導(dǎo)彈陣地視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與研究

李成新，趙鑫，李爽

（中國人民解放軍91004部隊，遼寧 大連116031）

0 引言

隨著改革開放的不斷深入，部隊周邊環(huán)境受到越來越多的影響，如何有效保證部隊營房、導(dǎo)彈陣地等軍事禁區(qū)不受外界干擾，成為急需解決的問題。本文設(shè)計了導(dǎo)彈陣地視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)陣地周圍環(huán)境全天候不間斷監(jiān)控，有效保證了導(dǎo)彈陣地武器裝備的安全，減少了巡邏值勤兵力。

針對導(dǎo)彈陣地環(huán)境特點，本文提出了采用基于 C/S（Client/Server）和 B/S（Browser/Server）[1]混合模式構(gòu)建視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其中監(jiān)控中心到應(yīng)急作戰(zhàn)分隊值班室間采用C/S模式，增加音視頻傳輸?shù)膶崟r性，保證應(yīng)急作戰(zhàn)分隊能夠在出現(xiàn)突發(fā)情況時，快速出擊和處置。監(jiān)控中心到作戰(zhàn)中心及首長辦公室間采用B/S模式，突出易于接入、遠程、節(jié)省成本等特點。

1 監(jiān)控系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)由硬件及軟件兩部分組成，采用C/S和 B/S混合模式，C/S結(jié)構(gòu)主要考慮視頻傳輸?shù)膶崟r性，B/S結(jié)構(gòu)主要考慮成本因素。硬件部分包括視頻監(jiān)控服務(wù)器、視頻監(jiān)控終端、Web監(jiān)控終端、視頻采集設(shè)備、視頻交換網(wǎng)絡(luò)、視頻轉(zhuǎn)換設(shè)備、攝像機、云臺、解碼器等。軟件部分主要由視頻監(jiān)控服務(wù)端、監(jiān)控客戶端、Web客戶端軟件組成。監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[1,2]如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 軟件總體設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要由登錄注冊、視頻監(jiān)控、監(jiān)控管理、錄像管理四個模塊組成，如圖2所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖

2.2 公共類設(shè)計

為提高代碼復(fù)用，方便軟件管理，將程序中常用的方法、事件組織封裝起來，創(chuàng)建公共類[3,4]。以SDKFunction類為例，以下代碼分別定義了視頻預(yù)覽、捕獲的顯示屬性枚舉，以及調(diào)用API函數(shù)的視頻捕獲方法：

2.3 云臺控制設(shè)計

云臺控制主要通過云臺解碼器與計算機串并口連接，按照 Pelco-D2400協(xié)議[4]編碼實現(xiàn)云臺各種姿態(tài)控制。

2.3.1 Pelco-D2400協(xié)議

Pelco-D2400協(xié)議主要用于矩陣和其它設(shè)備之間的通信，其數(shù)據(jù)格式：1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位，無校驗位；波特率：2400B/S；命令格式由7個字節(jié)構(gòu)成，如表1所示。同步字節(jié)始終為0xFF；地址碼為攝像機邏輯地址號，范圍：0x00–0xFF；指令碼表示不同的動作；數(shù)據(jù)碼1、2分別表示水平垂直方向速度(0x00-0x3F)，0xFF表示“turbo”速度；校驗碼 = MOD[(Byte2+Byte3+Byte4+Byte5+Byte6)/ 100H]。

表1 Pelco-D2400命令格式表

2.3.2 串口通信技術(shù)

云臺控制和方向控制主要通過串口通信技術(shù)實現(xiàn)。C#中提供了 SerialPort類來實現(xiàn)串口通信[3,4]，它位于System.IO.Ports命名空間下，主要用于控制串行端口文件資源，提供同步I/O和事件驅(qū)動 I/O，提供對管腳狀態(tài)、中斷狀態(tài)、串行驅(qū)動程序?qū)傩缘脑L問。

2.3.3 云臺控制方法

協(xié)議類PelcoD中封裝了控制云臺的Pelco-D協(xié)議，通過將Pelco-D協(xié)議中的7個字節(jié)返回為串口消息值實現(xiàn)對云臺的控制，以下方法用于光圈控制[4]：

3 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

3.1 監(jiān)控設(shè)備選型

監(jiān)控設(shè)備選型[4,5]要遵循功能完備、經(jīng)久耐用、易于維護的原則，兼顧價格因素，這里根據(jù)導(dǎo)彈陣地環(huán)境特點，擬在室外陣地周邊選擇KV-C8807R-A1型紅外夜視一體化多功能攝像機，室內(nèi)選擇KV-C3053-A1普通紅外夜視攝像機+云臺+解碼器的方式。視頻采集卡選擇8路天敏VC8000E + 4路VC4000型，共12路視頻監(jiān)控通道。光端機選用3對具有4路視頻+1路雙向音頻+1路反向數(shù)據(jù)+以太網(wǎng)口功能的設(shè)備。

