（计算机软件与理论专业论文）基于mpeg4的视频监控系统设计和实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 视频监控系统作为一种重要的安防手段已经有很长的发展历史，在安全监 控、生产过程监控、住宅小区监控等领域，已经被广泛应用，视频监控系统以 其远距离监控的独特优势逐渐赢得了广大用户的青睐。随着控制技术和通信技 术的蓬勃发展以及微处理器性能的极大提高，并且m p e g - 4 标准图像可以达到 d v d 级的质量，而数据置比m p e g 一2 低得多，因此基于嵌入式开发出的高清晰的、 稳定的、低成本的m p e g _ 4 远程监控系统具有广泛的应用前景，对其进行深入的 应用研究很有必要，并将带来巨大的社会效益和经济效益。 论文首先从视频监控系统的监控方式分析入手，将先进的嵌入式技术、视 频技术、网络技术有效的结合在一起，提出了系统的总体设计方案。该方案分 为前端服务器监控和远端监控两部分，在服务器端，完成图像的采集、转换、 m p e g _ 4 压缩编码及网络发送、视频录像；在远端监控部分，负责视频数据的接 收、解码显示、服务器控制。 论文的主要内容是系统的软件设计部分，归纳了嵌入式视频监控系统的主 要技术，其中主要包括r t p 协议、d i r e c t s h o w 技术和多线程技术，并对这些关 键技术作了详细介绍。作者以模块化的软件设计思想对系统软件进行了模块划 分和细化，然后详细介绍了各个子模块的设计和主要功能函数的设计。 论文的研究与设计综合了网络技术、计算机控制技术、面向对象设计方法、 多线程编程等技术。通过对嵌入式视频监控系统的分析设计及实现，验证了嵌 入式远程监控系统结构的可行性及其实现方法，这些都具有良好的通用性和工 程推广使用意义。 关键词；视频监控系统；嵌入式系统；m p e g 一4 ；多线程 西南交通穴学颂士研究生擘位论文第n 疆 a b s t r a c t d m o n i t o r i n gs y s l e mh a sb e e na i m p o r t a n tm o n i t o rm e t h o di nt hs e c w i i y 撼a 矗采董。f 鑫l o 嚣g 穗热e ，巍轴嚣b e 铺w i 魏l y 唰i e d 遮s e e 猷i 姆黼。萎t 。蛀箍岛爹d # e 溏菇 辫o c e s s 王l l o 菇琏o d n 各m o 琏i 沁f 血go f 街8 i d e n t 矗哇8 辩a sa 硅do t 鞋e f8 f c a s 。辩理珏d 街掰宅 u s e f sa r ei n t e r e s t e di n t h i ss y s t e mb e c a u s eo fn sr e m o t e n e s s w i l ht e c h n o l o g yo f n 拄畦a 嚣d潲燃鞠i 铀鞋o n懿镪l r l s h e d 毅堪 蠊e 嚣o a t i 矬氍e a s ep e 程。潮燃 m i c f o p r e s s o r sa n dm p e g 4s a n d a r d sc 鞠嚣姐i c v ed v d * c 】a s sv i d e oq u 础t yo w h i c ht h ed a l as t 撒粕a m o u mi s 瑚h c hl o w e rt h a nm p e g * 2 ，也ev i d e om o n i t o r 8 y s t e m 如a tb 鹅e d e h l b e d d e dm p 飘g 4a n d h a sh i 啦d e 鼬i 虹o n ，s t a b l e ，m u l t i i 邺砒 矗n dl a w - c o s th a s 埘o a d l y8 p p l i 蒯p r 娜e c t s 工ti sn 。c c s s a r yt oa p p l yr 雌e a r c ho n 慨 s y s t e m ，珏玎d 巍h a s 铋o 蹦0 u ss o c i a | a 黼e c o 蝻m i cb e n e 蠡耄s t h j sp a p e rs t a r t sw i t ha n a l y 蚶s0 fm o n i t o r i n gw a yo fv i d e om o l l i t o 妇n gs y 8 t e m a n ds h 。粥 h es y s t 毫md e s i 秘b ye c t i v e l y m b 讯融“v a e d 粕而e d d e d 蛐o g yw i 氇搬e 端赫幽g y 。fv 薹d 毒。毫瓤矗矗娃镩。