摘 要： 設(shè)計(jì)了一種智能綜合安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有移動(dòng)、固定監(jiān)控二種監(jiān)控形式，監(jiān)控信息包含了現(xiàn)場(chǎng)音、視頻信息，提供了網(wǎng)絡(luò)Web和手機(jī)監(jiān)控播放二種查看監(jiān)控信息方式，可以即時(shí)查看，也可以反復(fù)播放分析，采用基于RTP/RTCP自適應(yīng)流量控制技術(shù)來實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)控到的現(xiàn)場(chǎng)音、視頻信息。
關(guān)鍵詞： 流媒體； 監(jiān)控播放器； RTP/RTCP； 監(jiān)控系統(tǒng)； 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)
從金融、商業(yè)、港口、交通、煤礦生產(chǎn)乃至住宅、社區(qū)等領(lǐng)域，其安全的監(jiān)控和完善的管理都顯得格外重要。而當(dāng)前的一些監(jiān)控系統(tǒng)存在很多不足：(1)監(jiān)控的范圍非常有限,只能提供局部的環(huán)境信息；(2)靈活性差，很容易受氣候環(huán)境的影響；(3)監(jiān)控傳輸?shù)男畔①|(zhì)量差，誤報(bào)率高，如只能提供文字信息或時(shí)斷時(shí)續(xù)的聲音、模糊的圖片；(4)沒有充分利用當(dāng)前發(fā)達(dá)的無線、有線網(wǎng)絡(luò)和紅外線等資源，更沒有利用手機(jī)作為監(jiān)控器。特別是當(dāng)前的監(jiān)控系統(tǒng)只有固定的監(jiān)控端。為此，考慮到當(dāng)前發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)資源、覆蓋范圍大的無線信號(hào)以及手機(jī)的應(yīng)用越來越來普及，把監(jiān)控作為一項(xiàng)手機(jī)功能的拓展，在傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入手機(jī)作為移動(dòng)監(jiān)控端,將有很好的應(yīng)用前景。
當(dāng)前手機(jī)信號(hào)覆蓋區(qū)域越來越大，同時(shí)手機(jī)非常普及并能實(shí)時(shí)提取和傳輸音、視頻信息，從而成為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的一種有效和便捷工具。加入了手機(jī)作為監(jiān)視器的智能綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)具有監(jiān)控方便、移動(dòng)性好、信息量大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，這樣的智能綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)就像一個(gè)保護(hù)網(wǎng)一樣，提供了移動(dòng)和固定兩種監(jiān)控方式。根據(jù)各監(jiān)視點(diǎn)反饋的信息，管理人員可針對(duì)一些突發(fā)事件，迅速做出正確的判斷，發(fā)出指揮、調(diào)度和處理方案。如此的智能綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)將有很好的應(yīng)用前景。
1 設(shè)計(jì)思想和技術(shù)選擇
智能綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)是由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備、監(jiān)控服務(wù)器和監(jiān)控客戶端構(gòu)成?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備包括數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、控制云臺(tái)、矩陣主機(jī)和模擬數(shù)字化設(shè)備、紅外線、雷達(dá)等。而監(jiān)控服務(wù)器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備發(fā)來的信息進(jìn)行驗(yàn)證、分發(fā)、處理和保存，并同時(shí)告知綁定用戶通過手機(jī)或通過Internet查看現(xiàn)場(chǎng)信息。這樣大大提高了監(jiān)控系統(tǒng)的覆蓋面和靈活性。
