视频监控系统中的电子地图的设计与实现

基金项目： 高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划资助 作者简介： 张靓 （%&)"9 ） ， 女， 研究生， 研究方向是图像分析、 视频处理。 图% 电子地图系统结构示意图
监控系统以客户端软件、 组管理服务器软件和采集服务器 软件的三方架构实现了对多个地点的实时视频监控。其中， 客 户端软件负责在监控中心对多个监控点的视频显示和控制； 组 管理服务器统一管理着客户端和采集服务器， 一边对用户进行
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编辑模块
该模块包括了制图系统和设备编辑系统。 制图系统主要分
为两种方式： 一种是地图的直接录入方式， 用户在客户端将地 图从扫描仪中逐张录入系统； 另一种是采取用户自定义地图的 方式， 系统提供给用户表示各种地图的图形要素的图标， 用户 以拖放图标和连线的方式自行制作地图。 后者是一种较复杂的 地图生成方式， 必须制作庞大的地图图形要素库和相应的图标 工具栏提供给用户选择和使用， 由于该系统主要应用于校园监 控， 已经储备有大量的地图库， 所以采用了前种方式。 设备编辑 系统包括了在电子地图上对于摄像机和输入输出设备以及报 警装置的定义，设置各种监控设备的地理位置以及各种属性 （如摄像机是否具有云台、 雨刷或者调焦功能等） 。
’%( 。 称 “屏幕地图” 或者是 “瞬时地图”
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系统设计
10234.56/ 是华南 理 工 大 学 信 息 网 络 工 程 研 究 中 心 自 行 研
制的网络视频监控系统， 在该系统中， 设计和实现了电子地图。 该系统的电子地图部分由编辑模块、 显示模块和通信模块三大 模块构成， 电子地图的结构示意图如图 % 所示。
计算机工程与应用
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权限管理和接受并且应答用户的各种请求， 同时对采集服务器 进行监听和控制； 采集服务器的功能是进行视频的采集， 压缩 编码和发送， 存储， 并且响应组管理服务器的命令。 电子地图作 为监控系统的一个重要的模块， 同样使用了三方架构， 其中编 辑模块和显示模块都在监控中心的客户端实现， 接受来自采集 服务器的视频数据， 数据库存储在组管理服务器上， 通信模块 是三方都具有的模块。
客户提供直接的服务。该模块包括了地图工具栏， 地图及设备 显示， 图层树形结构和视频显示四个部分。地图工具栏实现了 对电子地图的多种操作， 如地图的放大、 缩小、 漫游以及地图的 输出、 打印等； 地图及设备显示是系统根据从数据库中读取的 地图以及摄像机、 输入输出设备状态信息， 显示在客户端； 图层 的树形结构也是系统从数据库读取的多幅分层电子地图位图 建立的树形结构， 用户可以通过点击不同的地图名称来观察不 同的电子地图上监控设备的位置和状态； 视频显示是远程监控 系统的电子地图所特有的功能， 用户可以通过点击电子地图上 的摄像机图标观察到监控点的实时视频。 图 ! 为显示模块部分 的界面示意图。
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主要技术实现
以下将介绍笔者在制作电子地图时的几种设计和实现
方法。
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几个重要的概念
位图： 位 图 是 9:;<)=* 系 统 支 持 的 标 准 图 像 文 件 ， 位图文
件的结构分为文件头、 调色板数据和图像数据三部分。文件头 分 为 4>?@ABC>1DEDA3DF 和 4>?@AB>GCHEDA3DF 两 个 数 大小 据 结 构 。 4>?@ABC>1DEDA3DF 结 构 包 含 了 文 件 的 类 型 、 和数据布局等信息， 4>?@AB>GCHEDA3DF 结 构 包 含 设 备 无 关 位图文件的尺寸和颜色格式等信息。
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发展提供了强大的市场动力， 基于网络的数字视频监控系统应 运而生。数字视频监控系统的突出优点在于距离和控制， 它使 得用户坐在监控中心就可以监控若干个感兴趣的区域或者地 点的情况。 然而， 单纯依靠对于某个地点的视频监控， 用户很难 准确地把握和了解各个地点的情况， 电子地图在这方面就可以 起到很好的辅助作用。 电子地图可以为用户提供各个监控点及 其周围的环境和地理状况信息， 帮助用户更好地把握监控目标 的位置以及行动情况。 电子地图是以地图数据库为基础， 以数字形式贮存于计算 机外贮存器上，并且能够在电子视频上实时显示可视地图， 又
