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1、安徽理工高校硕士探讨生选题报告与论文工作安排表课题名称：基于嵌入式IirRlX下的视频监控系统的探讨硕士生姓名：赵安逸入学年月：2013.09所属院（系）：电气与信息工程学院学科专业：电路与系统评议组成员姓名：1、课题来源：国家计委、科委项目（6）省市自治区项目（7）学校级项目国际合作项目（9）自选项目其它项目（选一项打J）开发探讨其它（选一项打）国家经贸委项目国家自然科学基金项目（4）国务院其它部门项目主管部门（部委级）项目2、项目所属性质：基础探讨应用基础探讨J应用探讨3、预料论文完成时间：2016年4月10日选题报告时间：2015年3月28日参与报告范围与人数：填表日期：2015年3月2
2、8日安徽理工高校探讨生处1、课题来源、选题依据背景状况、课题探讨目的、探讨动态与存在的问题，并附主要参考文献课题来源：自选项目选题依据背景状况：物联网是通过光学识别、射频识别技术、传感器、全球定位系统等新一代信息技术，实时采集任何须要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种须要的信息，通过各类可能的网络接入,实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网现在已被提高到国家的战略高度，它不但是信息技术发展到肯定阶段的升级须要，同时也是实现国家产业结构调整、推动产业转型升级的一次重要契机。近年来，全国许多省份和城市都已经围绕物
3、联网纷纷制定出地方的物联网发展规划，并主动推动物联网示范基地和示范工程。从当前的物联网发展形势来看,逐步形成了长三角、珠三角、环渤海地区和中西部地区四大核心区域，这四大区域目前形成了中国物联网产业的核心产业带，呈现出物联网学问普与率高、产业链完善、研发机构密集、示范基地和工程起步早的特点。在这些区域已经建设了许多基于感知、监测、限制等方面的示范型工程。特殊是在智能家居、智能农业、智能电网等方面成果比较突出，在矿山感知、电梯监控、智能家居、农业监控、停车场、医疗、远程抄表等都取得了重大突破。物联网是典型的嵌入式系统，而视频技术是将来几年嵌入式系统发展的排头兵,视频监控业务已经有许多年的发展，假如
4、把摄像机看作人的眼睛，智能视频系统或设备则可以看作人的大脑，视频监控就是物联网的感知环节少不了的“眼睛”，其主要作用是忠实地将远端的视频信息进行呈现和记录，是人们视觉的延长。然而，由于监控探头的数量和监控数据的存储量特别巨大，随之而来的问题是假如完全依靠人工分析和监控，会存在效率低下、识别率不高与存储困难等问题，常常不能实时发觉突发事故的发生。课题探讨目的：随着物联网、嵌入式系统、网络和图像处理技术的相互渗透，以嵌入式体系为核心和以网络形式传输的视频采集编码传输已成为视频监控探讨热点。它所涉与的领域包括工业限制、网络通信、军事国防、航空航天等，我们所熟识的电子产品几乎都可以找到嵌入式系统的影子
5、。以嵌入式系统为基础的视频采集与传输系统具有便于计算机处理，适合远距离传输，牢靠性高、安装便利、运用敏捷和体积灵巧等优点。探讨动态与存在问题：视频技术是将来几年嵌入式系统发展的主要驱动力，多媒体技术的发展既为嵌入式系统的发展带来了巨大的机遇，同时也提出了新的挑战。嵌入式设备系统资源，尤其内存资源相对有限，而且受嵌入式微处理器的主频限制，其运算处理速度有限，这使得在嵌入式设备上高效地实现运算量巨大的视频压缩编码任务极具挑战性。所以针对嵌入式设备内存资源有限而视频信息又须要占用很大存储空间的问题，对视频信息高效的编码方式就成了燃眉之急的关键技术难题。而另一方面随着物联网的层层推动，各种终端信息都须
6、要通过网络进行实时有效的动态的传输，随着WiFi、蓝牙、ZigBee等无线技术的发展与普和多媒体技术的飞速发展，高质量的视频传输已逐步取代传统的语音和文字信息成为数字通信网络的主要拓展业务之一，嵌入式技术与网络、通信和多媒体技术的相互融合将成为数字视频通信领域的发展趋势。而在视频编解码技术定义方面有两大标准机构。一个是国际电信联盟（ITU）致力于电信应用，已经开发了用于低比特率视频电话的H.26x标准，其中包括H.261、H.262、H.263与H.264；另一个是国际标准化组织（ISo）主要针对消费类应用，已经针对运动图像压缩定义了MPEG标准。MPEG标准包括MPEGKMPEG2与MPEG
