基于網絡互聯的顯示和控制系統體系架構設計與實現

江蘇自動化研究所　錢幸存

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基于網絡互聯的顯示和控制系統體系架構設計與實現

江蘇自動化研究所錢幸存

研究一種基于網絡互聯的顯示和控制信息共享的系統體系架構，以實現遠程視頻信息（顯控終端VGA、傳感器視頻圖像）在本地的顯示、顯控終端遠程控制等功能，支持各級中心顯示大屏及各顯控終端等遠程視頻信息顯示及控制需求。目前該方法已經投入應用，通過應用表明該設計方法方便可靠。

網絡互聯；顯控服務；遠程控制；顯控終端

1　引言

隨著電子信息系統信息化、網絡化的不斷發展，對顯控終端在信息處理、收集、顯示能力和操控等方面提出了更高、更新的要求。嵌入式系統多點觸控、基于硬件加速三維圖形顯示、超高分辨率圖形顯示的研發、一體顯控終端等技術日益成熟，高性能圖形顯示與圖像處理技術取得了突破，基于軟件的綜合顯示技術取得了實質性的進展，為顯控系統的研制奠定了技術基礎。

本顯控服務體系架構是利用統一的數據庫、管理軟件及服務，在分散的、異構的顯控終端與顯示資源之間建立的統一管理平臺，該平臺完成系統中所有傳感器圖像信息、各類型顯控終端信息以及操控命令的統一管理與集中控制，解決不同顯控終端間的顯示資源共享與互操控問題。

2　設計原理

2.1功能介紹

基于綜合顯控服務架構，采用高速網絡互聯，支持多源多制式視頻圖像及操控信息共享與管理，支持顯控終端、一體機、顯示大屏、手持終端等互聯互通互操作，促進顯控終端從共用化向通用化發展。

2.2研究內容

通過顯示和控制系統把各型顯控終端和相應的視頻模擬器連接成一個整體，明確定義各顯控終端的任務定位，定義數據共享資源和數據流向，通過顯控服務軟件設計，構建顯控服務架構，實現顯控資源共享和顯控終端遠程控制等功能需求。顯控系統主要研究內容如下：

1）顯控服務體系架構設計：明確各顯控節點的連接方式，明確顯控服務器的管理控制任務，明確定義各顯控終端的任務及其與顯控服務器的關系，服務端提供哪些服務，顯控終端接收哪些信息，在此基礎上，研究合理的顯控服務架構；

2）顯示與操控等系統資源管理技術：明確需管理的顯示與操控等系統資源及其存儲和管理機制、訪問機制、信息流向等，明確顯控資源的信息流向；

3）顯控終端互聯互通互操作協議：定義顯控終端之間的互操作指令（指令字、參數和意義等），明確顯控終端之間的通信方法和通信協議，如采用TCP/IP協議還是廣播、組播等內容，使顯控終端之間的通信可靠、順暢［1］；

4）高清視頻網絡共享協議：明確定義各視頻源的地址、制式、壓縮方法、參數、碼流大小等內容及網絡傳輸的視頻數據報文結構，以便顯控終端查詢、獲取、接收并能解碼顯示各視頻源的視頻圖像信息；

5）面向顯控服務架構的軟件設計：明確顯控服務架構軟件組成、結構、功能和接口等內容，如顯控服務器管理軟件設計、顯控資源數據庫結構定義、顯控終端軟件接口及功能，服務端、客戶端定義等。

3　系統組成

系統包括顯控服務器（綜合顯控服務管理軟件）以及服務端、客戶端（顯控終端）三部分，如圖1所示。

運行之初，顯控服務器存儲系統中所有顯控終端、顯控終端、傳感器節點的相關信息。

圖1　顯控系統組成圖

綜合顯控服務管理軟件運行，根據系統配置信息，通過網絡，確認各節點的狀態，如各服務端、客戶端是否運行等。

服務端軟件運行后，發送狀態信息給顯控服務器，通報自己的存在。顯控服務器接收到服務端信息后，存儲服務端狀態。二者不間斷通信，間隔時間可設置。

客戶端軟件運行后，發送狀態信息給顯控服務器，通報自己的存在。并從顯控服務器查詢自己的任務職責，并運行相應功能軟件（相應運行模式）。顯控服務器接收到客戶端信息后，存儲其狀態，并把系統相應信息如該客戶端權限、可共享的顯控資源等發送給客戶端。

當客戶端需要顯示遠程視頻時，向顯控服務器提出申請，顯控服務器進行身份和權限驗證，通過后，分別通知顯控終端和服務端，建立連接（加入相同的組），發送和接收相應信息。

當系統中的顯控終端內容被遠程顯示時，顯控終端同時具有服務端的功能，把自身視頻圖像進行壓縮編碼，發送到需要其顯示內容的顯控終端。

為了有效利用系統的網絡傳輸帶寬，系統的顯控信息通過組播方式由服務端向客戶端（顯控終端）發送，分組設置預先定義，可動態更改，由顯控服務器統一管理，服務端和客戶端（顯控終端）從顯控服務器獲取自己的定義，根據權限加入或退出相應組。

