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基于FFmpeg的远程视频监控系统编解码

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  • 2015-06-30
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标签: FFmpeg

FFmpeg

基于FFmpeg的远程视频监控系统编解码  设计框架

电 技 研 E½ ½½ &  
子 术 发 ½½ ½ R D
½½ ½
½  
1 . 6  ̄½ ½10 —7 5 0 3 1 0 
0 9 9 .½. 00 5 . 1 . . 2
½ 0
2 00
电子技术
 
基于F ½  的远程视频监控系统编解码 
F  
½½
½
辛长春 娄小平 吕乃 光 
北京信息科技大学 仪器科 学与光 电工程 学院 )
 
摘 要 :在远程视频监控系统 中视频数据 的编码传输 以及解码显示是一个重要组成部分,通过对F ½ ½ 
F ½½
的研究学 习,考虑采 用F ½ ½ 来实现编解码 的方法 。远程监 控系统 由采集 发送 端和接收处理端组成 ,采集 
F ½½
发送 端½用¥ C 4 0 为嵌 入式硬件平 台,
3 24½
并通过U B
S 摄像头O 60
V9 5 采集视频 数据,
经过F ½½½
F ½编码后传输 
给接收处理端 。接 收处理端接 收到数据后通过F ½½½
F ½实时解码 ,采用O ½C
½½ V ̄示,
实现远程监控。
 
关键词 :F ½ ½;
F ½½ 编解码 :嵌入式 
T½  
½FF½ ½½   ½ ½ ½   ½½ ½½ ½ ½½½  ½ ½ ½½ ½ ½ ½½ ½ ½
½ ½ ½ ½ ½½ ½   ½ ½½  ½ ½ ½ ½  ½½½  ½ ½ ½ 
X½  ½ ½ ½ ½ L½   ½ ½ ½   ½N ½½ ½ ½
½C½ ½ ½ ½   ½X½½ ½ ½ L   ½½ ½  
S½ ½ ½  ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ O ½½ ½ ½ ½ E ½½½½ . ½ ½   ½½ ½ ½S ½ ½ &T ½ ½ ½ ½
½½ ½ ½½½ ½½½ ½ S ½ ½ & ½½½ ½ ½  ½ ½ ½ ½ B ½½ I ½½½ ½  ½ ½ ½ ½½ ½½  
  I ½
½½ ½
½½ ½
½ ½
½½½
½
½
½
U ½½ ½ ,½ ½  0  2 ½ ½
½½½ ½ B ½ ½10  ,C ½  
½½ ½   1
½
½
A½ ½ ½ ½ I     ½ ½  ½ ½ ½ ½ ½½ , ½ ½ ½ ½ ½ ½ ’ ½ ½ ½½  ½ ½ ½ ½½½   ½   ½ ½ ½½ ½½ ½½ ½ ½
½½ ½ : ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½   ½ ½½ ½   ½½   ½ ½S ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½½½ ½ ½ ½ ½ ½½   ½½ ½   ½ 
½
½
 
½ ½ ½½  ½½ . ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½   F
½½ ½½ ½½ ½½ T½ ½ ½   ½   ½½   ½F ½½ ½ ,  ½½ ½ ½ ½ ½ F ½½ ½ ½  ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½   ½½ ½   ½ 
½ ½ ½ ½ ½   ½½   F
½  ½ ½ ½ ½ ½   ½   ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½
 
½½ ½ . ½ ½½ ½ ½½ ½ ½ ½½ ½½  ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½½ ½ ½. ½   ½ ½ ½ 
½ ½½ ½ T½  ½ ½  ½ ½  ½ ½½ ½½½ ½  ½   ½ ½½  ½ ½½   ½½,½  ½  ½ ½½   ½½ ½   ½½ T ½½ ½ ½
½
½
½ ½ ½½ ½ ½  ½ ½ ¥ C2 4   ½ ½½ ½ ½ ½ ½   ½ ½ ½  ½½½ ,½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½  ½ ½ ½ US   ½ ½ 
½ ½½   ½ ½ ½
½
3 4 0 ½  ½   ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½½
½
½   ½ ½ ½   ½ ½   ½½ ½  ½  
½
B ½ ½½ ½
OV 9 5 , ½  ½ ½   ½½½ ½½ ½ ½  ½½  F
6 0½ ½½ ½ ½½   ½ ½   ½½½ ½ ½ ½F ½½ ½ ½ ½ ½ ½ . ½½ ½ ½½½ ½ ½½½ ½ ½ ½ ½ ½  ½ ½½ ½½ ½ ½
½
½
½
½  ½ ½ ½½ T½  ½ ½½   ½½ ½  ½ ½ ½ ½ ½½½½ ½ ½ ½  ½½½  
½
F ½ ½ ½, ½  ½½ ½ ½½½ ½ ½O½ ½
½ ½ ½½ ½ ½½   ½ ½   ½ CV   ½ ½ ½½ ½½ ½ ½½½ ½ ½ ½½  
½
½
½ ½ ½½    ½ ½  ½½ ½ ½.
½
½ ½
½
K ½   ½ ½: F½½ ½; ½ ½ ½ ½½ ½½ ½ ½ ½ ; ½ ½ ½ ½ ;
½½½ ½ F
½ ½ ½ ½ ½  ½   ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ 
0 引言 
随着视 频编解码 技术 、计 算机 ½络技术 、数字 
信号处 理技术 和嵌入 式系统 的发展 , 以嵌入 式 ½络 
视频服 务器为 核心 的远 程视频 监控 系统开始 在市场 
上 崭露头 角 。该系统把摄 像机输 出 的模 拟视频 信号 
通 过 内½ 的嵌 入式视频编 码器直 接½换 成视频 流 ,
 
