一种家用摄像头安全监控系统开发
一种家用摄像头安全监控系统开发[20191215143638]
摘 要
随着物联网技术的飞速发展和视频监控技术的成熟，人们对家庭安全监控系统也提出了越来越高的要求。在很多情况下，传统的人工安全监控已经不能满足现在人们的需求，并且随着无线网络覆盖率的提高和智能家居的普及，人们更加需要随时随地的关注家庭内部发生的情况。因此，课题研究的一种家用摄像头的安全监控系统开发将具有很重要的实际研究意义。
课题所研究的家用摄像头的安全监控系统，总体方案为通过USB摄像头采集视频图像信息，然后通过处理器模块对其进行编码、压缩和打包，之后把数据通过无线网络模块发送出去；服务器端通过无线路由器和无线网络模块相连，然后接受来自无线网络模块的数据包，最后对这些数据进行解压处理，得到实时的视频图像信息。
论文基于系统的总体方案设计，首先从课题的研究背景、研究目的和意义进行了讨论，并详细介绍了系统开发技术相关内容和国内外的研究现状。然后讨论了系统硬件、软件的开发方案和详细设计流程。接着描述了系统软件的具体实现方法和步骤。最后给出了系统详细调试过程和具体功能模块的测试分析结果，为后续的开发提供详细的参考方案；并对课题研究的内容和所做的工作进行总结和展望。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:字无线传输；视频监控；ARM；运动检测
Keywords: Wireless transmission；Video surveillance；ARM；Motion detection目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的以及研究意义 1
1.3 国内外研究现状及趋势 2
1.3.1 图像采集与处理技术发展现状 2
1.3.2 无线传输技术发展现状 2
1.3.3 视频格式编解码发展现状 3
1.3.4 视频监控发展趋势 4
1.4 本文研究的主要内容和章节安排 4
第2章 系统总体概要设计 6
2.1 系统总体设计功能需求 6
2.2 系统总体结构方案设计 6
第3章 采集前端设计 9
3.1 采集前端硬件设计 9
3.1.1采集前端硬件结构组成 9
3.1.2 USB摄像头接口电路设计 10
3.1.3 无线网络模块电路设计 10
3.1.4 GSM短信模块电路结构设计 11
3.1.5 电源模块电路设计 12
3.2 采集前端软件设计 12
3.2.1 采集前端软件实现流程 12
3.2.2 USB摄像头模块配置 14
3.2.3无线网络模块配置 15
第4章 服务器端软件设计 17
4.1 服务器端软件结构组成 17
4.2 服务器端软件的界面设计 18
4.3 服务器端软件详细功能模块 18
4.3.1 无线路由连接 19
4.3.2 视频显示 19
4.3.3 截图和录像 20
4.3.4 运动检测 21
4.3.5 GSM模块报警 22
第5章 系统调试 24
5.1 系统调试环境 24
5.2 采集前端模块调试 24
5.2.1 USB摄像头模块调试 24
5.2.2 无线网络模块调试 25
5.3 服务器端软件调试 26
5.4 调试小结 29
第6章 总结和展望 30
6.1 总结 30
6.2 展望 30
参考文献 32
致 谢 34
附录1 英文翻译 35
第1章 绪论
随着物联网产业的飞速发展，智能家庭安防监控系统也开始渐渐地出现在人们的视野中，传统的人工安保已经满足不了现阶段人们的需求，并且随着无线网络传输速度和覆盖率的提高，家庭安防监控系统的使用也越来越方便。另外，随着电子芯片集成度的大幅度提高，无线智能家庭安防监控系统开发的成本也更加低廉，因此家庭安防监控系统有着很广阔的市场应用前景。
1.1 研究背景