电子地图是在 )" 年代中期，随着数字地图以及地理信息 系统 （*+, ） 技术的应用， 计算机视觉化研究的深入而产生的。 进 入 &" 年代， 电子地图得到了进一步的发展， 从单幅地图的实时 显示到电子地图集的产生， 从阅读型电子地图集到分析型电子 地图 集 ， 从 以 光 盘 为 载 体 的 电 子 地 图 到 可 以 在 +-./0-/. 上 任 意 查询的网络地图。它作为一个新兴的应用领域， 已经被各国政 府所重视并且得到了广泛的应用。在海湾战争期间， 美军的作 战指挥中心，从五角大楼和美国全军指挥控制系统的大屏幕 上， 到各级指挥的荧光屏上， 都实时显示电子地图和叠加有各 种情况的作战要图。在美国、 日本和英国等国用于政府高层宏 观决策与信息服务的电子屏幕显示系统中均存在大量的电子 地图。在我国， 电子地图的发展才刚刚起步， 在车载导航、 军事 布防以及交通控制和监控系统中得到初步应用。
信。通过该模块， 管理员可以将编辑模块中载入的地图和定义 的设备属性加入数据库， 显示模块也可以从数据库调出要显示 的地图和设备信息。通过该模块， 采集服务器可以接受来自组 管理服务器的各种命令并且执行操作， 例如向显示模块发送视 频信息等。
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显示模块
显示模块是电子地图中最大的模块， 它包括在客户端内为
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引言
随着互联网的迅猛发展和普及， 为网络音视频传送技术的
由于视频监控系统中电子地图的结构和功能以及实现技 术还很少介绍， 根据其应用特点， 该文将详细介绍笔者自行研 制开发的远程数字视频监控系统 10234.56/ 中的电子地图的设 计思想和实现技术，系统不仅实现了电子地图的基本功能， 而 且实现了在电子地图上监控点的定义以及视频实时显示。
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三方通信
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组管理服务器通信模块工作流程图
组管理服务器的通信模块是三方通信模块的核心部分， 它
图! 电子地图显示模块界面示意图
的实现主要是通过 ?5B M >B 的 *)JN.+ 编程，每一方的 *)JN.+ 编
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计算机工程与应用
程都有所不同 ， 客 户 端 的 通 信 模 块 是 基 于 ’()*+,- .+/012 开 发 ， 采 集 服 务 器 的 通 信 模 块 是 基 于 3()45 下 6.7 （6180191: 组管理服务器 是 基 于 .4) ><? .+;2,<817(-28(=42(+)） .+/012 开发； 其中组管理服 务 器 的 通 信 模 块 是 三 方 通 @< 的 A<@<$)12 包开发， 信的核心部分， 其工作流程图如图 B 所示。 监控点和监控中心的通信模块相对简单： 在客户端网络模 块初始化之前， 监控点向服务器发出加入监控组的信息， 而监 控中心则发出请求监控的信息， 在获得服务器确认后， 他们便 获得组播地址； 监控点在退出应用程序时向服务器发出退出信 息， 告知服务器该监控点不再处于活跃状态； 监控中心在需要 修改电子地图信息时， 会向服务器发出请求所有活跃监控点信 息和地址的消息。
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通信模块
通信模块负责编辑模块和数据库以及显示模块的三方通
I3> 位 图 和 与 设 备 无 关 位 图 3>4 ： I3> 位 图 和 与 设 备 无 关
位图 3>4 是两种不同的 9:;<)=* 位图。 I3> 位图是由 @:J-)*)K+ 基本类 （@C5 ） 库 #$!% 版中的 54:+L7( 类表示的。 在 54:+L7( 类 的对象中， 包含了一种和 9:;<)=* 的 I3> 模块有关的 9:;<)=* 数据结构， 该数据结构是与设备有关的。由于 I3> 位图对设备 的依赖性， 通过磁盘或者调制解调器对他们进行传送都没有太 所以调色板管理更容 大的意义。而 3>4 由于它自带颜色信息， 易， 打印时灰度阴影的控制更容易。任何运行 9:;<)=* 的机器 都可以处理 3>4 ，它通常以后缀为 $4@B 的文 件 形 式 被 保 存 在 磁盘中。 由于远程视频监控系统必须考虑到被多个用户在不同 的机器上使用， 系统中对于位图的编程都普遍使用了设备无关 。 位图 （3>4 ）
)11*J,8(21JMKU3.R ； ] ] 不再需要写操作 )11*J81<*JMKU3.R ； ] ] 不再需要读操作 81hJ2:G1JMTR\JSXSR ； ] ] 没有其他命令 =81<0 ；
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地图的录入和导出
笔者将地图以位图格式输入计算机， 使用 3+<*CD<E1 函 数