视频监控系统中的电子地图的设计与实现
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（!""# ） 文章编号 %""!9)CC%9 %&9"%"D9"#
中图分类号 FGC%%
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视频监控系统中的电子地图的设计与实现
张 靓 张 凌 袁 华 （华南理工大学广东省计算机网络重点实验室， 广州 7%"8#" ）
59:;2<： =4;-3<>?@A.$/BA$@摘 要 该文首先简要介绍了电子地图的概念以及国内外发展状况，然后结合一个具体的视频监控系统中的电子地图
开发实例， 详细介绍了部分实现技术， 最后提出了对电子地图在视频监控系统中应用的展望。 关键词 远程监控系统 电子地图 位图 图形设备接口 文献标识码 E 地理信息系统 设备无关位图
)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 ；
B$B
地图的录入和导出
笔者将地图以位图格式输入计算机， 使用 3+<*CD<E1 函 数
19-1 ] ] 接受无误 O ] ] 计算剩余的文件长度 DJ91)MDJ91)i; ；
计算机工程与应用
!""#$%& %"D
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。
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
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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三方通信
图’
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<@<$)12 包开发， 信的核心部分， 其工作流程图如图 B 所示。 监控点和监控中心的通信模块相对简单： 在客户端网络模 块初始化之前， 监控点向服务器发出加入监控组的信息， 而监 控中心则发出请求监控的信息， 在获得服务器确认后， 他们便 获得组播地址； 监控点在退出应用程序时向服务器发出退出信 息， 告知服务器该监控点不再处于活跃状态； 监控中心在需要 修改电子地图信息时， 会向服务器发出请求所有活跃监控点信 息和地址的消息。
’
பைடு நூலகம்主要技术实现
以下将介绍笔者在制作电子地图时的几种设计和实现
方法。
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几个重要的概念
位图： 位 图 是 9:;<)=* 系 统 支 持 的 标 准 图 像 文 件 ， 位图文
件的结构分为文件头、 调色板数据和图像数据三部分。文件头 分 为 4>?@ABC>1DEDA3DF 和 4>?@AB>GCHEDA3DF 两 个 数 大小 据 结 构 。 4>?@ABC>1DEDA3DF 结 构 包 含 了 文 件 的 类 型 、 和数据布局等信息， 4>?@AB>GCHEDA3DF 结 构 包 含 设 备 无 关 位图文件的尺寸和颜色格式等信息。
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通信模块
通信模块负责编辑模块和数据库以及显示模块的三方通
I3> 位 图 和 与 设 备 无 关 位 图 3>4 ： I3> 位 图 和 与 设 备 无 关
位图 3>4 是两种不同的 9:;<)=* 位图。 I3> 位图是由 @:J-)*)K+ 基本类 （@C5 ） 库 #$!% 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 ）
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数据库
数据库存储着图形和设备属性。 由于该监控系统中的图形
多采用位图文件的格式， 笔者直接在组管理服务器上创建一个 文件夹来存储用户录入的地图图片。 这里采用 ()*+,-./01 作为 组管理服务器通信模块的数据库管理系统， 而 采 用 2345 作 为 视频采 6787 和数据库的连接器。数据库存储了用户认证信息， 集主机信息， 以及摄像机信息等多张数据表， 用以提供给用户 显示电子地图和各个摄像机视频。
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。
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。
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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） 。
%
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。
’%( 。 称 “屏幕地图” 或者是 “瞬时地图”
!
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。
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（;f" ） (; O ] ] 接受出错 （） ； ()2 (R88+8F+*1M’.UQ123<-2R88+8 ] ] 获取出错信息
(; （(R88+8F+*1L M’.UR’XW3763XF_gg(R88+8F+*1L M’.UR? ] ] 如果不是网络阻塞错误 KUW3H） O
（SW33 ， ； N 连接出错 L N ， NRTTXTN ， Z6JX_） Z1--<E16+5 （-<@1;G LMSW33 ） ;/9+-1 （-<@1;G ） ； (; ] ] 关闭文件 （/J-+/0;*J ） ； /9+-1-+/012 ] ] 关闭该套接字
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视频监控系统中的电子地图的设计与实现
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开发实例， 详细介绍了部分实现技术， 最后提出了对电子地图在视频监控系统中应用的展望。 关键词 远程监控系统 电子地图 位图 图形设备接口 文献标识码 E 地理信息系统 设备无关位图
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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
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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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
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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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பைடு நூலகம்主要技术实现
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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
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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
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数据库存储着图形和设备属性。 由于该监控系统中的图形
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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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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。
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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） 。
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随着互联网的迅猛发展和普及， 为网络音视频传送技术的
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