随着信息化产业的高速发展，视频监控系统在军事、交通、医疗、能源、航天、电力、教育等重要领域中得到了广泛的应用[1]。例如，在大学校园中，摄像头遍布学校中的每一个角落，这些监控摄像头一方面能记录下一些危险突发状况的现场；另一方面，它还可以很好有效的预防一些危险突发情况的发生。这些都在很大程度上保证了大学生们的人生安全和财产安全。同样，近年来伴随着人们生活质量的大幅提高，家中的高档商品也越来越多，伴随着入室盗窃犯罪率的提高，家庭财产安全和家庭成员的人身安全也逐渐引起人们的重视。
近几年来随着物联网技术的普及和无线技术的迅猛发展，无线视频安全监控系统凭借着使用方便、体积小、功能多、结构简化和开发成本低廉等优势逐渐的走进了人们的日常生活，而且它在人们的家庭中也开始起着越来越重要的作用。课题所研究的一种家用摄像头的安全开发由于能满足绝大多数家庭用户的诸多需求，因而有着很广阔的市场应用前景。
1.2 研究目的以及研究意义
视频监控和无线传输技术都是当今科技中的两种前沿技术。如果能将这两种技术相结合用来开发家庭安全监控系统将有着很强的工程应用价值。
本文研究的一种家用摄像头的安全开发系统是通过采集前端底层硬件设备采集视频图像信息，然后通过无线网络模块把采集到的视频图像信息传输到服务器端，实现无线实时监控的功能。但是，如何把底层采集前端硬件采集的视频图像通过无线技术传输到服务器端软件仍然是工作的核心问题。根据系统自身的性质和网络固有的特点，本系统设计要点在于：
（1）工作系统的灵活、便捷性。
（2）无线数据传输的安全、实时性。
（3）适合家庭监控的开发成本低廉性。
因此，课题所研究的目的和意义在于实现通过采集前端硬件设备采集到视频图像信息之传输到无线网络模块，然后通过无线网络模块发送视频图像信息到服务器端软件，实现视频实时监控的功能。系统不仅满足了广大家庭用户的远程实时监控的需求，而且系统还存在着开发成本低廉、使用方便等优点，所以系统有着很广阔的市场需求。
1.3 国内外研究现状及趋势
1.3.1 图像采集与处理技术发展现状
图像处理经过了几十年的发展，从最初单纯的把图像采集卡以独立芯片的形式插入到计算机里，组成一套完整的图像采集系统；到后来英特尔公司推出的PCI(Peripheral Component Interconnect)总线标准，PCI总线图像采集卡的出现，使得数据传输速度显著提高，即插即用的设计使得图像采集卡的体积明显变小[2]。
目前图像采集按照信号采集方式可以分为模拟摄像头采集和数字摄像头采集。模拟摄像头采集主要完成A/D（模/数）转换和传输，数字摄像头采集主要完成现场数据的实时采集和传输。现在很多的USB接口摄像头都不再需要特殊的图像采集卡就可以完成图像采集的功能[3]。因此系统中可以选择用USB接口的摄像头来完成采集实时的视频图像信息的任务。
另外，图像处理技术一直是很多国家正在研究的热门技术课题，各个国家也出现了很多的研究成果。在各种各样的图像压缩算法中比较有代表性的就是JPEG(Joint Photographic Experts Group)图像的压缩算法。虽然我国在图像处理技术方面都取得了不小的研究成果，但是相比于别的国家我国的图像处理技术还是很落后，尤其是在保证图像传输质量的同时又要减小编码的数据量方面还是存在着很大的缺陷。
1.3.2 无线传输技术发展现状
自1970年早期人们从刚开始提出无线网技术的概念至如今4G（the 4 Generation mobile communication technology）网络的盛行。在过去短短的的几十年里，移动无线技术经历了4~5代的变革，这些变革使得无线通信技术从不完整变得更加的完善和成熟。另外在1997年6月，IEEE通过了802.11标准。802.11标准是IEEE制定的无线局域网标准，主要是对无线局域网的层次协议进行定义和说明[4]。这个标准的制定是无线网络发展的一个里程碑，它对无线网络的发展起着决定性的作用。
