摘要: 本文配合智能樓宇系統(tǒng)集成軟件的開發(fā)，針對具體應(yīng)用系統(tǒng)的特點，開發(fā)了基于軟件的網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控服務(wù)器服務(wù)程序和客戶端軟件，文中詳細論述了基于程序的軟視頻服務(wù)器的基本原理，并給出了具體的軟件實現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控 視頻服務(wù)器 TCP/IP協(xié)議 組播 1、引言 視頻監(jiān)控是智能樓宇系統(tǒng)中的重要組成部分，對于加強內(nèi)部和外部人員的管理，應(yīng)付突發(fā)事件、安全防盜和事故追蹤等方面都有著重要的作用[1]。隨著Intertnet的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化也成為主要的技術(shù)發(fā)展趨勢。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，可以使用戶不受地點的限制而方便地進行遠程監(jiān)控。實現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化后，用戶機只需安裝普通的瀏覽器即可實現(xiàn)遠程監(jiān)控，而無須安裝客戶端程序，大大簡化系統(tǒng)的安裝和實現(xiàn)。目前實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控的方案主要有兩種：第一種，使用專用的嵌入式的視頻服務(wù)器，比如荷蘭的AXIS2400[2]（四通道MpegI格式）、臺灣一碩產(chǎn)的（單/雙/四通道，Mpeg4格式）[3]等。第二種就是使用程序?qū)崿F(xiàn)的軟件視頻服務(wù)器[4]。兩種方案各有千秋，前一種需用專門硬件設(shè)備，開發(fā)周期短，畫面質(zhì)量高，但成本費用高，靈活性低，尤其是與不同視頻監(jiān)控主機的通信連接仍然需要軟件配合；相比之下采用程序?qū)崿F(xiàn)的軟件化視頻服務(wù)器成本低，靈活性高，可以方便滿足用戶提出的各種需求，但同時開發(fā)周期相對要長。本文配合智能樓宇系統(tǒng)集成軟件的開發(fā)[5]，針對具體應(yīng)用系統(tǒng)的特點，開發(fā)了基于軟件的網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控服務(wù)器服務(wù)程序和客戶端軟件，文中詳細論述基于程序的軟視頻服務(wù)器的基本原理，并給出了具體的軟件實現(xiàn)。 2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能概述 應(yīng)用系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)是在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上，通過串口通信控制視頻監(jiān)控矩陣主機進行通道切換，選擇指定的監(jiān)控畫面，再經(jīng)視頻捕捉卡捕捉、軟件壓縮，再通過web服務(wù)傳送到網(wǎng)絡(luò)上的遠程客戶程序，遠程客戶端瀏覽器借助下載的Java小程序?qū)崿F(xiàn)解壓、回放。 圖1 應(yīng)用系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 應(yīng)用系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。視頻服務(wù)程序調(diào)用圖像卡供應(yīng)商提供的的DLL庫采集視頻流數(shù)據(jù)，然后調(diào)用JPEG庫將采集到的DIB圖像壓縮為JPEG圖像，再通過UDP協(xié)議的WinSocket套接字發(fā)送給客戶。視頻服務(wù)程序與客戶端的交互是借助于運行在客戶端的JavaApplet小程序?qū)崿F(xiàn)的。JavaApplet內(nèi)嵌在網(wǎng)頁中，當(dāng)用戶訪問系統(tǒng)時，JavaApplet小程序隨同html文件下載到客戶端并由IE瀏覽器解釋執(zhí)行。當(dāng)用戶在切換攝像頭時，JavaApplet將選中的攝像頭位號提交給視頻服務(wù)程序。視頻服務(wù)程序通過RS-232串口通信將切換報文發(fā)送給AD196矩陣切換機，由AD196進行視頻通道的切換。 在應(yīng)用系統(tǒng)中使用的矩陣切換機為AD196，該機有8個RS-232控制端口。操作內(nèi)容包括：攝像機監(jiān)視器的切換、巡視、序列控制、PTZ（云臺）控制和報警接口等。RS-232端口接收的控制命令均為ASCII碼。為了保證云臺運動的連續(xù)實時性，指定動作的ASCII碼及緊隨的終止符最少必須發(fā)送5次，重復(fù)發(fā)送直到動作取消，為了確保動作的連續(xù)平滑，必須以每秒鐘15次的速率發(fā)送。 圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖 另外，在系統(tǒng)的實現(xiàn)中使用JPEG標(biāo)準(zhǔn)進行圖像壓縮而不采用MPEG標(biāo)準(zhǔn)是基于如下原因考慮的。由于系統(tǒng)使用基于TCP/IP協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)傳輸，并且采用基于UDP協(xié)議的組播方式。而TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)傳輸存在網(wǎng)絡(luò)阻塞、數(shù)據(jù)丟失等隱患。由于MPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)進行幀間壓縮，發(fā)送的只是幀間的差值。若網(wǎng)絡(luò)發(fā)生阻塞，丟失了一幀信息，后面的幀將無法正確恢復(fù)，只有重新傳輸上一幀。這無疑會產(chǎn)生很大延時，無法滿足監(jiān)控系統(tǒng)實時性的要求。JPEG標(biāo)準(zhǔn)只對每一幀圖像進行壓縮,各幀之間不進行幀間壓縮。這種方式的數(shù)據(jù)量較MPEG方式有所增加但是增加的數(shù)據(jù)對系統(tǒng)性能的影響不是很大，如：圖像卡采集的圖像為320×240、RGB24位的DIB圖像，經(jīng)過壓縮每幀圖像的數(shù)據(jù)大概為5Kb，發(fā)送的幀率按15幀/s計算，每秒的數(shù)據(jù)量為75kb/s，從結(jié)果可以知道并不會占用太多的帶寬。另外，更重要的一點是，采用JPEG進行網(wǎng)絡(luò)傳輸時，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)短暫阻塞，可將當(dāng)前的幀拋棄而不影響下一幀的圖像恢復(fù)，因而能夠保證監(jiān)控系統(tǒng)實時性的要求，而對于監(jiān)控系統(tǒng)的圖像傳輸來說,實時性是第一位的。 3、TCP/IP協(xié)議及IP組播 網(wǎng)絡(luò)通信的方法主要有：基于TCP或UDP協(xié)議的點對點式、基于UDP協(xié)議的廣播和組播。其中TCP協(xié)議是面向連接的，在交換數(shù)據(jù)前，通信主機和客戶機間必須建立連接。另外，TCP協(xié)議提供差錯校驗、丟幀重發(fā)等傳輸機制，這些特性使得TCP協(xié)議可以提供高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸。同時，這些特點又帶來一些負面影響：占用較多的系統(tǒng)資源，特別是面向多連接的應(yīng)用時，頻繁的建立連接會占用大量的系統(tǒng)資源，在遇到網(wǎng)絡(luò)阻塞時，數(shù)據(jù)幀的丟失會導(dǎo)使不斷地重發(fā)丟失數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性大大降低。所以，TCP協(xié)議一般應(yīng)用于對數(shù)據(jù)可靠性要求很高，而對實時性的要求相對不高的情況下。UDP協(xié)議與TCP協(xié)議不同，是不面向連接的。由于取消了差錯校驗、丟幀重發(fā)機制，因而提供的服務(wù)是不可靠的，但是其快速性則提高。還有一點重要的是，UDP協(xié)議支持IP組播，這就為單點對多點或多點對多點實時數(shù)據(jù)傳送提供了可能。 圖 3單播和多播 在本系統(tǒng)中，由于監(jiān)控系統(tǒng)對實時性的要求高，需要連續(xù)傳送的圖像信息量很大。如果采用點對點的方式，對每幀圖像服務(wù)器都必須向每個連接的客戶機發(fā)送一次，數(shù)據(jù)的發(fā)送量和響應(yīng)時間都與客戶的數(shù)目成正比，使得服務(wù)器不能及時響應(yīng)客戶端的請求，同時占用了網(wǎng)絡(luò)帶寬，使系統(tǒng)整體效能將大大降低了。而采用基于UDP協(xié)議的IP組播方式可以很好的解決這個問題。IP組播是指在互聯(lián)網(wǎng)上對一組IP站點同時進行數(shù)據(jù)傳送，發(fā)送方只需發(fā)一次數(shù)據(jù)，加入組播組的客戶機都能接收到數(shù)據(jù)報。每一個站點都可以動態(tài)的加入或退出該組播組。IP組播允許一點對多點或多點對多點通信。單播和組播的比較如圖3所示。在IPv4中使用D類IP地址，它動態(tài)分配和恢復(fù)地址范圍是224.0.0到239.255.255.255。其中224.0.0.0到224.0.0.255為局部聯(lián)接多播地址。當(dāng)需要將多播范圍擴展到廣域網(wǎng)時，需要有路由器轉(zhuǎn)發(fā)多播數(shù)據(jù)。同時需要使用Inernet組管理協(xié)議（IGMP）。WINSOCK2系統(tǒng)中提供了對IP多播的支持，它是一個與協(xié)議無關(guān)的、具有實時網(wǎng)絡(luò)傳輸能力的網(wǎng)絡(luò)接口。WINSOCK多播模型中定義了數(shù)據(jù)面和控制面的概念?？刂泼鏇Q定一個多播組建立通信的方式，數(shù)據(jù)面決定通信成員間數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?。