數(shù)字視頻局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　【摘要】 本文主要結(jié)合傳統(tǒng)的閉路電視監(jiān)控技術(shù)和當(dāng)前視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展情況，介紹一種簡單而實(shí)用數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 【關(guān)鍵詞】視頻 監(jiān)控 網(wǎng)絡(luò)
　　
　　一。概述
　　
　　監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在，對于傳統(tǒng)的閉路電視監(jiān)控可以說是日臻完美，而且近年來發(fā)展勢頭特別猛，全社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域幾乎都能找到閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。但隨著時(shí)間的推移，傳統(tǒng)的模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)也逐漸顯現(xiàn)出其不可避免的局限性，如傳輸距離不可能很遠(yuǎn)、無法遠(yuǎn)程監(jiān)視、布線工程量大等，特別是和現(xiàn)在全社會(huì)的數(shù)字化趨勢形成矛盾。而計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)恰好克服了模擬閉路電視的局限性，如網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻流、傳輸距離遠(yuǎn)、布線不重復(fù)、抗干擾能力強(qiáng)、查詢方便等。
　　
　　本監(jiān)控系統(tǒng)，因?yàn)橹话�括視頻部分，因而稱之為簡單多媒體網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。它是傳統(tǒng)的模擬圖象監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，它是集中了數(shù)字視頻技術(shù)，尤其是數(shù)字圖像處理及局域網(wǎng)傳輸視頻的新一代監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是將視頻信號和控制信號實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)傳輸。這樣以滿足在局域網(wǎng)中的各個(gè)站點(diǎn)都能接收到實(shí)時(shí)圖像，并能根據(jù)其所授權(quán)限及優(yōu)先級別進(jìn)行控制。因?yàn)樗�既有模擬部分又有數(shù)字部分，因而即實(shí)用、經(jīng)濟(jì)又可靠。
　　
　　二。本系統(tǒng)的特點(diǎn)
　　
　　A. 穩(wěn)定性：本系統(tǒng)不是純粹采用數(shù)字視頻、而是模擬和數(shù)字的結(jié)合。因而具有高度的穩(wěn) 定 性和可靠性。
　　
　　B.靈活性：便于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的模塊化管理，將視頻模塊、云臺鏡頭控制模塊、局域網(wǎng)傳輸模塊等模塊通過計(jì)算機(jī)集中管理，大大減少了工作難度。
　　
　　C.信息智能化：單一傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)因其通用性差，不易擴(kuò)展，不能網(wǎng)絡(luò)化等致命缺點(diǎn)，勢必會(huì)被歷史淘汰。而基于局域網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)建立起以計(jì)算機(jī)為中心的監(jiān)控平臺，為信息化的管理奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。以計(jì)算機(jī)為控制中心，通過系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)控制界面的可視化及控制環(huán)境的數(shù)字視頻化，可以方便地實(shí)現(xiàn)靈活機(jī)動(dòng)的智能化控制
　　
　　三。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
　　
　　A.視頻模擬處理部分
　　
　　視頻模擬處理部分包括攝像機(jī)、鏡頭、云臺、解碼器、畫面分割器、視頻切換矩陣、鍵盤、監(jiān)視器、長延時(shí)錄象機(jī)等傳統(tǒng)閉路電視監(jiān)控設(shè)備。
　　
　　視頻鏡頭包括帶云臺控制的鏡頭和不帶云臺的固定鏡頭。鏡頭的伸縮、拉長和云臺的移動(dòng)由解碼器控制。
　　
　　畫面分割器主要起著視頻轉(zhuǎn)換作用，它可以將對多個(gè)攝象機(jī)送來的視頻信號進(jìn)行特定形式的組合，重新形成一路視頻信號送出去。當(dāng)然也可以將錄象機(jī)的視頻信號回放。
　　
　　視頻切換矩陣主要實(shí)現(xiàn)對視頻的分配與全矩陣切換功能。采用差分放大使得視頻干擾降低到最小程度。另外，它還通過鍵盤實(shí)現(xiàn)對云臺和鏡頭的控制。也可以直接采用計(jì)算機(jī)通過串口進(jìn)行控制，其控制的速度達(dá)到毫秒級。切換板提供了16*5視頻切換矩陣和擴(kuò)展的接口。通過切換板之間簡單的并聯(lián)就可以很方便的擴(kuò)展輸入輸出路數(shù)，擴(kuò)展后也不影響開關(guān)的控制速度。切換矩陣的輸入也可以直接與攝像機(jī)的輸出相連，切換板的輸出可以直接與監(jiān)視器相連。視頻信號不經(jīng)調(diào)制，直接進(jìn)行切換，使得工程安裝更加快捷方便。視頻切換矩陣是采用可以進(jìn)行二次開發(fā)功能的矩陣。
　　
　　B.通信部分
　　
　　模擬部分提供了RS-485的通信接口，這是與解碼器的接口，它具有通信速度高，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。通信板上設(shè)有硬件發(fā)送和接收緩沖區(qū)可以保證通信線路上數(shù)據(jù)的可靠性，不會(huì)因?yàn)閾頂D而丟失數(shù)據(jù)。高速的通信速度，合理的緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)及高效率的編碼方式，使得單一一條總線上可以并入多個(gè)系統(tǒng)，而不至于通信線路顯得過分擁擠。由于總線上只限于控制指令的傳輸，所以對線路的要求不高。因此，采用這種簡便易行的串行總線結(jié)構(gòu)是最為現(xiàn)實(shí)可行的方法。
　　
　　視頻切換矩陣內(nèi)帶一個(gè)轉(zhuǎn)換卡，它將RS-485轉(zhuǎn)換為RS-232,從而為計(jì)算機(jī)進(jìn)一步通過切換矩陣控制解碼器創(chuàng)造條件。
　　
　　C.視頻數(shù)字處理部分
　　
　　1.運(yùn)行平臺：
　　
　　（1）、硬件：主控計(jì)算機(jī)（兼服務(wù)器）為賽揚(yáng)466以上CPU、64M以上內(nèi)存、16M以上顯存、10G以上硬盤。
　　
　�。�2）、軟件：
　　
　　操作系統(tǒng)軟件
　　
　　主控計(jì)算機(jī)為WINDOWS NT SERVER4.0;
　　
　　接收工作站為Windows95/98.
