互联网治超站远程视频监控系统

技术创新

《微计算机信息》(测控自动化)2010年第26卷第10-1期

360元/年邮局订阅号：82-946

《现场总线技术应用200例》

控制系统

基于互联网的治超站远程视频监控系统

Remote Video Monitoring System Based on Internet in Checkpoints of “overload ”and

“ultra-limit ”vehicles

(南昌大学)

方茁邹运英

FANG Zhuo ZOU Yun-ying

摘要:本文根据视频监控在计算机网络传输的原理,采用模块化设计,讨论了基于Internet 和H.264的数字图像压缩的远程实时视频监控系统。文中介绍了本系统的方案设计以及各个模块的开发实现,其中包括:网络传输模块、H.264图像服务模块、设备控制模块等,设计方案是一套面向交通行业的远程视频监控系统,目前已成功的运用于江西省各车辆超限超载检查站。关键词:远程视频监控;解码器;H.264;NAT 穿透;RTP/RTCP 中图分类号:TP29文献标识符:A

Abstract:Based on the theory of computer net transmission about Video Monitoring,This thesis describes the design by means of the modules,and discusses the long-distance and real -time Video Monitoring System based on Internet and H.264about digital image compressing.Additionally,this thesis introduces the whole project and each module on exploitation,for instance,net transmission module,H.264image serve module,equipment control module and so on.This system is a remote Video Monitoring System of the transport industry.At present,it has been successfully used in all checkpoints of “overload ”and “ultra-limit ”vehicles in Jiangxi Province.

Key words:Remote Video Monitoring;Decoder;H.264;Across NAT;RTP/RTCP

文章编号:1008-0570(2010)10-1-0054-03

1引言

车辆超限超载运输对交通安全、公路设施、运输市场及社会经济秩序造成了极大的危害,严重影响了社会经济的健康发

展。

因此,对车辆超限超载治理整顿的工作意义非常重大。但是由于治超地点分散,现场环境复杂,突发事件较多,给治超治限工作带来了一定的难度。

本文提出的基于互联网的远程视频监控系统将能极大地缓解上述矛盾,为江西省公路治超治限工作的开展保驾护航。

2需求分析

根据需求进行分析,该系统在治超站的运用主要还是围绕在这几个功能上:

(1)对超限超载车辆违规违法行为进行现场取证,为执法提供真实准确的第一手资料。

(2)对突发事件进行异地监控及指挥,提高异地指挥的及时性和准确性。

(3)对治超检查站进行远程监督及管理,增加执法的透明度,加大监管力度。

3系统设计与实现

方案设计时本着首先考虑治超站的当前功能需要,达到经济实用的要求,又应充分考虑今后的发展需要,具有可扩充性,充分保护现有的投资,而且具有较高性价比的总体设计思想来设计。

3.1系统组成

系统由三部分组成:

(1)视频采集服务器:由信号采集、

可遥控动作设备以及视频压缩和网络传输模块几大部分构成。实现视、音频数据的采集及网络传输,实时录像及录像回放,实时视频抓拍,视频可叠加可调字幕,支持多路摄像机视频。有完善的多级用户帐号及权限管理。

(2)接入控制服务器:提供统一网管、

身份认证、鉴权认证,以及信令接续和实时状态监测。

(3)远程监控终端:任何接入Internet 的计算机都可以成为本系统的监控终端。它供监控人员浏览视频采集端的图象。用户可以远程操控对镜头色度、亮度、色调、光圈、调焦、变倍以及云台的控制。采用直观的视频采集端目录列表方式,简便实现异地视频切换与控制。采集端目录由接入服务器实时维护。

3.2硬件设计与选用

3.2.1视频采集压缩卡的选用

比较国内外几个主要的视频采集压缩卡的设备供应商产品,综合考虑价格、性能等多方面的因素,最后选择海康威视公司的DS-40xxHC 视频采集压缩卡。DS-40xxHC 是面向数字监控行业而推出的专用板卡,采用了高性能的视频压缩技术标准H.264及OggVorbis (相当于G.722)的音频编码标准,完全依靠硬件实现了视频及音频的实时编码(CIF 格式25帧PAL /30帧NTSC)。

3.2.2云台镜头控制终端解码器的设计

云台镜头控制终端解码器可实现云台的俯仰、

旋转运动,从而调整摄像头监控的位置,同时还可控制摄像头的焦距、光圈和景深等,以便调整视野范围和清晰度。

本系统是通过计算机串口和解码器的通信实现对多个云台的控制,主机与解码器之间采用RS232通信方式实现设备联动。

方茁:副教授

54--

邮局订阅号：82-946360元/年技术创新

控制系统

《PLC 技术应用200例》

您的论文得到两院院士关注解码器包括通信接口电路、云台控制电路、镜头控制电路、

看门狗电路等,其中单片机是核心部分,采用的是ATMEL 公司

AT89C2051。由单片机内部的控制软件对控制信号接收、

校验、确认后,将控制命令解码,由I/O 口发出相应的控制命令。

电动云台有俯仰、旋转两个单相交流电机,每个电机有两个绕组,当交流电压从一个绕组接入时,电机正向旋转;从另一个绕组接入时,电机反向旋转。云台有一个公共端和四个控制端,由交流24V 控制云台的上下左右运动。单片机发出的控制信号

