首页 > 分享 > 智能综合安防监控系统的设计与实现

智能综合安防监控系统的设计与实现

花匠小妙招
2024-11-11 03:05

摘要：摘要：设计了一种智能综合安防视频监控系统，该系统具有移动、固定监控二种监控形式，监控信息包含了现场音、视频信息，提供了网络Web和手机监控播放二种查看监控信息方式，可以即时查看，也可以反复播放分析，采用基于RTP/RTCP自适应流量控制技术来实时传输监控到的现场音、视频信息。关键词：流媒体；监控播放器； RTP/RTCP；监控系统；移动网络

摘要： 设计了一种智能综合安防视频监控系统，该系统具有移动、固定监控二种监控形式，监控信息包含了现场音、视频信息，提供了网络Web和手机监控播放二种查看监控信息方式，可以即时查看，也可以反复播放分析，采用基于RTP/RTCP自适应流量控制技术来实时传输监控到的现场音、视频信息。
关键词： 流媒体；监控播放器； RTP/RTCP；监控系统；移动网络

　　从金融、商业、港口、交通、煤矿生产乃至住宅、社区等领域，其安全的监控和完善的管理都显得格外重要。而当前的一些监控系统存在很多不足：(1)监控的范围非常有限,只能提供局部的环境信息；(2)灵活性差，很容易受气候环境的影响；(3)监控传输的信息质量差，误报率高，如只能提供文字信息或时断时续的声音、模糊的图片；(4)没有充分利用当前发达的无线、有线网络和红外线等资源，更没有利用手机作为监控器。特别是当前的监控系统只有固定的监控端。为此，考虑到当前发达的网络资源、覆盖范围大的无线信号以及手机的应用越来越来普及，把监控作为一项手机功能的拓展，在传统监控系统的基础上加入手机作为移动监控端,将有很好的应用前景。
　　当前手机信号覆盖区域越来越大，同时手机非常普及并能实时提取和传输音、视频信息，从而成为进行实时监控的一种有效和便捷工具。加入了手机作为监视器的智能综合安防监控系统具有监控方便、移动性好、信息量大、实时性强等优点，这样的智能综合安防监控系统就像一个保护网一样，提供了移动和固定两种监控方式。根据各监视点反馈的信息，管理人员可针对一些突发事件，迅速做出正确的判断，发出指挥、调度和处理方案。如此的智能综合安防监控系统将有很好的应用前景。
1 设计思想和技术选择
　　智能综合安防监控系统是由现场监控设备、监控服务器和监控客户端构成。现场监控设备包括数字摄像机、控制云台、矩阵主机和模拟数字化设备、红外线、雷达等。而监控服务器对现场监控设备发来的信息进行验证、分发、处理和保存，并同时告知绑定用户通过手机或通过Internet查看现场信息。这样大大提高了监控系统的覆盖面和灵活性。
　　实时音、视频信息的有效、高质量的传输是实现智能综合监控系统的关键技术之一。为了保证数据流具有严格的前后时序关系，采用流媒体技术[1]，使音频和视频形成稳定、连续的传输流和回放流。采用的方案是应用服务器将接收到的音、视频多媒体信息进行特定的压缩处理[2]，同时不停地向监视器连续、实时地传输，监视器可以一边下载一边查看。为了克服手机缓冲能力有限和处理速度较低等不足，并且减少流的抖动，在系统传输中采用基于RTP/RTCP[3]自适应流量控制技术，这种技术是基于发送方的流量控制机制，由接收方统计数据流的信息，再反馈给发送方，发送方综合考虑长期网络背景和当前的网络运行状态，采用变常数增长或变常数减少的方法对发送速度进行自适应调整，避免网络的拥塞，使实时业务的服务质量得到保证，解决了无线网络传输时产生的高误码率和带宽时变等问题，使手机用户通过无线网络接收到比较流畅的媒体流。
2 系统的组成与功能
　　智能综合安防监控系统主要由现场监控设备、监控服务器和监控客户端三大模块组成[4]，系统模型如图1所示。

