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基于Android平台的MID视频监控系统的设计与实现.pdf

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基于 ANDROID 平台 MID 视频 监控 系统 设计 实现
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中山大学硕士学位论文基于Android平台的MID视频监控系统的设计与实现姓名:胡晓乐申请学位级别:硕士专业:软件工程指导教师:倪德明20100601基于Android平台的MID视频监控系统的设计与实现 摘要摘要随着嵌入式技术、无线通信技术和流媒体技术的发展,基于嵌入式移动终端设备和无线网络的远程视频监控已经成为监控研究领域的热点。该类监控系统的实现涉及开发平台和硬件的选择、编解码、网络传输等诸多方面。本文所设计的监控系统是TCL 3C融合项目的一部分,以充实TCL数字家庭的业务内容为目的。论文主要研究了MID远程视频监控系统,重点设计并实现了MID监控客户端。整个系统开发平台选用的是Android,它是由开放手机联盟于2007年11月发布的基于Linux的开源手机平台,是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件平台。系统服务器端采用freescale公司推出的MX27多媒体微处理器,其内置H.264硬件编码能力,完成对视频数据的编码。客户端MID芯片采用TI公司推出的OMAP3430,其内置ARM和视频加速器,具有很好的解码性能。编码标准采用的是压缩性能好,网络适应能力强的H.264标准。网络传输协议采用RTP,它作为流媒体传输协议,提供了实时端到端网络传输功能。论文结合具体的开发项目,完成的工作总结如下:(1)对Android开发平台、无线局域网传输协议、RTP协议和H.264标准及其视频数据的RTP封包算法进行了阐述与分析。(2)分析了MID视频监控方案,然后对客户端软件进行了设计,根据监控系统的结构层次把客户端软件系统分为四个单元:图形界面单元、控制单元、传输单元和解码单元,并详细介绍了这四个单元的实现。(3)给出了系统测试平台和方案,对系统进行功能与性能测试,并对测试结果进行分析。测试结果表明系统达到预期设计目标。关键词:远程视频监控、MID、Android、H.264、RTPDesi目a and Implementation of MID Video Surveillance System Based on Android Platfom AbstractAbstractWith the development of embedded technology,wireless communicationtechnology and streaming media technology,remote video surveillance based onembedded mobile terminal devices and wireless network has become a hot field ofresearch.Implementation of such surveillance system involves the choice ofdevelopment platform and hardware,Codil培and decoding,network transmission andmany other aspects.As a part ofthe project which integrates TCL'3C,the surveillancesystem designed in the thesis will enrich the business ofTCL Digital Home.The thesis mainly studies the MID remote video surveillance system and focuseson the design and implementation of the MID surveillance client.The entire systemchooses Android as the development platform.Android,released by Open HandsetAlliance in November of 2007,is an open Linux-based platform and the first trulyopen and complete sothvare platform created for mobile terminals.In order tocomplete the encoding to video data,the server adopts the ffeescale’S MX27-a kind ofmultimedia microprocessor which has the capability of encoding video streams ofH.264.111e chip of client is the OMAP3430 which has good performance of decodingbecause of its build-in ARM and video accelerators.