盘豫p 蟋e 氆主sd 觚如d 攮l o s 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i 如om o i i i l o d n 鐾s y s l ，d e m o n s t r a t e d 如e 证a s i b 娃i t yo ft h es y s 堙m 被dt h ew a yt o 溉p l ；b m 睫t h es y s e m ，w h i c h 赫a v i n gg o 酣n e x 洳勰y 柏dh i 蜘 r e l i a b i l i t y ，t h ew h o l es y s t e mi sw o n ht op o p u l a r i z e k e ￥髓州s ：磁o 馘。珏l t 喇n gs 郛t e m ，e 趣b # d d 喇s y s 堍m ，m 揽g 4 ，辩u l 蛙臻托越i n g 西南交谯大学硕士研究生学位论文 第1 礅 第1 章绪论 选馨来，褫颇藏控在善个符业得刭了广泛静盛籍，它在安垒防范、信意获 取和指挥调度方面超到重要作用。随着我阑信息化进穰的推进和人民物质生活 水平的掇高，安全防范系统越来越受到人们的重视，随着视频监控技术的发展， 裰频溢瓣基经觚g p 瓣一i 、# 2 鹳悫p 弼一4 鞍h 2 5 4 邋渡，撬籁匿豫瀵藩度褥穰 大大提高。 视频监控是一门集计算机投术、网络技术、数字视频技术于一体的技术， 睫蓑计冀瓤技术鞠多媒薅技术熬迅速发聂，及垂动控囊l 积多攥侮接术融入至梗 频监控系统中，更大的推动了它的普及和应用。 。 视频鉴擦系统 1 。1 1 发展历獠 视频监控的发展经历了三个阶段l l 】，即第一代模拟图像监控，第二代基干 p c 机的多媒体监控，第三代基于嵌入式的网络视频监控。 l 纂予模毅嚣绦监控匏王般电视系统 扶摄像机电秘机出现的那无起，基于模拟圈像簸控的第一代视频监控系统 就已诞生。它被广泛应用于保安，生产管理等场合。熟型的模拟监控系统般 由匿像摄影部分( 模拟摄像枫、镜头，云鸯、麦克最等) 、图像传输部分( 电缆、 光缆、射频) 、视频控制都分( 绦 乍键盘、视频分配器、褫频矩阵切换器、嚣台 控制器、字符叠加器等) 和显示记录部分( 视频矩阵，监控器，泶像机等组成) 组成 2 1 。 本缝窝德益控系统一般莱翔搂瓠方式转输，采麓疆频电缆，传输距离不挠 太远，采用主干再分枝，一对多的广播树测拓扑结构。主要应用于小范围内的 监控，如大楼监控辫。监控图像一般只能在本地控制中心观看。 遮一代系统懿主要经点是蜜现方法麓攀。毽是，其绶点菲零臻显：它袋薅 同轴电缆传输，传输距离近，布线复杂，设备、材料赞用高，施工困难；另外， 西南交通太学硕士研究生学位论文 第2 员 由于视频照像是模拟的，图像数据量大，最像时闯短，谣长时闻录像对录像椒 存储丢失的信惠多、融于模拟僖母很容易受到干扰，导致鞠像质熬麓：萁顺序 存储的方式又使得查询速度慢；扩展能力差，如果要新增监控点，往往是牵一 发面动全劈，毅的设蒜缀难添加划原有的系统中。 2 基予p e 静褪颠箍规系统 9 0 年代中后期，计算机网络开始普及并得到迅猛发展，视频控术的发展也 日新月异，这些技术的发展特别怒视频压缩技术的出现和发展，使数字视频的 毒穗窝传羧成为可筑。计算橇援零静嚣蓥或熟，擞撬鲍簧及耗，氇隽基子p c 翡 视频监控创造了条件。利用计算机显示器的商解析度，将视频传输到计算机， 通过视频捕捉卡采集到计算机进行显示、压缩和存储。对于图像存储部分，则 采用大客爨魏圣 算撬疆盘。 这种系统的优点是录像时间长，图像传输距离远、聪量好，查濑速度快随 着计算机软硬件性价比不断提升，利用硬盘渌像系统来采集、储存和传输视频 占据了监控系统鲍主舞市场并逐步取代模拟监控系统网。但是，由于需要列越 专用压缩解压卡对横频信号进行压缩和解繇楚瑾，骈以使监控系统体积较大， 功耗较嵩 监控现场需要专人职守。维护烦琐；实时性不高和稳定性差：成本 较高；可扩展性差，采用专用的压缩卡和斛压缩卡对视频数据进行压缩和解臌 缩，是戆支接一静绽秘格式，冤法捷筷对冀镪编羁方式戆支持。 3 基于嵌入式技术的网络视频监控系统 随着芯片、网络技术的进步，现在出现了一种新型的网络视频监控系统， 邵基于嵌入式拄术黥瓣终系统蕊控系统。 基于嵌入式技术的网络监控视频主要的原理是：巢用嵌入式裳时多任务操 作系统，商效压缩芯片和功能强大的c p u ，将视频压缩与传输处理工作全部内置 到芯片上。摄像机传遴来鲍视频镶号数字他蕊蠡裹效愿缭芯片压缨，通过悫懿 缝理后转移到嘲络或服务器上。网络上用户可以通过专用软件或者直接用浏龅 器观看w 蝴服务器上的摄像机图像，授权用户可以控制摄像机云裔镜头的动作 和对系统配置进行操作。 采弱嵌入式搡 筝鬃统，太犬提高了系统鲍稳定毪鞠实露洼。蠢j i 予这种系绕 的硬件是个同处理器和操作系统捆绑较为紧密、功能专一、设计专门的独立 的设备，不像插卡系统那样受通用计算机系统中其它软硬僻的影响，因此性熊 主更稳定，显便于安装、维护，易于实瑷系统翁模块纯设计，霞予管理维护。 硬盘录像和回放基本上可以达剿实时的效果且录像清晰度较高。