基于3G網絡的汽車防盜報警系統視頻監控的設計

斯 衡 ，劉明琨 ，陳紅巖

（1.杭州職業技術學院 信息電子系，浙江 杭州 310018；2.中國計量學院 機電工程學院，浙江 杭州 310018）

隨著第三代移動通信網絡的成熟發展，基于移動通信網絡的視頻監控技術的應用越來越廣泛。本文基于3G網絡覆蓋率高、可靠性強、傳輸速率快的優勢，設計實現汽車防盜報警系統的可視監控。本設計在現有的電子式汽車防盜報警器的基礎上，通過擴展通用接口，實現了對于車體原有報警系統的功能擴展，其總體結構框圖如圖1所示。本文著重闡述該系統視頻監控部分的設計實現。

圖1 系統的總體結構框圖

本系統視頻監控部分是在Inter PXA270為核心的硬件平臺上，通過構建嵌入式Windows CE操作系統的軟件開發實現上層應用。該設計以流接口方式開發攝像頭驅動，并利用攝像頭驅動提供的接口，實現嵌入式Windows CE下實時圖像的數據采集，對原始圖像進行MPEG-4格式的編碼壓縮，同時在Windows CE端利用SOCKET編程，實現監控數據的傳輸。

1 硬件平臺的搭建

現有的汽車防盜報警系統的結構如圖1虛線框內所示，本文著重設計實現的是此系統的視頻監控部分。視頻監控部分的硬件包括三個部分，采集監控數據的攝像頭、多媒體處理器和通信模塊。硬件搭建結構圖如圖2所示。視頻監控部分的硬件平臺是以Inter XScale微體系結構的Inter PXA270處理芯片為核心，選用SIM5218模塊作為3G通信模塊，采用雙端口RAM技術實現視頻處理和3G通信模塊的雙CPU之間通信。其中，Inter PXA270芯片的主頻為520 Hz，同時加入WirelssMMX技術，大大提高了多媒體處理能力。此外PXA270的Inter SpeedStep動態電源管理技術，在保證CPU性能的情況下降低了設備的功耗[1]；西門子公司的3G通信模塊SIM5218支持高達7.2 Mb/s的數據傳輸率，并且提供UART、USB2.0、GPIO和I2C等豐富的外圍接口，降低了設計難度；本設計中攝像頭選擇了網眼2000，它采用OV511芯片為核心，具有COMS 35萬像素的清晰度[2]，并采用USB方式通信，可以采用流接口的方式實時采集監控數據。

圖2 實時視頻監控硬件結構圖

2 軟件功能設計實現

基于Windows CE操作系統的軟件架構包括兩部分：利用Platform Builder定制Windows CE系統并開發USB攝像頭驅動和數據發送端的開發，本文詳細介紹USB攝像頭驅動的設計和發送端的程序設計。系統的軟件結構圖如圖3所示。

Windows CE流接口驅動程序是具有定制接口的驅動程序，表現為在用戶一級的動態鏈接庫DLL，是一般類型的設備驅動程序。流接口驅動程序中用來實現一組固定的函數稱為流接口函數，這些流接口函數使得應用程序可以通過文件系統訪問這些驅動程序。流接口驅動程序幾乎支持任何類型的可以連接到基于Windows CE.net的平臺外部設備，其中包括USB設備。流接口驅動程序的主要任務是把外設的使用傳遞給應用程序，這是通過把設備表示為文件系統的一個特殊文件實現。應用程序通過文件系統的API函數調用流接口函數，然后流接口驅動程序調用本機驅動或者通過設備管理器與系統內核或外圍打交道。

圖3 系統的軟件結構圖

2.1 攝像頭驅動程序的流接口函數的實現

開發攝像頭驅動程序涉及到一組標準的流接口驅動程序的函數，如CAM_Init()、CAM_Deinit()、CAM_Open()、CAM_Read()等，這些函數是接口驅動程序的DLL接口，其中CAM_Init()、CAM_Open()、CAM_Read()和CAM_IOControl()最為重要。下面對這些重要函數進行詳細介紹。

(1)CAM_Init()

CAM_Init()函數是通過設備管理器提供的ActiveDeviceEx()函數調用。在設備初始化時通過ActiveDeviceEx()將設備句柄信息寫入DriversActive下面，當應用程序初始化時，注冊表的地址將以Context參數形式傳給CAM_Init()，利用RegOpenKeyEx()、RegQueryValueEx()等函數執行打開和讀寫注冊表操作，等執行成功后返回USB設備的句柄信息等。驅動程序的部分源代碼：

在對設備進行讀操作之前，首先要先通過執行CeratFile()來調用CAM_Open()打開設備，CAM_Open()所需的第一個參數是應用程序初始化時由CAM_Init()返回的設備句柄等信息，然后將設備關閉的事件設為無信號狀態。