3.2 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采取C/S和B/S混合的模式設(shè)計，滿足實時性和日常查詢需求[6,7]。二者共用 SQL Server數(shù)據(jù)庫平臺。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.3 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸方式

網(wǎng)絡(luò)傳輸方式與網(wǎng)絡(luò)通信通道和通信協(xié)議密切相關(guān)[3]。TCP是面向連接的協(xié)議，提供可靠流服務(wù)，提供確認(rèn)與超時重傳機制、滑動窗口機制等，但這些機制增加了網(wǎng)絡(luò)開銷，不宜傳輸音視頻流。UDP是無連接的傳輸協(xié)議，提供面向事務(wù)的簡單不可靠信息傳送服務(wù)，具有資源消耗小，處理速度快的優(yōu)點，所以通常音頻、視頻和普通數(shù)據(jù)在傳送時使用UDP較多。為解決UDP自身不可靠性帶來的問題，使用RTP和RTCP協(xié)議來彌補。RTP為數(shù)據(jù)提供具有實時特征的端對端傳送服務(wù)，應(yīng)用程序通常在 UDP 上運行 RTP 以便使用其多路結(jié)點和校驗服務(wù)。RTCP是和 RTP一起工作的控制協(xié)議。

圖3 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

4 視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

4.1 視頻壓縮編碼技術(shù)

視頻壓縮編碼技術(shù)主要有 MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.264 等[8,9]，其中 MPEG-4是目前流行的也是最成熟的視頻壓縮編解碼技術(shù)。MPEG-4是基于第二代壓縮編碼技術(shù)制定的標(biāo)準(zhǔn)，以視聽媒體對象為基本單元，采用基于內(nèi)容的壓縮編碼技術(shù)，把編碼對象從圖像幀拓展到任意形狀視頻對象，實現(xiàn)了從基于像素傳統(tǒng)編碼到基于對象現(xiàn)代編碼的轉(zhuǎn)變，具有壓縮率高，對傳輸速率要求低，占用網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬小，支持開放編碼等優(yōu)點。

4.2 IP組播技術(shù)

IP組播技術(shù)[8,10]是一種允許一個或多個發(fā)送者（組播源）發(fā)送單一的數(shù)據(jù)包到多個接收者（一次的，同時的）的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。本系統(tǒng)使用套接字（Socket）實現(xiàn)IP組播技術(shù)。Socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的API接口函數(shù)，Socket數(shù)據(jù)傳輸是一種特殊的 I/O。引用命名空間“System.Net.Sockets”中的Socket類來實現(xiàn)Socket，并創(chuàng)建Socket實例，通過Bind()方法綁定，或Connect()方法建立與指定終結(jié)點的連接。連接創(chuàng)建完畢，使用Send()或SendTo()方法將數(shù)據(jù)發(fā)送到Socket，使用Receive()或 ReceiveFrom()方法從 Socket中讀取數(shù)據(jù)。在Socket使用完畢后，調(diào)用 Shutdown()方法禁用Socket和Close()方法關(guān)閉Socket。

5 結(jié)論

基于C/S和B/S混合架構(gòu)構(gòu)建的導(dǎo)彈陣地視頻監(jiān)控系統(tǒng)，運用了MPEG-4視頻編碼技術(shù)保證視頻壓縮和編解碼的質(zhì)量；采用了Socket技術(shù)實現(xiàn)IP組播，選擇UDP+RTP+RTCP協(xié)議，保證視頻傳輸?shù)膶崟r性、容錯率，提高視頻傳輸效率。系統(tǒng)經(jīng)過實際運行，達到了預(yù)期效果，軍事和經(jīng)濟效益顯著。

：

[1]鄧華.結(jié)合DirectShow技術(shù)基于BS架構(gòu)的住宅小區(qū)視頻監(jiān)控平臺設(shè)計[J].軟件導(dǎo)刊，2009，8(11)：125-127.

[2]宋智.基于流媒體的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29(8)：66-67.

[3]（美）內(nèi)格爾，埃夫琴著，李銘譯.C#高級編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4]王小科，王軍，趙會東等.C#項目開發(fā)案例全程實錄（第2版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[5]陳傳彬，方巍，胡琨.水口水電廠航運管理視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].福建電腦，2009，25(10)：121-122.

[6]（美）Adam Machanic，Hugo Kornelis，Lara Rubbelke著，顏炯，薄建祿譯.SQL Server 2005編程藝術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[7]雷秋萍.工地遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J].廣東通信技術(shù)， 2010，30(5)：18-21.

[8]高文，趙德斌，馬思偉.數(shù)字視頻編碼技術(shù)原理[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[9]鄧璐娟，王利亞，劉濤等.遠程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].微計算機信息，2007，23(21)：142-144.

[10]李新國.基于 Web 的水泥企業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].計算機技術(shù)與自動化，2008，27 (3)：78-81.