基于IP网络的数字监控集成系统的设计.docx

基于IP网络的数字监控集成系统的设计徐来军+卢国珍+孔明摘要：随着计算机网络技术、多媒体技术不断发展，一种以数字化、网络化、智能化为特点的新一代的数字视频监控系统应运而生——基于IP网络的数字监控集成系统，该系統的关键技术主要包括视频采集压缩、视频信号传输、信息存储与系统的集中管理等。它可以广泛应用于网络视频监控和会议、银行数字监控和家庭远程监控等许多方面。高效的视频压缩和网络传输以及同时多点监控都是该系统的特色。关键词：视频监控；视频压缩；网络传输X924.3文献标志码：A：2095-2945（2017）23-0091-031概述视频监控技术的发展历史，大致分为三个阶段，第一阶段是模拟闭路电视监控系统，第二阶段是以PC机为基础硬件的数字化监控系统，第三阶段是基于IP网络的数字视频监控系统。近几年来，国家对宽带提速降费政策的大力支持，为通过网络实现监控提供了更好的环境。本系统是一种基于IP网络的数字视频监控系统，IP摄像机硬件主要包括网络视频服务模块和CCD模块两部分，上位机软件可以同时对局域网、外网IP摄像机的图像进行观看存储，可以分别对各台摄像机配置和管理，达到对需要监控的各个场所进行实时监控的目的。2系统设计整个系统大致分为视频、传输、控制及存储四部分，视频部分包括视频采集、A/D转换、视频压缩解压缩；传输部分包括打包、纠错编码、加密解密、数字调制与解调；控制部分包括了整个系统的协同运作；存储部分包括视频存储。硬件主要包括：嵌入式微处理器、硬件编解码模块、视频采集模块、存储模块、电源管理模块以及各个接口等。嵌入式CPU是整个硬件系统的核心，采用的处理器是ARM9处理器。主要负责整个系统的控制和管理以及所有信号的处理。存储包括SDRAM和FLASH。SDRAM的主要作用是中间数据的存储，FLASH则是用来存储系统的内核，文件系统等。视频采集模块负责视频信号进行模数转换。电源管理的功能是为系统提供稳定的电源。2.1系统流程图本系统发送端和接收端软件模块流程图如图2。2.2视频采集模块由于采用的外界视频输入的是CCD的模块。因此必须将此模拟图像转化成数字信号，因而必须经过A/D转换。由于模拟图像本身具备一定的输入模式，此外又属于高速信号，因此必须采用高速的A/D转换装置才能使信号完全量化并被采集。本系统采用飞利浦公司的可编程视频输入采样芯片。2.3视频编解码模块视频压缩编解码采用流行的MPEG4协议，并采用小波变换、可编程量化器、熵编码等方法来实现先进的数字压缩解压缩算法，使压缩后的数据流速率小于100Kbps，能够顺利地进行网络传输。MPEG-4Codec是一个用于视频编解码和后处理的DSP硬件。编码器将数据压缩成为标准的视频码流，解码器将视频码流还原成图像，然后将解压出来的图像进行大小、颜色等方面的处理，达到提升显示效果的目的。摄像头按照每秒20～30帧（可调）的速率采集图像，并且送到编码器，编码器实时的将图像压缩成为码流，这些码流通过内网或者外网传送到PC机设备，设备接收到码流之后，启动解码器解码，解码之后的图像转为RGB图像直接在PC机屏上显示。视频采集模块流程如图3所示。2.4以太网传输模块本系统中以太网传输模块的主要功能包括两部分：一是在UBoot过程中实现内核和文件系统的加载，二是视频数据的传输。由于系统要传输的数据量比较大（其中视频信号分辨率为640*480，实现每秒25帧的传输速率），因此选择一块高速有效的以太网控制芯片是很有必要的。2.5显示与存储模块的实现通过网络传输的视频流，在相应的控制指令下，通过编写相应的控件程序，调用Windows提供的标准库就可以在PC上显示了。在码流上加上标准的AVI头信息就可以存储为Windows可以播放的标准的AVI视频文件。2.6软件设计该系统软件是在WinXP下用VC++6编写的，采用IP协议和硬件通讯，整个程序界面简单，主要功能有：（1）添加监控点；（2）更新局域网内摄像机数量；（3）查看监控画面；（4）暂停、恢复、关闭监控；（5）对监控画面的色度、对比度、饱和度设置；（6）对监控画面的格式、码流、帧率等进行设置；（7）保存监控录像。打开软件EXE文件，整个主界面简单明了，软件开起来后会自动搜索添加局域网内的网络摄像机，设备列表显示在“Device”（设备信息）栏中，对外网摄像机的添加可通过右下角“Control”（控制）栏中的“Add”（添加）按钮实现，鼠标左键单击“Add”（添加）按钮，出现添加外网摄像机的对话框。输入外网摄像机对应的IP，点“OK”（确定），设备IP就会显示在“Device”（设备信息）里了，端口号7000不用改变。“Control”（控制）栏里的“Refresh”（刷新）按钮，用来更新显示局域网内的摄像机列表，点击“Refresh”（刷新）按钮