通过计算机½络传输出去。嵌入式½络视频服务器具备 
视 频编码 处理 、½络通信 、系统 控制等 强大 功½ ,
 
直接 支持 ½络视 频传输和 ½络管 理 ,½ 得监控 范 围 
达 到前所 未有 的广度 _ 。在 远程 视频监控 系统 中 ,
½
 
摄 像头获 取 的原始视频流 在传输 之前 需要压缩 ,而 
F ½ ½ 可 以将 原始视 频 压缩 为H 6 格 式视 频流 ,
F ½½
24
 
H 6 是一种 被广泛½用 的高精度视 频 的½制 、压 缩 
24
和发布格式 ,因此采用F ½ ½ 来实现 。
F ½½
 
系统 方案 
系统是在S C 4 0 台上运行嵌入式L½ ½
3 24 平
½ 系统 ,
½
 
½用C
MOS
摄像头O 9 5 获取实时 视频 图像数据 ,
V 60
 
采用H 6 标准 通过F ½ ½对 原始视频 进行压缩编码 
24
F ½½
成视频 流 ,通过 ½络传输 ,用户在 接收 处理端经 过 
F ½½ ½
F ½ 解码 之后 ,½用O ½ C
½ ½ V ̄示 播放 即可 实时 
查 看远 程 视 频 图像 。
 
 
系统 由两部分组成 :采集发送端和接收处理端,
 
采用C½ ½ ½ ½设计模 式来实现两者之 间的相 互通 
½ ½/ ½ ½
½ S½
信,
由接 收处理端 向采集发 送端发送 控制信号 ,
采集 
发送端开启摄像头进 行视频数据采集,
采集 的原始视 
频数据 是½ ½ 2 格式,
½ 42
经过F ½ ½ 编码 压缩成H. 4
F ½½
2  
格式视 频流,
经通信 ½络传 输到接收处理 端 :
接收处 
理 端 接 收 到 视 频 流 数 据 后 , F ½½ ½ 码 , 过 
经 F ½解
O ½ C 进 行 显示 。采 集 发送端 视频 数据 采集 和发 
½½ V
送 采用三 星公 司的具有A M9 0 内核 的¥ C 4 0
R 2T
3 2 4 ½ 
为嵌入式微控制器, 收处理端采用普通 电脑 。系统 
方案如 图1 示 。
 
½
按 
½
 
拥  
½
½
 
通倍黼  
 
F叩½ 勰  
½ ½
蕊默
½
 
采集发送嫱 
电 技 研 E ½½½ R D
子 术 发 ½½½½ &  
½½ ½
 
2采 集发送端 
采集 发送端主要包括嵌入式L½ ½ 台和摄 像头 
½ 平
½
两部分,
嵌入式L½ ½ 台需要搭建交叉编译环境,
½½ 平
而 
摄像头需要驱动程序 才½正常工½ 。
 
嵌 入 式 L½½ 平 台采 用 三 星 公 司 的 S C2 4 A
½½
3 40 
处 理 器为 硬件 平 台 ,¥ C 4 0 处 理器 是一 款基 于 
3 24 A
AR 2 T内 核 的 1 /2 ½ 入 式 处 理 器 , 主 频 
M9 0
63 ½½
40 ½
0 MH ,最高可达53 ½
3 MH ,支持3 / 02 0
01 / 万像素 
3 0
C S
MO 摄像头,支持½½2  ̄ W½ ½.
½ ½ . ½ ½ 4 双操½系统 ,适 
½ 4
½ 2
合应用于对功率和成本½较敏感的嵌入式系统场合 。
 
