基于JavaWeb的視頻采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計

摘" 要：隨著人工智能不斷成熟，自動駕駛汽車行業(yè)發(fā)展迅速。為保證道路交通的安全性，自動駕駛汽車對于交通標(biāo)志識別的準(zhǔn)確性要求極高。文章將基于JavaWeb技術(shù)棧，利用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)，使用IDEA集成開發(fā)環(huán)境，設(shè)計了視頻采集與傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)由五個主要功能構(gòu)成，采用數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)自動化流程，支持視頻的采集、預(yù)處理和存儲，用于識別算法研究的前期數(shù)據(jù)采集工作。該系統(tǒng)對于監(jiān)控系統(tǒng)、教育教學(xué)系統(tǒng)也具有一定的推廣性。

關(guān)鍵詞：JavaWeb；視頻采集與傳輸系統(tǒng)；MySQL

中圖分類號：TP311" 文獻標(biāo)識碼：A" 文章編號：2096-4706（2025）04-0107-05

Design of the Video Acquisition and Transmission System Based on JavaWeb

YANG Haojun

（Guangxi Eco-engineering Vocational and Technical College， Liuzhou" 545004， China）

Abstract： With the continuous maturity of Artificial Intelligence， the self-driving automobile industry is developing rapidly. In order to ensure the safety of road traffic， self-driving automobiles have extremely high requirements for the accuracy of traffic sign recognition. Based on the JavaWeb technology stack， this paper designs a video acquisition and transmission system by using the MySQL database to store data and the IDEA integrated development environment. The system comprises five core functions， employs an automated data flow process， and supports video acquisition， preprocessing and storage， for the preliminary data collection work of recognition algorithm research. The system also has certain popularization for monitoring systems and education teaching systems.

Keywords： JavaWeb; video acquisition and transmission system; MySQL

0" 引" 言

近年來自動駕駛汽車行業(yè)正在飛速發(fā)展，部分城市已經(jīng)開始試運營自動駕駛出租車、無人配送機器人及無人駕駛貨車等。自動駕駛技術(shù)已然成為最熱門的技術(shù)之一，提高通行效率和減少道路擁堵是自動駕駛技術(shù)的優(yōu)勢[1]。安全、高效、舒適的自動駕駛汽車離不開高精度的傳感器、復(fù)雜算法和強大的計算能力感知環(huán)境、智能決策與協(xié)同控制等[2]。在自動駕駛汽車系統(tǒng)中，交通標(biāo)志識別是保證道路交通安全性的核心功能之一，要求車輛行駛過程中使用車載攝像頭提取當(dāng)前場景下的交通標(biāo)識圖像進行檢測和識別，將結(jié)果反饋給車輛或駕駛員[3]。交通標(biāo)志識別離不開準(zhǔn)確、實時、穩(wěn)定的視頻采集與傳輸系統(tǒng)。

在實際的應(yīng)用場景當(dāng)中，為了確保遠端獲取到的高清視頻能夠傳輸?shù)奖O(jiān)控室，并進行更深入的分析與處理，這對視頻的采集和傳輸提出了較高的要求[4]。特別是應(yīng)用于自動駕駛汽車的視頻采集與傳輸系統(tǒng)需要能夠在不同的光照強度或惡劣天氣的情況下依舊能穩(wěn)定、高速進行視頻采集，并采取有效的加密和防護措施進行傳輸。文章設(shè)計了一套視頻采集與傳輸系統(tǒng)，為非標(biāo)況道路交通標(biāo)志識別算法研究提供技術(shù)系統(tǒng)支持。

1" 系統(tǒng)需求分析

根據(jù)非標(biāo)況道路交通標(biāo)志識別算法研究課題的需要，視頻采集與傳輸系統(tǒng)是以高清車載攝像機作為采集設(shè)備，將獲取到的道路視頻圖像信息進行預(yù)處理，通過無線數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)調(diào)用BEM-wiener的信道估計算法實現(xiàn)視頻信息的實時傳輸與保存[5]。

視頻采集與傳輸系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，具體構(gòu)成內(nèi)容如下：

1）用戶層：系統(tǒng)包含三種角色，即普通用戶、管理員和系統(tǒng)管理人員，不同的角色登錄進入后將會進入對應(yīng)的操作界面。普通用戶登錄后可進行視頻實時采集和視頻傳輸；管理員和系統(tǒng)管理人員登錄后可查看用戶傳輸過來的視頻，也可根據(jù)后續(xù)查詢或研究分析的需要，隨時調(diào)取相應(yīng)視頻。新用戶首次登錄無賬戶名和密碼，則需先注冊成功后再登錄。為確保信息安全，新增管理員無法直接注冊，必須由系統(tǒng)管理員進入系統(tǒng)內(nèi)添加，避免普通用戶自行注冊為系統(tǒng)管理員。