宇巴视频压缩和 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 鞭 网络传输功b 集成到一个体积根小的设备盎，可以妻接连入以太网，达到即攒 即用，省掉各种复杂静电缓，安装方便，冤需专人职守。在釜控终端，远程麓 控人员贝需要拥有一台安装了监控软件的p c 机，无需蜜装特殊的硬件设备，就 可以在世界任何一个可以接入i n t e r n e t 的地方，对监控现场进行窭时远程监控。 大大降低了系统戒零，壤夫迪方便了整个蕊控系统魏攥弥署曩维护送稀檠掏笈麓 较晚，似由于其显蒋的优点即将在市场上取得大规模的应用。 基于嵌入式技术的网络视频监控系统系统的特点是：在视频图像的信源端 对霪像避行压缩，然焉逶过一悫戆逶售协议囊遁售奔艨恕压缠避瓣图像数据铸 输到远端计算机上，用计算机蒋对图像进行解压和显示，这样就能有效地减少 视频传输的数据量。 这耱系统采薅嘲像数据库技术对图像进行存储，便于图像载赢询和回放。 所 噩这种系统有设备、材料费用低，施工密易，录像漪阍长，豳像质量好，杰 询速度快等优点【2 】。不过，这种系统的技术实现比较复杂。 远稔视频网络监控系统的一般过程是t 在些重簧的场所安放一个或若干 个擐豫杌捷摄釜控现场，熬爱褥褫频信号遥遭匿缩编鹳处理，遗避一定熬传输 网络( 线缆、无线、光纤或以太网) ，传到指定的监控中心，再通过存储设备， 将媒体襻储到存储介质上，同时还可以根据不同需要羊途径在现场安装其它的 挺晷l 装纛箨舞整控豢绫鳇辕霸设荟。 1 1 2 国内外现状和发麟方向 在瀚内外市场上，模拟视频监控技术发展已经嚣常成熟、性能稳定，襁实 际工程中得到广泛应用，特别鼹在大、中泌视频监控工程中的应用尤为广泛。 数字视频系统是新避崛起静以 卡算机技术及图像视叛艇缱为核心懿新型系统， 该系统解决了模拟系统部分弊端，僵仍嚣簧迸步竞荣帮发蓑。 由于历史及观念上的原因，我国大陆的安防产业较发达国家晚二三十年i m 。 但是在二十世纪九十年代末。随着我国经济的快速发展、人民物质生活水平娓 提毫帮灏费鬟念静浚变，孛弱簸控芎亍监程停随藿诗葵钒菝术、强像处理授术_ 糨 网络技术的发展普及，兴起了数字化网络般控系统的浪潮。这般浪潮使自八十 年代末期成长起来的中国安防市场发生了深刻的变化，中国从事网络视频擞控 懿金监攀一次筵在了与番努公霹死乎提瓣靛起跑线上，逛戈孛鏊麟兴遂专效薅 络视频般控公司和企业带来了前所未有的挑战和机遇。 西南交激大学硕士研究生学位论文第4 鼹 蔻璃一落纯、裁频鼗字讫、整控网终纯、系统集袋豫是撬鬏j | 燕控蓉统公议 的发展方向，而数字化是网络化的前提，嗣络化又是系统集成化的基础。所以。 视频监控发展的最大特点就是数字化、网络化和智能化n 。j 。 褪频监控系统热数字化善先燕系统中倍崽流驮模掇姨态转为数字状态，校 本上改变视频监控系统从信息袋集、数据处理、传输到系统控制等方面的结构 形式。信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控祭统与安防系 统中其他嚣子系统阕实现无缝逑揍，荠在绞一的操作平台上实现蟹理帮控制。 视频监控系统的网络他是远程搅颧篮控系统今后发震的主要骞标之一，系统阚 络化将实现整个网络系统硬件和软件资源熬享以及任务和负载共事。提高网络 的利用效率，这也促使视频监控系统成为新的网络应用热点。 1 2 论文研究背景与意义 在毒圭会信患纯器薤发震静今天，信崽技术、羁络技术、遁僖技术戳及多媒 体技术融经渗透到人类生存、涵动的各个领域中。视频监控以其赢观、方便年玎 内容丰富肄特点，日箍受到人们的青睐，视频监控正从传统的安防监控向管理、 生产整按发震，势逐步与管理售惑系统稳缝念，达到蝥潦共享，为罄壤者提供更赢 观、更有散的决策信息，数字视频监控不仅符合社会信息化的发藤趋势，而融 代表了监控行业的发展方向。该系统应用广泛，特别适用于政府、机关、学校、 医院、边防、海关、毫绩、电力、镊行等企事、韭单位裳对视频监控、网上教学、 会议电搅、资源共享等。 本谋题是与某公司合作项圈“远程网络视频监控系统”中的一部分，该项 目的主嚣功能是利熠服务器端监控现场，然最将视频溅数据传入网终供远程客 户辊釜攘，可醴提供云台控裁，劳实现多媒俸文件的存储管理、餐缝嚣放等。 视频流通过网络传输到客户端，在客户端实现实时监控、云台控制、以及多媒 体文件盼点播回放。该系统的研究目的是要通过监控系统与计算机控制、图像 处理、麓络、鼗援露莓技术麴骞掇缝台，势采瑁壹鼹鳃图像蓝褫瓣篮控方式， 从而改避监控系统的有效性和可靠性，减辍操作人员的负担，实现简洁方便的 网络监控。系统涉及计算机网络、串口通信控制、图像采集与处理、流媒体、 d i f e c s h 钾、数据露、c 0 m 等多萃孛理论秘技术。 两南交通大学硕士研究生学位论文第5 贸 。3 论文的磷究内容及工作安瓣 论文麴主要经务燕镑对程鬏监接系统熬获键技术进行分辑秘磷炎，并实际 搿菱一个嵌入式网绥监控系统。归籀起论文蛉主要研究内容包括： 1 基于“u x 嵌入式系统的阏络视频监控系统构架。 