PDF《监控系统的设计和实现》

文章 编号 :1

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3 《 西部广播 电视》2

0 0 3年第 4期嵌入式MP E G一2远程网络 视频监控系统 的设 计和实现王海波 李宾李晓飞 ( 南京 邮 电大 学134号信箱信 息工程 系,江苏 南京

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0 3 ) 摘要:详 细介 绍了Vs t a r MP E G-2系列 远程数字视 频监 控 系统 的视 频采集、压 缩 、传 输和系统控制等方面的设计 ,提供 了基 于TCP/IP协议 的C/S软件 结构和 多线程通信 的设计 与实现 方法.

关键 词 :嵌 入式MP E G一2 T C P / I P协议 多线 程远程监 控1系统 介绍Vs t a r MP E G一2系列远 程数字 视频 监控 系统 是一个基于 T C P / , I P网络的嵌入式远程 图像监控系 统 .它采用嵌入式设计方案和 MP E G一2视频压缩 技术 ,系统 稳定性高,图像 高清晰,画 质可达DVD效果 ,能够实现单 画面轮流监看 和1~1 6个 画面同屏监看 ,支持远程和本地云台控制以及多任 务工作方式 ,而且 图像存储 、监看 、远程控制可同 步进行 ,监控距离 随网络延伸而不断加长 .该 系统 分为远程现场 、通信 网络 和监控服务 3部分 ,结构 图如 图 1所示 . 图1数字视频 监控 系统整体 连接示意 图远程现场部分和监控服务部分都安装了MP E G一2图像处 理设备和有线 网络接 口设备 .软 件采用 C l i e n t / S e r v e r 结构 ,在远程现场的有线网络 接 口上运行的是服务器端软件 ,在监控 中心运行 的 是客户端软件.远程现场的软件在系统启 动后要向 监控 中心注册 ,考虑到作为一个监控 系统 ,监控点 的名称 、监控点的特性描述是必要的.监控 中心在 认证该监控点之前 ,为了避免与 已经存在的监控点 名称相同造成混淆 ,必须先检测 网上是否已经存在 名称相同的监控点 ,如果相同则会提醒用户更换名 称 .在通过权限认证后 ,C l i e n t 端可以通过 网络与 S er ve r 端建立 T c P / , I P连接 ,两端的通信包括图像 数据和控制指令通信 ,C l i e n t 端可 以在权限允许范 围内根据需要通 过监控 中心来 调节 S er ve r 端 的参 数设置和工作方式 ,S e r ve r 端则 向Client端发送经 过编码处理后 的MP E G一2视频码流. 客户端软件运行在监控 中心 的PC上 ,提供相 应的用 户控 制接 口.用 户可 以通 过 网络和 S er ve r 端建 立不 同类 型 的连 接 ,从 而获 取不 同的服 务. S er ve r 端软件运行在远程现场 P C

1 0 4上,其功能 比 较丰富,包括硬件的驱动控制 、通信线路管理 、图 像数据传输 、系统控制 、摄像头 / 云台调节等.

2 系统硬件设计 硬件核心部分是 MP E G一2视频处理设备 的设 计 ,图 2中简单介绍了 MP E G一2硬件视频压缩处 理的结构 .MP E G一2视频采集压缩模块 以富士通 MB

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3 9 0芯片为核心,完 成对标准视频信号(PAL或 NTS C信号)的A/ D转换 、MP E G一2压 缩以及与 P C

1 0 4主机之 间的通信功 能.图 2中视 频A/D把从摄像 头输入 的模拟视 频信号转化 为数 字视频信号 ,然后进行编码预处理.编码预处理是 将接收的视频信号处理为规定的格式 ,即把视频解 码输 出的 C C I R

6 0 1格式的信号转 化为编码器 可以 处理的 C I F或QC I F格式 ,然后进行 MP E G一2压 缩编码.图中的 S R A M 用来做编码 所需 的帧存 和 存储编码完成后的码流数据 .P C

1 0 4上 的软件则通 过总线接 口单元来控制编码器的参数设置和读取编 码压缩后 的码流数据.该模块 包括 以下功能单元 : 王海波 等 :嵌入式 MP E G-2远程 网络视 频监控系统 的设计和实现