下面是部分源碼：

程序中涉及的EnterCriticalSection()和LeaveCriticalSection()兩個函數的作用是保證在臨界區內所有被訪問的資源不被其他線程訪問，直到當前線程執行完臨界區代碼。EnterCriticalSection()和LeaveCriticalSection()分別表示為進入臨界區和退出臨界區。

(3)CAM_IOControl()

程序設計中通過CreatFile()函數調CAM_Open()打開攝像頭設備，通過ReadFile()將返回值傳給CAM_IOControl()流接口函數，而CAM_IOControl()則調用OV51xReadOneFrame()對USB設備數據進行讀取。下面是部分源碼：

對于USB總線上的數據傳輸，一共有四種傳輸類型[4]，分別是控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸和實時傳輸，這四種傳輸類型分別應用到不同的USB設備。其中實時傳輸適用于以固定速率或特定時間內傳輸，可以容忍偶爾錯誤的流數據情況[5]，對于USB攝像頭這種實時性要求比較高的設備一般選用實時傳輸，所以在CAM_Read()中就需要用到實時傳輸函數IssueIsochTransfer()來讀取攝像頭采集的數據。如果IssueIsochTransfer()執行后返回一個標示句柄，則代表執行成功，如果無返回值，則表示執行失敗。

在每次得到一包數據時，查找幀開始標記，如果查找到，則復制剩余的所有數據到應用程序的緩沖中。在程序的Ov51xReadOneFrame()函數中，pDataBuff申請了9 610 B空間，dwFrameLen[10]為10次傳輸每次的長度，這里都設置為961。圖4為Ov51ReadFrame()軟件流程圖。

圖4 Ov51ReadFrame()軟件流程圖

2.2 通信發送端的設計實現

通信發送端主要完成RTP/RTCP協議封裝和解封裝、網絡發送與數據獲取。本文所實現的是基于RTP/UDP/IP協議棧的MPEG-4實時流媒體傳輸，是移動視頻監控系統中網絡傳輸部分的子模塊[6，7]。采用JRTPLIB庫函數來實現RTP的實時傳輸。傳輸部分的系統架構如圖5所示。

圖5 傳輸部分的系統架構

該發送端的主要功能是將音視頻流封裝到RTP包內通過3G網絡傳送給接收端，同時發送和接收RTCP包進行反饋控制，以期達到最佳效果。基于Windows CE平臺通過調用JRTPLIB函數庫來編程實現實時流媒體傳輸[8，9]。由于RTP協議并不作為獨立的網絡層來實現，它采用應用層組幀的理念，作為應用程序代碼的一部分，本文針對一個具體媒體的應用通過應用程序實現RTP封裝分組，然后將RTP分組交給UDP接口，采用JTHREAD作為線程庫，完成多線程的操作。利用RTP來做視頻傳輸分2個session來完成：一個負責聲音傳送；另一個負責視頻傳送。

發送端的部分主程序如下：

本文在現有的汽車防盜報警系統的基礎上，通過接口的擴展，實現了基于3G網絡的視頻監控功能，并詳細闡述了攝像頭的流接口函數和通信發送端的設計。此外，通過該系統的通用接口的擴展，該系統還可與具體行業或家庭應用相結合，實現手機對于小范圍環境的可視化監控。該系統的設計實現不但對于汽車防盜產品的發展有著重要的意義，同時對于基于3G網絡的可視化監控的發展提供了良好的應用前景。

[1]李瑞祥.基于PXA270的視頻監控系統的設計與開發[J].安防科技，2008(8)：12-14.

[2]鄭小龍.談數字視頻監控的集大成時代[J].電子產品世界，2010(15)：19-22.

[3]Zhang Cong， Wang Ping， Ma Wanli.Implementation of EPA communication service based on WinCE[J].Computer Engineering， 2005，12(31)：127-129.

[4]MPEG Video Group.The MPEG-4 video standard verification models [EB/OL].IEEE Ttans.Circuits and systems for video technology， 1997，7(1)：35-36.

[5]Overview of the MPEG-4 standard[S].ISO/IEC JTC1/SC29/VJG1， N4030.Singapore，2001.

[6]胡念英，張效軍.雙端口RAM方式的數據通訊[J].電子世界，2005(12)：27-28.

[7]江磊，朱發楠.3G視頻手機雙CPU間雙端口RAM的設計與實現[J].電視技術，2009(8)：20-22.

[8]李蒙，舒云星.Windows CE 驅動程序開發[J].計算機工程與設計，2004(6)：125.

[9]Xie Honghua， Lu Yiqin， Lv Jin.Approach to wireless real-time video monitoring system with high quality based on 3G network [J].Application Research of Computers，2007，24(10)：313-317.