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浙江大学 硕士学位
论文基于网络的视频监控系统——客户端软件设计 级别:硕士 专业:电子信息技术及仪器 指导教师:陈耀武 20060301 摘要 随着时代的发展,人们对安全防范也越来越重视,而数字化视频监控系统在音视频录像、报警录像联动、硬盘存储、多画面显示等方面都有突出表现,因此在安防领域逐渐占有了一席之地。
本文提出的基于网络的视频监控系统实现了对数字硬盘录像机的控制功能,其远程客户端软件可以同时播放四路具有高达I)1分辨率的图像数据。
第一章论述了视频监控系统和数据压缩技术的发展动态。
第二章对客户端软件的开发环境及平台进行了选择,并就其中使用的关键技术:windows sockets编程技术、windows多线程技术、windows图像显示技术、MPEG一4编解码与数据传术技术、流媒体技术做了简介。
第三章详细论述了客户端软件的设计及实现。
包括客户端软件的整体设计和各模块的设计实现,最后给出了实现结果。
第四章是论述了实时流媒体播放器的,包括主要模块设计实现 (网络接收模块、解码模块、显示模块、操作控制模块)、其他模块设计实现(显卡能力探测模块、表面管理模块)、性能优化(缓冲、共享内存、线程模型)。
第五章对系统进行了总结,并为系统进一步发展提出了展望和规划。
关键字:视频监控、DVR、远程控制、流媒体、播放器、客户端 The Client Sofeware Design For Video Monitor System based on Network Abstract As a member of security guard which nowadays people pay more attentionon,Video Monitor System plays an important role because of its advantages in videorecord,alert trigger,hard disk storage and multi—channel monitor.The Video MonitorSystem based on network in this paper gives an effective remote control on digitalvideo recorder(DVR),and its remote client can display four channels in D1 resolutionat the same time. Chapter one discusses the development trend of video monitor system and digitalencode technology. Chapter two gives the selection of develop environment and platform.Alsointroduces the key technologies:windows sockets programming technology,windowsmulti-thread programming technology,windows graphic programming technology,MPEG一4 encode and decode technology,video data transmission technology andstream-media technology. whole Chapter three describes the design and realization of the remote client,Adesign is given at first,then the module design is explained,at last the implementation result is given. main Chapter four presents the design of real time stream player,It discusses the modules(net module,decode module,display module and operation control module),other modules(video accessories card capability detect module and surface