現(xiàn)有的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)原理上大致分為兩類(lèi)，一類(lèi)為基于傳統(tǒng)Internet的有線式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，另一類(lèi)為基于GSM等無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)[1]，后者在工程造價(jià)、產(chǎn)品維護(hù)和市場(chǎng)前景上有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。但現(xiàn)有的無(wú)線監(jiān)控設(shè)備功能相對(duì)單一。隨著3G" title="3G" target="_blank">3G等高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的普及，基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)將成為新的研究熱點(diǎn)。“遠(yuǎn)程無(wú)線綜合監(jiān)控系統(tǒng)”正是利用了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)分散的遠(yuǎn)程地點(diǎn)的綜合監(jiān)控，如視頻、溫度、電氣設(shè)備使用情況等。還可以根據(jù)需要增加如濕度監(jiān)測(cè)等其他監(jiān)測(cè)。由于其具有良好的適應(yīng)性以及相對(duì)低廉的價(jià)格，易于進(jìn)行推廣，有廣闊的市場(chǎng)前景。
1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)采用兩臺(tái)計(jì)算機(jī)分別作為客戶(hù)機(jī)和服務(wù)機(jī)，服務(wù)端由服務(wù)機(jī)及以單片機(jī)為中心的各個(gè)控制模塊組成，包括攝像頭采集圖像模塊、云臺(tái)控制模塊、無(wú)線發(fā)送和接收模塊及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模塊?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模塊具有溫度采集、人體紅外檢測(cè)、電氣設(shè)備通斷控制和聲光報(bào)警功能?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模塊與服務(wù)機(jī)之間通過(guò)無(wú)線傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模塊不受服務(wù)機(jī)位置的限制，而且可為多個(gè)，分別監(jiān)控不同地點(diǎn)的數(shù)據(jù)。服務(wù)機(jī)接收到圖像信息、溫度和紅外等數(shù)據(jù)后，將其壓縮打包，通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給客戶(hù)機(jī)?？蛻?hù)機(jī)接收到圖像后通過(guò)雙線性?xún)?nèi)插算法對(duì)圖像進(jìn)行呈現(xiàn)，并實(shí)時(shí)顯示被檢測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)，如繪制現(xiàn)場(chǎng)溫度曲線、電氣通斷狀態(tài)、有人進(jìn)入時(shí)報(bào)警等，而且能遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)電氣的狀態(tài)。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

2 服務(wù)機(jī)編程實(shí)現(xiàn)
2.1 MFC程序構(gòu)架
    遠(yuǎn)程控制端MFC程序框架如圖2所示。

2.2現(xiàn)場(chǎng)采集端程序構(gòu)架的實(shí)現(xiàn)
    圖像采集使用數(shù)字視頻軟件開(kāi)發(fā)包VFW(Video for Windows)提供的圖像采集接口函數(shù)：
    m_capwnd=capCreateCaptureWindow("Capture",WS_CHILD|
S_VISIBLE,x,y,WIDTH,HEIGHT,pDlg->GetSafeHwnd(  ), 0);
    為了實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)傳輸，必須減少發(fā)送圖像的冗余信息，本系統(tǒng)的圖像編碼和壓縮使用H.264編碼圖像[2]，遠(yuǎn)程監(jiān)控端通過(guò)注冊(cè)回調(diào)函數(shù)，在采集到一幀圖像后調(diào)用回調(diào)函數(shù)，在回調(diào)函數(shù)中調(diào)用圖像壓縮函數(shù)進(jìn)行圖像的編碼壓縮。
3 客戶(hù)機(jī)編程實(shí)現(xiàn)
3.1 MFC程序構(gòu)架
    客戶(hù)機(jī)端MFC程序構(gòu)架如圖3所示。

3.2 客戶(hù)機(jī)程序構(gòu)架的實(shí)現(xiàn)
　客戶(hù)機(jī)端接收到的圖像數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)解碼才能進(jìn)行預(yù)覽，系統(tǒng)的解碼器實(shí)現(xiàn)函數(shù)如下：
    bool VideoCodec::EncodeVideoData(char* pin, int inlen, char*pout,long*outlen,BOOL*pKey)   //配置解碼器參數(shù)