兩平面均采用“無”根模式，任一用戶所發(fā)送的數(shù)據(jù)都將被傳送到組中所有的成員。數(shù)據(jù)報的發(fā)送者需指定一個多播地址為目的地址，向該多播地址發(fā)送數(shù)據(jù)即可。數(shù)據(jù)的接收者可以通過分組原地址端口來區(qū)別發(fā)送源。 在系統(tǒng)實現(xiàn)時，采取了一些有效的措施以提高系統(tǒng)整體的效率和效能。為了保證服務(wù)器端和客戶端傳遞握手信號和控制命令的可靠性，采用可靠的TCP協(xié)議，以確?？蛻舳说恼埱竽軌驕?zhǔn)確地到達服務(wù)器端并得到響應(yīng)。在實現(xiàn)時，為了提高系統(tǒng)資源的使用效率，采用請求——應(yīng)答的方式：每當(dāng)新客戶欲查看監(jiān)控圖像時，必須向服務(wù)器發(fā)出請求，服務(wù)器將該客戶加入用戶使用紀(jì)錄表里；在客戶端離開多播組時也必須發(fā)出離開信息，服務(wù)器實時更改用戶使用紀(jì)錄表，以便能夠準(zhǔn)確地了解當(dāng)前客戶的情況，合理分配系統(tǒng)資源。為了減少客戶間的沖突，視頻服務(wù)程序為每個視頻通道分配一個組播地址，查看同一通道的客戶加入到同一組播組，如果切換到其它通道，則必須先離開當(dāng)前的多播組，然后加入新的多播組。 4、軟件實現(xiàn) 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部分的程序框圖如圖4所示。其中，主線程始終在偵聽客戶端的請求，為每一個新的聯(lián)接請求創(chuàng)建一個接受線程。接受線程負責(zé)與其對應(yīng)的客戶端進行數(shù)據(jù)通信。 與AD196通信的部分代碼如下： 1）切換攝像機圖像到當(dāng)前的視頻通道。發(fā)送切換視頻通道報文“*Ma”，“*”號代表所選定的視頻通道；發(fā)送切換攝像機報文“*#a”,“*”號代表選定的攝像機。 … … // 發(fā)送切換Camera報文 // 1. select channel DataSnd = strMonNum + "Ma"; m_SASComm.SetOutput(COleVariant(DataSnd)); //將Cstring型賦給COleVariant， //以文本形式發(fā)送數(shù)據(jù) // 2. select camera DataSnd = strCamNum + "#a"; m_SASComm.SetOutput(COleVariant(DataSnd)); … …. 2）控制云臺運動。串口發(fā)送云臺運動報文，例如云臺向左轉(zhuǎn)報文“2La”。 // 控制云臺向左 void CAVDlg::OnPanleft() { // TODO: Add your control notification handler code here m_BPanLeft.flag = 1; //向左轉(zhuǎn)的標(biāo)志 CString DataSnd; if (m_SASComm.GetPortOpen()) { DataSnd = "2La"; //以2級的速度向左轉(zhuǎn) m_SASComm.SetOutput(COleVariant(DataSnd)); } if (m_BPanLeft.flag = 0) { DataSnd = "0La"; //發(fā)送停止向左轉(zhuǎn)的命令 m_SASComm.SetOutput(COleVariant(DataSnd)); } } 圖4 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序框圖 5、結(jié)束語 本文所介紹的視頻服務(wù)器系統(tǒng)已成功用于某供電公司調(diào)度大樓的智能樓宇集成系統(tǒng)中，并取得了較好的效果?？蛻魹g覽器顯示的圖像較流暢，局域網(wǎng)條件下圖像幀率可達到10－15幀/秒，而且可以同時滿足多個客戶的連接請求。本系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境為Visual C++6.0,運行的平臺為windows2000professial /天敏SDK2000圖像采集卡。由于本系統(tǒng)的靈活性高，系統(tǒng)的可擴展性高，如可方便地增加圖像監(jiān)視報警等功能。 參考文獻 1、劉富強著. 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用 機械工業(yè)出版社 2003. 2、《AXIS 視頻服務(wù)器管理手冊》，瑞典AXIS公司。 3、《臺灣一碩PIXORD系列視頻服務(wù)器手冊》，南京數(shù)怡通科技有限公司 4、張有為. 多組ＩＰ組播在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用. 計算機應(yīng)用 2003.5 5、王選龍等. 智能建筑物信息管理系統(tǒng)中的系統(tǒng)集成軟件開發(fā) 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