目前无线视频图像传输技术主要有以下两种[5]：基于移动通信（GPRS）的视频图像传输，基于无线局域网(Wi-Fi)的视频图像传输。
（1）基于移动通信（GPRS）的视频图像传输
GPRS（General Packet Radio Service）是一种基于GSM（Global System of Mobile communication）的无线分组交换技术，以“分组”的形式传输数据包，支持点对点，点对多点的传输方式。它的传输速率峰值是100kbit/s。使用范围主要受移动运营商的网络覆盖范围影响，资费也是由运营商的资费价格决定。同时，GPRS传输存在包丢失和连接延时的问题，这会影响要传输图像的质量。
（2）基于无线局域网(Wi-Fi)的视频图像传输
Wi-Fi技术主要基于IEEE802.11协议，传输速率可以达到54Mbit/s[6]。与现如今的3G、4G网络融合性较高。网络设置灵活，使用范围不受限制，组网方便，资费低廉。在传输视频图像方面有着良好的表现。
由于课题主要是研究视频图像的传输，所以在综合考虑视频图像传输速率、视频图像的质量和资费这几个因素后，基于无线局域网的视频图像传输方案成为较好的选择。
1.3.3 视频格式编解码发展现状
随着多媒体技术的发展，市场上的视频格式主要是以RMVB、MPEG-4、H.263、H.264、WMA、AVI为主。这些视频格式广泛应用于数字媒体存储、可视电话、视频会议系统、远程医疗系统、视频点播系统、远程教学系统、安全监控系统等各类视频通信系统[7]。并且视频图像监控系统正在逐渐地往智能化、微型化、网络化的方向发展，因而人们对视频编码的格式选择越来越严格。目前市场上主流的视频图像监控系统选用MJPEG和H.264这两种视频格式[8]。
MJPEG源于JPEG，是一种简单的帧内图像压缩技术，压缩图像质量和兼容性都较好。H.264是在MPEG-4基础上发展而成的一种新的编码格式，有很高的编码效率和网络适应性。MJPEG在图片清晰性相对于H.264较好，但是在动作连贯性和压缩效率上差于H.264。通过对比MJPEG和H.264这两种视频格式优缺点，可以看出虽然H.264在编码效率优于MJPEG，但是硬件设备成本较高，单帧的图像清晰度不够，所以课题系统选择采用传统的MJPEG视频编码格式来进行无线视频传输系统的开发。
1.3.4 视频监控发展趋势
随着计算机科学技术和视频图像处理技术的成熟，人们进入了以信息化为核心的新时代，现在的人们不再单纯地依赖传统的人工技术服务，转而关注现在热门的无线“云处理”技术和“物联网”技术。日前国内外市场上应用比较广泛是以下两类数字视频图像监控系统[9]，其中的一类是以数字录像设备为基础的视频图像监控系统；另一类是以基于嵌入式技术为核心的无线视频图像监控系统，而且后者和无线网络结合逐渐成为了一种新的发展趋势。其中基于数字录像设备的视频图像监控系统虽然价格较高、稳定性不好、使用范围受环境影响较大，结构繁琐，现在市场使用率不够高，但是它可以实现对信号精确，细致的调整，和重现无噪声，无失真的信号。而基于嵌入式技术为核心的无线视频图像监控系统在图像质量和速率上还是需要继续加强。随着视频监控技术朝着网络化、智能化、家庭化的方向的迅速发展，人们对无线网络的使用率越来越高。各大无线网络厂商对无线设备的传输速率的提高，使得基于嵌入式技术为核心的无线视频图像监控系统具备越来越好的发展前景。家用摄像头安全开发系统的关键环节就是视频图像信息的采集与传输，要实现实时视频信息的传输就必须要考虑视频图像传输速度和视频图像质量这关键的两个方面。所以系统选择基于无线视频图像监控来实现系统的功能开发需求。
摘 要