摄像 头采用O ½  ½ ½公 司生产 的C S
½ ½V½
½
MO 摄像 
头O 60
V9 5 ,具有 高敏感度 、½ 功耗 ,高分辨率 (
最 
高10 ×12  ½½ )
3 0 0 8½½ ½ ,支持大量常用 的图像格 式、
½
 
支持 自动 图像 控 制等 优 点 。在 接 口上 ½够 保 持 与 
¥C 40
3 2 4 的一致性 。输 出图像最 大为 1 0
3 万像素 ,
输 
出图像格 式包括 S G , G , V A,I, C F 并 
X A V A Q G C FQ I 等,
可以输出不同尺寸的图像 。对于不 同的输出图像格式,
 
最高帧率可 以不 同,
最高可达 10 ½
2 ½ 。输 出的8
½数据 
格式包括Y V Y ½ ½ 2: ) R ( 2: )
U / C C(
4: 2、G B 4: 2、原始 
R B
G 数据3 ½。
种 2 
 
2 1建立嵌入式L½ ½
½ 平台 
½
建立嵌入式L½ ½
½ 系统的基本流 程 : 首先在宿主 
½
机上建立交叉编译环境 , 然后移植L½ ½
 
½ 的引导程序 
½
到 目标板, 最后构建嵌入 式L½ ½
 
½ 系统并移植 到 目标 
½
板 。构建嵌 入式L½ ½ 统主要包 括对 内核进行裁剪 
½½ 系
和配½,
根据实 际的硬件系统进行 内核和外 设驱动程 
序 的移植开发, 以及构建L½½
½ 的根文件系统[ 。
½
3 
½
2 2摄像头驱动配½ 
C S
MO 摄像头驱动 以MO U E 的½式编写,
D LS
因为 
MO U E ½式 的驱动可动态加½½ ̄L½ ½
D LS
1 ½ 内核 ½。
J ½
4 
½
加½½驱动程序后,
就可 以像操½普通 文件一样对 
½
½ ½ 42
摄像头进行操½ 。如 :
定义½½  
½½ 1 
½½
½½ 42
通过½
½½ ½ 1  
= ½ ½ ” ½ /½ ½”   DWR 打 开 摄 像 头 , 过 
½ ½ ( ½ ½½ ½½½ , R
½½ ( , ½½½ 2 ,   ̄E 读取摄像头 的视频数据到 
½½½ & ½ ½ 4 2 SZ )
½
数组½ ½ 4 2 ̄通过½ ½( ½½4 ) 闭摄像头[ 。
½ ½2½,
½
½ ½ ½ ½1 关
½ ½  ½ 2
5 
有 了视频数据后,
就可 以通过F ½½ ½
F ½进行编码 。
 
2 3F ½½ ½
.  F ½ 编码 
2 3 1F ½½½
..  F ½简介 
F ½ ½ 是一个开源免 费跨平 台的视 频和音频流 
F ½½
方案 ,属 于 自由½件 ,采 用L P 或 G L 可证 (
GL
P许
依 
据所½选择 的组件)
,是一个集½制 、½换、音/
视频 
编 解 码 功 ½ 为 一 ½ 的 、 完 整 的开 源 解 决 方 案 。
 
F ½½½
F ½ 的开发基于L½ ½
½ 操½系统 ,
½
也可 在大 多数操 
½ 系统中编译和½用 。F ½½ ½
F ½ 支持MP G、D ½  
½X、
MP G4
E 、AC3
、D
½、F ½等 4 多 种 编 码 ,VI
A 、
 
MP G、OG
G、M½½ ½ ½
½½ ½ 、AS 等 9 多种 解 码 :
F 0
 
_
电子技 术
 
T P 、VL
C MP
C、MP½ ½等 开 源 播 放 器 ½ 用 到 了
½ ½
½
 
F ½½ ½ [  
½ 。 。
½
F ½½ ½O F
F ½ ½F 是指 F ½F ½ ½。
½½ ½½½½ 
 
2 3 2 编 码 
..
O 60
V9 5 摄像 头输 出的数 据为½ ½ 2 格 式 ,而 
½ 42
F ½½ ½
F ½编码 需要输入½ ½ 2 格式数据 ,因此在编码 
½40
之前 需要 先 ̄½ ½ 2 格式数据½化 为½ ½ 2 格式 。
½4 2
½4 0
 
