基于Linux嵌入式视频监控系统的研制.pdf
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1、中国科学技术大学硕士学位论文基于Linux嵌入式视频监控系统的研制姓名:胡绍忠申请学位级别:硕士专业:检测技术与自动化装置指导教师:程健20090501摘要摘要社会的进步和需求推动视频技术得到了广泛地应用,随着应用领域的不断拓展和应用要求的不断提高,视频技术也从早期简单的模拟信号获取、传输、显示发展到后来的数字化并增加了存储、远距离传输等功能,但其应用仍属于视频监视的范畴。现代视频技术借助于有线和无线网络通信平台以及图象处理压缩技术,正朝着智能监控方向发展,因此研究开发具有自主知识产权的智能化视频监控系统,具有很好的应用价值。本文利用A R M 9 微处理器$3 C 2 4 1 0 和嵌入式操
2、作系统L i n u x 2 6 1 4 作为系统平台,结合G P R S 和I n t e m e t 技术设计了一个适用于变电站、家庭安保等应用场合的嵌入式网络视频监控系统。系统采用了C S 架构,用户可以随时通过互联网远程连接监控端服务器,能够实时地观察前端摄像头捕获的视频图像,从而实现远程监控的目的。硬件方面,监控前端由以$3 C 2 4 1 0 为核心的控制板和G P R S 板组成。控制板通过U S B 接口控制摄像头并且获取视频采集数据;通过网络接口和上位机监控中心进行数据交换;通过串口和G P R S 板进行数据交换。软件方面,在控制板上移植了L i n u x 2 6 1 4
3、,简化了驱动程序和系统应用程序的实现,在现有的驱动的基础上移植了摄像头驱动。监控前端的视频服务器采用了多线程技术,一个线程利用V 4 L 接口完成视频数据的采集,另一个线程完成与上位机的网络通信。在监控中心的视频客户端利用V F W 技术实现了监控界面,通过使用浏览器进行实时监控。在上述工作的基础上,对视频监控中的两项技术进行了初步研究:无线传输和运动目标检测。利用G P R S 模块实现了短信的收发和通过G P R S 网络的数据传输;对智能视频监控中使用的背景差分法和帧间差分法进行了初步研究,给出了两种运动目标检测的仿真结果。关键词:视频监控嵌入式系统A R ML i n u xG P R
4、 S运动目标检测S 3 C 2 4 10M C 3 9 IA b s t r a c tA b s t r a c tE x t e n s i v ea p p l i c a t i o no fv i d e ot e c h n o l o g yh a sb e e nd r i v e nb ys o c i e t yd e v e l o p m e n ta n dd e m a n d s A l o n gw i t hi t sc o n t i n u a le x p a n s i o no fa p p l i c a t i o na r e a sa n d
5、i n c r e a s i n ga p p l i c a t i o nd e m a n d s,v i d e ot e c h n o l o g yh a sd e v e l o p e df r o mt h ee a r l ys i m p l ea c q u i s i t i o n,t r a n s p o r t a t i o na n dd i s p l a yo fa n a l o gs i g n a lt oi t sd i g i t i z a t i o na sw e l la st h ef u n c t i o no fs t o
6、 r a g ea n dl o n gd i s t a n c et r a n s p o r t a t i o n B u ti t sa p p l i c a t i o ni ss t i l las u b a r e ao fv i d e os u r v e i l l a n c e M o d e mv i d e ot e c h n o l o g yi sd e v e l o p i n gt o w a r di n t e l l i g e n tv i d e os u r v e i l l a n c eb ym e a n so fw i r
7、e da n dw i r e l e s sn e t w o r kc o m m u n i c a t i o na sw e l la si m a g ep r o c e s s i n ga n dc o m p r e s s i o nt e c h n o l o g y,t h u si tw i l lb e n e f i tal o tt od e v e l o pai n t e l l i g e n tv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e mw h i c hh a si t so w np r o p r i
8、 e t a r yr i g h t s U s i n gt h et e c h n o l o g yo fG P R Sa n dI n t e m e t,a n db a s e do ns y s t e mp l a t f o r mo fA R M 9m i c r o p r o c e s s o r$3 C 2 4 1 0a n de m b e d d e do p e r a t i o ns y s t e mL i n u x 2 6 1 4,t h i sp a p e rd e v e l o p san e t w o r kv i d e os r