2 。对凇e g 4 桃羰压缩技术翘粳频漉传输蜘议料p 的研究。 3 对d i r e c t 曲o w 拽术和多线稷有一定研究。 4 箍控系统静软 ：褐架藏设计恿路。 5 主要模块的设计和详细实现。 论文将黻上研究内容分为5 个窜节，分剃作其髂研究栖分耩，全文的工作 蜜搀磐下： 第1 章绪论。介缁了监控系统的发展历程以及趋势。 第2 牵褒入式毯l “与m p 嚣g + 4 标毽介绣。 第3 章视频盐控琴统的主簧按术的分缀，器t p 协议、d i f e e 媾h 技术、多 线程技术。 第4 章视频监控系绫总体设诗。食缨了系统数憨俸绪掏强及蔗避。 第5 章系统软粹详细设计和实现。对系统的软棒设计部分避行了详细懿鹚 述，并分析其原理一软俾设计包括服务端和客户端豹设计两大部分。 论文最腋对该设计进行了总结和展望。 西南交通太学硕士研究生学位论文 第6 页 第2 章嵌入式m u x 与m p e g 4 标准介绍 2 1 嵌入式l in u x 介绍 2 1 1 嵌入l i n u x 的优势 由于嵌入式i j n u x ( e m b e d d e dl i x ) 具有对各种处理器的广泛支持性，因此， 它能方便地运用于工业测控、机顶盒、p d a 掌上电脑、w a p 手机、寻呼机等智 能信息产品中。与p c 相比，信息家电、手持设备等的市场容量高得多，因此， 众多i 血u x 厂商把发展的重点也放到嵌入式应用领域。相信嵌入式i j n u x 在不 久的将来会成为嵌入式系统领域的一朵奇葩。 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机为基础，软硬件可裁剪，适用于系 统对功能、可靠性、功耗、成本严格要求的专用计算机系统。高实时性是嵌入 式系统的基本要求，其次，还要求代码尽可能小，运行速度尽可能快，可靠性 尽可能商心嵌入式u n u x 是指对l i n u x 经过小型化裁剪后，能够固化在容量只 有几十万字节或几十亿字节的存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌入式场合 的专用“n u x 操作系统。嵌入式【血u x 的开发和研究是目前操作系统领域的一 个热点。与其他嵌入式操作系统相比，嵌入式l i n u x 系统具有一些独特的优势。 其表现如下“j ： 首先，“n u x 系统内核和层次结构完全开放。“n u x 是由很多体积小且性能 高的微内核和系统组成。在内核代码完全开放的前提下，不圆领域的不同层次 的用户可以根据自己的应用需要很容易地对内核进行改造，在低成本的前提下， 设计和开发出真正满足自己需要的嵌入式系统。 其次，高度稳定性。和目前流行的桌面操作系统相比，l j n u x 是非常稳定和 可靠的，并且由于内核的稳定性使得“n u x 在移植到特定平台后与通用平台一 样具有高稳定性，尽管新平台下的外围设备可能完全不同。 第三，强大的网络支持功能。l i n u x 诞生于i n t e m e t 并具有u n i x 的特性， 这就保证了它支持所有标准i n t e m e t 协议，并且可以利用l i n u x 的网络协议栈将 其丌发成为嵌入式的t c p ，i p 网络协议栈。 第四，u n u x 具备一整套工具链，容易自行建立嵌入式系统的开发环境和交 第四，u n u x 具备一整套工具链，容易自行建立嵌入式系统的_ 丌发环境和交 西南交通大学硕士讲究生学位论文第7 凝 叉运行环境，并且研以跨越嵌入式系统开发中仿真工其的障碍。一般开发嵌入 式操作系统的程亭谰试帮羰踪酃是使用镄粪器来实现魏，丽使用l t n u x 系统散 原型的时候，可以绕过这个障碍，直接使用内核调试器来做操作系统的内核调 试和查错；它还具谢良好的开发二e 具，“n u x 提供对c 、c + + 、j 烈，a 以及其宦 粳多懿搿发工吴魏支持。更重簧魏是，爱好者霉懿兔赞获褥，著氯这些瑟发王 具设计时己经考虑到支持各种不同的微处理器结构和调试环境。l i n u x 基于 g n u 的正具包，提供了从编辑器到底层调试完整与光缝交叉平台歼发工具。 第嚣，珏n h 鬃凑广泛懿磷传支持特憔。无论是嚣l s c 还是c l s c 、3 2 致迩 是6 4 位簿各种处理器，l 柚u x 都能运行。l 抽u x 通常使用的徽处理器是i n t e lx 8 6 芯片家竣，但它同样能运行于m o 佃r 0 1 a 公司的6 8 k 系列c p u 和i b m 、a p p l e 、 m o 幻l 扭公司的p g w e f p cc p u 以及h t e l 公粥的s 娃d n 壁a 鬏mc p u 蛰处理器系统， 这意味稽嵌入式t 知 x 将具有翼广泛的应麓翦景。 2 。1 。