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基于嵌入式Linux的网络视频监控和报警系统的设计与实现

作 者: 李佳佳
导 师: 马永杰
学 校: 西北师范大学
专 业: 电路与系统
关键词: 嵌入式Linux 网络视频监控 JPEG压缩 嵌入式Web 目标检测
分类号: TP277
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 9次
引 用: 0次
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内容摘要


随着嵌入式系统在网络技术和视频技术上的融合与发展,视频监控系统已经逐渐应用到了智能防盗、智能交通、银行、医疗等各个领域。针对当前视频监控系统结构复杂、成本高昂、不易联网、不便查询等缺点,本文选择在当前流行的ARM9处理器上移植Linux系统来构建基于IP网络的远程视频监控和运动目标检测报警的系统。本文给出了系统设计的整体方案,概括了实现整个系统的硬件原理和软件思路。本文的关键性工作如下:1.针对不同目标板的需求不同,提出了利用crosstool工具来实现一次性编译定制交叉工具链,并成功移植了Bootloader、内核和yaffs2文件系统,为整个系统的开发准备好了软件环境。2.研究了V4L2接口标准下,视频的采集、压缩和发送的程序设计。提出了把libjpeg库压缩时文件操作的方式优化为内存数据流操作的方式,并结合Linux下多线程技术,实现了视频数据采集压缩一帧就发送一帧的高效程序设计。3.研究了嵌入式Web服务器同用户浏览器进行信息交互的CGI脚本,并通过在HTML中嵌入Java Applet脚本,成功实现了用户浏览器自动加载和显示网络端发送过来的JPEG格式的视频图像。4.针对系统主要应用于静态背景下的监控任务,提出了将YUV格式视频数据进行时域帧差分以提取监控区域内运动目标亮度Y信息的方法,通过实验验证了这种方法的有效性和优越性,并成功应用于嵌入式视频监控下运动目标的检测报警。通过系统的联合调试,本文成功地设计并实现了基于嵌入式Linux网络视频监控和运动目标检测报警的系统,系统设计的成本低廉且达到了实时监控和检测运动目标的目的。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章 绪论  11-14
  1.1 课题研究的背景和意义  11-12
  1.2 视频监控系统的发展现状和趋势  12-13
  1.3 本文的主要内容和研究工作  13
  1.4 本章小结  13-14
第2章 网络视频监控和报警系统整体架构设计  14-18
  2.1 系统的整体架构  14-15
  2.2 系统硬件部分的选择和搭建  15-17
    2.2.1 嵌入式设备硬件选择  15
    2.2.2 系统中主要应用到的硬件原理  15-17
  2.3 系统软件部分实现的原理和思路  17
  2.4 本章小结  17-18
第3章 嵌入式 Linux 系统的构建  18-25
  3.1 嵌入式 Linux 概述  18-19
  3.2 搭建自己的交叉编译环境  19-20
    3.2.1 获取源码  19
    3.2.2 建立自己的编译脚本  19-20
    3.2.3 建立配置文件  20
    3.2.4 执行脚本文件  20
    3.2.5 添加环境变量并使其生效  20
  3.3 Bootloader 的移植  20-21
    3.3.1 裁剪获取的源码文件  20-21
    3.3.2 建立自己的目标板  21
    3.3.3 修改 Makefile 文件  21
    3.3.4 编译出镜像文件  21
  3.4 Linux 内核的移植  21-22
  3.5 制作根文件系统  22-23
    3.5.1 安装 Busybox  22
    3.5.2 构建文件系统  22
    3.5.3 向文件目录中添加内容  22-23
    3.5.4 编译并烧写 yaffs2 文件系统  23
  3.6 设备驱动的移植  23-24
    3.6.1 摄像头驱动移植  23-24
    3.6.2 网卡驱动移植  24
  3.7 本章小结  24-25
第4章 视频采集、压缩和传输的程序设计  25-38
  4.1 V4L2 视频采集程序设计  25-29
    4.1.1 摄像头采集的整体框图  25
    4.1.2 V4L2 视频采集流程  25-29
  4.2 JPEG 视频压缩程序设计  29-34
    4.2.1 图像压缩算法的分析和对比  29-30
    4.2.2 JPEG 压缩原理  30-31
    4.2.3 libjpeg 库优化的必要性  31-32
    4.2.4 libjpeg 库优化和移植的具体方法  32-33
    4.2.5 YUV 图像数据的软压缩  33-34
  4.3 图像传输程序设计  34-36
  4.4 Linux 下多线程的总体程序设计  36-37
  4.5 本章小结  37-38
第5章 嵌入式 Web 服务器和客户端设计  38-45
  5.1 基于 B/S 架构的嵌入式 Web 服务器  38-40
    5.1.1 Boa 服务器概述  38
    5.1.2 在 ARM 上移植 Boa 服务器  38-39
    5.1.3 Boa 服务器中 CGI 程序的设计  39-40
  5.2 基于 Java Applet 技术的视频显示  40-42
    5.2.1 Java 实现动态显示的原理  40-41
    5.2.2 基于 Java socket 的视频接收程序  41-42
  5.3 基于 HTTP 协议的网页客户端设计  42-44
    5.3.1 HTTP 协议在本系统中的作用  42-43
    5.3.2 HTML 网页客户端的设计  43-44
  5.4 本章小结  44-45
第6章 时域帧差分的运动目标检测及报警的程序设计  45-50
  6.1 运动目标检测的算法研究  45-48
    6.1.1 运动目标检测的经典算法及其优缺点  45
    6.1.2 算法的选择及其数学原理  45-46
    6.1.3 YUV 视频数据帧差法的研究  46-48
  6.2 目标检测及报警程序的设计  48-49
  6.3 本章小结  49-50
第7章 系统的测试结果及分析  50-54
  7.1 系统的开发环境  50-51
  7.2 测试结果及分析  51-53
  7.3 本章小结  53-54
第8章 总结和展望  54-56
参考文献  56-59
附录 视频采集和发送的主程序  59-65
攻读学位期间的研究成果  65-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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