摘要: 本文配合智能樓宇系統集成軟件的開發，針對具體應用系統的特點，開發了基于軟件的網絡化視頻監控服務器服務程序和客戶端軟件，文中詳細論述了基于程序的軟視頻服務器的基本原理，并給出了具體的軟件實現。 關鍵詞：視頻監控 視頻服務器 TCP/IP協議 組播 1、引言 視頻監控是智能樓宇系統中的重要組成部分，對于加強內部和外部人員的管理，應付突發事件、安全防盜和事故追蹤等方面都有著重要的作用[1]。隨著Intertnet的飛速發展，視頻監控的網絡化也成為主要的技術發展趨勢。實現網絡監控，可以使用戶不受地點的限制而方便地進行遠程監控。實現監控網絡化后，用戶機只需安裝普通的瀏覽器即可實現遠程監控，而無須安裝客戶端程序，大大簡化系統的安裝和實現。目前實現網絡化視頻監控的方案主要有兩種：第一種，使用專用的嵌入式的視頻服務器，比如荷蘭的AXIS2400[2]（四通道MpegI格式）、臺灣一碩產的（單/雙/四通道，Mpeg4格式）[3]等。第二種就是使用程序實現的軟件視頻服務器[4]。兩種方案各有千秋，前一種需用專門硬件設備，開發周期短，畫面質量高，但成本費用高，靈活性低，尤其是與不同視頻監控主機的通信連接仍然需要軟件配合；相比之下采用程序實現的軟件化視頻服務器成本低，靈活性高，可以方便滿足用戶提出的各種需求，但同時開發周期相對要長。本文配合智能樓宇系統集成軟件的開發[5]，針對具體應用系統的特點，開發了基于軟件的網絡化視頻監控服務器服務程序和客戶端軟件，文中詳細論述基于程序的軟視頻服務器的基本原理，并給出了具體的軟件實現。 2、系統結構及功能概述 應用系統硬件結構如圖1所示。網絡化視頻監控系統是在傳統視頻監控的基礎上，通過串口通信控制視頻監控矩陣主機進行通道切換，選擇指定的監控畫面，再經視頻捕捉卡捕捉、軟件壓縮，再通過web服務傳送到網絡上的遠程客戶程序，遠程客戶端瀏覽器借助下載的Java小程序實現解壓、回放。 圖1 應用系統硬件結構圖 應用系統軟件結構如圖2所示。視頻服務程序調用圖像卡供應商提供的的DLL庫采集視頻流數據，然后調用JPEG庫將采集到的DIB圖像壓縮為JPEG圖像，再通過UDP協議的WinSocket套接字發送給客戶。視頻服務程序與客戶端的交互是借助于運行在客戶端的JavaApplet小程序實現的。JavaApplet內嵌在網頁中，當用戶訪問系統時，JavaApplet小程序隨同html文件下載到客戶端并由IE瀏覽器解釋執行。當用戶在切換攝像頭時，JavaApplet將選中的攝像頭位號提交給視頻服務程序。視頻服務程序通過RS-232串口通信將切換報文發送給AD196矩陣切換機，由AD196進行視頻通道的切換。 在應用系統中使用的矩陣切換機為AD196，該機有8個RS-232控制端口。操作內容包括：攝像機監視器的切換、巡視、序列控制、PTZ（云臺）控制和報警接口等。RS-232端口接收的控制命令均為ASCII碼。為了保證云臺運動的連續實時性，指定動作的ASCII碼及緊隨的終止符最少必須發送5次，重復發送直到動作取消，為了確保動作的連續平滑，必須以每秒鐘15次的速率發送。 圖2 系統軟件結構框圖 另外，在系統的實現中使用JPEG標準進行圖像壓縮而不采用MPEG標準是基于如下原因考慮的。由于系統使用基于TCP/IP協議進行網絡傳輸，并且采用基于UDP協議的組播方式。而TCP/IP的網絡傳輸存在網絡阻塞、數據丟失等隱患。由于MPEG壓縮標準進行幀間壓縮，發送的只是幀間的差值。若網絡發生阻塞，丟失了一幀信息，后面的幀將無法正確恢復，只有重新傳輸上一幀。這無疑會產生很大延時，無法滿足監控系統實時性的要求。JPEG標準只對每一幀圖像進行壓縮,各幀之間不進行幀間壓縮。這種方式的數據量較MPEG方式有所增加但是增加的數據對系統性能的影響不是很大，如：圖像卡采集的圖像為320×240、RGB24位的DIB圖像，經過壓縮每幀圖像的數據大概為5Kb，發送的幀率按15幀/s計算，每秒的數據量為75kb/s，從結果可以知道并不會占用太多的帶寬。另外，更重要的一點是，采用JPEG進行網絡傳輸時，如果出現網絡短暫阻塞，可將當前的幀拋棄而不影響下一幀的圖像恢復，因而能夠保證監控系統實時性的要求，而對于監控系統的圖像傳輸來說,實時性是第一位的。 3、TCP/IP協議及IP組播 網絡通信的方法主要有：基于TCP或UDP協議的點對點式、基于UDP協議的廣播和組播。其中TCP協議是面向連接的，在交換數據前，通信主機和客戶機間必須建立連接。另外，TCP協議提供差錯校驗、丟幀重發等傳輸機制，這些特性使得TCP協議可以提供高可靠性的數據傳輸。同時，這些特點又帶來一些負面影響：占用較多的系統資源，特別是面向多連接的應用時，頻繁的建立連接會占用大量的系統資源，在遇到網絡阻塞時，數據幀的丟失會導使不斷地重發丟失數據，使得數據傳輸的實時性大大降低。所以，TCP協議一般應用于對數據可靠性要求很高，而對實時性的要求相對不高的情況下。UDP協議與TCP協議不同，是不面向連接的。由于取消了差錯校驗、丟幀重發機制，因而提供的服務是不可靠的，但是其快速性則提高。還有一點重要的是，UDP協議支持IP組播，這就為單點對多點或多點對多點實時數據傳送提供了可能。 圖 3單播和多播 在本系統中，由于監控系統對實時性的要求高，需要連續傳送的圖像信息量很大。