一种基于H264编码的嵌入式远程监控系统技术方案

本发明专利技术属于安全防护领域，涉及到视频压缩传输技术，更确切地说是一种基于H264编码的视频压缩传输技术。本发明专利技术的核心部分利用USB摄像头实现视频数据采集，然后，通过对Linux系统和H264编码库的移植，使视频编码过程可以在基于ARM平台的嵌入式系统上运行。同时，还利用了该嵌入式平台对数据的传输功能，完成对压缩数据的传输过程，使其可以通过网络将视频数据传输到电脑端。最后，我们就可以在电脑端利用已开发的基于ffmpeg解码的视频解码播放程序，实现视频在客户端的实时播放和监控。与传统的监控模式相比，我们在嵌入式平台上实现了该功能，在提高传输效率和速度的情况下既保证了视频质量又降低了实现成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于安全防护领域，涉及到视频压缩传输技术，更确切的说是一种基于H264编码的视频压缩传输技术。
技术介绍
以一张中等分辨率的图片(分辨率为800*600，24比特每像素)为例，则每采取这样一副图片所需要的比特数为600\800\24＝11.52Mb(兆比特)，大约占1.4MB(兆字节)的存储空间。如果按照30fps(帧每秒)的帧率来计算，每秒钟需要传输的数据量为345.6Mb。如果作为多媒体信息由计算机来处理，则无论从总线传输速率、数据存取和交换速率还是网络传输速率，目前都无法达到如此高的要求。图像只有必须经过数据压缩处理，计算机才有可能具备处理这种信息的能力。为了实现各种网络和多媒体系统的互通互联，解决视频信息与用户交互的问题，关键在于产生一种新的视频压缩算法，对视频信息进行更为有效的压缩，使其压缩后的码流能够满足用户在当前网络环境下进行的实时传输处理种存储。作为模拟或者数模混合信号电路的基本模块，模拟基准电压源的主要功能就是为电路提供稳定的偏置，因此基准电压源的性能将直接影响整个电路系统的精度和性能。随着集成电路规模的不断扩大，以及便携式电子系统的普遍应用，使基准电路再被广泛应用的同时，也对它的性能提出了更高的要求。H264就是基于这个背景下产生的新一代视频压缩编码国际标准，它是由国际电信联合会ITU视频编码专家组VCEG和国际化标准组织运动图像专家组MPEG共同组成的联合视频组JVT联合制定的，凭借相对其它标准有较高的压缩效率和优秀的图像质量，已经成为目前最流行的视频处理协议，具有广阔的前景和巨大的应用价值。目前，H.264的开源解码器软件主要有：德国HHI研究所负责开发的H.264官方测试软件JM，由法国巴黎中心学校的中心研究所的学生发起的，网上自由组织联合开发的兼容264标准码流的编码器x264，以及中国视频编码自由组织联合开发T264等。对比之下，x264注重实用，在不明显降低编码性能的前提下，努力降低编码的重复计算复杂度，摒弃了H.264标准中一些对编码性能贡献微小但计算复杂度极高的新特性如多参考帧。所以我们采用x264版本的H264编码库。尽管具有以前很多标准无法比拟的优点，但H.264标准复杂度高，用一般的图像处理芯片难以达到实时编解码的要求。当前，主流式嵌入式平台(ARM，DSP)的发展很大程度上解决了这个问题。目前，基于单片嵌入式处理器的解决方案主要有基于ARM+DSP的双核处理器，它以美国德州仪器公司(TI)的OMAP系列处理器为主流，使用ARM复杂系统运行，使用DSP核用于视频解码，特别将H.264在高速DSP平台上实时实现是当前图像通信研究领域的一个热点问题。同时，由于ARM芯片的多媒体处理能力增强，利用ARM实现H.264也成为现实。以英特尔公司(Intel)的XscalePXA27x系列为主流，从工艺、指令集、流水线、存储系统、分支预测、多媒体应用这五个方面对ARM进行了改进和优化，大大提升了处理器的多媒体处理能力。
技术实现思路