是对云台的交流电机的正反向控制。

图1是用双向可控硅实现的云台控制单路电路图(共有上下左右四路)。

图1云台控制单路电路图

变焦镜头有光圈、

聚焦、变倍三个直流电机,三个电机有一个公共接地端,在非公共端加正、负电压时电机正、反旋转。单片机发出的镜头控制信号是对镜头的直流电机的正反向电压控制,镜头控制电路图如图2所示。

图2镜头控制电路图

由于串口是RS232电平的,而单片机的串口是TTL 电平的,两者之间必须有一个电平转换电路,所以我们采用了专用芯片MAX232进行转换。解码器与主控系统之间的数据传送经过RS232收发器MAX232,由单片机的TXD 和RXD 串行口发送和接收。

终端解码器的软件设计采用模块化结构,由主程序、通信中断服务程序、云台电机控制子程序、看门狗自动复位程序等构成。

3.3软件设计3.3.1关键技术

系统在设计中需要解决以下关键技术:

首先是视频数据的压缩和解压缩技术。视频图像的信息量是巨大的,例如1幅640×480中分辨度的彩色图像(24bit/像素),其数据量为0.92MB,如果以每秒30帧的速度播放,则视频信号的数码率高达27.6Mbps 。显然,视频压缩技术数字化是压缩技术的关键。目前,适用于远程视频监控的图像压缩标准有H.

261、MPEG1、MPEG2、H.263、MPEG4与H.264/AVC 。

本系统选择采用H.264标准。H.264加强了对网络的支持,面向数据包的编码能更好地支持流媒体的应用;有很强的抗干扰能力,提高了视频传输的可靠性;对不同传输环境有很好的带宽适应性,提高了信道利用率。当然,H.264最具价值的部分无疑是有更高的数据压缩比,大大地节省了带宽。

其次是视频数据的实时传输技术。由于视频数据传输应具有连续性、实时性等要求,这就决定视频数据传输不能采用传统文件传输所采用的网络协议。传统文件传输对延迟没多少要求,但是却有严格的差错控制和重传机制。而视频数据传输可以忍受由于没有差错控制或重传机制而造成的分组丢失,却不能忍受由于差错重传机制而导致的显示混乱。基于以上原因,笔者选择RTP/RTCP 作为网络传输协议。因为它为媒体流化技术提供了网络承载平台,非常适合于传输媒体数据。

第三是跨网关技术。桌面型视频监控系统一般可以实现同一局域网内的两个客户端通信,或者一方具有独立IP 地址的情况,但是对于两个客户端在不同局域网内或者具有独立IP 地址的客户主动连接局域网内的客户的情况却无能为力。目前不少系统的设计和应用都未充分考虑这个问题,因此解决音视频流跨网关传输具有一定的现实意义。

3.3.2软件主要模块的设计(1)视频数据处理模块视频数据处理模块主要由两部分构成:视频图像的采集压

缩与存储、

视频图像的播放与控制。视频图像的实时播放可以和视频图像的实时捕捉存储同时进行。该模块的设计通过视频采集压缩卡DS —40xxHC 附带的二次开发包编程实现。

(2)视频数据发送模块

视频发送模块采用四层结构,即物理网络接口层、传送层、网络层和应用层。在C/S 体系中采用WinSock 技术实现客户机与服务器间的通信,并在应用层上开发通信程序。本系统中采用UDP 的非阻塞监听连接方式;将客户端Socket 的ClientType 特性设为clNonBlocking,服务端Socket 的ClientType 特性也设为clNonBlocking 。Socket 是较低层的连接,两个Socket 必须使用相同的端口,共同遵守TCP/IP 。

(3)视频数据接收播放模块

视频数据接收播放模块需建立两个通讯通道,一个为控制通道,一个为数据通道。控制通道用来在服务端和客户端之间建

立会话,包括发送一些控制请求信息。

模块选用Windows 多线程技术实现接收端播放多路视频图像。每个线程创建一个用户界面窗口,负责一路视频流的接收和实时播放。

(4)云台和镜头控制模块

此模块分监控现场控制设备模块和远程控制设备模块。远程控制分两步进行:控制指令由客户端传送给现场主机;监控主

机直接控制镜头、

云台。对云台、镜头的控制是通过解码器实现的。本地监控主机通过RS-232与解码器通信,从而达到对摄像机镜头及云台进行控制。

本系统采用MSComm 通信控件来完成了微机与单片机之间的RS-232串行口通信。MSComm 控件提供了功能完善的串口数据的发送和接收功能。

(5)接入服务模块

视频采集服务器和远程监控终端由于IP 被动态分配或处于内网中,所以彼此都不一定知道对方的公网IP 地址和NAPT 上面映射的端口号,因此要依靠一个运行在拥有固定公网IP 的接入服务器来建立两者的连接。

连接过程是这样的:当视频采集服务器和远程监控终端分别连接接入控制服务器后,接入控制服务器可以从收到的UDP 数据包中获取到这两个NAPT 设备的公网IP 地址和这两个连接建立的Session 的映射端口。然后这两个计算机就可以从接入服务器上获取到对方的NAPT 设备公网IP 地址和映射的端口。

4系统的特色与创新

系统的主要技术特色在于:本系统是一个综合的集成系统,涉及到通讯技术、计算机技术、网络技术、自控技术、图像压缩

55--