9、u v e i l l a n c es y s t e mw h i c hc a nb ea p p l i e di ns u c ha se l e c t r i cs u b s t a t i o n,h o m es u r v e i l l a n c ea n dS Oo n T h es y s t e ma d o p t sC Sa r c h i t e c t u r e,a n dt h u sr e a l i z e st h er e m o t es u r v e i l l a n c e T h r o u g hc o n n e c t i
10、n gt os e r v e ro fs u r v e i l l a n c ef r o n t e n db yi n t e m e tr e m o t e l y,u s e r sC a no b s e r v ev i d e oi m a g e sw h i c hh a v eb e e nc a p t u r e db yc a m e r ai nr e a l t i m e A st oh a r d w a r e,t h es u r v e i l l a n c ef o m t e n di sc o m p r i s e do fa l l$
11、3 C 2 410b a s e dc o n t r o lb o a r da n daG P R Sb o a r d T h ec o n t r o lb o a r dc o n t r o l st h ec a m e r at h r o u g hU S Bi n t e r f a c ea n da c q u i r e sv i d e od a t a;e x c h a n g e sd a t aw i t hs u r v e i l l a n c ec e n t e rt h r o u g hn e t w o r ki n t e r f a c
12、e;e x c h a n g e sd a t aw i t hG P R Sb o a r dt h r o u g hs e r i a li n t e r f a c e A st os o f t w a r e,L i n u x 2 6 1 4h a sb e e nt r a n s p l a n t e dt oc o n t r o lb o a r d T h i st r a n s p l a n t a t i o ns i m p l i f i e si m p l e m e n t a t i o no ft h ed r i v e ra n ds y
13、 s t e ma p p l i c a t i o ns o f t w a r e A l s oc a m e r ad r i v e rh a sb e e nt r a n s p l a n t e di na d d i t i o nt ot h ee x i s t i n go n e s T h ev i d e os e r v e ro fs u r v e i l l a n c ef r o n t-e n da d o p t sm u l t i-t h r e a dt e c h n o l o g y,i nw h i c ho n et h r e
14、 a da c c o m p l i s h e sv i d e od a t ac a p t u r eb a s e do nv 4 1i n t e r f a c e;a n o t h e rt h r e a da c c o m p l i s h e sc o m m u n i c a t i o n、i t l ls u r v e i l l a n c ec e n t e gT h ev i d e oc l i e n to fs u r v e i l l a n c ec e n t e ra d o p t sV F Wt e c h n o l o g
15、 yt oi m p l e m e n tt h es u r v e i l l a n c ei n t e r f a c e,a n dr e a l i z er e a l t i m es u r v e i l l a n c et h r o u g hb r o w s e r B a s eo nt h ew o r kd e s c r i b e da b o v e,w eh a v ed o n ep r e l i m i n a r yr e s e a r c ho nt w oa s p a c t so fv i d e os u r v e i l
16、l a n c ew h i c ha r ew i r e l e s st r a n s p o r t a t i o na n dm o v i n go b j e c td e t e c t i o n A l s o,w eh a v er e a l i z e dt h er e c e i v i n ga n dd i s p a t c ho fs h o r tm e s s a g e sa n dd a t at r a n s p o r t a t i o nt h r o u g hG P R Sn e t w o r k;d o n ep r e l
17、i m i n a r yr e s e a r c ho nt h eI IA b s t r a c tb a c k g r o u n d-d i f f e r e n c ea n df r a m e d i f f e r e n c ew h i c ha r eu s e di ni n t e l l i g e n tv i d e os u r v e i l l a n c e,a n dt h e ng i v e ns i m u l a t i o nr e s u l t so ft w om o v i n go b j e c td e t e c t
