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1、1基于 ARM 的智能家居监控系统项目计划书团队：S.T 小组成员： 21.引言.12.项目概述.12.1 项目功能12.2 项目开发流程23.硬件环境搭建.23.1 硬件基础23.2 BootLorder 移植 .23.3 USB 摄像头驱动移植并重新编译内核33.4 内核移植、测试.44.项目分解.54.1 视频采集.54.2 图像分析并标记.74.3 图像编码压缩.74.4 视频图像传输.84.5 图像解码解压缩.94.6 图像显示及存储104.7 人脸识别模块104.8 报警模块124.9 各模块整合及调试优化125.项目分工126.进度安排1331.引言随着人民生活水平的不断提高，安
2、防意识不断增强，视频监控得到了广泛使用。对于某些敏感场合，如银行、商店、停车场、居民小区、军事基地等，出于管理和安全的需要，人们必须知道该区域内发生的事件，于是采用某种特定方法来监视该场景，并且及时地对发生的异常事件做出适当的反应，这就是所谓的监控。随着社会信息化程度的不断提高，社会各行各业对视频监控系统的要求也越来越高。目前，视频监控正朝着数字化、网络化、智能化、一体化的方向发展。在国民越来越重视生存环境安全和舒适的今天，高性能智能视频监控系统的研究。与实现将具有不可忽视的应用前景和商业价值。2.项目概述2.1 项目功能a.视频图像采集b.视频传输c.视频图像显示d.历史数据查询e.人脸识别
3、f.发现危险情况自动报警2.2 项目开发流程43.硬件环境搭建3.1 硬件基础开发板采用三星 S3C2440 (ARM920T core with MMC，最高频可达 532 MHz)作为处理器，64 MB 的 SDRAM，256MB 的 Nand Flash 以及 2 MB 的 NOR Flash。配备一个采用 DM9000 网卡的 100M 以太网 RJ-45 口，同时包括一个主 USB 接口。3.2 BootLorder 移植Bootloader 是与系统硬件环境高度相关的初始化软件，它担负着初始化硬件和引导操作系统的双重责任。一些 ARM 平台可以共用同一种 Bootloader，但是
4、总的说来，每一个特定系统的Bootloader 都会有所不同。 Bootloader 广泛用于有操作系统的手持终端设备、智能家电及机顶盒等嵌入式设备上，它负责完成硬件初始化、操作系统引导和系统配制等。Bootloader 移植是在特定硬件5平台上操作系统移植至关重要的一步。可以通过串口线将BootLorder 移植到板子上。3.3 USB 摄像头驱动移植并重新编译内核视频设备驱动层是上层应用和 USB 子系统之间的中间层，不同的 USB 设备在软件上的差异主要体现在该层。该层主要要完成两个方面的工作，实现相应的接口函数供上层应用调用、实现相应的接口函数供 USB 子系统回调在本视频设备驱动函数
5、中，供上层应用调用的接口函数包括了 open 函数 read 函数、close 函数和 ioctl函数，供 USB 子系统回调的函数为 probe 函数和 isoc_irq 函数。其实现的接口函数同上层应用和 USB 子系统的调用关系如下图所示USB 驱动的实现原理如下图所示6USB 驱动的移植过程如下所述：首先下载相应的 USB 补丁文件，将补丁文件放到相应的目录下，然后修改 drivers/usb/Makefile 文件，再修改drevers/usb/media/Kconfig 文件，接着配置内核 make menuconfig，配置完毕后编译内核及模块，再拷贝模块文件至开发板目录下，然后
6、将 USB 摄像头插入开发板（必须先插入摄像头才能插入模块文件） ，重启开发板，插入模块文件（使用 Insmode 命令）,Insmode usbcore.ko,Insmode ohci-hcd.ko,Insmode v4l1-compat.ko,Insmode v4l2-common.ko,Insmode videodev.ko,Insmode spac5xx.ko，插入以上模块后建立设备文件，当开发板启动时自动加载模块。3.4 内核移植、测试通过串口线将编译好的内核从 PC 机上移植到开发板，测试USB 接口及摄像头是否正常工作。74 项目分解4.1 视频采集利用 Linux 自带的 V4
7、L 接口进行视频图像的采集。Video4linux（简称 V4L),是 linux 中关于视频设备的内核驱动,现在已有 Video4linux2，还未加入 linux 内核，使用需自己下载补丁。在Linux 中，视频设备是设备文件，可以像访问普通文件一样对其进行读写，摄像头在/dev/video0 下。Video4linux 下视频编程的流程（1）打开视频设备：（2）读取设备信息（3）更改设备当前设置（没必要的话可以不做）（4）进行视频采集，两种方法:a.内存映射b.直接从设备读取（5）对采集的视频进行处理（6）关闭视频设备。为程序定义的数据结构typedef struct v4l_struc
8、tint fd;struct video_capability capability;struct video_channel channel4;8struct video_picture picture;struct video_window window;struct video_capture capture;struct video_buffer buffer;struct video_mmap mmap;struct video_mbuf mbuf; unsigned char *map;int frame;int framestat2;vd;视频采集流程94.2 图像分析并标记读取
