摘 要： 設計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、固定監(jiān)控二種監(jiān)控形式，監(jiān)控信息包含了現場音、視頻信息，提供了網絡Web和手機監(jiān)控播放二種查看監(jiān)控信息方式，可以即時查看，也可以反復播放分析，采用基于RTP/RTCP自適應流量控制技術來實時傳輸監(jiān)控到的現場音、視頻信息。
關鍵詞： 流媒體； 監(jiān)控播放器； RTP/RTCP； 監(jiān)控系統(tǒng)； 移動網絡
從金融、商業(yè)、港口、交通、煤礦生產乃至住宅、社區(qū)等領域，其安全的監(jiān)控和完善的管理都顯得格外重要。而當前的一些監(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)控傳輸的信息質量差，誤報率高，如只能提供文字信息或時斷時續(xù)的聲音、模糊的圖片；(4)沒有充分利用當前發(fā)達的無線、有線網絡和紅外線等資源，更沒有利用手機作為監(jiān)控器。特別是當前的監(jiān)控系統(tǒng)只有固定的監(jiān)控端。為此，考慮到當前發(fā)達的網絡資源、覆蓋范圍大的無線信號以及手機的應用越來越來普及，把監(jiān)控作為一項手機功能的拓展，在傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上加入手機作為移動監(jiān)控端,將有很好的應用前景。
當前手機信號覆蓋區(qū)域越來越大，同時手機非常普及并能實時提取和傳輸音、視頻信息，從而成為進行實時監(jiān)控的一種有效和便捷工具。加入了手機作為監(jiān)視器的智能綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)具有監(jiān)控方便、移動性好、信息量大、實時性強等優(yōu)點，這樣的智能綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)就像一個保護網一樣，提供了移動和固定兩種監(jiān)控方式。根據各監(jiān)視點反饋的信息，管理人員可針對一些突發(fā)事件，迅速做出正確的判斷，發(fā)出指揮、調度和處理方案。如此的智能綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)將有很好的應用前景。
1 設計思想和技術選擇
智能綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)是由現場監(jiān)控設備、監(jiān)控服務器和監(jiān)控客戶端構成?，F場監(jiān)控設備包括數字攝像機、控制云臺、矩陣主機和模擬數字化設備、紅外線、雷達等。而監(jiān)控服務器對現場監(jiān)控設備發(fā)來的信息進行驗證、分發(fā)、處理和保存，并同時告知綁定用戶通過手機或通過Internet查看現場信息。這樣大大提高了監(jiān)控系統(tǒng)的覆蓋面和靈活性。
實時音、視頻信息的有效、高質量的傳輸是實現智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術之一。為了保證數據流具有嚴格的前后時序關系，采用流媒體技術[1]，使音頻和視頻形成穩(wěn)定、連續(xù)的傳輸流和回放流。采用的方案是應用服務器將接收到的音、視頻多媒體信息進行特定的壓縮處理[2]，同時不停地向監(jiān)視器連續(xù)、實時地傳輸，監(jiān)視器可以一邊下載一邊查看。為了克服手機緩沖能力有限和處理速度較低等不足，并且減少流的抖動，在系統(tǒng)傳輸中采用基于RTP/RTCP[3]自適應流量控制技術，這種技術是基于發(fā)送方的流量控制機制，由接收方統(tǒng)計數據流的信息，再反饋給發(fā)送方，發(fā)送方綜合考慮長期網絡背景和當前的網絡運行狀態(tài)，采用變常數增長或變常數減少的方法對發(fā)送速度進行自適應調整，避免網絡的擁塞，使實時業(yè)務的服務質量得到保證，解決了無線網絡傳輸時產生的高誤碼率和帶寬時變等問題，使手機用戶通過無線網絡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)主要由現場監(jiān)控設備、監(jiān)控服務器和監(jiān)控客戶端三大模塊組成[4]，系統(tǒng)模型如圖1所示。
2.1 現場監(jiān)控設備