    系統(tǒng)采集的圖像分辨率為176×144，圖像的尺寸很小。為了能更好地預(yù)覽圖像，系統(tǒng)采用了雙線性?xún)?nèi)插值算法[3]來(lái)放大圖像。算法描述如下:
    對(duì)于一個(gè)目的像素，設(shè)置通過(guò)反向變換得到的浮點(diǎn)坐標(biāo)為(i+u,j+v)。其中,i、j均為浮點(diǎn)坐標(biāo)的整數(shù)部分，u、v為浮點(diǎn)坐標(biāo)的小數(shù)部分，為取值[0,1)區(qū)間的浮點(diǎn)數(shù)。則這個(gè)像素值f(i+u,j+v)可由原圖像中坐標(biāo)為(i,j)、(i+1,j)、(i,j+1)、(i+1,j+1)所對(duì)應(yīng)的周?chē)?個(gè)像素的值決定，即：
    f(i+u,j+v)=(1-u)(1-v)f(i,j)+(1-u)vf(i,j+1)+u(1-v)f(i+1,j)+uvf(i+1,j+1)
其中，f(i,j)表示源圖像(i,j)處的像素值，以此類(lèi)推。雙線性?xún)?nèi)插值算法的計(jì)算量大，但是比最鄰近插值法[4]放大的圖像好,不會(huì)出現(xiàn)像素不連續(xù)的情況。
4 傳輸協(xié)議的選擇
4.1視頻數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議
    視頻監(jiān)控系統(tǒng)處理后的圖像需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。由于數(shù)字視頻傳輸?shù)男畔⒘看蠖鴤鬏攷捰邢?，使得網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的選擇成為視頻在網(wǎng)絡(luò)傳輸中的關(guān)鍵技術(shù)，它將直接影響到數(shù)字視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性能和通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸以后客戶(hù)端接收的視頻圖像質(zhì)量。由于TCP協(xié)議具有錯(cuò)誤重傳機(jī)制、擁塞控制機(jī)制、報(bào)文頭比較大以及啟動(dòng)需要建立連接等特性，因此無(wú)法保證實(shí)時(shí)性，很難適應(yīng)視頻通信[5]。而實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP由底層協(xié)議UDP承載[6]，由二者共同完成傳輸層協(xié)議功能。而UDP協(xié)議只是傳輸數(shù)據(jù)包，不管數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臅r(shí)間順序，RTP協(xié)議則提供時(shí)間標(biāo)簽、序列號(hào)以及用于控制適時(shí)數(shù)據(jù)的流放的其他結(jié)構(gòu)。UDP的多路復(fù)用可使RTP協(xié)議利用支持顯式的多點(diǎn)投遞，可以滿(mǎn)足多媒體會(huì)話的需求。
    RTP相關(guān)設(shè)置函數(shù)：
　    m_sessparams.SetOwnTimestampUnit(1.0/10.0);
//設(shè)置時(shí)間同步
    m_sessparams.SetUsePollThread(1);         
                                     //開(kāi)啟Poll線程
    m_sessparams.SetMaximumPacketSize(64*1024-1);
                                    //設(shè)置最大包大小
     m_transparams.SetPortbase(REMOT_PORT_VIDEO);
   //本地端口
     var=m_sess.Create(m_sessparams,&m_transparams);
//創(chuàng)建會(huì)話
4.2環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及客戶(hù)控制數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議
    TCP協(xié)議提供了可靠的傳輸服務(wù)，包括報(bào)文序列、流控制、差錯(cuò)檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)等。因無(wú)線采集端送到服務(wù)器端的數(shù)據(jù)量很小(大約12 B/s)，在傳輸過(guò)程中監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)不容許有丟包、誤碼等錯(cuò)誤的發(fā)生，因此采用TCP作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及控制命令數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)議，以保證傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)的可靠性。
    TCP相關(guān)設(shè)置函數(shù)：
    m_CtrlSocket.TcpSocketInit(LOCAL_PORT_CONTROL,0,0,
    s_add);    //TCP初始化
    m_CtrlSocket.SetTimeOut(5); //設(shè)置連接超時(shí)時(shí)間
    LRESULT CClientDlg::OnComSocket(WPARAM wParam,
    LPARAM lParam);   //事件通知函數(shù)
5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