F ½½½½
F ½ ½ 的½数S S½½ (可 以实现这个过程 。
W   ½½ 1
½
 
在 ½用F ½ ½ 编码之前,
F ½½
首先需要对F ½½½
F ½库 
进行初始 化 ,注册 所有 的编解码 器 以及 文件 格式 ,
 
设½编 码器码率 、帧速率 、编 码像素格 式等参数 ,
 
然后 寻找编码器 并打开 ,打 开编码器 之后才可 以进 
行编码 。通过设½ 结构½A ½ ½C ½½½
VC ½½ ½ ½ 中的各个 
½
成 员参 数 来 完 成 参 数 的设 ½ 过 程 , 如 通 过 设 ½ 
A C½ ½ C½ ½ ½ 一 ½½ ½ ½ , A C½ ½ C½ ½ ½ 一
½ ½ ½½ ½ >
½ ½½
 
½ ½ ½½ ½  
> ½½ A ½ ½C½½½ 一 ½½ ½ 可 以设½ 码 率 ,
½½½, VC ½ ½ ½½½>½½½等
½ 
度和 高度等 ,通过设½A C ½ ½ ½ ½ ½ >½½ ½ ½ 
V ½ ½C ½½ 一 ½ ½ =
½
 
PX F   U 4 0 设½Y V 2 像素格式 。编码 的 
I   MT Y V 2 P
U 40
核 心½数是½ ½½½½ ½½  ½½()
½½ ½  ½ ½ ½½ ½ 。系统每采集一 
½
帧数据,
就送 给½ ½½ ½ ½½ ½  ½½()
½ ½ ½  ½ ½ ½ ½½ ½ ½数 编码成 
H. 4
2 视频流 。其编码流程如 图2
所示 。
 
½
I    《
½ 辫 ½ 》 —½
 
 
 
 
料I   舳 (
- 柚 穗 ½)
 
½ —#½峭 《
群  理
 
黼 赫 ½
 
 
纛柚
. 
自 黼 瓤玲《  
 
½ ∞赫 赫赫 《  
 
甜 磊 矗½ 矗 《  
噩 搬。   )
群 
矾  ½ 《  
½  》
 
样盼½ 纛 -B  
麟 胃 蕾½
 ½
群稻 
 
½瓣 ½
 ½ 
½½ )
½ ( 
蛭雠 《  
下 面对编码流程 的各个 步骤 中主要 ½数的½用 
进 行 详细 介 绍 :
 
1 ½ ½½½ 
½ 
:注册库 中含有所有 文件
) ½ ½½ ½
½ ½
(1
½½
格式和编解码器,没有这一步将无法打开编解码器 。
 
½
2 ½
½ ½  ½ ½  ½ 
)½ 
½ ½ ½½ ½½½
(:打开摄像头视频文件 。
3 ½ ½ ½ ½ ½½ ½½ ( :寻找视频流 。
)½  ½  ½ ½  ½½ 1
½
½
 
4 ½ ½ ½ ½ ½½½ )
)½  ½  ½ ½½ ( :寻找编码器 ,编码器参 
½
数需在½ ½ ½ 中初始化 ,参数 的初始化 很重要 ,对 
C ½½
编码 的 图像 质量有很大½响 。
 
½
C½ ½  ½ ½ ½ ½ ½½
½ ½ ½ ½ (
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½
½½ ½
CODE I  
C—D
H 6 ) /寻找H2 4
2 4; /
. 格式编码器 
_
_
 
子技术研发 E ½½½  &  
½½½½ D
½½ ½R
5 ½½½  ½ ½½ ½½ )
)½½½½½ ½ ½ (:为编码帧分配 内存 。
½ ½
 
½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½
½ ½½ ; / F½
F½   ½ ½ ½
½
½
½ () / ½½½ 为 
½
½
A ½½½ 式 
VF½ 格
6 ½½½ ½½ ½ ) 打 开 编 码 器 。
) ½ ½ ½  ½ ½( :
 
7 ½ ½½½ ½ )
) ½ ½   ½ ½( :从视频流 中读取一帧视频 
½ ½
数据 。
 
电子技 术 
8 ½½½ ½½½½ ½ (:编码一帧视频数据 。
)½½ ½½½½ ½ ½ )
½
½
 
9 ½½ ½ ½ ½ ( :关 闭编码器 。
)½ ½½ ½ ½ ½ )
½
 
½
1) ½½½ ½ ½ ½½ ½ 
½ 
0 ½ ½½ ½ ½  ½ ½
½
( :关 闭视频摄像
½  ½ ½
½
头文件 。
 
W½½ ½ 操½ 系统 相结 合 的跨 平 台上,
½½ ½
实 ̄F ½ ½ 
F ½½
3接收处理 端 
的编解 码 ,
为实 际嵌入 式 视频 监控 系统 的视频 压缩 
接 收处 理端可 以与任 意一个采 集发送 端进 行连  传输设计,
提供 了一种可行 的方法 。E
½
 