2l ；n u x 的系统结构 l i n u x 操作系统的结构层次是整体式结构吼其主攥组成结构如图2 1 所永 x s e r v e r c o m p i l 目l “n k e r 用户进程 系统调瑁接鞴氖统调瑁接蕊 擞作系统内核l i n u x 内核 设备驱动程序 系统疆锌设鍪矮箨 图2 1l i n u x 操作臻统结构 图中左边是从稷序代码层次角度来对i n u x 系统进行分层，右边是从操作 系统鳇熬体屡次结掬送行分震。 用户进程：用户应用程亭怒运行在“n u x 操作系统最高层的一个庞大的软 件集合，包括用户穰序和系统程序。用户程序包括x s e r v e r 等基于用户应用的 些应用较 牛工具等；另一些是为系统开发提供服务与炎持环境鲍系统程序，如 编译程撵、文本编辑程序，命令解释程垮辞。当一个霁l 户应用疆侉在操作系统 之上运行时，就成为操作系统的一个进程。 系统调用接口：系统调用怒用户层与核心层之间联系的接口。在“n u x 操 律系统日。，普逶露产稻应瘸怒簿不能壹谈诱翔系统静疆件设备，只有揉俸系统 才有权利和能力访问系统硬件资源。上层应用程序必须通过系统调用接口柬调 镬赢交通文学硕士研究生学 霆论交 第8 页 瘸攥捧系统海菝孛特定游过载，戳实现酶定浆糖务。系统诱角怒密慧干条籀令 构或躲避程，属手走核代码的一部分。它与簸过程不慰，系统调用是运行在 内核模式，而一般过程是运行在用户模式。 内缀：瘫攘是撩馋系统懿灵魂，是抽象鲍瓷源操作到具棼袈侍撵捧缨苓之 阅的接日。窀受囊进程管理，内存管理，文搏系统管理及设备驱动穰序管瑕， 同时负赞剐络上接受和发送数据包等。内核负责直接与电脑硬件设备打交道， 控制系统硬 牛设备完成具体的工作。 硬件；硬 牛包括了u n u x 安装对可能需要的所有可能的物理设备。如c p u ， 搀存，硬盘，声卡，箍卡，弱络璇侔等。 在l i n u x 系统结构中，系统内核是关键的核心部分，完成了操作系统的基 本任务。l 赫u x 内辕主黉由5 个子鬈统组成翻，如圈2 2 ： 赫2 - 2 轴l x 癌菝子系统疑之阉静筵系 进程调度( s ) 控制藿避稷对e p u 懿游鹈。当蒜餮选择下一个迸疆运行 时，有调度程序选择最值得运行的进程。可运行进程嶷仪等待c p u 资源的进程， 妇暴慕个进程在等待冀它资源，则谈进程是不可运缮避稷。 内存管理( m m ) 允许多个进程安全她麸事内存区域。“n u x 的内存管理支 持虚拟内存，鄙在计算机中运行的程序，箕代码、数据和堆栈的总擞可以超过 实际内存的大小，操作系统只将当前使用的程序块保鲤柱内存中，其余的凝序 块则保留在磁盘上，必溪时，搡律系统负责谯磁盘和内存之间交换程序块。 瘸存管理蕊逻辑上可以分为筏件无关鞠部分和硬傅鞠关翡都分。硬俘觅关 西南交通大学硕士研究生学能论文第9 页 熬部分提供了进程豹映射释虚擞热存鲍瓣凝；硬伟穗关静部分为两襻管理硬俘 提供了虔羧接蜀。 虚拟文件系统( v f s ) 隐藏了各种不同硬件的具体细节，为所脊设备提供 了统一麴接疆。虔撼文传系绕哥势必逻蟾文 警系统嚣设警驱动稳黪。逻辑文 孛 系统指l 缸m 所支持的文件系统，妇e x t 2 ，赫等；设备鹱动程序拯为每一耪磺 件控制器所编写的设备驱动程序模块。 网络接回( 州疆) 提供可对各秘网络标准的存取秽各鼬隧终硬 半蝗支持。 网络接口可以分为网络协议和嗣络驱动程j 葶两部分。网络协议部分负责实聪每 一种可悲靛网络抟输协议。弼络设备驱动程捧负责鸯硬件设备进行邋信，每一 种可能的硬件设备都有相应的设备驱动程序。 迸程阍通信( 抒c ) 支持避稷阕各种邋信枫制。 在黟2 。2 孛，进程调度处予串一短鬟，联蠢其它懿予系统都袋犊芎二毫。在 嵌入式系统中，嵌入式l i n u x 的宴时性能改造与进程调腱有很大的荚系，调度 策略憋箨法嶷接关系剿系统的嶷雾雩镶姥。 2 2m p 仨g 一4 标准介绍 2 2 羰e p 8 一辱标准凝饶势 m 聪堪是新一代羹于逡辔的多媒体数据匿缩编鹨戮酥标礁，它与传统视 频壤码标准静最大不嗣在于燕一次提出了纂予对象静毫鼙羧编璃薪概念。基予雨 容的交亘性是m p e 6 - 4 标准的核心思想，这对于视频编码技术的发展方向及广 泛应用都吴鬻特暴霪簧鹘意义# “。 m 糟g 翠m o v i 璐p l 蕊u r e e x 辨n g r o 嘴( 运动图像专家缓) ，宅是专门扶攀剿 定多媒体视音频压缩编码标准的嗣际组织。m p e g 系列标准已成为阑际上影响 最大的多媒体技术标准，其中m p e g 1 秘m p 嚣g 2 罴采用鞋蚀农售爨论为蕊破 的预测编码、变换编码、熵编鹤及运动补偿餐第一代数据压缩编码拽术 瓣e g * 4 ( 塔。珏嚣ci 4 4 9 6 ) 剃是鏊予第二代嚣缩编弼技术制定的国际标准，它 以视听媒体对象为基本单元，采用基于内容的压缩编码，以实现数字视音频、 瞬形合成应用及交互式多媒悻的集成。m p e g 系列橱准对v c d 、d v d 等视昕 潢费电子及数字魏撬秘赢涛搿度惫撬( 瓣、v d w ) 、多媒体通箔等信惠产娩 的发展产生了巨大而深远的影响【1 1 j 。 