    當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)占網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)抓包，根據(jù)數(shù)據(jù)包端口分析的視頻數(shù)據(jù)每秒可達(dá)到30幀(每6幀一個(gè)關(guān)鍵幀),接收端圖像大小為640×480，網(wǎng)絡(luò)流量約為30 KB/s,如圖4所示，而如圖5所示的有線傳輸時(shí)流量約為35 KB/s。其原因是服務(wù)端上行速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于下行速率,表現(xiàn)在宏觀上,當(dāng)用3G傳輸時(shí)較有線傳輸有約3 s的延遲。通過(guò)分析VC++輸出，可知現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)大約為每秒接收6個(gè)數(shù)據(jù)包(采集端1和采集端2各3個(gè)數(shù)據(jù)包)，流量約為12 B/s。

    通過(guò)分析以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)數(shù)據(jù)流量基本能適應(yīng)3G網(wǎng)絡(luò)的帶寬，系統(tǒng)也基本實(shí)現(xiàn)了視頻傳輸?shù)目焖傩?、?shí)時(shí)性，而控制數(shù)據(jù)和監(jiān)控端采集的數(shù)據(jù)包均無(wú)丟失，從而實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)與控制的可靠性，系統(tǒng)運(yùn)行效果良好。
    遠(yuǎn)程無(wú)線綜合監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)在眾多領(lǐng)域中得到應(yīng)用，例如無(wú)人車(chē)間、電站以及需要測(cè)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)但不便于鋪設(shè)線纜的場(chǎng)所。本系統(tǒng)采用的是采集端與服務(wù)器分離的結(jié)構(gòu)，通過(guò)無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，在空間上打破了利用電纜傳輸數(shù)據(jù)的局限性，所有的數(shù)據(jù)均經(jīng)過(guò)特定的編碼，編碼范圍為0~255。用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要配上合適的編碼即可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)控，具有良好的可擴(kuò)展性。如果應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，系統(tǒng)中的客戶(hù)機(jī)和服務(wù)機(jī)均可由工控機(jī)代替，數(shù)據(jù)采集端為簡(jiǎn)單的單片機(jī)系統(tǒng)，用戶(hù)在具備客戶(hù)機(jī)與服務(wù)器的情況下若要增加監(jiān)控端，僅需要增加數(shù)據(jù)采集端即可，價(jià)格非常低。另外，伴隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)帶寬會(huì)有更大的提高，而基于3G網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以利用網(wǎng)絡(luò)的快速性，更好地滿(mǎn)足人們的需求，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確。因此，在未來(lái)幾年里，無(wú)線綜合監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)有極大的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)
[1] CHAVEZ J L. A remote irrigation monitoring and  control system for continuous move systems. Part
 A: description and development[J]. Precision Agriculture,2010,11(1):1-10.
[2] 斯文克.Visual C++ MFC編程實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.
[3] WANG J X. On parallelizing H.264/AVC rate-distortion optimization baseline profile encoder[J].
 Jorunal of Information Science and Engineering, 2000,26(2):409-426.
[4] 馮永明， 楊東勇， 盧瑾.全方位圖像展開(kāi)的雙線性?xún)?nèi)插值法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2008,44
(15)：54-55，78
[5]  劉麗君,駱婷.插值法在圖像處理中的應(yīng)用[J]. 電子科學(xué)，2009,15:9-10.
[6]  孫桂斌.基于TCP／IP協(xié)議多客戶(hù)連接的服務(wù)端程序?qū)?現(xiàn)[J].網(wǎng)絡(luò)與通信，2009,29(7)：83-85.
[7]    SEO K D. A practical RTP packetization scheme for SVC     video transport over IP networks[J].Etri Journal, 2010,32(2):281-291.