随着物联网技术的飞速发展和视频监控技术的成熟，人们对家庭安全监控系统也提出了越来越高的要求。在很多情况下，传统的人工安全监控已经不能满足现在人们的需求，并且随着无线网络覆盖率的提高和智能家居的普及，人们更加需要随时随地的关注家庭内部发生的情况。因此，课题研究的一种家用摄像头的安全监控系统开发将具有很重要的实际研究意义。
课题所研究的家用摄像头的安全监控系统，总体方案为通过USB摄像头采集视频图像信息，然后通过处理器模块对其进行编码、压缩和打包，之后把数据通过无线网络模块发送出去；服务器端通过无线路由器和无线网络模块相连，然后接受来自无线网络模块的数据包，最后对这些数据进行解压处理，得到实时的视频图像信息。
论文基于系统的总体方案设计，首先从课题的研究背景、研究目的和意义进行了讨论，并详细介绍了系统开发技术相关内容和国内外的研究现状。然后讨论了系统硬件、软件的开发方案和详细设计流程。接着描述了系统软件的具体实现方法和步骤。最后给出了系统详细调试过程和具体功能模块的测试分析结果，为后续的开发提供详细的参考方案；并对课题研究的内容和所做的工作进行总结和展望。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:字无线传输；视频监控；ARM；运动检测
Keywords: Wireless transmission；Video surveillance；ARM；Motion detection目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的以及研究意义 1
1.3 国内外研究现状及趋势 2
1.3.1 图像采集与处理技术发展现状 2
1.3.2 无线传输技术发展现状 2
1.3.3 视频格式编解码发展现状 3
1.3.4 视频监控发展趋势 4
1.4 本文研究的主要内容和章节安排 4
第2章 系统总体概要设计 6
2.1 系统总体设计功能需求 6
2.2 系统总体结构方案设计 6
第3章 采集前端设计 9
3.1 采集前端硬件设计 9
3.1.1采集前端硬件结构组成 9
3.1.2 USB摄像头接口电路设计 10
3.1.3 无线网络模块电路设计 10
3.1.4 GSM短信模块电路结构设计 11
3.1.5 电源模块电路设计 12
3.2 采集前端软件设计 12
3.2.1 采集前端软件实现流程 12
3.2.2 USB摄像头模块配置 14
3.2.3无线网络模块配置 15
第4章 服务器端软件设计 17
4.1 服务器端软件结构组成 17
4.2 服务器端软件的界面设计 18
4.3 服务器端软件详细功能模块 18
4.3.1 无线路由连接 19
4.3.2 视频显示 19
4.3.3 截图和录像 20
4.3.4 运动检测 21
4.3.5 GSM模块报警 22
第5章 系统调试 24
5.1 系统调试环境 24
5.2 采集前端模块调试 24
5.2.1 USB摄像头模块调试 24
5.2.2 无线网络模块调试 25
5.3 服务器端软件调试 26
5.4 调试小结 29
第6章 总结和展望 30
6.1 总结 30
6.2 展望 30
参考文献 32
致 谢 34
附录1 英文翻译 35
第1章 绪论
随着物联网产业的飞速发展，智能家庭安防监控系统也开始渐渐地出现在人们的视野中，传统的人工安保已经满足不了现阶段人们的需求，并且随着无线网络传输速度和覆盖率的提高，家庭安防监控系统的使用也越来越方便。另外，随着电子芯片集成度的大幅度提高，无线智能家庭安防监控系统开发的成本也更加低廉，因此家庭安防监控系统有着很广阔的市场应用前景。
1.1 研究背景
