虛擬搖桿技術在網絡高清高速球中的應用

文/鄭明

隨著高清監控時代的到來，網絡高清高速球發展迅速，在高清產品的應用中占據了很大地份額。相對與前代產品，新一代高分辨率CMOS器件和高性能編碼芯片的使用，網絡高清高速球的圖像質量，畫面流暢性等取得了非常大的進步。在這個即將全面引爆的高清監控時代中，我們必須冷靜認識到網絡高清高速球在發展中存在哪些技術短板。

高清高速球發展的技術短板

第一個短板是互聯互通的問題。對應目前主流的NVR，我們的網絡高清高速球出現了私有協議接入自家NVR沒有問題，而采用目前主流的ONVIF、PSIA、GB28181等協議接入第三方的NVR都存在圖像卡幀嚴重，或者PTZ不能控制，或者球機功能嚴重缺失等問題，具體如不能保存預置位，不能預置位巡航，更不用說其他一些更高級一點的PTZ動作。

從目前的NVR應用情況來看，我們只能等待標準協議的進一步升級。當然，NVR廠家能夠提供功能齊全而又開放的私有協議，高清網絡高速球機快速配合NVR廠家開發。在目前的發展階段來說，開放式的私有協議，更能夠開發出功能齊全，性能優良的網絡高清高速球產品，則對網絡高清行業的前期推廣有著難以言喻的好處。

第二個短板是網絡高速球的操控問題。網絡高清高速球相對于傳統模擬球具有網絡延遲的先天不足，目前的網絡高清高速球控制都是采用調出PTZ控制界面來進行變倍、轉動等控制，由于網絡的延遲性和控制步長的原因，目前的網絡高清高速球很難精確控制，想要監控活動物體，非常困難。這樣就把網絡高清高速球的應用體驗降低了很多，遠遠不如傳統模擬球的控制得心應手。隨著高清監控的發展，這個弊端必然會逐步暴露出來，會給高清行業的發展帶來很大的弊端。當然，很多公司也發現了這些問題，在局部上都作出了一些優秀的解決方案，比如網絡鍵盤、3維定位技術等。

鼠標在虛擬搖桿技術中的定義

虛擬搖桿技術作為解決上述高速球短板的優秀解決方案之一，大受業內關注。概念本身由一款新型的攝像機控制器延伸而來。攝像機控制器的設計初衷是為了在DVR等設備上更好的控制高速球，可以把其部分的系統控制高速球機的理念剝離出來，用于控制網絡高清高速球，會發揮更好的效用，會達到非常好的用戶體驗，并實現了網絡高清高速球的所有精確控制和便捷操作。

在一個現實的場景中，需要的是快速監控可疑目標，快速瀏覽周邊場景，并能跟上目標的移動速度，做到精確地監控目標對象。虛擬搖桿技術就是利用鼠標的方便操作，將鼠標作為虛擬搖桿來定義鼠標的所有功能：

鼠標功能

左鍵單擊：按下鼠標左按鍵, 然后松開。此時高速球快速到達按鍵目標，并使按鍵目標處于屏幕中心位置。

左按鍵雙擊：連續快速的按下鼠標左按鍵然后松開。此時高速球快速到達按鍵目標，并放大鏡頭光學倍數3倍，使目標處于屏幕中心位置，并顯示更多細節，多次左按鍵雙擊，可以達到鏡頭最大光學倍數。

左按鍵向右上或右下拖動并釋放：保持左按鍵按下狀態, 并向右上或者右下移動鼠標，形成矩形區域然后放開。此時，高速球快速調整位置和鏡頭光學放大倍數，并使該矩形區域盡可能充滿屏幕畫面，多次重復操作，可以達到鏡頭最大光學倍數。

左按鍵向左上或左下拖動并釋放：保持左按鍵按下狀態, 并向左上或者左下移動鼠標，形成矩形區域然后放開。此時，高速球快速調整位置和鏡頭光學縮小倍數，并使該矩形區域達到屏幕畫面中心，多次重復操作，可以達到鏡頭最小光學倍數。

右按鍵拖動：保持右按鍵按下狀態, 并移動鼠標。此時，屏幕畫出按鍵中心位置和鼠標移動位置之間的箭頭方向和距離，高速球按照箭頭的方向和距離跟隨運動，隨著鼠標的拖動，隨時改變移動速度和方向。

滾動滾輪向前：向前滾動滾輪。此時，屏幕逐漸拉遠，高速球的鏡頭倍數逐漸減少，直到鏡頭的最小放大倍數。

滾動滾輪向后：向后滾動滾輪。此時，屏幕逐漸拉近，高速球的鏡頭倍數逐漸增加，直到鏡頭的最大放大倍數。

鼠標的位置計算

為了實現以上動作，鼠標的各種動作必須以統一的坐標計算方法傳送，以下為杭州途視定義的坐標計算方法：

（1）以圖像中心為參考原點，將圖像劃分成四個部分，相對于參考原點，分別為右上、左上、左下、右下，其中右、下為正，左、上為負。

（2）得到當前坐標相對于原點的值，再除以單位長度，得到相對的比例值，此比例值已經與具體的分辨率無關

（3）因為得到的相對比例值一定小于等于1，為了避免為小數，統一將得到的比例值乘以8192,將乘積后的值取整，作為參數填入到協議對應字節。

舉例如下：

當前分辨率為1024×768，則圖像中心點坐標為(512,384)，如果目標位置坐標為(768,576),則可知目標位置處于右上，其比例值為：水平：（768-512）/512 = 0.5，再乘以8192，即為4096，因為是右邊，所以為4096，填入對應字節即可。垂直：（576-384）/384 = 0.5，再乘以8192，即為4096，因為是上邊，所以為-4096,填入對應字節即可。