硼呛coding standard used in thesystem is H.264 which has very good performance of compression and adaptability ofnetwork.RTP—a kind of streaming media transport protocol which providesend—to-end real-time transmission of network,is chosen as network transport protocolin the surveillance system.The thesis combines with a specific project;its main contents Can be saanmafizedas the following:(1)Introducing and analyzing the Android platform,wireless local area networkprotocol RTP,H.264 standard and how tO put its video data into RTP packets.(2)Analyzing the plan of MID video surveillance,then dividing the client soft:wareinto four units:the unit of graphical user interface,the unit of control,the unit ofDesign and Implementation of MID Video Surveillance System Based on Android Platform Abstracttransmission and the unit ofdecoding based on hierarchy ofthe client software systemand describing the design and implementation of the four units in detail.(3)Showing out the system platform and plan of test,checking out the system’Sfunction and performance and analyzing the results of test which shows that thesystem achieves the desired goals.Key Words:remote video surveillance,MID,Android,H.264,RTP基于Android平台的MID视频监控系统的设计与实现 部分名词对照表部分名词对照表缩写 全称 中文含义MID Mobile Interact Devices 移动互联网设备3C Compute,Communication,ConsumerElectronic 计算机,通信,消费电子RTP Real-time Transport Protocol 实时传输协议RTCP I玎P Control Protocol 实时传输控制协议BSS Basic Service Set 基本服务集ESS Extended Service Set 扩展服务集m Application Level Framing 应用级成帧ILP Integrated Layer Processing 集成层处理SSRC Synchronization Source 同步源CSRC Contributing Source 贡献源MFI Wireless Fidelity 无线保真VCL Video Coding Layer 视频编码层NAL Network Abstraction Layer 网络提取层M陌U Maximum Transmission Unit 最大传输单元lmSP Raw Byte Sequence Payload 原始字节序列载荷ⅢI Java Native Interface Java本地接口论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:堇苤臼璺壁三日期:趔!:笪:2学位论文使用授权声明本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版,有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅,有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索,可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。学位论文作者签名:菰够娅翩签名:缎碉日期:沙|拜名其|B B期沙}D年毛旯f B基于Android.甲台的MID视频监控系统的设计与实现 第1章绪论第1章 绪论本章主要概括介绍了论文的研究背景、视频监控系统的发展过程、发展趋势、MID监控系统的研究现状以及论文的内容安排。1.1研究背景和意义全球信息化的不断发展促进了人类生活方式和生活习惯的飞跃,人们对自己的居住环境提出了智能化和人性化的需求,“智能家居”的概念由此诞生。智能家居是指将家庭中各种与信息相关的通讯设备、家用电器、家庭安防装置等通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化平台上,进行集中或远程监视、控制和家庭事务管理,并保持这些家庭设施与生活需求和住宅环境和谐与协调Ⅲ。Internet及其相关通信技术的发展已经突破了传统通信方式的时空障碍,大范围内的通信已成现实。