實(shí)時(shí)音、視頻信息的有效、高質(zhì)量的傳輸是實(shí)現(xiàn)智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。為了保證數(shù)據(jù)流具有嚴(yán)格的前后時(shí)序關(guān)系，采用流媒體技術(shù)[1]，使音頻和視頻形成穩(wěn)定、連續(xù)的傳輸流和回放流。采用的方案是應(yīng)用服務(wù)器將接收到的音、視頻多媒體信息進(jìn)行特定的壓縮處理[2]，同時(shí)不停地向監(jiān)視器連續(xù)、實(shí)時(shí)地傳輸，監(jiān)視器可以一邊下載一邊查看。為了克服手機(jī)緩沖能力有限和處理速度較低等不足，并且減少流的抖動(dòng)，在系統(tǒng)傳輸中采用基于RTP/RTCP[3]自適應(yīng)流量控制技術(shù)，這種技術(shù)是基于發(fā)送方的流量控制機(jī)制，由接收方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)流的信息，再反饋給發(fā)送方，發(fā)送方綜合考慮長期網(wǎng)絡(luò)背景和當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，采用變常數(shù)增長或變常數(shù)減少的方法對(duì)發(fā)送速度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，避免網(wǎng)絡(luò)的擁塞，使實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量得到保證，解決了無線網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)產(chǎn)生的高誤碼率和帶寬時(shí)變等問題，使手機(jī)用戶通過無線網(wǎng)絡(luò)接收到比較流暢的媒體流。
2 系統(tǒng)的組成與功能
智能綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備、監(jiān)控服務(wù)器和監(jiān)控客戶端三大模塊組成[4]，系統(tǒng)模型如圖1所示。
2.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備包括數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、控制云臺(tái)、矩陣主機(jī)和模擬數(shù)字化設(shè)備、紅外線等，通過這些監(jiān)控設(shè)備能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全天候的監(jiān)視。矩陣主機(jī)一般可以控制256路攝像機(jī)，利用矩陣主機(jī)的控制鍵盤可以靈活操縱各路攝像機(jī)，從而增加監(jiān)控范圍和靈活性。這些監(jiān)控設(shè)備不間斷地將音、視頻信息發(fā)送到主控服務(wù)器。
2.2 監(jiān)控服務(wù)器
監(jiān)控服務(wù)器是多媒體數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的核心，包括網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)器、硬盤錄像機(jī)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)器接收各客戶端發(fā)來的控制命令，根據(jù)優(yōu)先級(jí)別翻譯轉(zhuǎn)發(fā)給各種硬件設(shè)備(主要是矩陣主機(jī)和圖像數(shù)字化設(shè)備)，完成對(duì)各種硬件設(shè)備的控制，同時(shí)收集和轉(zhuǎn)發(fā)硬件設(shè)備的各種狀態(tài)信息，并實(shí)時(shí)通知綁定用戶通過監(jiān)視器查看，提供監(jiān)控端的實(shí)時(shí)音視頻查詢、歷史數(shù)據(jù)的查詢和實(shí)時(shí)信息分析處理等面向客戶的應(yīng)用性服務(wù)。由于系統(tǒng)需要存儲(chǔ)大量的視頻信息，所以專門建立了一個(gè)硬盤錄像機(jī)，用來存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)傳輸過來的各攝像機(jī)拍攝的視頻信號(hào)，同時(shí)接受各分控端觀看錄像的要求，為各客戶端用戶提供實(shí)時(shí)視頻信號(hào)。系統(tǒng)中使用了大量的數(shù)據(jù)庫表，包括攝像頭信息表、地圖和子地圖信息表、報(bào)警器信息表、報(bào)警器預(yù)設(shè)信息表、視頻通道的設(shè)置信息表、用戶帳號(hào)與用戶權(quán)限表、硬盤錄像機(jī)的信息設(shè)置表、硬盤錄像的定時(shí)時(shí)段設(shè)置表、操作日志記錄表、硬盤錄像存放位置表等。為了方便用戶對(duì)這些數(shù)據(jù)表進(jìn)行操作和管理，專門增加了1臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
2.3 監(jiān)控客戶端
監(jiān)控客戶端主要包括兩類用戶：常規(guī)固定監(jiān)控客戶端和移動(dòng)手機(jī)監(jiān)控客戶端。主要負(fù)責(zé)日常的監(jiān)控管理，可以設(shè)置本區(qū)域的監(jiān)控布防圖，配置本區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)的視頻輸入、視頻輸出、報(bào)警聯(lián)動(dòng)裝置等?？蛻舳颂峁┮粋€(gè)模擬鍵盤，可以向服務(wù)器發(fā)出各種云臺(tái)控制命令。服務(wù)器將這些控制命令翻譯后轉(zhuǎn)發(fā)給矩陣主機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各攝像機(jī)的控制。同時(shí)，客戶端用戶可以向服務(wù)器提出調(diào)看某一路錄像的申請(qǐng)，實(shí)時(shí)監(jiān)視某一現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況。