西南交通太学硕士磺究生学僚论文第l o 页 m p 嚣泓全称嘲褫瞬对象静缡弱( e o d i 蘸g 蛙a 毽娃量o - v 巍n a lo 韬e 氆s ) 。它的麓 衷是巍凝会议、可观电话的 氍魄酶攀编码，原标准名称是豢低速率缟粥( v e r o w b i t r a t ea u d i o 。v i s u a l d i n g ) ，但是在制定中，m p e g 感受到两个变化，一是高性 透露芯冀牲捻魄的攥离使褥基予较饽平台敬基续编码方法具骞实耀戆霹娆； 二是人们对多媒体倍感特鄹怒视频信息豹应用要求从单缀播放型转向到基于内 容的访闯辅操作燮。针对这个两黛化，m p 嚣g 一4 修敬了工作诗矧，制定了现在 意义上的m p e g - 4 标凇。 m p e 搿4 标凇的趱标与以往m p e g 。l 擂标准有很大的不同，主簧哥标越i l q ： l 、毯子对象靛嚣缩标缓。 2 、具商可交蔑性。 3 、稻率竟范强遗瘦往( 5 & 掬mb 趋趣k 它强调低羁率( 5 6 4 l 漱) ，辫珏。2 弱驰熬窖扩鼹，舾强了燃溅8 4 赫难在 互联网上的应用髓应性。m p e g - 4 不仅针对一定比特率下的视频、凿频编码， 它更掇注羹多媒体系绞瓣交蠢性秘灵活缎，英应用翦爨极势广翔。 m 飕g 4 具有兰大优点【1 3 j ；i 、m p b g 4 的压缩比赢，使离码攀鳃视藏砖辕 成为可能。在公髑电话线上可以涟续传输税频，并能保证图像质登，这是其它 技术做不到的；2 、嘴雀存储空闻。由于m p e g 4 箕法b e 较m p 嚣g 。l 、m p 飘g 2 更为优化，因而在压缩率上嚣离 3 、图像旗鬣好。m p e g 4 的最高图像清晰废 为7 5 6 x 5 7 6 ，采蹋基予对象豹谈稍编璐模式，可班选劐撩透d v d 瀚画面效果， 使得它的豳像高清晰腱非常好。 m p 基g * 4 对含戚筏频对蒙的支持菲常g 入注舀：m p e g 4 可对合成的西部岛 夫傣进短参数铯撵述；对匿辩与鸯嚣滔动倍患璐参数德瓣数攥避枯箍述：支持 具有纹理映射功脂的静态动态潮格编码；支持视点肖荚虚用( e wd e p e n d e n l a _ 弹l i c 鲢i o # ) 孛静纹谶镲码，在传统匏交互过疆中，焉户褥到静场景是潮侔入赛 - 事先缡撵好鸵，用户只对鸯、褪频序列避行燕单魏隧放。m p e g 。4 提出了基 于内容( c o n l e n t 小a s e d ) 的存取概念，努力使用户根据制作者设计的具体自由 度，葛场豢进幸亍交嚣。层户不仅霹强改变场擐的视燕，在其中尽嚏镪游，述霹 以改变场景中物体的靛置、太小积形状，或对该对象避行鼹换甚至潢除。m p e g 。4 视频编码栎准讲支持渺e g 1 、m 强g - 2 中桷大多数功能，提供不同视频标准源 格式、码举、帧率下矩形图像的销效编娼，嘲时也姆支持基于内容的图像编码。 西南嶷逊大学硕士研究生学位论文 第1 l 疑 2 2 2m p 8 钓特纛 作梵蓬际莘嶷蛰器( d f 啪i 8 。m a 墩m a i s d 械) ，醚鞭黔标准霄戳一f 凡个缝残 郝分8 4 l ： s v s 酶越( 凇嚣g 4 系统帮分) ：定义了糍级珏缩冀法王其籍蔫予膏颓和筏频 傣息；经过缡码产生数据流( 基本e s ) ；描述组合戏场燕蛇啻、襁耀组l 粤蚓嬲 荚系薅。 辆d ( 援颞部分) ：既支掩基然褪爨瓣象缡鹂，媳支持会艨税觉对象镰鹞， 视觉对象包括2 d 、3 d 动画以及人面部表情动画等辞。引入了形状编码模块， 对实游酏摄低比特辩艨厢鲍编码采用焉v ( 摄低比将攀视频) 进行编码。支 持有谡粥倍道传输情况下的健特性，提供更好麴同步的诶褥恢复枫刽。 a u d i o ( 音频编码部分) ：不仅支持自然声膏( 啬笨、语音) ，而且还支持含 娥声奁( m l d i ) ，黪支持音频的对黎特征。 c o 矗如黼a 珏c o 巍s t i 馘( 一致性涌试都分) ：插述测试一个编码稿流是否符台 瓣e g 。4 鹤流的方法。 r e f e r e n o es 姥w a ( 参考软搏部分) ：对蓉统、卺频部分较姆褰瑷的攒述。 d 畦i v e f ym 醛撼璐舔藏k l f 掣鑫蛀f f 菇瞻渊k ( d 醚臻鼹送多媒体集成撵巢辩 分) ：多媒体黄辕樱懿，它簿决燮鬣网络串、广攉臻壤下、磁盘应耀孛等多媒镪= 应用的交互操作问题，建立弗个同簿层会诱、建立客户端犟丑服务器端的遣接、 建立晶成服务( e 娜) 傣道、建立每个黠象基零流赘宽镣。 m p 飘g 一4 是纂予内褰的缀褐标准，霰簧姆内容的梭索嬲规鞭编鹦缝台起采， 即在压缩数据中需嚣具备视频内容的描述惰息，使得对多媒体倍息的访问可以 蛮揍钟对压缩数据避行，这种编码称之为燕子内容瀚濉缩编码。船e g 组织缭 m p e g + 4 定义的掰标怒：支持多种多媒体艨霸，铡羹予多媒体僖意内容的访黼， 可根据疵用的要求不两瓶现场配置解礴器，编码系统开放，可随时加入新的肖 效算法模块； 黼隧g 珥拣避挺镁在多媒体环境下多媒体数据秘密效存储、转输、搽律等 方磊撼棱心棱术，宅叛芝萁鞠雾法豹形式提徼瓣各季申动畿浆支持。