網絡高清攝像機動態(tài)字符疊加器研制

劉神佳+楊正理

摘 要：為了提高網絡高清攝像機動態(tài)字符疊加的可靠性，需要設計出一套智能設備，該設備能夠與網絡攝像機固件所開放的專門用于字符疊加的SOCKET接口進行直接網絡通信，實現(xiàn)在網絡高清攝像機的圖像上疊加動態(tài)字符的功能。由于該方法的通信數(shù)據量很小，且網絡攝像機采用專門的模塊完成字符疊加功能，因此可以解決網絡高清攝像機由于采用軟件進行動態(tài)字符疊加可能產生的“死機”現(xiàn)象，從而提高網絡高清攝像機的動態(tài)字符疊加的可靠性和穩(wěn)定性。

關鍵詞：高清攝像機;動態(tài)字符疊加;網絡通信

中圖分類號： TN919.85 ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2016）33-163-2

1 ?概述

網絡高清攝像機能夠實現(xiàn)全數(shù)字化、網絡化、智能化，因此在高清監(jiān)控技術領域得到十分廣泛的應用。在應用過程中，如果需要在監(jiān)控圖像上增加實時的事件注釋時，就需要在監(jiān)控圖像上疊加動態(tài)字符。所謂動態(tài)字符疊加是指將網絡高清攝像機與計算機或其他智能設備相連接，在高清攝像機輸出的圖像上疊加現(xiàn)場情況變化的數(shù)據信息、字符信息，這些信息與現(xiàn)場的視頻信息相結合，為監(jiān)控者提供較為詳細的信息和依據。因此，網絡高清攝像機動態(tài)字符疊加技術得到普遍關注。

目前，在網絡高清攝像機輸出圖像上疊加動態(tài)字符的方法為：由于每個網絡攝像機有自己的IP網址和內置應用軟件，可以當成網絡服務器使用;并且每個網絡攝像機可以直接連接到現(xiàn)有的數(shù)據網絡中通過以太網得到應用，圖像可用標準網絡瀏覽器進行讀取。所以，通過網絡內的終端設備（PC機）給網絡服務器（網絡攝像機）發(fā)送HTTP指令（指令中包含有字符信息），由網絡攝像機內置應用軟件完成字符疊加功能，這種方法稱為動態(tài)字符的“軟件疊加”。但這種方法在特定的應用場所存在很大的不足：當同一局域網內有多臺網絡攝像機時（如高速公路收費站，同一站區(qū)的網絡攝像機數(shù)量往往有幾十甚至上百臺），實現(xiàn)動態(tài)字符疊加時，每個網絡攝像機需要處理的外部指令較大，往往會造成網絡攝像機“死機”。

該現(xiàn)象可能會引起以下不良情況：

①造成網絡攝像機自動重啟;

②網絡攝像機“死機”造成圖像丟失，且無法重啟，只能人為啟動。

③網絡攝像機“死機”造成圖像丟失，且造成整個所處局域網癱瘓。據不完全統(tǒng)計，這種“死機”現(xiàn)象在有50臺網絡攝像機的局域網內，平均3-4小時就會有一臺網絡攝像機出現(xiàn)“死機”現(xiàn)象。

本文主要設計一套智能設備，該設備能夠與網絡攝像機的固件所開放的專門用于字符疊加的SOCKET接口進行直接通信，在網絡高清攝像機的監(jiān)控圖像上實現(xiàn)動態(tài)疊加動態(tài)字符的功能。由于該方法的網絡通信數(shù)據量很小，且網絡攝像機采用專門的模塊完成字符疊加功能，因此可以解決上述的“死機”現(xiàn)象。

2 ?字符疊加器硬件設計

網絡高清攝像機動態(tài)字符疊加器基于微處理器STM32F103RC構成，其功能模塊構成如圖1所示。

[圖1 ?網絡高清攝像機動態(tài)字符疊加器的功能模塊圖]<E：＼123＼中小企業(yè)管理與科技·下旬刊201611＼1-197＼40-1.jpg>

各模塊的功能如下：

①以太網控制器模塊。基于W5500全硬件TCP/IP嵌入式以太網控制器構成，W5500集成了TCP/IP協(xié)議棧，10/100M以太網數(shù)據鏈路層（MAC）及物理層（PHY），使得用戶使用單芯片就能夠在他們的應用中拓展網絡連接。只需要簡單的Socket編程就能實現(xiàn)和網絡攝像機間以太網應用，可以同時使用8個硬件Socket實現(xiàn)與網絡攝像機間通信。