接通 信 。连接后 可 以接收采 集发送 端发送 的视 频数 
据,
经过F ½ ½解码 后显示 。
F ½½
 
参考文献 
3 1F ½½½
。 F ½解码 
 
[½ 肖政宏,
韩秋风,
朱½群.
基于A M和D½ 的远程 
用F ½ ½ 解码 的流程 与编码 的流 程 大致相 同,
F ½½
 
视频监控系统 的设计 与实现 [½ 计算机科学与 
J.
只是解码 的核 心½数为½ ½½½ ½½ ½  ½½  )
½½ ½  ½½ ½½½ ½½ 。接 
工 程 , 0 62 () 35 .
2 0 ,89: —5
 
收处理端接 收到一帧数据后,
通过½½½ ½  ½)
½ ½ ½½½½ 存储  [½杨海 山,
½ ½(
½东健 .
基于A M ̄ L½ ½
R D ½ 的视频采集 
½
到 A ½ ½½ 式 的 内 存 空 间 中 , 然 后 再 ½ 用 
VF ½ 格
系统研 究与开发 [½ 微计算机信息, 092 (1
J.
2 0 , 1—
5  
½½½ ½½ ½½
½ ½ )
½½½
½ ½ ½
½ ½( ½数进行解码 。其解码 流程 
½
2 :2 — 2 .
、 1 2 1 4 
如 图3 示 :
 
[½ 赖 于 树 . M 微 处 理器 与应 用 开 发 [½
AR
M.
 
½
 
鄹 
橱堋 》
 
 
辩∞ ½
  
孵   
½
0 
北京 :
电子 工业 出版 社 ,2 0 .
07
 
 
1 ½½ 伪 (
 
畦如   )
 
 
∞瞳 
½ )
½《  
 
_ ½ ( 
蒌½ 》
½
 
J½ 0 
 
显示凝额 
删#
越 
½ 《  
½ )
卅洫  ½ 皿 ( 
½
_ 》
[½魏永 明, 刚,
姜君.½ ½
L½ 设备驱动程 序 [½
½
M.
 
北京 :
中½电力 出版社. 0 .
2 2
0  
[½冯 ½进.
嵌入式L½ ½ ̄
½ S动程序 设计从入 门到精 
½
通 [½ 北京 :
M.
清华大学 出版社, 0 81216
2 0 : —4 .
 
[½蒋志峰. MP G的快速音视频开发方法 [½
F E
J.
 
单 片 机 与 嵌入 式 系 统 应 用 ,0 81:97 .
2 0 () .1
 
[½郑旭东,
张培仁,
高修峰, 嵌入式½络视频监控 
等.
系 统 [½ 仪表 技术 与传感 器, 0 60 ) 42 .
J.
2 0 (8: —6
 
3 2视频 显示 
½者 简介:
 
F ½½ ½ H 2 4
F ½ 对 .6 解码 出来 格 式是Y (4 0格 
UV . 2 )
½
辛长春 ,男 ,山东 临沂人 ,硕士 生 ,主要从事 
式 , 要 ½ 换 成 RGB( ½ 2 ) 式 显 示 , ½ 用 
. ½ 4格
½
图像编解码方面 的研 究。
 
F MP G中的S S½½ ( ½数可 以实现格 式½换 。
F E
W  ½½ )
½
 
收稿 日期 :2 ½一 9 2 
02O—7
显示视频采用 的是O ½C
½½ V。显示 的核心½数是 
基 金支 持 :北京 市 自然科 学基 金 (1 2 2 ) 
4 0 00 ,
½S ½ I ½ (½½ ½ , ½ ½ *½½,将 得到 的
½ ½ ½ ½½½ ½½*½½½½½ ½ ½
½ ½½
 
北京市属 高等学校人才 强教计划资助项 目
 
R B . ½ 4格式数据 ½换为O ½C 格式 的½ ½ ½ 
G (½ 2 )
½
½½ V
½ ½½ ½
½
( XM 2 ½ 1 2 4 1 5 3)
0½ 0 4 2  1 3 3  
数据 ,然后显示在监控 窗 口上 ,如 图4
所示 :
 
图4 监 控 画 面 ( 见 右 栏 )
 
4 结束语 
随着视频压缩技术 的发 展成熟,
嵌入式视频监控 
逐渐 在监 控领 域 占有 重要 地½ 。以¥ C 4 0
3 2 4 为嵌入 
式硬件平 台,
通过摄像 头采集数据,
在嵌入式L½ ½
½ 与 
½
 
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