如果采用點對點的方式，對每幀圖像服務器都必須向每個連接的客戶機發送一次，數據的發送量和響應時間都與客戶的數目成正比，使得服務器不能及時響應客戶端的請求，同時占用了網絡帶寬，使系統整體效能將大大降低了。而采用基于UDP協議的IP組播方式可以很好的解決這個問題。IP組播是指在互聯網上對一組IP站點同時進行數據傳送，發送方只需發一次數據，加入組播組的客戶機都能接收到數據報。每一個站點都可以動態的加入或退出該組播組。IP組播允許一點對多點或多點對多點通信。單播和組播的比較如圖3所示。在IPv4中使用D類IP地址，它動態分配和恢復地址范圍是224.0.0到239.255.255.255。其中224.0.0.0到224.0.0.255為局部聯接多播地址。當需要將多播范圍擴展到廣域網時，需要有路由器轉發多播數據。同時需要使用Inernet組管理協議（IGMP）。WINSOCK2系統中提供了對IP多播的支持，它是一個與協議無關的、具有實時網絡傳輸能力的網絡接口。WINSOCK多播模型中定義了數據面和控制面的概念?？刂泼鏇Q定一個多播組建立通信的方式，數據面決定通信成員間數據傳輸的方式。兩平面均采用“無”根模式，任一用戶所發送的數據都將被傳送到組中所有的成員。數據報的發送者需指定一個多播地址為目的地址，向該多播地址發送數據即可。數據的接收者可以通過分組原地址端口來區別發送源。 在系統實現時，采取了一些有效的措施以提高系統整體的效率和效能。為了保證服務器端和客戶端傳遞握手信號和控制命令的可靠性，采用可靠的TCP協議，以確?？蛻舳说恼埱竽軌驕蚀_地到達服務器端并得到響應。在實現時，為了提高系統資源的使用效率，采用請求——應答的方式：每當新客戶欲查看監控圖像時，必須向服務器發出請求，服務器將該客戶加入用戶使用紀錄表里；在客戶端離開多播組時也必須發出離開信息，服務器實時更改用戶使用紀錄表，以便能夠準確地了解當前客戶的情況，合理分配系統資源。為了減少客戶間的沖突，視頻服務程序為每個視頻通道分配一個組播地址，查看同一通道的客戶加入到同一組播組，如果切換到其它通道，則必須先離開當前的多播組，然后加入新的多播組。 4、軟件實現 系統的網絡服務部分的程序框圖如圖4所示。其中，主線程始終在偵聽客戶端的請求，為每一個新的聯接請求創建一個接受線程。接受線程負責與其對應的客戶端進行數據通信。 與AD196通信的部分代碼如下： 1）切換攝像機圖像到當前的視頻通道。發送切換視頻通道報文“*Ma”，“*”號代表所選定的視頻通道；發送切換攝像機報文“*#a”,“*”號代表選定的攝像機。 … … // 發送切換Camera報文 // 1. select channel DataSnd = strMonNum + "Ma"; m_SASComm.SetOutput(COleVariant(DataSnd)); //將Cstring型賦給COleVariant， //以文本形式發送數據 // 2. select camera DataSnd = strCamNum + "#a"; m_SASComm.SetOutput(COleVariant(DataSnd)); … …. 2）控制云臺運動。串口發送云臺運動報文，例如云臺向左轉報文“2La”。 // 控制云臺向左 void CAVDlg::OnPanleft() { // TODO: Add your control notification handler code here m_BPanLeft.flag = 1; //向左轉的標志 CString DataSnd; if (m_SASComm.GetPortOpen()) { DataSnd = "2La"; //以2級的速度向左轉 m_SASComm.SetOutput(COleVariant(DataSnd)); } if (m_BPanLeft.flag = 0) { DataSnd = "0La"; //發送停止向左轉的命令 m_SASComm.SetOutput(COleVariant(DataSnd)); } } 圖4 網絡服務程序框圖 5、結束語 本文所介紹的視頻服務器系統已成功用于某供電公司調度大樓的智能樓宇集成系統中，并取得了較好的效果。客戶瀏覽器顯示的圖像較流暢，局域網條件下圖像幀率可達到10－15幀/秒，而且可以同時滿足多個客戶的連接請求。本系統開發環境為Visual C++6.0,運行的平臺為windows2000professial /天敏SDK2000圖像采集卡。由于本系統的靈活性高，系統的可擴展性高，如可方便地增加圖像監視報警等功能。 參考文獻 1、劉富強著. 數字視頻監控系統的開發及應用 機械工業出版社 2003. 2、《AXIS 視頻服務器管理手冊》，瑞典AXIS公司。 3、《臺灣一碩PIXORD系列視頻服務器手冊》，南京數怡通科技有限公司 4、張有為. 多組ＩＰ組播在視頻監控系統中的應用. 計算機應用 2003.5 5、王選龍等. 智能建筑物信息管理系統中的系統集成軟件開發 工業控制計算機 2003.11 6、美]Beau Williamson 著 顧金星等譯. IP組播網絡設計開發（第一卷）[電子工業出版社 7、(美) Douglas E. Comer著 .用TCP/IP進行網際互聯 -電子工業出版社 8、王險峰, 劉寶宏編著 .Windows環境下的多線程編程原理與應用 清華大學出版社