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7 维普资讯 http://www.cqvip.com 以SAA6

2 5 2为核心 的视频 A/ I ) 单元 ,以MB

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0 为核心 的MP E G一2视 频压 缩单元 ,以AT

8 9 C

5 1 与EPM7

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8 ( E P L D)为核心构成的控制逻辑和总 线接 口单元 .总线 接 口单元是在 E P L D中实现的 , 它是该模块与主机 ( P C1

0 4 )进行交互 的通道 ,可 以和主机进行视频码流和控制数据 的交换.控制逻 辑是视频采集压缩模块的核心 ,它控制并协调各模 块的工作 ,提供控制信号 ,通过 E P L D编程实现系 统各模块所需要 的选 通 、缓 冲 、读 使能 、数据总线和地址总线的切换等 . 图2MP E G 一2硬件压缩框图和总线接口镜头云台控制是通过 P C1

0 4主机 的RS232口 进行的 ,允许用户根据 自己的要求调节系统 .用户 可 以通过调节镜头 的景深 ( Z o o m) 、焦距 ( F O C U S ) 以及光圈 ( I r i s )来调 整图像 质量 ,还可 以通 过云 台的上下左右调节来获取不同角度的图像 .由监控 中心的 C l i e n t 端 软件通过 S 0C K E T 网络 接口,把 调整信息发送给 S e r v e r 端,S er ve r 接收到控制指令 后 ,先进行 指令识别 ,然后向对应 的RS232口发 送指令去控制云台,完成调整功能 .

3 系统软件设计 传统的应用程序都是单线程的 ,即在程序运行 期间,由单个线程独 占CPU的控制 .在 这种情况 下 ,程序在执行一些 比较费时的功能时 ,就无法及 时响应用户的操作 ,影响 了应用程序 的实时性能. 在监控系统 ,特别是在远程监控系统 中,应用程序 往往不但要及时把监控对象 的最新信息反馈给监视 客户 ( 通过图形显示 ) ,还要 处理本地机 与远程机 之间的通信 以及对控制对象 的实时控制等 ,这时 , 仅仅由单个线程来完成所有功能显然无法满足监控 系统的实时性要求 .为此 ,可引进多线程机制 ,主 线程专 门用于消息的响应 ,使程序能够响应命令和 其他事件 .辅助线 程用 于完成 其他 比较 费时 的功 能 ,如通信 、图形显示和后 台打印等 ,这样就不至 于影响主线程的运行 .总之 ,把多线程机制引进通 信 ,有利于提高应用程序的实时性 ,充分利用系统 资源.对于大型的工程应用来说 ,不 同的线程具有 不同的功能 ,也有利于提高程序的模块化 , . 便于维 护 和扩 展4―8软件采用 C l i e n t / S er ve r 结构 ,两端通过网络建 立TC P / I P连接 ,按照 自定义 的数据通信协议交换 数据 ,完成数据通信和系统控制功能.监控中心的 客户端向服务器端 申请建立连接 ,服务器监听到连 接请求后 ,和客户端建立 S O C KE T连接 ,客户端 向服务器发送控制信号 ,服务器端 向客户端发送视 频码 流.Ser ve r 端软件运行在 P C

1 0 4上 ,编码部分由于 采用 了硬 件压缩 ,不 占用 P C

1 0 4的 系统 资源 ,所 以合理设计在 P C

1 0 4上 运行 的服务器软件结 构对 于提 高整个系统的工作效率有着重要的意义 ,系统 性能也与它密切相关 .软件设计的主要思想是读取 线程 、发送线程和控制线程之间的同步 ,防止有限 资源的浪费 . 在分析控制指令 、码流读入 、发送传输的处理 过程中 ,可能会存在时 间冗余 .以读取码流 为例 , 系统从 E P L D的FIF.O中读取视频数据 ,如果 C P U 读取的速度 比编码器的速度快 ,可能会处于等待编 码器硬件响应 的状态.此 时虽然 C P U 被 占用 ,但 是实际........