2）展現(xiàn)層：采用HTML+CSS和JSP等前端技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)頁操作界面的設(shè)計。

3）功能層：包含登錄注冊、信息管理、視頻采集、視頻傳輸和視頻查看5個主要功能，負責(zé)處理用戶層的請求與響應(yīng)操作，滿足視頻采集與傳輸系統(tǒng)的實際應(yīng)用需求。

4）數(shù)據(jù)層：存儲普通用戶、管理員和系統(tǒng)管理員的數(shù)據(jù)，以及視頻數(shù)據(jù)。

5）支撐層：在Windows系統(tǒng)環(huán)境下，使用Tomcat服務(wù)器處理前后端交互操作，并運用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)層的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而確保視頻采集與傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2" 系統(tǒng)用例分析

2.1" 普通用戶用例分析

普通用戶操作的用例圖如圖2所示，具體功能如下：

1）登錄注冊功能：當(dāng)用戶首次進入系統(tǒng)無賬號時，則需先進行注冊填寫相關(guān)信息，注冊成功后重新進入登錄頁面，完成登錄操作才可進入相應(yīng)系統(tǒng)頁面。若用戶登錄后直接關(guān)閉網(wǎng)頁，并未點擊退出按鈕，5分鐘內(nèi)重新進入系統(tǒng)，則無須登錄直接進入。

2）個人信息管理功能：用戶可以修改自己的個人信息。當(dāng)用戶修改手機號或郵箱時，需要通過驗證碼的形式驗證手機號或郵箱的真實性。

3）視頻采集功能：用戶觸發(fā)視頻采集指令后，獲取并啟動攝像頭，對當(dāng)前畫面進行實時采集。同時，對畫面做預(yù)處理和圖像增強操作，確保采集到的數(shù)據(jù)便于檢測與識別算法的研究。

4）視頻傳輸功能：將采集獲取到的視頻數(shù)據(jù)進行處理，快速、安全的傳輸?shù)浇邮斩恕?/p>

5）查看視頻功能：查看自己曾傳輸?shù)乃幸曨l信息及視頻內(nèi)容，也可以通過日期、時間等條件進行篩選。

6）退出登錄功能：用戶可安全退出系統(tǒng)。

2.2" 管理員和系統(tǒng)管理員用例分析

管理員和系統(tǒng)管理員操作的用例圖如圖3所示，具體功能如下：

1）登錄功能：通過管理員或系統(tǒng)管理員的賬號和密碼進行登錄操作，即可進入相應(yīng)的系統(tǒng)頁面。若用戶登錄成功后直接關(guān)閉網(wǎng)頁，并未點擊退出按鈕，5分鐘內(nèi)重新進入系統(tǒng)，則無須登錄直接進入。

2）信息管理功能：包含個人信息管理、添加管理員信息、修改管理員信息和刪除管理員信息功能。管理員和系統(tǒng)管理員都可以修改自己的個人信息，但增加、刪除、修改管理員只有系統(tǒng)管理員才有權(quán)限操作。

3）查看視頻功能：管理員和系統(tǒng)管理員可查看普通用戶傳輸?shù)乃幸曨l信息及內(nèi)容，也可以通過用戶名、日期、時間等條件進行查詢。

4）退出登錄功能：管理員和系統(tǒng)管理員可安全退出系統(tǒng)。

3" 開發(fā)環(huán)境

基于非標(biāo)況道路交通標(biāo)志識別算法研究課題項目的實際應(yīng)用，本系統(tǒng)采用B/S開發(fā)模式，從而脫離了時間、地域等對系統(tǒng)的限制，所有業(yè)務(wù)功能用戶能通過瀏覽器使用本系統(tǒng)。

前端UI界面：采用HTML、CSS、Bootstrap框架等相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)。Bootstrap框架預(yù)設(shè)了一套CSS樣式和與之對應(yīng)的jQuery代碼，便于開發(fā)者快速搭建精美的前端界面[6]。

數(shù)據(jù)存儲：采用MySQL進行數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與存儲。MySQL數(shù)據(jù)庫是廣受歡迎的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，提供了豐富的API接口和管理工具，具備較高的可靠性和穩(wěn)定性。

后端開發(fā)：在IDEA集成開發(fā)環(huán)境中使用Java語言進行編程，服務(wù)器端采用JavaWeb技術(shù)實現(xiàn)。Java編程語言是當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的編程語言，具備語法簡單、面向?qū)ο蟆⒎€(wěn)定、與平臺無關(guān)、多線程、動態(tài)等特點[7]。而JavaWeb是通過Servlet和JSP解析客戶端發(fā)送過來的請求，連接數(shù)據(jù)庫服務(wù)器取出相應(yīng)數(shù)據(jù)進行處理，將最終的結(jié)果響應(yīng)到前端[8]。

