDT协议的优化研究

5．1 TCP和UDP协议的研究

5．2 UDT协议的研究

5．2．1 拥塞控制策略

5．2．2 可靠性控制机制

5．3 无线网络中UDT协议的优化

5．3．1 网络拥塞的判定依据

5．3．2 拥塞误判影响的测试实验

5．3．3 UDT协议网络拥塞的判定

5．3．4 基于RTT的无线网络拥塞判定策略

5．4 BRC-UDT协议测试实验

5．4．1 测试环境

5．4．2 WIFI网络测试

5．4．3 4G网络测试

5．4．4 实验结论

5．5 本章小结

6 4G移动高清视频监控系统软件测试

6．1 测试环境

6．2 视频获取和转发平台软件测试

6．3 Android监控客户端软件测试

6．4 WIFI网络高清视频传输测试

6．5 4G网络高清视频传输测试

6．6 本章小结

7 总结与展望

7．1 论文总结

7．2 论文展望

参考文献