2.1 现场监控设备
　　现场监控设备包括数字摄像机、控制云台、矩阵主机和模拟数字化设备、红外线等，通过这些监控设备能对现场进行全天候的监视。矩阵主机一般可以控制256路摄像机，利用矩阵主机的控制键盘可以灵活操纵各路摄像机，从而增加监控范围和灵活性。这些监控设备不间断地将音、视频信息发送到主控服务器。
2.2 监控服务器
　　监控服务器是多媒体数字监控系统的核心，包括网络监控服务器、硬盘录像机和数据库服务器。网络监控服务器接收各客户端发来的控制命令，根据优先级别翻译转发给各种硬件设备(主要是矩阵主机和图像数字化设备)，完成对各种硬件设备的控制，同时收集和转发硬件设备的各种状态信息，并实时通知绑定用户通过监视器查看，提供监控端的实时音视频查询、历史数据的查询和实时信息分析处理等面向客户的应用性服务。由于系统需要存储大量的视频信息，所以专门建立了一个硬盘录像机，用来存储现场传输过来的各摄像机拍摄的视频信号，同时接受各分控端观看录像的要求，为各客户端用户提供实时视频信号。系统中使用了大量的数据库表，包括摄像头信息表、地图和子地图信息表、报警器信息表、报警器预设信息表、视频通道的设置信息表、用户帐号与用户权限表、硬盘录像机的信息设置表、硬盘录像的定时时段设置表、操作日志记录表、硬盘录像存放位置表等。为了方便用户对这些数据表进行操作和管理，专门增加了1台数据库服务器。
2.3 监控客户端
　　监控客户端主要包括两类用户：常规固定监控客户端和移动手机监控客户端。主要负责日常的监控管理，可以设置本区域的监控布防图，配置本区域监控系统的视频输入、视频输出、报警联动装置等。客户端提供一个模拟键盘，可以向服务器发出各种云台控制命令。服务器将这些控制命令翻译后转发给矩阵主机，从而实现对各摄像机的控制。同时，客户端用户可以向服务器提出调看某一路录像的申请，实时监视某一现场的运行情况。
　　监控客户端还提供Web和手机监控播放二种模式查看报警信息，也可以按要求自定义查看历史数据信息。客户端（绑定手机用户）得到现场信息后，可以启动手机播放器对监控现场的音、视频进行监听,也可以根据服务器发送过来的口令登入到相应的站点(Web)进行在线观看。增加了移动手机的监控，使得本智能综合监控系统具有很大的灵活机动性。
3 系统设计与实现
　　系统的实现是在VisualC++6．0环境下[5],采用H．263/H．264视频编码[6-7]、G726音频压缩编码。传输控制子系统是基于RTP／RTCP协议构建，通过传输层的UDP Socket完成实时传输。系统结构如图2所示。

3.1 现场监控设备的实现
　　现场监控设备通过网络初始化后，实现与服务器的连接。不间断地采集现场音视频信息，通过网络传给服务器。用如下函数来实现其功能[8]：
　　(1) init(unsigned int svrIP,unsigned short svrDatPort,unsigned short svrCrlPort,unsigned short locCrlPort = 0) 函数：用于初始化RTP以及TCP连接状态的函数接口。
　　(2) onCrlDataArrive(const TRPAddress frm, const CrlType crltype, unsigned char *data, const int length,const char *id)函数：用于实时接收服务器返回的信息数据函数接口。
　　(3) SendData(DataType datatype,unsigned char * Data,int Length)函数：利用RTP协议实时发送音频数据及视频数据的函数接口。
　　数据发送结构如图3所示。

3.2 监控服务器的实现
　　监控服务器端是本智能系统的核心部分，功能多，设计复杂。主要是根据监控信息进行相关的数据处理并完成对监控客户端的数据实时传输和实时监控。服务器端主要分为如下模块：网络管理、协议分发、代理模块、管理模块、登录管理、终端管理、监控端管理、文件管理、数据库管理、日志管理及UI等模块。系统结构如图4所示。用如下函数来实现其功能[9-10]：

　　(1) InitDevice（void）函数：用于初始化GPRS设备驱动程序的函数接口。
　　(2) ValidateUser(void )函数：用于判断移动手机用户是否注册。
　　(3) getHostIP(char *hostname) 函数：用于解析服务器IP地址的函数接口。
　　(4) SendData(DataType datatype,unsigned char * Data,int Length)函数：利用RTP协议实时发送音频数据及视频数据的函数接口。
　　(5) g726_Encode(unsigned char *speech,char *bitstream)函数：用于对采集后的语音数据进行G726压缩编码的接口函数。
　　(6) WriteAudioFile(void) 函数：用于本地在数据库里存储G726编码后的二进制音频数据函数接口。
　　(7) realTimeInfo (void) 函数：用于监控服务器客户实时对数据进行网络查询的函数接口。
监控服务器端与现场监控端、监控客户端之间的信息传递与处理过程如逻辑框图5所示。