management module)and performance improvements(buffering,share memory,thread model). Chapter five draws a conclusion of this paper and make a forward looking on the improvement ofthe system’s performance. Keywords:Video Monitor System,DVR,remote control,stream—media player, client V基于网络的视频监控系统…~客户端软件设计 浙江大学硕上学位
论文 第一章绪论1.1课题的提出及意义 随着生活水平的提高,人们的安全防范意识也越来强,以视频监控为代表的安防产业也进入了一个繁荣期。
视频监控系统在音视频录像、报警录像联动、硬盘存储、多画面显示等方面都有突出表现,赢得了不少人的青睐,因此在保安、交通、民用等众多领域逐渐占有一席之地。
伴随安防产业市场的成熟和技术水平的提高,以数字化技术为基础的数字硬盘录像机(DVR)因其多功能性,在短短几年时间里迅速取代了传统的模拟磁带录像机,成为视频监控领域的新宠儿,同时入世、申奥、西部开发、智能小区的建设都为视频监控系统提供广阔的市场前景。
中国安防市场的不断发展,国内网络环境日益改善,市场对监控系统也提出了网络功能的需求。
目前,网络型视频监控系统应用的场合主要有:交通、无人值守的变电站、保安中心、餐饮连锁店、海关(主要用来进行远程监控出口公司报关及货柜出货情况)等等,它们的特点是需要集中监看,同时监看的画面数量多,并且要能够即时对监控现场发出控制指令。
面对安防市场的需求,本文提出了一种基于网络的视频监控系统。
该系统是以嵌入式处理器为基础的,结合了DSP编解码专用芯片,能够同时完成对四路通道的数据采集、指定目标的实时监测,还可以实现对异常进行报警等功能。
除了能够在本地操作,该系统还可以通过远程的客户端进行控制。
本文工作的重点是远程客户端,它完成了参数查询、参数设置、实时播放和远程网络回放等功能。
在实时监测方面,通过软件优化硬件性能,可实现同步播放四路D1图像。
1.2领域背景 视频监控系统的核一EL,功能之一是对现场进行音视频监控。
音视频监控在安全防范系统中具有重要作用,它可以把过程记录下来,在同后有需要时拿出来作证。
基于网络的视频监控系统一一客户端软件设计 浙江大学硕士学位
论文音视频监控,早期是采用磁带或者录像带的方式,把相应的声音或图像记录下来,因此记录的是模拟声音和图像数据。
这种模拟方式具有很多的缺点,以下就以录像带为例:● 图像质量差。
录像带的容量很小,不能存放大量的数据。
对于视频图像来说, 其数据量是很大的,而且随着图像质量的提高,即要求具有高清晰度,每幅 图像所占的空间变大,势必造成存储的图像数量减少。
为了减少频繁的更换 带子,延长每卷带子的录像时间,就要牺牲图像质量。
·检索耗费高。
当要观看其中的某一个片断的时候,即使是知道在哪一个场景, 也要通过顺序倒带才能找到,而不能直接跳到相应位置,对于要在不同场景 问切换,非常麻烦,需要不断地倒带、卷带。
●不利于保存。
录像带由于记录的是模拟数据,在使用的过程中会不断地磨损, 即使是长期存放,也会由于录像带的老化等问题使得录像质量不断降低。
●使用费用高。
录像过程是通过录像机的磁头工作的,而录像机的磁头是很容 易磨损的,这样不仅会造成不能精确记录图像,而且会使后期的维修和检查 的费用增加。
正是由于这些无法克服的缺点存在,一种新的录像系统一数字硬盘录像机 (Digital Video Record,DVR)“1应运而生。
数字硬盘录像机摒弃了传统的模拟数据,采用了数字作为记录数据的方式。
它具有众多优点,其中最重要的是弥补了模拟录像的缺点:·硬磁盘的容量随着全球化的数字大潮和It技术的快速发展极大提高,而其 价格却大幅度地降低,同样价格的磁盘和磁带,磁盘能存储数据的容量远远 大于磁带的存储能力,这给数字化视频监控系统的发展提供了前提条件,可 以记录清晰度更高的图像。
●数字硬盘录像机把每一段录像都存放在硬盘上,并给每一段录像一个编号。
在检索的时候,只要根据这个编号,可以随意跳转,因此它的检索效率很高。
·数字式的记录可以更好的保存,在刻录备份的过程中,由于不存在磨损这些 问题,因此可以把数据无差错的拷贝。
同时光盘的使用寿命比较高,可以长 时间存放也不会出现大的问题。
· 规模可以裁减,既可以使用单个硬盘做常规数量的图像记录,也可以挂载多基于网络的视频监控系统…一客户端软件设计 浙江人学硕士学位