4" 系統(tǒng)設(shè)計

4.1" 登錄注冊模塊設(shè)計

不同類型的用戶所對應(yīng)的權(quán)限也不同，因此該系統(tǒng)必須登錄后才能進入。根據(jù)系統(tǒng)需求，普通用戶、管理員和系統(tǒng)管理員均有登錄功能，而注冊功能只能注冊普通用戶，管理員賬號不可以隨意注冊，只能由系統(tǒng)管理員進行添加。

4.1.1" 登錄功能

當(dāng)用戶進入登錄界面輸入用戶名和密碼，并點擊“登錄”按鈕后，系統(tǒng)將會對文本框進行校驗，檢查是否已全部填寫，否則會彈出相應(yīng)提示“用戶名或密碼不能為空”。再根據(jù)登錄時是否勾選系統(tǒng)管理員，在數(shù)據(jù)表中檢驗用戶名和密碼是否正確，若正確則進入到相應(yīng)的視頻采集與傳輸界面；若驗證失敗，則彈出提示“用戶名或密碼錯誤”。若用戶登錄后關(guān)閉系統(tǒng)頁面，五分鐘內(nèi)再次進入本系統(tǒng)，則無須登錄，直接進入視頻采集與傳輸?shù)牟僮鹘缑妗５卿浟鞒倘鐖D4所示。

4.1.2" 注冊功能

普通用戶在注冊界面填寫注冊信息時，系統(tǒng)會引導(dǎo)用戶填寫各個部分的信息，并進行實時保存。系統(tǒng)會對當(dāng)前頁面的文本框進行校驗，檢查是否全部填寫完、兩次輸入的密碼是否一致、密碼是否符合注冊要求（密碼由6～20位字符組成，包含大小寫字母和數(shù)字，不能包含空格和特殊字符）、手機號和郵箱是否符合規(guī)范，以及該用戶名是否已被注冊。只要有一項要求不符合則會彈出相應(yīng)提示，只有達到所有要求才可注冊成功，將相應(yīng)信息添加到數(shù)據(jù)庫User表中，并標(biāo)注用戶類型為普通用戶。注冊流程如圖5所示。

4.2" 視頻采集模塊設(shè)計

視頻數(shù)據(jù)的采集是視頻傳輸系統(tǒng)的必要部分，該模塊是普通用戶的權(quán)限，啟動后開始實時采集。普通用戶發(fā)出指令后，系統(tǒng)獲取并開啟視頻采集設(shè)備，進行視頻采集，如圖6所示。視頻采集會受到天氣的影響，暴曬天氣或者雷雨交加的暴雨天都可能會導(dǎo)致畫面模糊、亮度損失、退化等問題。為確保視頻質(zhì)量，在視頻采集后需要使用畫面去噪、畫面增強和碼率壓縮等方式對圖像進行預(yù)處理。

用戶登錄進入界面后將會觸發(fā)攝像頭開啟指令，通過getUserMedia（）獲取媒體設(shè)備，同時還需要處理瀏覽器兼容性問題。當(dāng)用戶允許獲取設(shè)備，則success Callback被調(diào)用，回調(diào)函數(shù)的參數(shù)則為Media Stream對象；反之，則error Callback被調(diào)用。再運用Video對象play（）方法，用戶則可在網(wǎng)頁上查看到當(dāng)前設(shè)備攝像頭所拍攝的畫面。

點擊“開始”按鈕觸發(fā)錄制功能，對Media Stream創(chuàng)建Media Recorder對象進行錄制，Media Recorder.ondataavailable獲取當(dāng)前攝像頭。點擊“開始”按鈕后錄制的數(shù)據(jù)，將會提供一個Blob對象，即開始數(shù)據(jù)采集工作。點擊“結(jié)束”按鈕后，將會終止錄制器，關(guān)閉媒體流，即數(shù)據(jù)采集工作結(jié)束。采集到的視頻使用歸一化處理，將視頻數(shù)據(jù)調(diào)整到合適的數(shù)值范圍，改善視頻質(zhì)量[9]。