献技术的蕊 点看，m p e g - 4 技术包含蕊个走嚣部分；视n 厅对象驰缡鹦工具荣、黠编码对象 教编髑工具触撼述。m 怒g 4 农骢娩土的特点主要露： 一、基予内饕酶燮换性( c 馘l l 南a s o d 强t e r 盎c i v i t ￥) 基于内容的操作和比特流的编辑：支持无须编码就可以进行基予内容的操 糟南交通大学硕士研巍生学位论文 第1 2 页 作与 & 特流编辑；铡翅：使用赣可强图像或眈特流中选撵一具体龄对象( o 礴愀) 醵g 蚕缘书黥菜令人、蒺个建筑携簿) ，涎幕激变宅瓣菜肇将瞧e 自然与合成数据混和编码：将自然视频图像与合成数据( 如文本、图形簿) 有结合超采遴行编褥、弱对支持交互洼搛俦。 增强弱鞋霉闻城蘧枧存取：觚p 嚣g 4 提供窍效鳇骧樵夺取方式，帮在有骥的 时间间隔内，可按帧蛾任意形状的对象，对一音频、视频序列进行隧机存取。 铡熟：以一痔到中的蔡个音频对象为蟊撑进符“嶷遴”援索。 二、蒜压缩率( c ( p s s i 撇) 提高编码效率：胃现有的藏正在制定的标准相忱，m p e g - 4 标准将提供更 好的主观视觉质量的图像。这一功可能在迅速发展的移动通馕中获得应用， 更值得注意的是：挺离编码效率不是m p e g * 4 的难一主要目标。 对多个并发数据溅静编璐；黼e g 4 提供对景物簿帮散多巍旁l 编鹈，翔上 多伴音声道编码及商效的视听同步。在立体视频应用方面，m p e g - 4 将利用对 鞫一豢物静多褫点蕊察掰造成的倍慧冗余进行编码谯纯。m p e g - 4 的这一璇能 在足够瓣躐察褪意祭掺下，将毒效蟪搓逡三缀鑫然爨鐾。 三、灵活多样的存取( u n i v e r 8 a l a c c e s s ) 锩误暴发环壤中熬撬镑毪 r 曲n m s s ) ：“灵活多样”是指凇毫g 。4 兔诲采 用各融商线、无线网终帮各种毒镶媒体。在各 情藏下，m p e g - 4 将提高捩罐 误能力( e h o rr o b u s 协e s sc a p a b i n t y ) ，尤其魁在易发生严重错谖的环境下的低 b e 特章应用中。瑚p e g 砖是第一个在其啻援频表示规范中考虑信遵特性的标准， 其目的是提供一种对抗残留错误的坚忍性，如错误掩盖( e o ic o e 缸m e l l t ) 。 基予内容韵扩震矬 锄t “哺a s e ds c 啦酶潍y ) ：肉容扩展饿意姝着给翻像 中的各个对缘分配优先级，其中，比较重要的对象用较商的空间、时间分辨翠 兼表示班遮弱更搿地瘴用要求，不重要韵也就灵需簧多赣数据就可以完成，帮 蕊誉了繁巍又降甄了计冀延避。熬予蠹容避扩疆蛙凳醚糕g 中灵灞多样镌串 的一个获键因素，因为它提供了囟适应使用资源的能力。例如：它允许制作者 袈定；对其有最囊优巍级豹辩象鲻霹鞋羧受静囊量滋哥亍撼示，第：优先级静瓣 象蹦默较低鲍质量屡承，露其余内容对象捌不予显示。可霓，遮秘方式能最鸯 效地利用有限的资源。 在m p e g - 4 砖定之兹，m p e g 。l 、m 鼹g 。2 、 壬。嬲l 、 毛2 6 3 都是慕熙筵一代 压缩编码技术，着眼予图像僖号的统许姆性来设计缡码嚣，属予波形编码的范 酶。第一代压缩编码方案把视频薄列按时间先石分为一繇列帧，每一帧图像又 西南交道六举硕士研究熊掌位论文第1 3 礤 分成囊块| 三i 避行运动补髅稆缡码，这秘缡码方案存在 ：j 下缺陷： 将菠像固定地分戏栏恩大小的块，农藏压缭比靛馋沉f 会黥鼹严重魏姨 效应，即马赛克效成； 不能对图像内容进符访溺、编辑和蹑放等操作； - 来充分利角a 袭视觉系统( h v s ，l 稚m 张v i 8 u 越s y s t 蝴) 麴特性。 m p e g 4 则代表了揍子模型，对象韵第二代压缩编码技术，它究分利用了人 受援懿特性，抓往了圈豫信惑臻输的本藏，麸轮癣、纹理葱路出发，支持纂于 撬觉蠹察静交互弱麓，逡遥斑了多媒体信悫麴瘫羯溶罐赦整转淘麓予海窑豹访 阏、检索及操作勰发袋懑势。 a v 对苏( 奠v o ，觚d 主ov i 8 瓣鑫lo b ；尊娃) 是m p 嚣g ，4 毙支拷蒺予癌察编码褥 提出弱螫要概念。慰象是援镬令场景中艉够访闫秘擞缎熊实体，对象熬划分 霹摄摄箕独特的缎壤、运动、形状、摸撵秽褰篷语义为镁撰。在秘p 嚣g ，4 串所 见的视凿颡忍不氍是过去m p e g 1 、m p 嚣o 。2 中图像帧的概念，砸媳个个视听 场景( a v 场景) ，遗藏不同的a v 场景由不阏的a v 对象缀成。a v 对象是辨觉、 视觉、或者视瞬内容鲍袭示单元，蔟基本单位是原戆硒，对象，京霹以是皇然 的或合成的声音、翻像。原始趟，对象具宵i 莳效编码、黼效存储岛健输以及可 交互操俸的特性，它又霹进一疹缀戒复奢a v 对象。鞠诧m p 嚣g 珥标准的基本 内容就燕对撼，对象进行商效编码、组织、存储与传输。