基于LabVIEW的視頻監控系統的設計

丁涌 蘇瑀浵 王鑫 王慧敏

摘要：該視頻監控系統通過LabVIEW和IP攝像頭實現視頻監察功能。它的設計思路主要分為圖像處理，視頻播放以及視頻監控系統的生成。圖像處理部分又分為圖像采集，壓縮保存和優化處理。其中壓縮保存是重點，選用AVI編碼與解碼進行視頻文件壓縮，最終實現一個具有視頻的實時監控與播放的功能的視頻監控系統。

關鍵詞：LabVIEW;視頻監控;圖像采集;壓縮保存

中圖分類號：TP3 ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）31-0117-03

當今社會，視頻監控行業作為國家安全防范領域的核心產業，其利潤可觀，從2010年的新興產業，年利潤達300億元，到現如今的主要產業，年利潤突破千億元，并且，該行業的發展還在邁向新的高度，智能化的發展已經是發展的必然趨勢。就目前視頻監控系統在各行各業中應用來分析，其使用范圍廣泛，大至大型的活動商場與車站，小至個人的店鋪或定點實驗研究;其研究方向實時更新，例如近年來興起的人臉識別，車牌識別等技術[1]。可以說，視頻監控已經已融入人們的生產生活當中，并且其作用還在持續更新，已經成為人們財產與利益的強力保障。

本文設計一個視頻監控系統，通過采用LabVIEW的運動與視覺模塊進行編程，開發出一個以計算機虛擬儀器為核心的視頻監控系統，完成基本的視頻圖像采集，處理與播放功能。

1 總體設計方案

本論文是基于LabVIEW的視頻監控系統的設計，利用LabVIEW完成視頻監控系統的程序設計，結合IP網絡攝像頭[2]，達到軟硬件相結合的目標，進而實現整個視頻監控系統的設計。視頻監控系統主要是視頻圖像處理和視頻播放，其中，圖像處理包括視頻圖像的采集，視頻圖像的壓縮，視頻圖像的時間文本添加。最后生成系統軟件。系統設計流程圖如圖1所示：

2 視頻圖像處理

2.1 視頻圖像采集

本次設計選擇IP網絡攝像頭作為圖像采集的硬件，基于LabVIEW視覺與運動模塊，進行圖像采集軟件部分的編程。分析視頻圖像是一幀一幀的錄入，選擇while循環語句;圖像信息經過緩存處理后，最終顯示到Image Display面板上。該部分的重點是視頻采集，因此，選擇IMAQdx Open Camera VI函數控件進行攝像頭的選擇。其具體功能程序面板及前面板如圖2所示。端口Session In進行常量選擇，選擇cam0，代表調用IP網絡攝像頭。Error In用于描述此VI或函數運行時的錯誤狀態。正常運行時是顯示無錯誤狀態，發生錯誤時，該函數控件會輸出報錯警示;只有在VI或函數運行前無錯誤時此VI或函數才能正常運行。Error Out即錯誤出包含錯誤信息。

2.2 視頻圖像壓縮

經過視頻圖像采集后，由于圖像數據的內容過大，無法進行后續的播放處理，因此，要對視頻圖像進行壓縮處理，基于LabVIEW的平臺，選擇AVI編碼與解碼處理，壓縮視頻圖像信息。在此過程中，還要注意壓縮圖像獲得的編碼器名稱，目的是方便后期解碼播放，編碼器輸入不正確，整個壓縮處理就會失敗。因此，選擇IMAQ AVI2 Get CodecNames VI，記錄每次壓縮圖像數據所需的編碼器名稱。

該部分的核心是AVI壓縮技術，它包括AVI編碼與解碼，分別對應IMAQ AVI2 Write Frame VI和IMAQ AVI2CreateVI控件[3]。IMAQ AVI2 Write Frame VI控件功能是幀寫入，相當于AVI編碼技術，其功能端口如圖4所示，AVI Refnum是從IMAQ AVI2 Create VI中獲得視頻相關設置，將每一幀的圖像寫入創建視頻所設置的位置，Image是將圖像采集部分IMAQdx Grab2 VI輸出每一幀的圖像按順序逐個傳入到該函數，使監控畫面按順序將每幀畫面寫入硬盤中。IMAQ AVI2CreateVI控件的作用是對AVI文件進行路徑保存與訪問。其功能端口如圖5所示，AVI Path是AVI壓縮文件的訪問指令單元，包括文件的完整路徑和名稱。此路徑可以由用戶或從文件對話框VI的LabVIEW提供。Frames Per Second是所選擇每秒的幀數以用播放AVI。

2.3 視頻圖像優化處理

由于采集和壓縮，保存后的視頻圖像過于單調，結合以往視頻監控的實例，進行了給視頻圖像添加時間文本的簡單優化處理，使保存的視頻文件能夠同時記錄視頻拍攝的時間。使用IMAQ Draw Text VI 控件將獲取的時間添加至圖像上。其功能端口如圖5所示。創建color常量，本次設計選擇Black on White。

2.4 視頻播放設計

視頻圖像的壓縮和保存以及添加時間文本后，在LabVIEW中的視頻監控系統中添加一個播放器，打開播放器就可以選擇保存的監控錄像進行播放。在本環節中我選擇了LabVIEW中自帶的WindowsMediaPlayer播放器完成視頻的播放任務，同時又下載了相應的視頻解碼軟件，使得AVI格式的視頻文件可以正常播放出來。

該部分核心是播放機器的建立，選擇LabVIEW自帶的播放器WindowsMediaPlayer，它的創建可有兩種方式，一種是直接在Net和ActivesX模塊中直接選擇WindowsMediaPlayer，另一種是通過選擇ActivesX容器模塊，右鍵單擊并選擇“插入ActivesX事件”，選擇WindowsMediaPlayer。

2.5 視頻監控系統生成

為方便每次的視頻監控，進行了視頻監控的labview的軟件生成，方便每次視頻監控的打開與檢測。具體流程如下：生成EXE文件→SETUP安裝文件。生成安裝圖標如圖8所示。

3 實驗結果

生成視頻監控程序軟件后，打開軟件即可進行視頻監控。分為兩個窗口，視頻采集窗口是進行視頻圖像信息的采樣與壓縮保存，視頻播放窗口是進行視頻的播放，根據選擇的路徑不同，可以播放不同的視頻文件，也可以對同一個視頻文件進行刷新處理，記錄最近時間段的視頻內容。

視頻圖像采集時，自動生成相應的AVI編碼，并由IMAQ AVI2 Get CodecNames VI控件將生成的編碼列表記錄下來，點擊停止按鈕就可以結束視頻采集部分，如下圖9所示。視頻播放時，由于WindowsMediaPlayer的功能較為齊全，只需選擇不同路徑的文件就可以實現不同視頻播放的目的。

參考文獻：

[1] 楊慧聞，張嘉琪.基于LabVIEW的實時監控視頻調用的三種模型研究[J].電腦知識與技術，2020，16（36）：238-242.

[2] 張蘭勇.LabVIEW 程序設計基礎與提高[M].：，2012.

[3] 詹程城.基于Linux的無線視頻監控系統設計[D].桂林：廣西師范大學，2018.

【通聯編輯：朱寶貴】

收稿日期：2021-05-25

作者簡介：丁涌（1999—），本科在讀;蘇瑀浵（2001—），本科在讀;王鑫（2001—），本科在讀;通信作者：王慧敏，女，講師。