現場監(jiān)控設備包括數字攝像機、控制云臺、矩陣主機和模擬數字化設備、紅外線等，通過這些監(jiān)控設備能對現場進行全天候的監(jiān)視。矩陣主機一般可以控制256路攝像機，利用矩陣主機的控制鍵盤可以靈活操縱各路攝像機，從而增加監(jiān)控范圍和靈活性。這些監(jiān)控設備不間斷地將音、視頻信息發(fā)送到主控服務器。
2.2 監(jiān)控服務器
監(jiān)控服務器是多媒體數字監(jiān)控系統(tǒng)的核心，包括網絡監(jiān)控服務器、硬盤錄像機和數據庫服務器。網絡監(jiān)控服務器接收各客戶端發(fā)來的控制命令，根據優(yōu)先級別翻譯轉發(fā)給各種硬件設備(主要是矩陣主機和圖像數字化設備)，完成對各種硬件設備的控制，同時收集和轉發(fā)硬件設備的各種狀態(tài)信息，并實時通知綁定用戶通過監(jiān)視器查看，提供監(jiān)控端的實時音視頻查詢、歷史數據的查詢和實時信息分析處理等面向客戶的應用性服務。由于系統(tǒng)需要存儲大量的視頻信息，所以專門建立了一個硬盤錄像機，用來存儲現場傳輸過來的各攝像機拍攝的視頻信號，同時接受各分控端觀看錄像的要求，為各客戶端用戶提供實時視頻信號。系統(tǒng)中使用了大量的數據庫表，包括攝像頭信息表、地圖和子地圖信息表、報警器信息表、報警器預設信息表、視頻通道的設置信息表、用戶帳號與用戶權限表、硬盤錄像機的信息設置表、硬盤錄像的定時時段設置表、操作日志記錄表、硬盤錄像存放位置表等。為了方便用戶對這些數據表進行操作和管理，專門增加了1臺數據庫服務器。
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)控客戶端和移動手機監(jiān)控客戶端。主要負責日常的監(jiān)控管理，可以設置本區(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、報警聯動裝置等?？蛻舳颂峁┮粋€模擬鍵盤，可以向服務器發(fā)出各種云臺控制命令。服務器將這些控制命令翻譯后轉發(fā)給矩陣主機，從而實現對各攝像機的控制。同時，客戶端用戶可以向服務器提出調看某一路錄像的申請，實時監(jiān)視某一現場的運行情況。
監(jiān)控客戶端還提供Web和手機監(jiān)控播放二種模式查看報警信息，也可以按要求自定義查看歷史數據信息?？蛻舳耍ń壎ㄊ謾C用戶）得到現場信息后，可以啟動手機播放器對監(jiān)控現場的音、視頻進行監(jiān)聽,也可以根據服務器發(fā)送過來的口令登入到相應的站點(Web)進行在線觀看。增加了移動手機的監(jiān)控，使得本智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有很大的靈活機動性。
3 系統(tǒng)設計與實現
系統(tǒng)的實現是在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協議構建，通過傳輸層的UDP Socket完成實時傳輸。系統(tǒng)結構如圖2所示。
3.1 現場監(jiān)控設備的實現
現場監(jiān)控設備通過網絡初始化后，實現與服務器的連接。不間斷地采集現場音視頻信息，通過網絡傳給服務器。用如下函數來實現其功能[8]：
(1) init(unsigned int svrIP,unsigned short svrDatPort,unsigned short svrCrlPort,unsigned short locCrlPort = 0) 函數：用于初始化RTP以及TCP連接狀態(tài)的函數接口。
(2) onCrlDataArrive(const TRPAddress frm, const CrlType crltype, unsigned char *data, const int length,const char *id)函數：用于實時接收服務器返回的信息數據函數接口。
(3) SendData(DataType datatype,unsigned char * Data,int Length)函數：利用RTP協議實時發(fā)送音頻數據及視頻數據的函數接口。
數據發(fā)送結構如圖3所示。
3.2 監(jiān)控服務器的實現
監(jiān)控服務器端是本智能系統(tǒng)的核心部分，功能多，設計復雜。主要是根據監(jiān)控信息進行相關的數據處理并完成對監(jiān)控客戶端的數據實時傳輸和實時監(jiān)控。服務器端主要分為如下模塊：網絡管理、協議分發(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、數據庫管理、日志管理及UI等模塊。系統(tǒng)結構如圖4所示。用如下函數來實現其功能[9-10]：