圖示如下：

圖1：虛擬搖桿坐標圖

網絡高清高速球與后臺的通訊定義

根據以上的鼠標動作規則定義和鼠標位置坐標定義，網絡高清高速球和后臺控制設備之間就可以完成完整的聯動，杭州途視結合常用的通訊協議習慣和目前最為流行的PELCO通訊協議，定義如下的虛擬搖桿的控制規則定義命令

左鍵單擊：串口通訊格式，采用9字節發送方式：

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左按鍵雙擊：串口通訊格式，采用9字節發送方式：

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左按鍵向右上或右下拖動并釋放：串口通訊格式，采用9字節發送方式：

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左按鍵向左上或左下拖動并釋放：串口通訊格式，采用9字節發送方式：

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右按鍵拖動：串口通訊格式，采用7字節發送方式：PELCO-D協議

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滾動滾輪向前：串口通訊格式，采用7字節發送方式：PELCO-D協議

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拖動滾輪向后：串口通訊格式，采用7字節發送方式：PELCO-D協議

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參數說明：0x3A為同步符。

目的地址碼：為球機設備的物理地址號，地址范圍：0x00-0xFF。

指令碼：10H(表示虛擬搖桿功能)

水平坐標：目標位置的水平坐標，有符號整形數，2字節, 高字節在前，低字節在后。

垂直坐標：目標位置的垂直坐標，有符號整形數，2字節, 高字節在前，低字節在后。

變倍參數：定位到目標位置后，自動進行放大的倍數，為0表示不放大，否則代表放大倍數。無符號整形數，1字節,一般使用中的攝像機99%為35倍以內。默認值可設為2。最高位表示放大/縮小，為0表示放大，為1表示縮小，低7位表示具體放大/縮小的倍數，為0不進行變倍操作。

校驗碼：（字節2+字節3+…+字節8）%256。

虛擬搖桿技術在網絡高清高速球的實現

通過上述對虛擬搖桿技術分析，下一步便可在網絡高清高速球中實現該技術了。只需將顯示界面的中心位置作為原點，把界面的原點對應于當前水平和垂直電機的微步位置，將圖象上的定位坐標轉化為云臺水平和垂直電機定位的微步位置，然后控制電機定位到相應的位置即可，如圖2。

水平位置控制與定位

首先，讀出相機當前的變倍倍數，由當前變倍倍數查表得到水平一屏電機需要運行的微步數(需要實際測量得到該查找表)。由于相機垂直方向所在的位置不同，導致相機環視一周時水平電機運行的微步數不同，因此需要對水平電機進行昂角修正，此時要根據不同的角度使水平一屏電機需要運行的微步數乘以一個比例系數。然后，將從接收命令中解析出來的水平坐標轉換成水平電機從當前位置開始需要運行的微步數。具體做法是將水平坐標的絕對值乘以水平一屏電機需要運行的微步數的一半。接著，計算出水平電機定位的微步位置。具體實現時，若水平坐標為負數，將當前微步位置減去需要運行的微步數，否則加上需要運行的微步數。最后，將水平電機定位到上述計算得到的水平微步位置。

圖2：虛擬搖桿在高清高速球的應用圖

垂直位置控制與定位

首先，根據當前相機變倍倍數查表得到垂直一屏電機需要運行的微步數(需要實際測量得到該查找表)。然后，將從接收命令中解析出來的垂直坐標轉換成垂直電機從當前位置開始需要運行的微步數。具體做法是將垂直坐標的絕對值乘以垂直一屏電機需要運行的微步數的一半。接著，計算出垂直電機定位的微步位置。具體實現時，若垂直坐標為負數，將當前微步位置減去需要運行的微步數，否則加上需要運行的微步數。最后，將垂直電機定位到上述計算得到的處置方向的微步位置。

攝像機變倍

首先，將從接收命令中解析出來的相機變倍值轉換成相機變倍時間（此值時根據屏幕上鼠標拖動框的大小而定）；然后，給相機發送啟動變倍命令，相機自動進行變倍；最后，當相機變倍時間到時，給相機發送停止變倍命令。

通過上述的幾個技術步驟，便可完成虛擬搖桿的完整定義，

結束語

高清網絡高速球作為高清視頻監控最主要的組成部分之一，其在視頻監控的地位不言而喻，但高速球的操控性一直是廠商與用戶所關注的焦點，筆者在此提出虛擬搖桿控制技術的全新的高速球控制理念可為高速球帶來更加便捷、簡單、高效的操控。行業發展正在逐步走向成熟，高速球產品的技術差異化如今已是太明顯，廠商之間的競爭需要在細微之處體現出產品的差異性，同時又能貼合實際應用，這樣才能在競爭中掌握主動權。