18、i o na l g o r i t h m s K e yW o r d s:v i d e os u r v e i l l a n c ee m b e d d e ds y s t e mA R ML i n u xG P R Sm o v i n go b j e c td e t e c t i o n$3 C 2 4 10M C 3 9 II I I论文原创性和授权使用声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说
19、明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权,即:学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。作者签名:年月第1 章绪论1 1 课题背景第1 章绪论随着图像(视频)处理、网络通信和微电子技术的快速发展,视频以其直观、方便和内容丰富等特点,日益受到人们的青睐。然而在很多应用领域,人们通过视觉获得信息的同时也要付出艰辛的劳动,我们需要一种技术可以代替人的这种劳动,把人从繁重的视觉劳动中解放出来。智能视频监控是计算机视觉领域
20、一个新兴的应用方向和备受关注的前沿课题。伴随网络技术和数字视频技术的飞速发展,监控技术正向着数字化、智能化、网络化的方向不断前进。智能视频监控系统的需求主要来自那些对安全要求敏感的场合,如银行、停车场、无人值守的变电站等。比如通过传统的多媒体监控系统虽然也可实现变电站的无人值守,但它只能获取变电站的电气参数,并不能反映变电站运行的其它方面的情况,如防火防盗,变压器、开关等设备表面检查等。另外,对于异常入侵及各类故障缺乏足够的事后分析手段,所以要实现变电站综合全面的自动化管理,就需要一个功能完备的远程智能视频监控系统。智能监控技术包括运动目标检测、跟踪、目标分类和行为理解等方面。其中,处于整个视
21、觉系统底层的运动目标检测与跟踪是各种后续高级处理如目标分类、行为理解的基础和关键,在自动导航、机器人目标捕获等研究方向上都具有举足轻重的作用,从而更受到广泛的研究和探讨。发展到今天的以运动目标检测与跟踪为基础的智能视频监控系统大致经历了第一代模拟监控系统、第二代数字化视频监控系统、第三代网络视频监控系统三个阶段。其中,第三代视频监控系统以网络为依托,以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心,以智能实用的图像分析为特色,引发了视频监控行业的技术革命,受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。因此研究开发具有自主知识产权的智能化视频监控系统,具有很好的应用价值。本文通过建立一个适用于变电站、家庭安
22、保等应用场合的嵌入式网络视频监控系统,在实验室环境下针对网络视频监控系统的各项关键技术进行研究,包括嵌入式L i n u x 技术、视频采集、视频图像网络化传输和运动目标检测等。论文工作也将为网络视频监控系统在其它领域的应用起到一定的作用。如环境与安保集中监控系统、移动监控系统等领域以及智能小区、银行、商场等场所。第1 章绪论1 2 视频监控系统发展趋势随着计算机技术、数字视频技术以及网络化技术的发展,视频监控系统也在不断发展。到目前基于嵌入式的网络数字监控系统,视频监控系统已经经历了三个发展阶段 I l l。(1)模拟监控系统最早的视频监控系统,也称闭路电视监控系统(C C T V)。主要由
23、摄像机、视频矩阵、监视器、录像机等组成,由视频电缆、控制电缆等连接。监视系统以模拟方式传输,一般传输距离不能太远,主要应用于小范围内的监控,监控图像一般只能在控制中心查看。随着技术的发展,出现了视频矩阵切换器、云台控制等新技术,由最初的单点、单线制模式变点对点、一点对多点监视和多点顺序控制系统。模拟监控系统的主要缺点有 1 2 1 通常只适合于小范围的区域监控;系统的扩展能力差;无法形成有效的报警联动,由于各部分独立运作,相互之间的控制协议很难互通,联动只能在有限的范围内进行。要满足更高的要求,数字化是必由之路。(2)数字监控系统在这一代视频监控系统中,将各个摄像机获得的视频信号首先利用专用的
24、压缩设备进行视频压缩,然后通过内部网络联到一个P C 机或工业计算机上,在这台作为核心的计算机上运行视频解压,提供视频监控服务。采用数字监控系统,对目标范围实时监控,并以此为中心建立一整套软硬件结合的完整体系,减少不必要的环节和操作,提高了整个系统的反应速度和效率n 3 H 们。数字监控作为继模拟监控之后的第二代监控技术,无论在图像质量、保存时间以及可靠性上均有大幅度的提升,为用户提供了高性价比的监控解决方案。数字监控系统具有以下优点:数字视频传输的可靠性高,经过压缩的视频传输更加快速,还可以通过各种方式与联网的其他计算机共享;经过压缩的数字视频可以存储在计算机磁盘上,存储容量大,故障率低,读
25、取方便,易于检索:拥有W i n d o w s 这种良好的用户界面,易于操作和管理。(3)网络视频监控系统随着宽带网络的普及,微处理器技术的快速发展,以及各种实用视频处理技术的出现,视频监控逐渐从本地监控向远程监控发展,出现了以网络视频服务器为代表的远程网络视频监控系统。网络视频服务器解决了视频流在网络上的传输问题,从图像采集开始进行数字化处理、传输,这样使得传输线路的选择更加多样性,只要有网络的地方,就提供了图像传输的可能。嵌入式网络视频监控系统充分利用了数字视频监控系统技术上的优势,以计算机为中心,信息处理技术为基础,将摄像机获得的模拟视频信号转变为数字视2第l 章绪论频信号将各路信号通
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- 基于 Linux 嵌入式 视频 监控 系统 研制
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