(1) InitDevice（void）函數：用于初始化GPRS設備驅動程序的函數接口。
(2) ValidateUser(void )函數：用于判斷移動手機用戶是否注冊。
(3) getHostIP(char *hostname) 函數：用于解析服務器IP地址的函數接口。
(4) SendData(DataType datatype,unsigned char * Data,int Length)函數：利用RTP協議實時發(fā)送音頻數據及視頻數據的函數接口。
(5) g726_Encode(unsigned char *speech,char *bitstream)函數：用于對采集后的語音數據進行G726壓縮編碼的接口函數。
(6) WriteAudioFile(void) 函數：用于本地在數據庫里存儲G726編碼后的二進制音頻數據函數接口。
(7) realTimeInfo (void) 函數：用于監(jiān)控服務器客戶實時對數據進行網絡查詢的函數接口。
監(jiān)控服務器端與現場監(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)控客戶端的實現
監(jiān)控客戶端主要包括兩類用戶：常規(guī)固定監(jiān)控客戶端和移動手機監(jiān)控客戶端。主要負責日常的監(jiān)控管理，可以通過網絡Web和手機監(jiān)控播放器二種模式查看現場信息。用如下函數來實現其功能：
(1) InitDevice（void）函數：用于初始化GPRS設備驅動程序的函數接口。
(2) Userid（ har *hostname ）函數：用于登錄注冊。
(3) GetdataType(datatype,unsigned char * Data,int Length)函數：利用RTP協議實時接收音頻數據及視頻數據的函數接口。
(4) PlayData(DataType datatype,unsigned char * Data,int Length)函數：解壓播放音頻數據及視頻數據的函數接口。
(5) onCrlDataArrive(const TRPAddress frm, const CrlType crltype, unsigned char *data, const int length,const char *id)函數：用于實時接收服務器返回的控制信息函數接口。
4 監(jiān)控客戶端播放器
為了保證綁定用戶利用手機能及時、清晰地查看實時音視頻信息，并保證播放質量，采用編碼優(yōu)化技術，開發(fā)專用報警音視頻播放器[11]。只要綁定用戶在手機上啟動報警播放器，播放器自動登入應用服務器，通過驗證后，檢索到對應的音、視頻信息進行播放。該播放器除了具有播放音視頻的功能外，還具備進行實時錄制、發(fā)送服務器所具有的一些交互操作功能。
采用WinCE[12]技術設計手機音、視頻播放器。WinCE是為了支持如PDA、手機等小型的嵌入式或移動設備而推出的一系列的技術和規(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, 在移動設備開發(fā)領域特別是手機應用軟件開發(fā)方面得到了廣泛的應用。利用MIDP（Mobile Information Device Profile）2.0提供的對HTTPS、報文、Socket通信以及串口通信的支持及對支持服務器Push體系架構，這樣，綁定用戶的手機能夠收到來自主控服務器的信息,根據要求啟動手機上的播放器播放，還可進行相關操作。媒體解壓播放流程如圖6所示。
本文所設計的智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)在前端設計了多種現場監(jiān)控設備，來提供充分的現場監(jiān)控；而監(jiān)控客戶端則兼顧了手機移動、固定監(jiān)控多種監(jiān)控形式；監(jiān)控服務器同時提供了Web和手機播放器二種查看報警信息方式，可以即時查看，也可以反復播放分析。監(jiān)控信息包含了現場音、視頻信息，為破案和施救等提供了價值極高的信息。該監(jiān)控系統(tǒng)方便實用，具有較高的經濟效益、社會效益和廣泛的應用前景。
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