9、摄像头视频缓冲区中的数据，对采集到的数据进行运动分析。在进行运动分析之后，对于所传输的图像进行标记，凸显运动物体和入侵物体。最后对经过标记的图像进行编码、传输。4.3 图像编码压缩H.264，同时也是MPEG-4第十部分，是由ITU-T 视频编码专家组（VCEG）和ISO/IEC 动态图像专家组（ MPEG）联合组成的视频组（JVT，JointVideo Team）提出的高度压缩数字视频编解码器标准。与其他的视频压缩编码相比，它有以下优点：（1）低码流（Low Bit Rate） 。与MPEG2 和MPEG4 ASP 等压缩技术相比，在同等图像质量下，采用H.264 技术压缩后的数据量只有MP
10、EG2的1/8，MPEG4 的1/3。显然，H.264 压缩技术的采用将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。（2）高质量的图像。H.264 能提供连续、流畅的高质量图像（DVD 质量） 。（3）容错能力强。H.264 提供了解决在不稳定网络环境下容易发生的丢包等错误的必要工具。（4）网络适应性强。H.264 提供了网络抽象层（Network Abstraction Layer） ，使得H.264 的文件能容易地在不同网络上传输（例如互联网，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000 等） 。目前对图像进行H.264 编码的编码器主要有3 种：JM：JM 是H.264 的官方测试源码，故
11、被称作校验模型 。它 由德国10hhi 研究所开发。目前许多学术研究都在其基础上进行深化。但其结构复杂，不适合应用。T264：T264 是中国视频自由化组织开发的H.264 编码解码器。被广泛应用于linux、windows 等环境中。但是其解码器只能解码其自己生成的码流，同时T264 近些年来一直没有更新，成为其进一步发展的障碍。FFmpeg：FFmpeg 是一个开源免费跨平台的视频和音频流方案，属于自由软件，采用LGPL 或GPL 许可证（依据你选择的组件） 。它提供了录制、转换以及流化音视频的完整解决方案。它包含了非常先进的音频/ 视频编解码库libavcodec，为了保证高可移植性和编
12、解码质量，libavcodec 里很多codec 都是从头开发的。在视频监控系统的设计中，由于T264 编码成熟，广泛应用于linux 的PC 环境，并且已经取得了很好的效果。同时网络上也有许多程序员将T264 移植到 ARM 环境，效果良好，例程充分。所以我们采用T264 进行视频压缩。4.4 视频图像传输视频图像传输与传统的文件传输有着明显的区别，传统文件的传输对于传输的延迟、抖动没有过多的要求，但是要求有严格的差错控制和重传机制。视频图像传输在传输的实时性、同步性上要求很高，并且要求传输延迟小。视频图像传输能够忍受分组丢失造成的差错和反常，也可以忍受由于没有重传或者纠错机制而导致的分组丢
13、失或延迟，但却无法容忍由于基于重传的差错控制机制引起的11显示不连续或显示混乱。视频图像传输有以下几个特点：1.连续性、实时性；2.占用较大的网络带宽；3.需要精确的时间控制；4.要具有广播和多播的功能；5.允许一定的传输误码。TCP和UDP是协议簇中传输层的两个主要协议，TCP提供了可靠的传输功能，而UDP并不能保证数据的可靠传输。为保证视频数据的完整传输，在此我们采用TCP协议。4.5 视频解码解压缩解码过程首先从视频文件中读取视频信息，并通过相应的解压缩算法对视频信息还原，并且显示出来。输入的视频流来源于视频文件。对于MPEG一4格式的视频文件而言，视频信息中包含了形状信息，运动信息、纹
14、理信息等。解码器需要对形状、运动、纹理三部分信息分开解码，并且利用三部分信息重构视频对象平面VOP，即通常意义上的一帧图像。解码器同时按照显示顺序依次对显示后的图像进行显示，从而看到流畅的画面。12视频解码流程图4.6 图像显示及存储图像显示子模块用于提供系统接口给用户，使用户能够主动查看当前时刻的监控图像，也可以查看数据库中某一历史时刻的图像。显示模块从解码器获得视频数据，经显示程序处理在界面上显示。 视频数据在解码显示过程中同时存储在PC机上，用于后期的历史查询。4.7 人脸识别模块人脸识别技术，是指通过与计算机相连的摄像头动态捕捉人的面部图像，同时把捕捉到的图像与预先录入的模板库中的人脸
15、图像进行比较识别由于该技术在采集人脸时的非接触性与友好性，人们对该技术没任何排斥心理，从这个角度讲，人脸识别可以成为一种最友好的生物特征认证技术。人脸识别的核心技术在于“局部特征分析”和“图形识别算法”，这种算法利用了面部各器13官及特征部位的方位关系，将形成的识别参数与模板数据库中的参数进行比较、判断和确认。面部识别技术主要针对面部不易变化的部分进行图像处理，其中包括眼眶轮廓、颧骨周围轮廓区域及嘴的边缘区域。目前人脸识别的技术主要有：特征面孔扫描技术、特征分析面孔扫描技术、神经网络定位面孔扫描技术和自动面孔处理扫描技术。人脸识别技术的优点：不需要当事人的配合，可以用于某些隐蔽场合，可远距离采集人脸图像。根据系统新输入的人脸图像，与已有的人脸数据库进行比对，来判断该图像是否在人脸库中，如果不在该图像数据库中，则触发报警模块报警。人脸识别包含以下几个方面