论文 个硬盘,形成超大容量的磁盘阵列,既满足记录更多数量视频图像的需求 又可以满足延长录像时间的需求。
正是由于这些优点,数字硬盘录像机的应用范围越来越J。
泛,从最初的金融领域发展到交通、楼宇、公安,甚至小区、机房、考场等等,只要是想对图像和声音进行监控的场所都可以找到它的踪迹,而基于数字硬盘录像机的视频临控系统也成为了安防领域的宠儿。
1.3国内外研究现状 关于视频监控系统的研究主要集中在两个方面●对数字化视频监控的系统构架研究·数据压缩技术的研究1.3.1数字化视频监控的系统构架 随着视频监控系统的不断发展,现阶段的数字化视频监控系统主要有以下几种形态: ·结构上分为基于工控机的数字硬盘录像机、基于Pc架构的视频监控系统、 脱离Pc架构的嵌入式视频监控系统。
““。
基于工控机的数字硬盘录像机的主体是工控机箱,里面有CPU工业集 成卡和工业底板。
这种结构可以挂接多个硬盘用于存储,也可以接入多块 板卡用于采样和处理,因此适合在需要多通道监控的场所使用。
同时由于 主体在工控机箱内,可以抵抗工业环境的干扰,对于一些干扰强的重要场 合尤其合适”…。
基于PC构架的视频监控系统,它是以PC机为基础的,在操作系统(包 括windows和liflUX)上运行的一整套系统。
这套系统本身也是配备了一些 相应的硬件设备,比如可插拔的图像采集卡和图像压缩卡,用来完成数据 的硬件传入、硬件压缩和硬件解码。
基于Pc的一大优点是产品性能容易提 升,软件维护和升级比较容易。
由于可以扩展存储硬盘,存储空间大。
脱离Pc架构的嵌入式视频监控系统是以嵌入式处理器为基础的,在嵌 入式实时操作系统基础上完成对整个系统的控制和管理。
在系统内部,采基于网络的视频监控系统一一客户端软件设计 浙江大学硕士学位
论文 用专用的芯片对图像进行编码和解码。
由于采用了专用芯片,因此音视频 的质量和速率可以得到保证。
● 可实时监控的路数上分为卜4路的低路数数字监控系统、5一lO路的中路数 数字监控系统:1卜16路及以上高路数数字监控系统。
通常路数越多,对硬 件的要求越高。
如远程终端可以完成l、4路的Dl播放,但是由于受到CPU 运行能力等的限制,无法同时完成高路数的软件解码,这就需要通过外挂 特定的解码板卡来实现了。
●按技术核心分为MPEG一1、MPEG一2和MPEG一4 这部分在下面介绍。
1.3.2数据压缩技术 数字化视频监控系统的工作是以数字信号为基础的,它将采集到的模拟信 号通过模~数转换模块变成数字化的信息流。
由于原始码流的数据量非常大,因 此不适合于传输和存储。
在实际的视频监控系统中,基于性能考虑,会对数据 进行编码和解码,而编解码能力将对整个视频监控系统的运行产生巨大影响。
当前有很多的压缩标准已经推出,包括:JPEG、MPEG、H.261/H.263等。
其中JPEG(Joint Picture Expert Group)是用于静止图像的压缩;H.261/H.263虽然压缩率大,但是图像质量不高,因此可用于视频会议和可视电话。
MPEG (Moving Picture Expert Group)是针对运动图像的,其编码标准,包括MPEG视频及MPEG音频。
到现在为止,视频方面已经具有了MPEG一1、MPEG一2和MPEG一4三种标准,分别是针对不同的用途的。
●MPEG一】编码速率最高可达4-5Mbps,可适用于不同带宽的设备,如CD—ROM、 Video—cD、cD—I,也被用于数字电话网络上的视频传输·MPEG一2针对标准数字电视和高清晰度电视应用,编码码率从每秒3Mbps~ lOOMbps,是SDTV和HDTV的编码标准。
●MPEG一4是针对数字电视、交互式绘图应用(影音合成内容)、交互式多媒体 的标准,适合于多媒体传输、存储、检索等应用领域。
图像数据压缩的技术主要针对帧间压缩和帧内压缩。
帧间压缩把视频分解成独立的帧并只传输前后帧之间的不同部分。
基于网络的视频监控系统…一客户端软什设计 浙汀大学硕士学位
论文 用专用的芯片对图像进行编码和解码。
由十采用了专用芯片,因此音视频 的质量和速率可以得到保证。
· 可实时监控的路数L分为卜4路的低路数数字监控系统、5 10路的中路数 数字监控系统;1卜16路及以上高路数数字监控系统。
通常路数越多,对硬 件的要求越高。
如远程终端可以完成r4路的D】播放,但是由于受到CPU 运行能力等的限制,无法同刚完成高路数的软件解码,这就需要通过外挂 特定的解码板卡来实现了。
●按技术核心分为MPEG一1、M盹铲2和N’EG一4 这部分在下面介缁。
