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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 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 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 Abstract Abstract With 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 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
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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。
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论文作者签名:堇苤臼璺壁三 日期:趔!:笪:2 学位
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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 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 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 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 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以 4基于Android甲台的MID视频监控系统 第1章绪论及服务端的视频数据RTP封包。
同时,为了使监控软件的处理器资源占用率尽可能低,实际工作中还包括对软件进行代码的优化。
本
论文的内容安排如下: 第一章介绍视频监控系统的发展过程、发展趋势以及MID视频监控的研究现状。
第二章对本文中的MID远程监控系统所涉及到的技术进行介绍与分析,它包括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。
第三章详细阐述MID视频监控方案,并对监控系统软件的相关功能单元进行了详细的设计。
第四章对监控系统的客户端软件中的功能单元的具体实现进行详细的介绍与分析。
第五章给出MID监控软件的测试环境、功能测以及性能测试的结果,并对测试结果进行分析。
第六章总结本监控软件的特点、优点及其不足,并对接下来的工作进行展望。
基于Android平台的MID视频监控系统 第2章MID视频监控系统的相关技术 第2章 川D视频监控系统的相关技术 本文中所设计的远程视频监控系统是基于Android平台开发的,选用H.264标准作为视频压缩标准,采用RTP协议作为传输协议,并在客户端针对系统的需要给予了具体实现。
整个系统实现是基于c/s模式的,客户端为TCL MID,服务端为TCL智能家居服务器。
2.1 Android平台介绍2.1.1 Android 本文中的监控系统是基于Android平台开发的。
Android是由开放手机联盟于2007年11月5日发布的基于Linux的开源手机平台。
它由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成,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。
市场分析机构信息通信与媒体研究公司Informa曾经做出预测,GoogleAndroid手机平台会在将来三年内超越iPhone操作系统。
2.1.2 Android的优点 与其他手机操作系统相比,Android有四个无可比拟的优点姐1: (1)开放性:不存在专有权障碍,也无需承担任何授权许可费用。
(2)所有应用程序平等:系统的核心应用和第三方应用都是完全平等的。
(3)应用程序间无界限:开发人员可以把Web上的数据与本地结合起来,应用程序也可以通过声明供其他应用程序使用。
(4)快速方便的应用程序开发:开发人员可以基于Android提供的应用库和工具快速地创建自己的应用程序。
2.1.3 Android系统结构 从软件分层的角度来看,Android平台由应用程序、应用程序框架、Android运行时、库以及Linux内核5部分组成,如图2-1所示。
%十Android平台的MID襁%%控系缱的设”与蜜现 镕zm MID视频%控系统的柙戈拄术 图2-I Android系统架构 i)应用程序框架 应用程序框架层(如图2—2所示)保证了应用程序平等和无界限等特性 图2 2 Android应用程序框架基于Android甲台的MID视频监控系统 第2章MID视频监控系统的相关技术 2)应用程序 Android平台默认包含了一系列的核心应用程序(如图2-3所示),这些应用程序都是以Java程序语言编写的,开发人员可以用自己编写的应用程序替换Android提供的应用程序。
图2-3 Android核心应用程序 3)Android运行时 Android运行时包括核心库和Dalvik虚拟机两部分,其结构如图2-4所示。
核心库包括两部分,一‘部分是Java程序语言所需要调用的功能函数,另一部分为Android自身的核心库:Dalvik虚拟机是一种基于寄存器的Java虚拟机,专为移动设备设计。
图2-4 Android运行时4)系统库 它是Android为应用程序框架提供的函数库,其架构如图2-5所示。
旗于Android甲台的MID视频I牖控系统 第2章MID视频jI;c控系统的年H灭技术 图2-5 Android函数库架构 5)Linux内核 采用Linux内核是Android平台开放性的基础,Android平台中的操作系统采用了Linux2.6版的内核,如图2-6所示。
Linux内核 键盘驱动 Wifi驱动 Audio驱动 电源管理 显示驱动 摄像头驱动 内存驱动 Binder驱动 图2-6 Android的Linux内核2.2无线传输协议802.11标准2.2.1 IEEE 802.11系列标准 802.11标准是一组规范,这组规范通常指定了在无线网络节点和网络基站之间或者两个无线网络节点之间的大气介质上传输射频信号∞1。
IEEE 802.11任务组批准和采用的WLAN标准如表2-1所示。
10基于Android平台的MID视频监控系统 第2章MID视频监控系统的相关技术 表2-1 802.11系列标准 标准 说明 传统802.11标准,它定义了卜2Mbps的无线联网,其中使用FHSS, 802.11 DSSS和IR,RF带宽为2.3GHz 定义了在5GHzRF带宽中提供高达54Mbps的数据传输的WLAN和正交 802.1 la 频分复用(OFDM)编码 又称为802.11高速率和WIFI(无线高保真),它所定义的1|『LAN提供 802.1lb 了在2.4GHz RF带宽中使用DSSS调制方式传输1Mbps、2Mbps、 5.5Mbps和11Mbps 所定义的WLAN能够在2.4GHz〔IF带宽中提供高达54Mbps的传输速 802.1 lg 率 802.11i 这个标准改进了WLAN安全标准802.11IR 定义了使用漫射光纤技术传输的2Mbps WLAN2.2.2 IEEE 802.11拓扑结构 IEEE 802.1l标准中定义了两种网络拓扑结构模式:基础结构模式和自组织模式。
1)基础结构模式 在802.11无线基础结构网络中,至少包含一个无线站和一个连接到分配系统的接入点,可以使用两种配置:基本服务集(BSS)和扩展服务集(ESS)。
A.基本服务集(BSS) 通常情况下,BSS中的接入点充当无线节点和分配系统之间的网桥,如图2—7所示。
图2-7 BSS结构基于Android平台的MID视频jI;f控系统 第2带MID视频监控系统的十H火技术 B.扩展服务集(ESS) 一个ESS是若干个BSS组成,这种布局允许在不重新配置节点或者网络的情况下变换无线节点的位置。
口 图2—8 ESS结构2)自组织模式 这种模式的网络构建在独立基本服务集或者等效的对等无线网络之上,不需要接入点,无线站点直接与覆盖范围内的其他站点进行通信。
该模式实质上是一个对等无线网络结构。
在这种结构中,相互覆盖的任何两个无线站点问都能够进行通信,如图2-9所示。
节点 -w点 图2-9自组织模式结构图 12基于Android平台的MID视频监控系统 第2章MID视频监控系统的相关技术2.3实时传输协议RTP 实时传输协议RTP(Real-t ime Transport Protoc01)是用于Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议n们。
2.3.1 RTP的设计原则 RTP的设计遵循ALF(Application Level Framing,应用级成帧)和ILP (Integrated Layer Processing,集成层处理)的原则n¨。
它抛弃了主流的网络协议设计的层次原则,集成实现不同层次的功能。
这样的设计思想是基于以下三点: (1)为了满足多媒体数据实时播放的各种复杂要求。
(2)多媒体数据的传输有相似之处,可以将共性的部分提取出来。
(3)多媒体数据的多样性使得很难针对这些媒体的传输给出一个统一的接口和处理方法,设计时就将个性部分留给应用程序。
2.3.2 RTP的相关概-念 RTP提供了时戳、顺序编号、源标志、载荷类型和混合器等结构来控制实时数据的传输。
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