數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)設計目標

      本系統(tǒng)的總體設計目標是在網(wǎng)絡內(nèi)構建一個質(zhì)量高、監(jiān)控方式靈活、可靠性高和具有易于擴展架構的網(wǎng)絡實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)。集散式網(wǎng)絡視頻流傳輸平臺,又可稱作監(jiān)控中心,實現(xiàn)了靈活的監(jiān)控方式,即任何一臺授權的主機,不管是在本地局域網(wǎng)內(nèi),還是遠在千里之外,都可以成為監(jiān)控中心,對各監(jiān)控點進行實時監(jiān)控,并進行系統(tǒng)管理。這個平臺主要由圖象監(jiān)控中心服務器等組成,完成現(xiàn)場圖象接收、用戶登錄管理、優(yōu)先權的分配、控制信號的協(xié)調(diào)、圖象的實時監(jiān)控、錄像的存儲、檢索、回放、備份、恢復等。

      設計要求:監(jiān)控中心服務器功能強大,可同時管理數(shù)十甚至數(shù)百臺攝像機和數(shù)十個在線用戶,以后系統(tǒng)擴容時,監(jiān)控中心無須增加硬件設備投入;可同時接收數(shù)十個活動視頻圖象、滿足所有在線客戶的轉發(fā)申請;具有完善的錄像服務,包括人工錄像、計劃錄像和報警錄像,可存儲、檢索、備份和恢復大量的圖象數(shù)據(jù)庫文件;具有強大的錄像回放能力。

2　系統(tǒng)構成及功能模塊設計
     系統(tǒng)采用成熟的客戶/服務器(C/S)結構,開發(fā)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有本地監(jiān)控和網(wǎng)絡分控的功能。對于本地監(jiān)控系統(tǒng),它由1臺PC機構成主控機,具備視頻采集、硬盤連續(xù)或定時錄像、監(jiān)視控制、系統(tǒng)設置等功能。對于網(wǎng)絡分控,主要由多個PC機構成遠程客戶監(jiān)控端,用戶根據(jù)被分配的用戶名和密碼可以訪問服務器主機,壓縮后的視頻流傳輸?shù)竭h程監(jiān)控客戶端,客戶端接收數(shù)據(jù)進行解碼并顯示,可觀看并控制監(jiān)控現(xiàn)場。

2.1　硬件設計
     服務器端的組成結構:工控PC機(含視頻采集卡)+可靠的操作平臺+服務器端應用軟件。視頻采集卡連接攝像頭的視頻輸出,實現(xiàn)視頻采集;工控機通過RS232串口和專用的解碼器相連,解碼器再連接到攝像頭的控制輸入端,控制云臺和鏡頭的各種動作。客戶機通過網(wǎng)絡和主控機相連,實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和遠程控制。

      遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要由現(xiàn)場設備、網(wǎng)絡環(huán)境、監(jiān)控服務器和遠程監(jiān)控終端(客戶端)4個部分組成。監(jiān)控服務器和遠程監(jiān)控終端是系統(tǒng)的重要組成部分。由于監(jiān)控系統(tǒng)要長時間運行,且處理的數(shù)據(jù)量較大,這就對監(jiān)控主機的性能提出了很高的要求:系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好,運行速度要快,有很大的CPU處理能力,有較大的存儲數(shù)據(jù)的能力,高分辨率的顯示?，F(xiàn)場設備主要由監(jiān)控攝像頭、云臺、解碼器、光纖等組成。攝像機將采集到的現(xiàn)場視頻通過光纖傳給視頻服務器,視頻服務器壓縮數(shù)據(jù),同時接收來自監(jiān)控中心和網(wǎng)絡用戶的控制命令,并執(zhí)行相應操作。需要的網(wǎng)絡環(huán)境為基于TCP/IP協(xié)議的局域網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)。該局域網(wǎng)上的設備(網(wǎng)絡中的路由器、交換機等)要支持組播通信。解碼器的前端通過RS232/485轉換器與視頻服務器端的串行端口相連,視頻服務器輸出的串口RS232控制信號經(jīng)RS232/485轉換器轉換成RS485信號傳輸至遠方的解碼器。解碼器將接收到的命令信號經(jīng)過譯碼轉換得到相應云臺和攝像機的地址及其動作方式,控制相應的繼電器動作,將不同的電平控制信號發(fā)送至解碼器輸出端的云臺和鏡頭控制信號線上。云臺和鏡頭在得到相應的控制信號電平驅(qū)動后進行相應的動作,同時,解碼器也能向上位機發(fā)送一些數(shù)據(jù)。

2.2　軟件設計
     整個軟件由服務器端和客戶端2個部分組成,服務器端和客戶端通過Socket套接字在整個IP網(wǎng)絡上通信。

     服務器端軟件是程序的核心部分,要求能夠協(xié)調(diào)前端設備的工作,負責處理信息流,將信息保存起來;為若干臺客戶機提供實時畫面信息,并且將客戶機發(fā)來的控制信息轉發(fā)給前端設備。該軟件主要由視頻采集模塊、監(jiān)視控制模塊、視頻顯示模塊、視頻存儲回放模塊、系統(tǒng)設置/用戶設置模塊、網(wǎng)絡傳輸模塊等構成。

(1)視頻采集模塊
      由于本系統(tǒng)需要實時采集多路視頻信息,為了減輕CPU負擔,筆者采用了硬件方式實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的采集和壓縮。視頻卡以25幀/s捕獲動態(tài)圖象。采集后的視頻數(shù)據(jù)分為2路:一路直接送到顯示緩沖區(qū)中進行本地顯示;另一路則由硬件壓縮后存儲在本地硬盤上,或傳輸?shù)娇蛻舳?從而實現(xiàn)視頻圖象的實時采集、傳輸與顯示。

(2)監(jiān)視控制模塊
      主要完成對云臺及鏡頭的控制。主控機通過連接在串口上的解碼器發(fā)出控制命令,控制云臺的上、下、左、右、自動轉動和鏡頭的焦距、光圈等。

(3)視頻顯示模塊
      可適當調(diào)節(jié)各路視頻的對比度、明亮度、色度和飽和度;支持1、4、9、16種形式的視頻顯示界面,可任意切換顯示方式。

(4)視頻存儲回放模塊
      采用高速、大容量硬盤作為存儲介質(zhì),完成硬盤錄像功能;支持動態(tài)錄像、手動錄像和定時錄像3種錄像方式,并支持單幀圖象的捕獲存儲。對存儲在硬盤的視頻圖象進行回放,支持快退、快進、放大、縮小、單幀步進等功能。

(5)系統(tǒng)設置/用戶設置模塊
      在該模塊中允許用戶修改任意用戶的密碼,還可以增加用戶、刪除用戶和給其他用戶分配權限。同時可根據(jù)錄像的時間以及視頻源進行檢索、回放,自動存儲、管理硬盤。本系統(tǒng)采用C/S結構,只需安裝1個客戶端軟件,分布在LAN或Internet上的遠程客戶機就可以實現(xiàn)信息共享和遠程控制等操作。客戶端是服務器端的擴展,主要包括顯示模塊、遠程控制模塊等。