3．3 监控客户端的实现
　　监控客户端主要包括两类用户：常规固定监控客户端和移动手机监控客户端。主要负责日常的监控管理，可以通过网络Web和手机监控播放器二种模式查看现场信息。用如下函数来实现其功能：
　　(1) InitDevice（void）函数：用于初始化GPRS设备驱动程序的函数接口。
　　(2) Userid（ har *hostname ）函数：用于登录注册。
　　(3) GetdataType(datatype,unsigned char * Data,int Length)函数：利用RTP协议实时接收音频数据及视频数据的函数接口。
　　(4) PlayData(DataType datatype,unsigned char * Data,int Length)函数：解压播放音频数据及视频数据的函数接口。
　　(5) onCrlDataArrive(const TRPAddress frm, const CrlType crltype, unsigned char *data, const int length,const char *id)函数：用于实时接收服务器返回的控制信息函数接口。
4 监控客户端播放器
　　为了保证绑定用户利用手机能及时、清晰地查看实时音视频信息，并保证播放质量，采用编码优化技术，开发专用报警音视频播放器[11]。只要绑定用户在手机上启动报警播放器，播放器自动登入应用服务器，通过验证后，检索到对应的音、视频信息进行播放。该播放器除了具有播放音视频的功能外，还具备进行实时录制、发送服务器所具有的一些交互操作功能。
　　采用WinCE[12]技术设计手机音、视频播放器。WinCE是为了支持如PDA、手机等小型的嵌入式或移动设备而推出的一系列的技术和规范的总称，由于其良好的可移植性、资源占用少和较高的安全性等特点, 在移动设备开发领域特别是手机应用软件开发方面得到了广泛的应用。利用MIDP（Mobile Information Device Profile）2.0提供的对HTTPS、报文、Socket通信以及串口通信的支持及对支持服务器Push体系架构，这样，绑定用户的手机能够收到来自主控服务器的信息,根据要求启动手机上的播放器播放，还可进行相关操作。媒体解压播放流程如图6所示。

　　本文所设计的智能综合监控系统在前端设计了多种现场监控设备，来提供充分的现场监控；而监控客户端则兼顾了手机移动、固定监控多种监控形式；监控服务器同时提供了Web和手机播放器二种查看报警信息方式，可以即时查看，也可以反复播放分析。监控信息包含了现场音、视频信息，为破案和施救等提供了价值极高的信息。该监控系统方便实用，具有较高的经济效益、社会效益和广泛的应用前景。
参考文献
[1] KANG S H. Effective bandwidth based scheduling for  streaming multimedia，2003 International Conference on Image Processing，2003：14-17.
[2] CHOU P A, MOHR A E, WANG A et al． Error control  for receiver-driven layered multicast of audio and video [J]． IEEE Transactions on Multimedia，2001,3(1)：108-122.
[3] SCHULZRINNE H, CASNER S, FREDEIRCK R, et a1． RTP：A transport protocol for real-time applications [S]． RFC 1889，1996.
[4] 蒋东兴. Windows Sockets网络程序设计大全[M]. 北京：清华大学出版社，1999:117-162.
[5] 欧建平，娄强生．网络与多媒体通信技术[M]．北京：人民邮电出版社，2002．
[6] Wenger. H.264／AV cover IP [J]． IEEET Rans Circuits Syst Video Technology，2003，13:645-
   656．
[7] 谢希仁.计算机网络(第二版)[M].北京：电子工业出版社，1999. [8] 吴国勇，邱学刚.网络视频：流媒体技术与应用[M]. 北京：北京邮电大学出版社，2001.
[9] JONES A， LUND Jimoh. Windows网络编程技术[M]. 北京：机械工业出版社，2000.
[10] SEHULZRINNE H. RTP profile for audio and vide of conference swith minimal control[S]. Internet RFC1890， 1996.
[11] SEN S，CAO L， REXFORD J，et al. Optimal patehing  scheme for effieient multimedia streaming.Proe、Int、Conf。 011 Network and Operating System Support for Digital  Audio and Video，1999(6):1024-1032.
[12] 王飞. MPEG-4标准及多媒体应用[J]. 电子技术，2001(3):17-22.