随着信息化产业的高速发展，视频监控系统在军事、交通、医疗、能源、航天、电力、教育等重要领域中得到了广泛的应用[1]。例如，在大学校园中，摄像头遍布学校中的每一个角落，这些监控摄像头一方面能记录下一些危险突发状况的现场；另一方面，它还可以很好有效的预防一些危险突发情况的发生。这些都在很大程度上保证了大学生们的人生安全和财产安全。同样，近年来伴随着人们生活质量的大幅提高，家中的高档商品也越来越多，伴随着入室盗窃犯罪率的提高，家庭财产安全和家庭成员的人身安全也逐渐引起人们的重视。
近几年来随着物联网技术的普及和无线技术的迅猛发展，无线视频安全监控系统凭借着使用方便、体积小、功能多、结构简化和开发成本低廉等优势逐渐的走进了人们的日常生活，而且它在人们的家庭中也开始起着越来越重要的作用。课题所研究的一种家用摄像头的安全开发由于能满足绝大多数家庭用户的诸多需求，因而有着很广阔的市场应用前景。
1.2 研究目的以及研究意义
视频监控和无线传输技术都是当今科技中的两种前沿技术。如果能将这两种技术相结合用来开发家庭安全监控系统将有着很强的工程应用价值。
本文研究的一种家用摄像头的安全开发系统是通过采集前端底层硬件设备采集视频图像信息，然后通过无线网络模块把采集到的视频图像信息传输到服务器端，实现无线实时监控的功能。但是，如何把底层采集前端硬件采集的视频图像通过无线技术传输到服务器端软件仍然是工作的核心问题。根据系统自身的性质和网络固有的特点，本系统设计要点在于：
（1）工作系统的灵活、便捷性。
（2）无线数据传输的安全、实时性。
（3）适合家庭监控的开发成本低廉性。
因此，课题所研究的目的和意义在于实现通过采集前端硬件设备采集到视频图像信息之传输到无线网络模块，然后通过无线网络模块发送视频图像信息到服务器端软件，实现视频实时监控的功能。系统不仅满足了广大家庭用户的远程实时监控的需求，而且系统还存在着开发成本低廉、使用方便等优点，所以系统有着很广阔的市场需求。
1.3 国内外研究现状及趋势
1.3.1 图像采集与处理技术发展现状
图像处理经过了几十年的发展，从最初单纯的把图像采集卡以独立芯片的形式插入到计算机里，组成一套完整的图像采集系统；到后来英特尔公司推出的PCI(Peripheral Component Interconnect)总线标准，PCI总线图像采集卡的出现，使得数据传输速度显著提高，即插即用的设计使得图像采集卡的体积明显变小[2]。
目前图像采集按照信号采集方式可以分为模拟摄像头采集和数字摄像头采集。模拟摄像头采集主要完成A/D（模/数）转换和传输，数字摄像头采集主要完成现场数据的实时采集和传输。现在很多的USB接口摄像头都不再需要特殊的图像采集卡就可以完成图像采集的功能[3]。因此系统中可以选择用USB接口的摄像头来完成采集实时的视频图像信息的任务。
另外，图像处理技术一直是很多国家正在研究的热门技术课题，各个国家也出现了很多的研究成果。在各种各样的图像压缩算法中比较有代表性的就是JPEG(Joint Photographic Experts Group)图像的压缩算法。虽然我国在图像处理技术方面都取得了不小的研究成果，但是相比于别的国家我国的图像处理技术还是很落后，尤其是在保证图像传输质量的同时又要减小编码的数据量方面还是存在着很大的缺陷。
1.3.2 无线传输技术发展现状
自1970年早期人们从刚开始提出无线网技术的概念至如今4G（the 4 Generation mobile communication technology）网络的盛行。在过去短短的的几十年里，移动无线技术经历了4~5代的变革，这些变革使得无线通信技术从不完整变得更加的完善和成熟。另外在1997年6月，IEEE通过了802.11标准。802.11标准是IEEE制定的无线局域网标准，主要是对无线局域网的层次协议进行定义和说明[4]。这个标准的制定是无线网络发展的一个里程碑，它对无线网络的发展起着决定性的作用。