3.1顯控服務器

顯控服務器主要包括顯控服務器（可在系統中選擇一個高性能顯控終端）和綜合顯控服務管理軟件，用于管理系統信息以及用戶信息和權限，其用戶是系統管理人員。系統中所有信息均存儲在運行平臺的數據庫中，包括：

用戶信息：用戶名、登陸密碼、權限等；

顯控終端、顯控終端信息：所在分系統、承擔的任務、操作系統類型、軟硬件配置、顯示屏數目、分辨率、IP地址、操控模塊類型和數量以及安全級別等［2］；

傳感器信息：傳感器類型、視頻通道、數量以及IP地址等。

數據庫由綜合顯控服務管理軟件讀取、更新，由系統管理人員通過綜合顯控服務管理軟件進行維護。

綜合顯控服務管理軟件流程及主要任務如圖2所示。

3.2服務端

顯控資源需要共享的顯控終端和傳感器都可作為服務端，主要功能是采集節點的視頻圖像，并壓縮打包，通過組播方式發送到網絡。

服務端設計為獨立的嵌入式設備，支持各類視頻輸入接口，包括通用雷達視頻信號以及HDMI、DVI、CVBS、VGA等視頻輸入。為了簡化設計，該設備設計成兩部分，主處理模塊和視頻接口模塊，主處理模塊運行嵌入式服務端軟件，完成視頻編解碼、打包、UDP組播發送，提供網絡視頻服務；接口模塊針對不同視頻輸入類型分別設計，完成視頻采集，采集后以統一的形式傳送給主處理模塊。

傳感器和顯控終端通過服務端接入到顯控服務系統，服務端根據視頻類型選配相應的視頻接口模塊。

服務端軟件流程及主要任務如圖3所示。

圖2　顯控服務器軟件流程圖

圖3 服務端軟件流程圖

3.3客戶端

顯控終端、一體機、手持終端等作為客戶端，完成視頻顯示和相應控制功能。客戶端軟件運行于主處理平臺（顯控終端計算機系統），設計多種工作模式（多種界面），分別模擬雷達顯控終端、光電顯控終端、火控臺等應用。

圖4　客戶端軟件流程圖

客戶端的主要硬件設備是視頻接口模塊，設計為PCI_e插件，自帶用于接收網絡視頻數據的千兆網絡接口，完成視頻數據接收、解碼，視頻接口模塊運行嵌入式軟件，對視頻數據接收、解碼進行管理。視頻圖像顯示通過綜合顯示模塊完成。

客戶端的另外一個功能是在權限許可的情況下（由系統管理人員控制），可遠程控制其它節點的顯控終端。主要是進行操控信息重定向（和被控制節點建立連接，操控信息打包，發送到相應節點）。

客戶端亦可接收有權限許可的遠程操控信息。客戶端軟件流程及主要任務如圖4所示。

3.4顯控服務軟件

顯控服務軟件主要工作內容如表1所示。

表1　客戶端軟件流程圖

4　設計實現

演示系統的硬件平臺作為綜合顯控服務系統的運行平臺，實現多源多制式視頻圖像信息共享，顯控終端互聯互通互操作支持等功能，如在顯控服務器綜合顯控管理軟件控制下，拼屏顯示設備可以分別顯示各傳感器圖像以及各顯控終端顯示內容［3］，也可以有選擇地對各顯示內容進行組合、放大或縮小顯示，其它任何一個顯控終端也可顯示同權限另一個顯控終端的顯示內容。

演示驗證系統的組成與配置如圖5所示。

圖5　演示系統組成圖

圖5中各顯控終端、一體化大屏、傳感器等都可視為網絡節點，通過網絡互聯，各節點亦作為顯控資源，在顯控服務系統管理下實現共享，可在任意節點顯示與操控。

5　設計小結

本文設計的基于網絡互聯的顯示和控制系統架構完成了系統中所有傳感器圖像信息、各類型顯控終端信息以及操控命令的統一管理與集中控制，解決不同顯控終端間的顯示資源共享與互操控問題。本系統體系架構的設計與實現，可以提高顯控終端在信息處理、收集、顯示能力和操控等方面的能力，滿足信息系統信息化、網絡化的不斷發展的要求。

［1］雷振甲編著.計算機網絡管理及系統開發［M］.北京:電子工業出版社，2002.

［2］任泰明編著.TCP/IP協議與網絡編程［M］.西安:西安電子科技大學出版社，2004.

［3］楊帆等編著.數字圖像處理與分析［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2010.

Design and implement of display control system based on network connections

QIAN Xing-Cun
（Jiangsu Automation Research Institute）

This paper presents one research of display and control system based on net connections.This system has the capability that the display and control of remote video information，can be used in many situations conveniently and dependably.

net connections；display control service；telecontrol；display control terminal