②微處理器模塊。一方面，W5500提供了SPI（外設串行接口）從而能夠更加容易與微處理器進行連接，而且W5500使用高效SPI協(xié)議支持80MHz速率，從而能夠更好地實現(xiàn)高速網絡通信。另一方面，微處理器通過RS232串行接口接收字符疊加內容。將需要疊加的字符內容按預定的協(xié)議通過RS232串行接口發(fā)送給微處理器，微處理器接收到字符疊加指令后，微處理器控制W5500與攝像機進行握手連接，握手成功后將字符內容按TCP/IP協(xié)議發(fā)送給攝像機，攝像機實現(xiàn)字符疊加并輸出到圖像上。

③RS232串行接口模塊。提供該產品與其他外設進行通信的標準串行接口。網絡高清攝像機動態(tài)字符疊加器通過RJ45接口和攝像機連接，并通過RS232串行接口配置網關、IP地址、MAC地址、端口等網絡參數(shù)。

3 ?TCP通信的實現(xiàn)

網絡協(xié)議是網絡上所有設備（網絡服務器、計算機及交換機、路由器、防火墻等）之間通信規(guī)則的集合，它規(guī)定了通信時信息必須采用的格式和這些格式的意義。分層的體系結構被大多數(shù)網絡所采用，每一層都是建立在擁有比其水平較低的層之上，并為它比其水平高的層提供一定的服務。在一個設備上的第A+1層和另一個設備上的第A+1層之間進行通信，其規(guī)則就是第A+1層協(xié)議。在網絡中，每一層都有很多協(xié)議，同一層協(xié)議的發(fā)送者和接收者必須是一致的，否則一方就無法確定另一方發(fā)出的信息。一些我們所常見的協(xié)議有：TCP/IP協(xié)議、IPX/SPX協(xié)議、NetBEUI協(xié)議等。

TCP協(xié)議屬于傳輸層協(xié)議，其功能是實現(xiàn)從一個應用程序到另一個應用程序的數(shù)據傳輸。TCP協(xié)議保證數(shù)據的傳輸成功，它需要在數(shù)據傳輸之前先與對方建立傳輸?shù)耐ǖ溃龠M行數(shù)據的傳輸，即使傳輸失敗也保證發(fā)送方知道情況。TCP協(xié)議在數(shù)據進行傳輸之前需要經過三次握手，這樣為進行通信的雙方建立了更加穩(wěn)定的連接，為通信人員提供了驗證，同時也確保了通信過程的安全性。首先發(fā)送一個序列號給對方，等待對方確認;對方確認后回復一個確認信號，同時發(fā)送一個新的請求給發(fā)送方;當你收到對方的回復信號和新的請求消息時，再給對方發(fā)送一個確認信號表明已收到消息，此時雙方完成三次握手。我們可以將TCP協(xié)議看作一家做事認真負責的快遞公司，盡責地完成每一次的快遞發(fā)送，保證貨物的成功送達。

在TCP建立連接的過程中，先發(fā)送請求的一方被稱為“TCP客戶端”，另一方被稱為“TCP服務端”。建立了連接之后就可以相互傳送數(shù)據了，TCP協(xié)議是一種字節(jié)流服務，它不關心所發(fā)送的數(shù)據內容，只是單純地接收數(shù)據，然后將它打成一個TCP包然后發(fā)送給對方。之后TCP Socket把最后的包存在內存里并等待對方的回應，若超出規(guī)定的時間仍未收到回復，則再次向對方發(fā)送該包，直到收到回復或Socket連接失敗為止，在這之前將一直重復該過程。當TCP包被響應之后，系統(tǒng)將釋放內存空間。

4 ?結論

該網絡高清攝像機動態(tài)字符疊加器的研制，解決了目前采用軟件進行動態(tài)字符疊加的弱點，解決了網絡高清攝像機應用過程中的“死機”現(xiàn)象，保證了圖像的連續(xù)性;并且不再需經人為啟動攝像機，即保證了圖像的連續(xù)性，又大大節(jié)省了人力;最后，還保證了網絡通信的連續(xù)通暢，按高了數(shù)據安全性。

參 考 文 獻

[1] 付蓉，高曉丁，王旭，等.基于C8051F020單片機的以太網通信[J].微處理機，2009，1（1）：49-51.

[2] 楊正理，黃其新.小波變換在行駛車輛檢測器中的應用研究[J].公路交通科技，2013（2）：104-108.

[3] 馮深華，別紅霞.基于DM642的以太網通信接口設計[J].信號處理，2007，23（5）：783-785.

[4] 于春雪.STM32F103的高速以太網接口設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2011，23（5）：83-85.

[5] MEI Xue，Ramesh Chitrakar，Kohji Sakane，at al. Screening of Adsorbents for Removal of H2S at Room Temperature[J]. Green Chemistry，2003（5）：529-534.