7、4oMPEG1、MPEG2技术当时制定时，它们定位的标准均为高层媒体表示与结构，但随着计算机软件与网络技术的快速发展，MPEG1、MPEG2技术的弊端就显示出来了：交互性与敏捷性较低,压缩的多媒体文件体积过于浩大,难以实现网络的实时传播。MPEG4技术的标准是对运动图像中的内容进行编码，其具体的编码对象就是图像中的音频和视频，术语称为AV对象，高效率地编码、组织、存储、传输AV对象是MPEG4标准的基本内容。在视频编码方面，MPEG4支持对自然和合成的视觉对象的编码。（合成的视觉对象包括2D、3D动画和人面部表情动画等）。在动画编码上，MPEG4可以在一组编码工具支持下，对语音、音乐等自然声音
8、对象和具有回响、空间方位感的合成声音对象进行音频编码。H.264能以较低的数据速率传送基于互联网协议IP的视频流，在视频质量、压缩率和数据包复原丢失等方面，超越了现有的MPEG2、MPEG4、和H.26X视频通讯标准。更适合窄带传输，在极低码率（32KbPS128Kbps）的状况下，H.264与MPEG4相比具有性能倍增的效应，即在相同码率的H.264媒体流和MPEG4媒体流相比，H.264拥有大约3个分贝的增益（画面质量水平倍增）。32Kbps的H.264媒体流，其信噪比与128KbPS的MPEG4媒体流相近。在同样的画面质量下，H.264的码率仅仅为MPEG4的1/4。但是H.264在获得
9、优越性能的同时，带来的是计算机困难度增加。所以基于H.264的视频压缩编码技术在嵌入式视频监控中的应用是有现实的价值和意义。此外，传统的监控系统大部分都须要接入有线网络才能实现监控的功能，在空间和传输方式上有一点局限性,监控设备不行能四平八稳。一旦由于自然灾难、操作不当、设备老化等问题造成电力事故，而发生故障的地点是不确定的，抢修人员到达现场后，常常由于没有适合的监控管理设备，致使抢修指挥中心无法与时、精确地采集、存储和监管操作现场的实时信息。随着WiFi等无线技术的发展与普与，使得无线传输视频数据成为可能。利用无线网络的便捷性，现场可以随时随地将视频传输到指挥中心，从而更好地与现场进行交互。
10、参考文献：1余兆明，查日勇，黄磊，周海骄.图像编码标准H.264技术M.北京：人民邮电出版社，20062S3C2440A32-BITCMOSMICROCONTROLLERUSER,SMANUALRevision1,SAMSUNGLtd,20043MINI2440用户手册，广州友善之臂计算机科学有限公司，20074孙琼.嵌入式Linux应用程序开发详解M北京：人民邮电出版社，20065陈文智等.嵌入式系统开发原理与实践川.北京：清华高校出版社，20056刘伟，童敏.Linux2.6内核的嵌入式系统应用J.电子技术应用，2006年第1期7DanielP.Bovet,MarcoCesati.Unde
11、rstandingtheLinuxKernel(3rdEdition)M.OReillyPress,20058ApplicationBinaryInterface(ABI)fortheARMArchitecture.ARMLtd.2007916Mbit/32Mbit/64Mbit(xl6)Multi-PurposeFlashPlusSST39VF1601/SST39VF3201/SST39VF6401/SST39VF1602/SST39VF3202/SST39VF6402.PreliminarySpecifications,SSTLtd,200810宋宝华.Linux设备驱动开发详解W.北京：
12、人民邮电出版社，200811JonathanCorbet,GregKroah-Hartman,AlessandroRubini.LinuxDeviceDrivers,(3rdEdition)M.0ReillyPress,200512AlanCox.Video4LinuxProgramming.redhat,200013Linux窗口程序设计-QT4精彩实例分析-PTF电子书14凌进.网络视频监控技术的应用和发展D.北京：北京邮电高校.2007.6,7:38.15倪继利Linux内核分析与编程M北京：电子工业出版社，2006.1,4:315.16戴丽.基于Video4Linux的USB摄像头图像