4.3" 視頻傳輸模塊設(shè)計

系統(tǒng)無須人工啟動傳輸功能，它能通過攝像頭的幀率和圖像幀數(shù)自動完成截段保存的操作，隨即觸發(fā)視頻傳輸功能[10]。分段保存視頻流后，將錄制獲得的Blob對象轉(zhuǎn)成File對象，添加到FormData對象，運用Ajax上傳到后端。后端代碼創(chuàng)建ServletFileUpload對象，配置上傳參數(shù)，通過調(diào)用ServletFileUpload.parseRequest（request）解析前端傳遞的數(shù)據(jù)，并存儲到數(shù)據(jù)庫video表中，并提示“文件上傳成功！”，即完成視頻傳輸工作。數(shù)據(jù)傳輸過程中要加強數(shù)據(jù)安全和隱私保護，采用加密處理和訪問控制機制，確保傳輸過程中不被非法截獲和可追溯性。視頻傳輸成功界面及數(shù)據(jù)庫存儲記錄如圖7所示。

4.4" 用戶信息管理模塊設(shè)計

普通用戶、管理員和系統(tǒng)管理員登錄后都可進入個人信息管理界面，對個人信息進行修改。進入界面將會讀取數(shù)據(jù)庫User表中當(dāng)前用戶的姓名、性別、聯(lián)系電話等各字段數(shù)據(jù)，根據(jù)頁面需要顯示到相應(yīng)位置。用戶只需更正需要修改的信息，點擊提交后將新數(shù)據(jù)更新到數(shù)據(jù)庫中。由于密碼需保密，則進入界面時不顯示，如需修改點擊修改密碼按鈕，再根據(jù)提示輸入兩遍密碼進行修改。

系統(tǒng)中新增、修改和刪除管理員用戶信息的操作僅限系統(tǒng)管理員執(zhí)行，避免其他人惡意操作，確保視頻信息的安全：

1）新增管理員：該界面顯示添加管理員需要填寫的信息，點擊提交按鈕后將當(dāng)前數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫User表中。對于手機號、Email等具有特殊要求的輸入框，均會對其進行檢驗，只有符合所有輸入框的填寫要求后才會存入到User表中，并標(biāo)注用戶類型為管理員。

2）修改管理員：在管理員信息列表中，選擇需要修改的管理員名稱，系統(tǒng)將會訪問數(shù)據(jù)庫將該管理員信息顯示在頁面上，當(dāng)前界面與個人信息管理功能基本一致。

3）刪除管理員：在管理員信息列表界面，點擊需要刪除的人員信息所對應(yīng)的“刪除”按鈕，系統(tǒng)將會將數(shù)據(jù)庫User表中該管理員的信息刪除，并更新當(dāng)前管理員信息列表界面。

4.5" 視頻查看模塊設(shè)計

不同用戶的視頻查看模塊有所不同，普通用戶僅能查看自己上傳的視頻時間和內(nèi)容，即查詢數(shù)據(jù)庫video表中當(dāng)前用戶曾上傳的視頻數(shù)據(jù)，以表格的形式顯示在當(dāng)前頁面；而管理員和系統(tǒng)管理員可查看所有用戶上傳的視頻時間和內(nèi)容，即以表格的形式顯示出數(shù)據(jù)庫video表中所有的視頻數(shù)據(jù)。無論是哪種類型用戶，每行數(shù)據(jù)后均設(shè)有查看按鈕，點擊則可播放視頻，同時還能根據(jù)視頻上傳時間進行升序或降序排列。數(shù)據(jù)太多時，不僅可以通過頁面上方的搜索進行查找，也可以使用用戶名、日期、時間等進行篩選。視頻信息界面如圖8所示。

5" 結(jié)" 論

隨著人工智能技術(shù)的普及，視頻采集與傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用范圍將不斷擴大。文章結(jié)合自動駕駛汽車非標(biāo)況道路交通標(biāo)志識別算法研究課題的需求，對視頻采集與傳輸系統(tǒng)整體進行了詳細的需求分析、用例分析，以及核心模塊詳細的實現(xiàn)設(shè)計。避免惡劣天氣對視頻采集效果的影響，系統(tǒng)的視頻采集階段也相應(yīng)做了一些簡單的圖像預(yù)處理，為后續(xù)非標(biāo)況道路交通標(biāo)志識別算法研究奠定了基礎(chǔ)。如果在視頻圖像預(yù)處理時能更進一步優(yōu)化圖像增強算法，將更有利于自動駕駛汽車的識別，提升安全性和穩(wěn)定性。同時，該系統(tǒng)還能適用于監(jiān)控系統(tǒng)、教育教學(xué)系統(tǒng)等。

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作者簡介：陽皓筠（1995—），女，漢族，廣西桂林人，工程師，本科，研究方向：應(yīng)用開發(fā)、數(shù)據(jù)挖掘。

收稿日期：2024-08-10

基金項目：自然科學(xué)類課題（XJ2022002201）