　　
　　數(shù)字視頻軟件：
　　
　　視頻監(jiān)控軟件（包括圖像切換、云臺/鏡頭控制）；
　　
　　視頻服務(wù)和接收軟件（包括視頻控制和局域網(wǎng)傳輸）。
　　
　　2.視頻采集壓縮卡
　　
　　視頻采集壓縮卡可以完成對視頻的實(shí)時(shí)采集、數(shù)模轉(zhuǎn)換、壓縮存儲(chǔ)，然后由計(jì)算機(jī)直接處理。這樣通過軟件就可以實(shí)現(xiàn)對視頻的分屏顯示，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)存，實(shí)時(shí)捕捉，資料查詢等功能。本系統(tǒng)中把數(shù)字化處理單元的視頻壓縮等交由視頻采集壓縮卡處理，即由硬件處理。我們采用市面上比較流行且適合網(wǎng)絡(luò)傳輸同時(shí)性能價(jià)格比較高的AV-8 MPEG-1實(shí)時(shí)采集壓縮卡。它是基于功能強(qiáng)大的VideoFLOW技術(shù)，高性能的圖象壓縮處理器（ICC）和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器（MEC）作為核心部件，壓縮處理能力高達(dá)每秒70億次操作，即使對快速運(yùn)動(dòng)的畫面也能達(dá)到理想的效果。更重要的是這種卡提供了相應(yīng)的API函數(shù)，從而為我們進(jìn)行二次開發(fā)提供了基礎(chǔ)和方便。
　　
　　數(shù)字視頻局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下：
　　
　　其中#1、#2、#3為帶云臺的鏡頭。其它為固定鏡頭。實(shí)際系統(tǒng)中，讀者可以自行加減個(gè)數(shù)。但要注意用相應(yīng)的畫面分割器和交換距陣、解碼器的匹配。
　　
　　四。本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)部分
　　
　　本系統(tǒng)中攝像機(jī)和鏡頭、云臺、防護(hù)罩、監(jiān)視器等傳統(tǒng)部分的產(chǎn)品基本上可以任選，但還是應(yīng)當(dāng)選用性價(jià)比高的產(chǎn)品。
　　
　　本系統(tǒng)中畫面分割器選用高清晰度彩色十六畫面分割器，自動(dòng)圖象切換，切換時(shí)間可選，具有圖象凍結(jié)功能。視頻切換距陣采用成都科力的MJ516視頻切換距陣，它輸入路數(shù)為16路，輸出路數(shù)為5路。它具有中文字符、時(shí)鐘疊加、系統(tǒng)開機(jī)時(shí)間查詢、內(nèi)置漢字庫等強(qiáng)大功能。關(guān)鍵是它提供相關(guān)協(xié)議以供二次開發(fā)。
　　
　　本系統(tǒng)軟件部分主要是利用視頻采集卡提供的API函數(shù)和視頻交換距陣提供的通信協(xié)議編制出服務(wù)軟件和接收軟件，其中視頻信號是單向，控制信號是雙向的。即通過局域網(wǎng)可以發(fā)布控制命令。
　　
　　五。結(jié)論
　　
　　本文闡述了如何在現(xiàn)今技術(shù)條件下，組裝成一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又可靠、又超前兼容的監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)適合于在局域網(wǎng)（10/100M）上傳輸時(shí)實(shí)數(shù)字視頻圖象。是一種簡單的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)（只包括視頻部分）。相信，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、視頻技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控也必然前景廣闊。
　　
　　作者通信地址：武漢水利電力大學(xué)電力系電子學(xué)教研室。（郵編：430072）。柴雅靜。
　　
　　電話：027-87882212-2292（o）
　　
　　ā 027-88070795（h） 參考文獻(xiàn)楊磊。閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)。機(jī)械工業(yè)出版社。1999. David Bennett著。徐軍等譯。VC++5開發(fā)人員指南。機(jī)械工業(yè)出版社。1999.黎洪松。數(shù)字視頻技術(shù)及其應(yīng)用。清華大學(xué)出版社。1997.玉琢。多媒體技術(shù)。清華大學(xué)出版社。1999.

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