13、采集实现J.合肥工业高校.2006,2:31.18刘斌.基于嵌入式系统的视频采集模块的设计D.西安电子科技高校，2006,53:38.17许海燕,付炎.嵌入式系统技术与应用M.机械工业出版社，2002.18邹思轶,嵌入式LinUX设计与应用M.清华高校出版社，2002.19刘富强,数字视频监控系统开发与应用M.北京:机械工业出版社，2003.20王英杰，陈祥献，耿晨歌.嵌入式网络化多媒体视频监控系统的设计与实现J121萨默菲尔德（英），布兰切特（加）C.GUI.QT.4编程（其次版）电子书2、课题的主要内容，拟解决的主要技术问题，在理论和应用方面的意义，完成课题的条件（包括个人业务水平、教研室
14、或学科组的技术、设备条件）和拟实行的技术技术措施和方法：课题的主要内容：本文旨在利用H.264视频压缩编码标准在嵌入式平台上进行实时视频通信系统终端的探讨开发。论文中采纳基于三星EXynoS4412四核处理器的Corte-A9开发平台，将嵌入式LinUX技术与H.264视频通信技术相结合，提出了一个基于嵌入式视频服务器的H.264实时视频采集与网络传输系统的方案模型，对实际嵌入式视频通信系统的设计开发，具有借鉴意义和好用价值。具体内容包括以下几个方面：（1）针对本课题的软硬件开发平台，先介绍Tiny4412开发板的硬件结构，然后介绍嵌入式Linux开发技术，具体分析嵌入式Linux开发环境的搭
15、建方法，具体为在pc机上搭建交叉编译链实现对内核和程序的编译，bootloder的移植采纳的是UbOot,针对本开发板的硬件平台，须要添加网卡的支持，nfs文件系统，串口以与开发平台exynos4412的相关支持，其次要用busybox实现根文件系统的制作以与内核的编译和移植。（2）在底层驱动设计方面，一切的设备操作都是以文件的方式进行的，设备驱动就是供应文件操作接口，本文的usb驱动通过id.table的方式进行USb.interface匹配进入probe探测函数，然后通过结构体fi1e_operations_ov51l_ops中的关联操作函数完成相应的设备的打开OPen（）,相关宿息的读取
16、i。CtlO,视频帧数据的读取read（）以与设备的关闭CloSeO等。（3）在应用层视频数据采集，编码和传输的程序设计，通过对v41接口的调用实现与底层驱动的交互和视频数据的采集，同时对开源的h.264的编码库t264的移植实现对视频数据的压缩，在传输方面采纳c/s架构，通过UdP传输，创建基于udp的socket的创建，通过对结构体structaddr_in的初始化，再通过bind（）实现ip和端口的绑定，通过SendtO（）实现视频数据的传输。(4)客户端采纳qt编写的基于tcp/ip协议的播放器，播放器与指定的ip摄像头相关联，以实现视频数流的恳求和接受，模块启动后，接受线程从服务器上
17、接受到视频数据后，进行组帧，并把一帧数据放入环形缓冲区中，解码线程从缓冲区中每次读出一帧视频数据，调用ffpeg库进行解码，将H.264视频数据转化为yuv420数据，最终将解码数据送入播放线程进行播放，最终三个模块协同合作实现视频数据的动态显示。拟解决的主要技术问题：(1)在本次设计中选择静态加载方式，在homezscWOrk/Iinux书目下makemenuconfigo(即编译内核的图形化界面)首先(*)(enter”键)选择Multimediadevice-下的VideoforIinuxo加载video41inux模块,为视频采集设备供应编程接口；然后在USbSUPPOrt-书目下(*
18、)选择supportforusb和usbcameraov511supporto这使得在内核中加入了对采纳0V511接口芯片的USB数字摄像头的驱动支持。然后保存配置退出；修改内核书目下videodev.c程序，最终InakeZlnIage编译内核，然后通过dnw加载内核到开发板。(2)基于上述对现在视频编码技术的分析，采纳基于H.264VC视频压缩编码标准的视频采集应用程序的编写时此次设计的难点和重点。在视频数据采集方面，通过对IinUX内核加载的v41接口的探讨，从何获得对视频数据的采集，v41事实上是对设备操作方法的宏定义和相关的数据结构，通过ioctl和相关的宏开关来获得相关的数据信息，
19、Vidiocgcap宏定义用于获得设备的基本信息保存在video_capability结构体中，包括设备名称，最大最小辨别率以与信号源信息等，其次通过VlDloCSFBUF设置采集卡的帧缓冲参数，并把信息保存在结构体video_buffer中，对于视频捕获窗口则通过VIDIOCGWIN来填充video_window结构体，忌外其他的如视频源信息、，图像属性与设置通过相应的宏来获得疝设置,另外对于图像的捕获有两种方法，V4L为视频设备采集图像供应两种方法：一是read()干脆读取，二是InmaP()内存映射。read()通过内核缓冲区来读取数据，该系统调用在驱动程序中是通过copy_toUSer