本专利技术主要采用了ARM9的S3C2440，将linux与H.264相结合，实现x264和ffmpeg的移植，对实际嵌入式视频通信系统的设计开发，具有重要意义和实用价值。本专利技术的技术方案为：对于ARM平台从软件的角度看可以分为4个部分：1、引导加载程序，包括固化在固件中的boot代码和BootLoader两大部分，我们需要完成该部分代码的移植。2、Linux内核，特定于嵌入式板子的定制内核以及内核的启动参数，我们需要将Linux内核编译移植到我们开发板上。3、文件系统，包括根文件系统和建立于Flash内存设备之上文件系统。通常用Busybox来作为rootfs，yaffs作为Flash上的文件系统。4、用户应用程序，需要编写特定于用户的应用程序，完成对视频的压缩和传输。对于PC客户端，我们需要在客户端设计基于ffmpeg来实现一个多路H.264解码播放器。从而实现对视频的实时监控。对于视频采集端，我们在开发板上连接一个USB摄像头，该摄像头在ARM开发板的驱动下即可完成对视频的采集。附图说明图1为整个视频系统的结构图。图2为在ARM建立视频压缩传输平台的流程。图3为本专利技术在电脑端监视主程序的实现流程。具体实施方式首先在宿主机上建立交叉编译环境，其次移植linux的引导程序到目标板，然后构建嵌入式Linux系统并移植到目标板，从而实现视频压缩处理传输模块，最后，用VC6.0的基础类库MFC(MicrosoftFoundationClasses)，设计基于ffmpeg的H.264解码播放器，将播放器放在PC机上，开发板接上摄像头，就可以实现视频监控功能。下面对本专利技术进行详细描述。由图1我们知道我们需要在ARM平台上进行视频数据的H.264压缩，并进行传输，由图2则我们需要在ARM平台完成以下几部分工作：a.移植uboot加载程序。b.移植Linux内核，构建可在ARM平台上运行的嵌入式系统。c.移植文件系统，使操作系统可以正常运转，通常用BusybOX来作为rootfs，yaffs作为nandflash的文件系统。d.编写用户应用程序，即实现对视频的压缩及压缩后的数据传输。则这一部分实现具体步骤如下：首先，移植uboot需要完成以下步骤：a.设置入口指针以及中断向量表b.屏蔽所有中断，关看门狗c.设置工作时的CPU和时钟频率d.初始化存储控制相关寄存器e.关闭MMU和Cachef.启动方式的选择g.初始化各模式下的栈指针将数据段拷贝到RAM中，将零初始化数据段清零i.跳转到C语言Main入口函数中。完成以上几步以后，则完成了对uboot引导程序的移植，为移植Linux打好了基础。然后，移植Linux内核需要完成以下步骤：编辑Makefile文件：进入解压的目录后，运行命令：viMakefile找到“CROSS-COMPILE＝”这行，将它改为CROSS-COMPILE＝arm-linux-设置好后保存退出。配置内核：输入makemenuconfig进入内核配置界面，选择我们需要的内核功能。本专利技术中需要支持USB摄像头和网卡芯片DM9000，我们将它们的选项改为Y，则内核会支持该功能。选择好后保存并退出配置界面。编译内核：输入命令makezImage则将得到linux内核压缩映像zImage，然后将zImage下载并固化在目标板的Flash中，实现内核的移植。其次，移植文件系统，我们需要完成以下基本步骤：准备根文件系统：在机器上建立rootfs的文件夹mkdirrootfs，在rootfs中建立linux系统中典型的文件夹#cdrootfs：#mkdirroothomebinsbinetcdevusrlibtmpmntsysproc，#mkdirusr/libusr/bin#pwd/home/su/rootfs。解压源码包并修改Makefile：#tarxzvfbusybox-1.13.3.tgz#cdbusybox-1.13.3，将Makefile中的CROSSCOMPILE＝改为CROSSCOMPILE＝arm-1inux-。定制busybox设置静态编译方式：选择busybox下全部的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于H264编码的嵌入式远程监控系统，核心模块包括实现H264视频压缩及传输的ARM嵌入式平台，以及电脑端的视频解码播放软件。

【技术特征摘要】
1.一种基于H264编码的嵌入式远程监控系统，核心模块包括实现H264视频压缩及传输的ARM嵌入式平台，以及电脑端的视频解码播放软件。2.实现H264视频压缩及传输的ARM嵌入式平台主要包括：已经移植了uboot和Linux内核以及基...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎哲，
申请(专利权)人：阎哲，
类型：发明
国别省市：四川;51