在这样的背景下,各种多媒体技术在互联网上得到了广泛的应用,如基于多媒体的远程视频监控也逐步发展成熟。由于与先进的网络技术相结合,当前的远程视频监控系统适应了当前社会信息化的需求,它不仅能处理文本、数据、图形,还可以完成对视频流的实时捕获、压缩和流媒体传输。随着嵌入式技术和无线通信技术的不断成熟,使用移动终端设备进行远程监控已经成为监控研究领域的热点。远程视频监控是当前智能家居的一个重要组成部分。当家庭中有特别需要关注的物体和场地时,家庭的主人可在其所处的家庭环境中安装摄像头,通过网络远程观察其状况,当发生意外情况时也可通过网络监控事态的进展。本文设计并实现了一款适用于移动互联网设备的远程监控系统,它是本人实习单位TCL工业研究院的智能家居项目的子项目。该项目充实了TCL智能家居的业务内容,同时对基于Android平台的视频监控系统的开发具有一定的借鉴意义。基于Android甲台的MlD视频jI:c控系统的设计与实现 第l常绪论1.2视频监控系统的发展过程迄今,视频监控系统的发展经历了三个阶段口1:模拟视频监控系统、数字视频监控系统和智能网络视频监控系统。1.2.1模拟视频监控系统模拟视频监控系统产生于20世纪70年代,它的典型构成包括前段部分、模拟传输部分、控制中心等。模拟视频监控系统的主要缺点表现为口1:(1)扩展能力差。增加新的监控点和向系统中添加新的设备时,对系统的改动较大。(2)监控范围小。由于使用同轴电缆传输模拟视频信号的最大传输距离为1KM,这决定了模拟视频监控只能用于小范围的场所。(3)报警联动性弱。这是由于模拟监控系统的各部分相互独立运作,联动只能发生在有限的范围内。1.2.2数字视频监控系统数字视频监控系统产生于20世纪90年代,它具有传输距离远、图像质量高、应用灵活性好、数据保存成本低等优点“1,它的主要缺点是:(1)系统稳定性不够。在不适宜的监控点,图像会抖动。(2)可扩展性不够。专用的压缩卡和解压缩卡只能支持有限的编码格式。(3)结构复杂。视频前端包括采集、压缩以及通信等,涉及众多,可靠性不高。1.2.3智能网络视频监控系统智能网络视频监控系统产生于本世纪初,它不仅能实现监控功能,还能实现监控范围网络化、存储容量扩容化、监控智能化等啼1。传统的视频监控是被动接收感受模式的,智能视频监控则主动对监控现场的视频进行分析与处理,其系统结构如图卜1所示嘲。基于Android平台的MID视频监控系统的设计与实现 第1章绪论图卜l智能网络视频监控系统结构1.3视频监控系统的发展趋势如今,视频监控系统已经被应用在各行各业发挥它的安防作用。前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向,而数字化是网络化的前提,网络化又是系统集成化的基础,所以,视频监控发展的最大的两个特点就是数字化和网络化口1。数字化主要指系统中的数据流从模拟态向数字态转变,网络化是指系统的结构从集中式向集散式转变。1.4 MID视频监控系统的研究现状目前市场上,移动互联列终端基于的平台主要有三种:Symbian、WindowsMobile、iPhone,这三者与Android相比,Symbian太强势,Windows Mobile太昂贵,iPhone太封闭。Android的最大优势在于其开放性,自2007年11月推出后,Android得到了众多手机制造商、电信运营商、半导体公司和软件公司的大力支持。3基于Android甲台的MID视频jl:f控系统的设计与实现 第1章绪论截至今年五月份,国内推出基于Android平台手机的公司主要有华为、联想和TCL等,也有多家厂商推出了基于Android平台的MID。由于Android在国内方兴未艾,加上出于商业目的的考虑,在移动终端上实现远程监控往往需要与其它商业应用(例如智能家居)相结合,大部分公司在其产品中都未提供远程监控的功能。本文正是在TCL智能家居项目的背景下,基于其自主研发的MID,设计并实现了一个视频监控系统。目前,远程视频监控系统由两部分构成:服务端和客户端。服务端的主要任务是采集图像、编码、封包和通过网络发送给客户端;客户端的主要任务是接收数据、解码和显示。基于移动终端的远程视频监控系统涉及到硬件、网络通信和编解码等诸多方面。当前,受处理器主频等其他因素的制约,嵌入式设备还不能像PC那样完全使用软解,要想获得良好的性能,在嵌入式设备中的解码一般由硬件完成。在远程视频监控系统中,受网络带宽和存储的限制,往往要对采集的视频信息进行压缩。目前两大主流的压缩标准是:H.26X和MPEG—X。H.264具有高压缩率、网络友好性和容错能力,使得它非常适合用于各利一无线网络传输IfI。编码后的视频信息要通过网络进行传输,这时选择合适的传输协议十分重要。TCP是面向连接的,能够提供可靠的传输服务,但是TCP的网络传输开销大且时延较大,比如TCP建立连接时的三次握手,保证无误的差错控制方式及其大量的反馈包都使得它的传输时延较大且容易造成网络的拥塞,不适合传输突发性的大量数据或实时性数据。为此,IETF针对多媒体数据传输制订了RTP协议,它适合传输大量、连续、实时的流媒体数据。当前,基于嵌入式的监控系统大多采用RTP/UDP/IP传输视频信息,用TCP/IP传输数据和控制信令。1.5论文的主要工作与内容安排本文通过对Android平台、无线传输协议、实时传输协议、H.264标准等内容的研究,结合实习期间TCL智能家居的项目,在TCL MID上基于Android平台设计并实现了MID远程视频监控系统,它基本满足了智能家居的室内监控要求。由于整个项目涉及重多软硬件,本论文的侧重点在于客户端软件的设计与实现以4
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