20、()函数将内核空间的数据拷贝到用户空间的。但是对于像视频采集等大批量的数据处理，采纳拷贝的方法会大大增加时间开销。mmap()系统调用使得进程间通过映射同一文件实现共享内存，各进程可以像访问一般内存一样对文件进行访问，访问时只需运用指针而不必调用文件操作函数。内存映射方式的图像截取步骤是：首先设置好图像尺寸和象素深度等属性，接着运用Vidiocgmbuf获得11三的缓冲区尺寸和图像帧在缓冲区内的偏移量等信息，并保存到video_mbuf结构体中。在调用mmap作好内存映射后，然后使后Vidiocmcapture依据Video_mmap结构体中指定的图像尺寸和格式来进行图像帧的截取。Vidioc
21、sync用于辱待一帧图像截取的完成。继而通过调用H.264开源编码库的接口函数完成对图像数据的处理。最终通过创建套接字UDP将编码的视频向客户端传送。(3)在客户端的设计上，通过UDP连接获得网络监控视频数据流，存入数据缓冲区，接着通过ffmpeg解码器中的相应的函数进行解码，最终通过视频输出模块进行视频输出。其中视频数据的接受、解码、输出显示都是通过Ql相应的类库以多线程的方式同时进行，在解码的同时不断的将数据进行解码并存入环形缓冲区，从而保证视频数据的实时传输。其次就是Ul界面的设计，主要是包括登陆界面，设置界面，显示界面，为了便利界面的相互跳转，采纳Qt自带的QStackWidget控件
22、来实现，此类事QWidget的派生类，所以属于可视控件，登陆界面主要有三个QPushBtoon和两个QLineEdit,登陆界面的主要的作用就是供应用户名和密码，以实现对视频界面的平安爱护，当用户点击连接时，依据用户名和密码的正确与否确认死否进入显示界面，其中连接按钮通过CIiCkO信号来与on_connect_clickO槽函数的连接，在槽函数内完成对用户信息的检验，并进行套接字的创建完成与服务器的连接和视频的数据的处理和显示。在理论和应用方面的意义：随着嵌入式技术、数字视频以与无线网络技术的飞速发展，视频监控技术也日趋成熟，并胜利运用于社会生产生活中各个领域。本文设计和开发了基于嵌入式系统
23、IinUX和WiFi无线技术的便携式视频传输系统，有如下特点：依靠手持终端，随时随地采集和传输现场图像，突出便携性；采纳WiFi无线技术，便利快捷；运用TCP/IP协议传输视频数据，保证了传输的牢靠性。完成课题的条件（包括个人业务水平、教研室或学科组的技术、设备条件）:本人对嵌入式系统的移植和典型驱动的开发学问驾驭扎实，始终从事嵌入式系统的探讨，编写过相关设备的驱动。本课题指导老师在此课题探讨中供应了相应的电子材料和模块，赐予了充分的理论指导。拟采纳的技术措施和方法：（1）通过查阅大量文献资料，了解目前相关学问的发展水平和技术要求。（2）在嵌入式平台上进行IinUX的移植和开发环境平台的搭建，
24、为后续驱动程序的以与应用程序的编写和调试供应开发平台。（3）通过在开发板上不断的调试和程序的修改来达到最佳的试验效果和性能指标。3、课题工作量与进展安排（包括各阶段安排完成的内容和所需的时间等）。2014.07-2015.03收集和整理课题的相关资料。2015.04-2015.07探讨基于嵌入式平台开发环境的搭建，pc端交叉编译环境的搭建，nfs服务器搭建，根文件系统的制作，UbOot的制作和移植以与内核的裁剪与移植等开发环境的打算工作。2015.08-2015.12底层方面，相关外设驱动的编写和调试，以与最终以内核方式的加载，应用层方面，服务器端视频采集传输程序编写，以与开源编码器、解码器的
25、移植，客户端程序的编写与调试，以与Ul界面的美化，最终进行整个系统的运行与调试，以与数据和现象分析与总结。2016.01-2016.03撰写论文并打算论文答辩。4、导师对硕士生选题报告的评语（硕士生对国内外文献、动态、水平是否了解清晰，的所选课题是否适当、正确，预期目标能否达到，理论和实际应用的价值如何、路途和措施是否具体可行等）：导师签字：年月5、选题报告会评议组看法:组长（签字）：年月日6、院（系）审查看法：院（系）负责人（签字）：年月日注：此表一式三份，导师、院（系）、探讨生处各一份。硕士生应在第三学期末实行的选题报告会之前填写此表，经导师和评议组负责人签署看法、所在院（系）审核后报探讨生处备案。