監(jiān)控客戶端還提供Web和手機(jī)監(jiān)控播放二種模式查看報(bào)警信息，也可以按要求自定義查看歷史數(shù)據(jù)信息?？蛻舳耍ń壎ㄊ謾C(jī)用戶）得到現(xiàn)場(chǎng)信息后，可以啟動(dòng)手機(jī)播放器對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的音、視頻進(jìn)行監(jiān)聽,也可以根據(jù)服務(wù)器發(fā)送過來的口令登入到相應(yīng)的站點(diǎn)(Web)進(jìn)行在線觀看。增加了移動(dòng)手機(jī)的監(jiān)控，使得本智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有很大的靈活機(jī)動(dòng)性。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是在VisualC++6．0環(huán)境下[5],采用H．263/H．264視頻編碼[6-7]、G726音頻壓縮編碼。傳輸控制子系統(tǒng)是基于RTP／RTCP協(xié)議構(gòu)建，通過傳輸層的UDP Socket完成實(shí)時(shí)傳輸。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備的實(shí)現(xiàn)
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)初始化后，實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的連接。不間斷地采集現(xiàn)場(chǎng)音視頻信息，通過網(wǎng)絡(luò)傳給服務(wù)器。用如下函數(shù)來實(shí)現(xiàn)其功能[8]：
(1) init(unsigned int svrIP,unsigned short svrDatPort,unsigned short svrCrlPort,unsigned short locCrlPort = 0) 函數(shù)：用于初始化RTP以及TCP連接狀態(tài)的函數(shù)接口。
(2) onCrlDataArrive(const TRPAddress frm, const CrlType crltype, unsigned char *data, const int length,const char *id)函數(shù)：用于實(shí)時(shí)接收服務(wù)器返回的信息數(shù)據(jù)函數(shù)接口。
(3) SendData(DataType datatype,unsigned char * Data,int Length)函數(shù)：利用RTP協(xié)議實(shí)時(shí)發(fā)送音頻數(shù)據(jù)及視頻數(shù)據(jù)的函數(shù)接口。
數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)構(gòu)如圖3所示。
3.2 監(jiān)控服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)
監(jiān)控服務(wù)器端是本智能系統(tǒng)的核心部分，功能多，設(shè)計(jì)復(fù)雜。主要是根據(jù)監(jiān)控信息進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理并完成對(duì)監(jiān)控客戶端的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和實(shí)時(shí)監(jiān)控。服務(wù)器端主要分為如下模塊：網(wǎng)絡(luò)管理、協(xié)議分發(fā)、代理模塊、管理模塊、登錄管理、終端管理、監(jiān)控端管理、文件管理、數(shù)據(jù)庫管理、日志管理及UI等模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。用如下函數(shù)來實(shí)現(xiàn)其功能[9-10]：
(1) InitDevice（void）函數(shù)：用于初始化GPRS設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的函數(shù)接口。
(2) ValidateUser(void )函數(shù)：用于判斷移動(dòng)手機(jī)用戶是否注冊(cè)。
(3) getHostIP(char *hostname) 函數(shù)：用于解析服務(wù)器IP地址的函數(shù)接口。
(4) SendData(DataType datatype,unsigned char * Data,int Length)函數(shù)：利用RTP協(xié)議實(shí)時(shí)發(fā)送音頻數(shù)據(jù)及視頻數(shù)據(jù)的函數(shù)接口。
(5) g726_Encode(unsigned char *speech,char *bitstream)函數(shù)：用于對(duì)采集后的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行G726壓縮編碼的接口函數(shù)。