1.3.2数据压缩技术 数字化视频监控系统的工作是以数字信号为基础的,它将采集到的模拟信 号通过模一数转换模块变成数字化的信息流。
由于原始码流的数据量非常大,因 此不适合于传输和存储。
在实际的视频监控系统中,基于性能考虑,会对数据 进行编码和解码,而编解码能力将对整个视频监控系统的运行产生巨大影响。
当前有很多的压缩标准已经推出.包括:JPEG、MPEG、H.261/H.263等。
其 中JPE(;(joint Picture Expert Group)是用于静止图像的压缩;H.261/H.263虽然压缩率大,但是图像质量不高,罔此可用于视频会议和可视电话。
MPEG (Movinz Picture Expert Group)是针对运动图像的,其编码标准,包括MPEG视频及MPEG音频。
到现在为止,视频方面已经具有了MPEG-1、mPEG一2和MPEG一4 三种标准,分别是针对不同的用途的。
●MPEG一〕编码速率最高可达4-5}.1bps,可适用于不同带宽的设备,如CD—ROM、 Video—cD、(:D—l,也被用于数字电话网络上的视频传输 ·MPEG~2针对标准数字电视和高清晰度电视应用,编码码率从每秒3Mbps~ lOOMbps,是SDTV和HDTV的编码标准。
·MPEG一4是针对数字电视、交互式绘图应用(影音台成内容)、交互式多媒体 的标准,适合于多媒体传输、存储、检索等应用领域。
图像数据压缩的技术主要针对帧间压缩和帧内压缩。
帧问压缩把视频分解成 独立的帧并只传输前后帧之间的不同部分。
独立的帧并只传输前后帧之间的不同部分。
基于网络的视频临丰孛系统…~客户端软件设计 浙江大学硕士学位
论文 MPEG一4是基于帧重建算法来压缩和传输数据的。
它首先把图像分割成一个个很小的区域,然后动态检测图像各个区域的变化,根据时间和空间特性进行不同方法的压缩。
MPEG一4具有更大的压缩比、更低的压缩码流、更好的图像质量。
数据压缩技术主要目的是使视频图像具有低数据量、高清晰度。
要满足这两方面,现在用到的技术就是“MPEG4+D1”。
Dl是指图像分辨率为720×576像素,它使图像具有了足够的清晰度,再加上MPEG一4压缩技术,可以大大降低图像的数据量。
1.4课题任务 基于网络的视频监控系统结合了计算机技术、网络技术和嵌入式技术,实现了对数字硬盘录像机(DVR)的控制功能,它由前端的摄像头、嵌入式DVR服务器、远程客户端组成。
客户端是本文工作的重点,它不仅可以完成常规的功能,如控制参数、查询报警事件任务等等,而且可以完成更多的高级功能,例如可以实现四个通道同时播放Dl数据。
本课题主要是对远程客户端软件进行: ·用户需求决定了系统功能。
远程客户端主要针对网络监视、远程参数设 置、多通道播出等需求研制的。
它运行于windows操作系统,能够足不 出户实现对DVR的远程控制功能,因此它解决了操作的空间局限性问题。
●设计了自定义的通讯协议。
该协议针对不同的功能采取不同的数据格式, 既能满足通讯的需要,又具有简洁不累赘的特点。
●通过软件优化硬件,本客户端可以实现同时播放四路D1分辨率图像的功 能,解决了在PC上要使用专用解码芯片才能实现多路通道同时解码高分 辨率图像的问题。
· 由于DSP采用了优化的MPEG一4方法编码,在客户端要实现自主解码和 播放,因此开发了自己的实时流媒体播放器,采用DirectX进行显示, 并运用缓冲处理、线程模型和共享内存来优化性能,能够完成流畅的图 像输出功能。
该客户端软件可以实现对DVR服务器各项参数的查询和设置、对录像片段的基于网络的视频监控系统…--客户端软件设计 浙江大学硕士学位
论文查询,还可以设置触发录像事件,最重要的是能够实现远程播放录像的功能,包括实时播放和网络回放。
对于报警事件也能够有一定的处理能力。
该软件具有界面友好、操作便捷、功能强等优点。
6基于网络的视频监控系统…..客户端软件设计 浙江大学硕上学位
论文 第二章开发环境选择和技术概述2.1开发环境选择 任何一款软件,它的实现都是要在一定的开发环境上。
软件的开发环境是指程序员开发应用软件时所依赖的操作系统和开发平台。
在不同的操作系统E有/1i同的开发平台存在,如微软的Vi sua〕C+十就是一款很好的跑在windows操作系统上的开发平台。
软件的实现是继软件总体设计之后的另一个重要环节。
由于各个操作系统、开发平台各有特点和优势,因此在软件实现中要根据软件需求、实现的代价、可操作性、成本、代码的可重用性以及支持水平等多方面进行考虑。
下面就讨论操作系统和软件开发平台的选择。
2.1.1操作系统选择 在软件实现前,要先确定操作系统。
