數字監控系統系統設計目標

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

      設計要求:監控中心服務器功能強大,可同時管理數十甚至數百臺攝像機和數十個在線用戶,以后系統擴容時,監控中心無須增加硬件設備投入;可同時接收數十個活動視頻圖象、滿足所有在線客戶的轉發申請;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據庫文件;具有強大的錄像回放能力。

2　系統構成及功能模塊設計
     系統采用成熟的客戶/服務器(C/S)結構,開發的數字視頻監控系統具有本地監控和網絡分控的功能。對于本地監控系統,它由1臺PC機構成主控機,具備視頻采集、硬盤連續或定時錄像、監視控制、系統設置等功能。對于網絡分控,主要由多個PC機構成遠程客戶監控端,用戶根據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到遠程監控客戶端,客戶端接收數據進行解碼并顯示,可觀看并控制監控現場。

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。客戶機通過網絡和主控機相連,實現數據傳輸和遠程控制。

      遠程監控系統主要由現場設備、網絡環境、監控服務器和遠程監控終端(客戶端)4個部分組成。監控服務器和遠程監控終端是系統的重要組成部分。由于監控系統要長時間運行,且處理的數據量較大,這就對監控主機的性能提出了很高的要求:系統的穩定性要好,運行速度要快,有很大的CPU處理能力,有較大的存儲數據的能力,高分辨率的顯示。現場設備主要由監控攝像頭、云臺、解碼器、光纖等組成。攝像機將采集到的現場視頻通過光纖傳給視頻服務器,視頻服務器壓縮數據,同時接收來自監控中心和網絡用戶的控制命令,并執行相應操作。需要的網絡環境為基于TCP/IP協議的局域網或企業內部網。該局域網上的設備(網絡中的路由器、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動后進行相應的動作,同時,解碼器也能向上位機發送一些數據。

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網絡上通信。

     服務器端軟件是程序的核心部分,要求能夠協調前端設備的工作,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,并且將客戶機發來的控制信息轉發給前端設備。該軟件主要由視頻采集模塊、監視控制模塊、視頻顯示模塊、視頻存儲回放模塊、系統設置/用戶設置模塊、網絡傳輸模塊等構成。

(1)視頻采集模塊
      由于本系統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視頻數據的采集和壓縮。視頻卡以25幀/s捕獲動態圖象。采集后的視頻數據分為2路:一路直接送到顯示緩沖區中進行本地顯示;另一路則由硬件壓縮后存儲在本地硬盤上,或傳輸到客戶端,從而實現視頻圖象的實時采集、傳輸與顯示。

(2)監視控制模塊
      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
      可適當調節各路視頻的對比度、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,完成硬盤錄像功能;支持動態錄像、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。