(6) WriteAudioFile(void) 函數(shù)：用于本地在數(shù)據(jù)庫里存儲(chǔ)G726編碼后的二進(jìn)制音頻數(shù)據(jù)函數(shù)接口。
(7) realTimeInfo (void) 函數(shù)：用于監(jiān)控服務(wù)器客戶實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)查詢的函數(shù)接口。
監(jiān)控服務(wù)器端與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控端、監(jiān)控客戶端之間的信息傳遞與處理過程如邏輯框圖5所示。
3．3 監(jiān)控客戶端的實(shí)現(xiàn)
監(jiān)控客戶端主要包括兩類用戶：常規(guī)固定監(jiān)控客戶端和移動(dòng)手機(jī)監(jiān)控客戶端。主要負(fù)責(zé)日常的監(jiān)控管理，可以通過網(wǎng)絡(luò)Web和手機(jī)監(jiān)控播放器二種模式查看現(xiàn)場(chǎng)信息。用如下函數(shù)來實(shí)現(xiàn)其功能：
(1) InitDevice（void）函數(shù)：用于初始化GPRS設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的函數(shù)接口。
(2) Userid（ har *hostname ）函數(shù)：用于登錄注冊(cè)。
(3) GetdataType(datatype,unsigned char * Data,int Length)函數(shù)：利用RTP協(xié)議實(shí)時(shí)接收音頻數(shù)據(jù)及視頻數(shù)據(jù)的函數(shù)接口。
(4) PlayData(DataType datatype,unsigned char * Data,int Length)函數(shù)：解壓播放音頻數(shù)據(jù)及視頻數(shù)據(jù)的函數(shù)接口。
(5) onCrlDataArrive(const TRPAddress frm, const CrlType crltype, unsigned char *data, const int length,const char *id)函數(shù)：用于實(shí)時(shí)接收服務(wù)器返回的控制信息函數(shù)接口。
4 監(jiān)控客戶端播放器
為了保證綁定用戶利用手機(jī)能及時(shí)、清晰地查看實(shí)時(shí)音視頻信息，并保證播放質(zhì)量，采用編碼優(yōu)化技術(shù)，開發(fā)專用報(bào)警音視頻播放器[11]。只要綁定用戶在手機(jī)上啟動(dòng)報(bào)警播放器，播放器自動(dòng)登入應(yīng)用服務(wù)器，通過驗(yàn)證后，檢索到對(duì)應(yīng)的音、視頻信息進(jìn)行播放。該播放器除了具有播放音視頻的功能外，還具備進(jìn)行實(shí)時(shí)錄制、發(fā)送服務(wù)器所具有的一些交互操作功能。
采用WinCE[12]技術(shù)設(shè)計(jì)手機(jī)音、視頻播放器。WinCE是為了支持如PDA、手機(jī)等小型的嵌入式或移動(dòng)設(shè)備而推出的一系列的技術(shù)和規(guī)范的總稱，由于其良好的可移植性、資源占用少和較高的安全性等特點(diǎn), 在移動(dòng)設(shè)備開發(fā)領(lǐng)域特別是手機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā)方面得到了廣泛的應(yīng)用。利用MIDP（Mobile Information Device Profile）2.0提供的對(duì)HTTPS、報(bào)文、Socket通信以及串口通信的支持及對(duì)支持服務(wù)器Push體系架構(gòu)，這樣，綁定用戶的手機(jī)能夠收到來自主控服務(wù)器的信息,根據(jù)要求啟動(dòng)手機(jī)上的播放器播放，還可進(jìn)行相關(guān)操作。媒體解壓播放流程如圖6所示。
本文所設(shè)計(jì)的智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)在前端設(shè)計(jì)了多種現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備，來提供充分的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控；而監(jiān)控客戶端則兼顧了手機(jī)移動(dòng)、固定監(jiān)控多種監(jiān)控形式；監(jiān)控服務(wù)器同時(shí)提供了Web和手機(jī)播放器二種查看報(bào)警信息方式，可以即時(shí)查看，也可以反復(fù)播放分析。監(jiān)控信息包含了現(xiàn)場(chǎng)音、視頻信息，為破案和施救等提供了價(jià)值極高的信息。該監(jiān)控系統(tǒng)方便實(shí)用，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和廣泛的應(yīng)用前景。
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