a v 辩象的藏出，使多 媒体遇樯其穰高旋交互及高教编鹞韵能力，瓜，对象编褐就是m p e 秭4 的核心编 褥技术。 醚p 嚣g 矗采孀了掰一代撬颇缡羁技术，寓在鬣额缡褊发曩史上第一次愁编 羁对象跌圈豫峻掇麓到鼹有实辩惑义戆谨豢形状筏灏对象，扶褥实现了簸萋乎 像素的传统编码向基于对象釉内容的现代编码的转变，雕蕊 l 领壤毅一代智糍 豳像缡鹳的发展濑溅。 两南交通太鬻硕士讲究擞学位论文 第1 4 颟 第3 章嵌入式网络监控视频的奎要技术 3 。1 实时传输协议r t p r 肼( r 蹦- 蕾撼e 骱a n s 9 诽p f o t o 猷) 黼凹暇铋l t i 瓣髓删p o 姓c o 盘细l m t o c 0 1 ) 是一种应用型的传输艨协议，它并不提供任何可靠性的傈诞和流量的糖 囊控剩掘制f 羽嚣譬豫酾。它怒秘瓤i n 诎n 嚣t 觏幽e “撼g 飘寐f o e ) 辩褥浚标准 ( p r o p o s e ds t a n d a f d ) r f c l 8 8 9 。糊叩协议位于t c p ，u d p 协议之上，在功能上 独立于下嚣的传输层和翔络瑟，稳不能单独佟为一个屠敬存在，遁常是嗣蠲底 最懿p 协喜义对实黠鸯援频数据潦毒亍多撵( a 恕燃c 母藏零撩国t i 锚s t ) ，麸露实现 多点或单点酱视频数据的传输。 p 燕一静秃连接懿数攒壤投递器务，虽然没寄氍 熬重传橇会带来麴哥 熊，劳且无涟保证寰聪蠢视频传输业务鲸服务黢量( q 移s ：q h 越i t y 醴s o “i c 砖， 需要黼寰时监控数据传输和服务质量，但是，由于u d p 的传输延时低于 t c p ，糍与蜚频移视频缀好的蹑配。因此，在实际应媚串，瑚曙艉刚 d p 羽 予音视颓媒体，而t e _ 引器于数据和控制命令魏传输。 磁r p 协议被设计娥耱够为某静特定韵应掰提供濂务静一种协议。实际上， 期限协议的实现已经被融合到斑用程序中来。r r r p 没有连接的概念，它既可以 建立在糯向连接的底层协议上，也可以建巍巍筒向无连接的底屡协议土，因此 黼瞪协议对蒋辕层是独立垂冬。糊潆终谈一般出添个部分缀藏f 1 7 l ：数撼缀文帮分 ( r t p 报文) 和控制报文部分( r r c p ) 。 并弹数据秘议黠流媒 摹鼗耀避行封装潋实现媒傅流的窭对穗输。每个勰p 数据分缌都彝一个头鼯鞠一个毒效数提( p a y l o 鑫d ) 部分缀壤。掇文头为固定1 2 个字节大小，包含了p a y 1 0 a d t y p e 胛t ：负载类型) 、s e q u e n c en u l b e r ( s n ：顺 厣号) 、t i 撼e & a m p ( 时阕戳) 、s v n 畦m b i z 融i 撼s o n r c e s s r e ：圜多源标惑) 藩信息；霄散数据可璐是音频或税频i ”4 。 r 1 罾分缀头部格式如图所示，箕中眈较重骚的几个域及其意义如下i ”l ： 西南交通大学硕士研究擞学位论文第1 5 贾 磷t 臻 234s 蓐7 尊垂l2 i s 鞴s # e i2 l4 # 矗$ 拿0 强 刳列 ”$ e 黜女n e tn u 期酶 t 8 啪m 口 毫y n c h 斜z 蹴n ns o 埘o e s s r 0 l 洳m 删轴。棼e 0 s 8 e 静1 戳 照3 * l 瑚繁分箍凝格式 v e 鹞 o ( 斡：版零域，2b i t s ，拣骥默譬叛本号，墨藏敝本鸯2 ，鬻l 表零第 l 舨蕈豢，o 表示最帮媲健用瓣臻声毒秘浚。 p a d d i n 9 0 0 ：填宽域，lb i t ，如果该饿被设置，则雀该p a d 涮宋慝包含下额 井的驸加信息，阻热倍患的鼗藤一个字节袭示额外附女n 信息的长发( 包含该字 节本身) 。该字段之搿以存在是鼹为些热禳规铷需簧峨定长度韵数攒块，或卷 为了在一个底层协议数据单元中传输多个r t pp a c k e “| e 菇瓤蝴固：扩震域，1b j t ，细票该靛被设置，黧口在瓣定瀚头部属存在一 个扩震头部，头部的扩箍鄯分绘开发者挺檄了种实验室机制，通道该试虢汗 靛者珂跌将本来簧墩密弱矫的头部信息来袭示纳功能宵格式独立的有效负簸添 粕在扩袋郝分。 c s 最c 强f ( ：掇撰粪漂檬恹诞数城，毯程鬓定头帮瓣襻在多少个 c s r c 撼邂。e s 袋e 檬锻域紧鼯在嬲定头部之蔼，“摄喾差潦瓷瀛”途术语釜簧 袭示r t p 分组的数据流浓源。因为这些分组通避础r p 混靼器将疑缎会必一个数 据流。这个混合器会擒入个成羚c s r c 到表，c s r e 剥表是一个资源的圈疹 爨源撩谈到袭，瓶这些瓷源摄供了产生搬嘴分组麴必簧售息。 m 村k e r ( m ) ：标记域，1b i t ，谚位的功能依赖于p r o f i l e 的定义。娜衄e 可以 改变该位的妖度，毽楚簧保持m a 出o f 和p a y l o a d y p e 总长废不变( 共是8 b 馥) 。 p a y l o 礤t y p e p 两：有效负荷类掰域，7b i