当前使用最广的操作系统是windows和 linux。
其中windows以其界面的友好化和操作的简单化著称,用户可以不用记很 多命令条,只需要使用鼠标执行点击操作即可,因此特别受到不需要较强技术的 用户青睐。
客户端软件选择Windows 2000操作系统,之所以选择这个系统,主要是从以 下几个方面考虑的: ●软件需求 该客户端的主要用户群并不是具有一定计算机知识的专业人士,因此可以认 为本客户端是面向用户级的应用系统,是用户在远程PC机上使用的。
同时考虑到 PC上普通用户一般选择安装的都是Windows操作系统,因此系统的开发环境选择 了windows 2000。
·实现的代价 当前基于windows操作系统的开发平台非常多,其中不乏有很多可视化的川:基于网络的视频监控系统…~客户端软件设计 浙江大学硕士学位
论文发工具,如VC和
delphi等,他们能够提供的功能非常强,涉及到了界面、网络、数据库等众多领域,同时又能快速进行开发,因此具有广大的用户群,开发过程也积累了很多经验。
程序员可以最大限度的投入到系统开发本身,过程中遇到的难题也可以在网上或相关论坛上得到他人的点拨和帮助。
相对来说,若使用UNIX、LINUX、DOS等操作系统,实现本客户端同样的功能要困难多了,因为本客户端是远程用户和嵌入式服务器交互的接口,需要友好的界面支持。
●可操作性 当前windows操作系统占据了Pc机市场的半壁江山,虽然现在有很多专业人士开始使用1inUX、uniX,但对于一般用户来说,windows是他们的首选,也是他们接触比较多的一个操作系统。
windows操作系统采用了可视化的图形界面,所见即所得,这种操作方式只需鼠标即可实现操作,因此对于一般用户而言,可操作性很强,很多人在习惯了windows的操作方式之后,在没有鼠标的操作环境中都不会使用计算机。
·成本 软件行业作为一个新兴的行业,它有其存在的现实意义。
软件的开发,大部分时候是为了某一特定的商业用途,因此不管从客户还是从开发者的角度来看,成本都成为他们考虑的一个大点。
在开发的工程中要在保证软件质量的基础上,最大限度地降低成本。
Windows是PC机上当前最流行的操作系统,其上的比较成熟的工具非常多,功能也做得很完善,因此使用windows进行开发,具有很高的性价比,不但可以开发出高质量的软件,还可以缩短开发周期,从而降低成本。
而Linux操作系统,虽然它是开源的,但是对技术要求比较高,开发的周期相对来说可能会变长,使得开发成本增加;而dos操作系统,大家知道这是一款较低端的操作系统,功能不够强大不说,开发起来很麻烦,很多东西要自己去实现,不是可以直接拿来借鉴和参考,因此要有大量的人力投入进去,开发成本也会相应的提高。
●代码的可重用性 前面提到过,windows操作系统拥有很大的用户群,它的上面有很多成熟的 开发平台,因此当前很多的程序都是在这个操作系统上实现的,其实现的功能涵盖了各行各业的各个方面。
基于网络的视频监控系统…~客户端软件设计 浙江大学硕士学位
论文 网络运行无处不在,这给工作、学习带来了很大的便利,通过网络可以获取大量信息,其中也包括了一些已有的
开源代码。
有些电脑爱好者,他们把自己开发制作的比较好的代码放到网络上供其他人参考和学习,因此在网络上可以找到各种各样的代码,这些代码中不乏经典之作。
同时在实验室中,有很多人从事windows上层软件的丌发,已经开发了多个系统操作软件,这些软件的代码有部分可以拿来参考和重用。
由上而知,windows的广大用户群和实验室已有的资源,使得选择wi ndows作为开发的操作系统,可以充分利用代码的可重用性。
●支持水平 所谓支持水平,是指在windows环境下的第三方软件。
大家知道,microsoft公司是一家实力非常雄厚的公司,该公司开发了多款应用软件和开发工具,用于从事基于windows的通用软件开发,如Visual c++,office 2000等等。
本客户端开发使用的是Delphi7.0,它也是windows环境下FhBorland公司提供的一款开发工具,具有快速开发的特点。
它拥有丰富的构件库,对用户界面的开发尤其适合,能够开发出漂亮的界面。
综上所述,通过多方面的考虑,觉得使用Windows系统作为客户端的开发环境是非常适合的。
2.1.2程序设计平台选择 选择完操作系统后,接下来要选择程序设计的平台。
这里要先提一下客户端系统的需求:●是与用户交互的接口,因此有大量的界面要设计,这些界面在设计时要考虑 美观度和操作的便捷度。
同时因为.
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