目前无线视频图像传输技术主要有以下两种[5]：基于移动通信（GPRS）的视频图像传输，基于无线局域网(Wi-Fi)的视频图像传输。
（1）基于移动通信（GPRS）的视频图像传输
GPRS（General Packet Radio Service）是一种基于GSM（Global System of Mobile communication）的无线分组交换技术，以“分组”的形式传输数据包，支持点对点，点对多点的传输方式。它的传输速率峰值是100kbit/s。使用范围主要受移动运营商的网络覆盖范围影响，资费也是由运营商的资费价格决定。同时，GPRS传输存在包丢失和连接延时的问题，这会影响要传输图像的质量。
（2）基于无线局域网(Wi-Fi)的视频图像传输
Wi-Fi技术主要基于IEEE802.11协议，传输速率可以达到54Mbit/s[6]。与现如今的3G、4G网络融合性较高。网络设置灵活，使用范围不受限制，组网方便，资费低廉。在传输视频图像方面有着良好的表现。
由于课题主要是研究视频图像的传输，所以在综合考虑视频图像传输速率、视频图像的质量和资费这几个因素后，基于无线局域网的视频图像传输方案成为较好的选择。
1.3.3 视频格式编解码发展现状
随着多媒体技术的发展，市场上的视频格式主要是以RMVB、MPEG-4、H.263、H.264、WMA、AVI为主。这些视频格式广泛应用于数字媒体存储、可视电话、视频会议系统、远程医疗系统、视频点播系统、远程教学系统、安全监控系统等各类视频通信系统[7]。并且视频图像监控系统正在逐渐地往智能化、微型化、网络化的方向发展，因而人们对视频编码的格式选择越来越严格。目前市场上主流的视频图像监控系统选用MJPEG和H.264这两种视频格式[8]。
MJPEG源于JPEG，是一种简单的帧内图像压缩技术，压缩图像质量和兼容性都较好。H.264是在MPEG-4基础上发展而成的一种新的编码格式，有很高的编码效率和网络适应性。MJPEG在图片清晰性相对于H.264较好，但是在动作连贯性和压缩效率上差于H.264。通过对比MJPEG和H.264这两种视频格式优缺点，可以看出虽然H.264在编码效率优于MJPEG，但是硬件设备成本较高，单帧的图像清晰度不够，所以课题系统选择采用传统的MJPEG视频编码格式来进行无线视频传输系统的开发。
1.3.4 视频监控发展趋势
随着计算机科学技术和视频图像处理技术的成熟，人们进入了以信息化为核心的新时代，现在的人们不再单纯地依赖传统的人工技术服务，转而关注现在热门的无线“云处理”技术和“物联网”技术。日前国内外市场上应用比较广泛是以下两类数字视频图像监控系统[9]，其中的一类是以数字录像设备为基础的视频图像监控系统；另一类是以基于嵌入式技术为核心的无线视频图像监控系统，而且后者和无线网络结合逐渐成为了一种新的发展趋势。其中基于数字录像设备的视频图像监控系统虽然价格较高、稳定性不好、使用范围受环境影响较大，结构繁琐，现在市场使用率不够高，但是它可以实现对信号精确，细致的调整，和重现无噪声，无失真的信号。而基于嵌入式技术为核心的无线视频图像监控系统在图像质量和速率上还是需要继续加强。随着视频监控技术朝着网络化、智能化、家庭化的方向的迅速发展，人们对无线网络的使用率越来越高。各大无线网络厂商对无线设备的传输速率的提高，使得基于嵌入式技术为核心的无线视频图像监控系统具备越来越好的发展前景。家用摄像头安全开发系统的关键环节就是视频图像信息的采集与传输，要实现实时视频信息的传输就必须要考虑视频图像传输速度和视频图像质量这关键的两个方面。所以系统选择基于无线视频图像监控来实现系统的功能开发需求。
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