数字监控系统工程案例设计
数字监控系统系统设计目标
本系统的总体设计目标是在网络内构建一个质量高、监控方式灵活、可靠性高和具有易于扩展架构的网络实时视频监控系统。集散式网络视频流传输平台,又可称作监控中心,实现了灵活的监控方式,即任何一台授权的主机,不管是在本地局域网内,还是远在千里之外,都可以成为监控中心,对各监控点进行实时监控,并进行系统管理。这个平台主要由图象监控中心服务器等组成,完成现场图象接收、用户登录管理、优先权的分配、控制信号的协调、图象的实时监控、录像的存储、检索、回放、备份、恢复等。
设计要求:监控中心服务器功能强大,可同时管理数十甚至数百台摄像机和数十个在线用户,以后系统扩容时,监控中心无须增加硬件设备投入;可同时接收数十个活动视频图象、满足所有在线客户的转发申请;具有完善的录像服务,包括人工录像、计划录像和报警录像,可存储、检索、备份和恢复大量的图象数据库文件;具有强大的录像回放能力。
2 系统构成及功能模块设计
系统采用成熟的客户/服务器(C/S)结构,开发的数字视频监控系统具有本地监控和网络分控的功能。对于本地监控系统,它由1台PC机构成主控机,具备视频采集、硬盘连续或定时录像、监视控制、系统设置等功能。对于网络分控,主要由多个PC机构成远程客户监控端,用户根据被分配的用户名和密码可以访问服务器主机,压缩后的视频流传输到远程监控客户端,客户端接收数据进行解码并显示,可观看并控制监控现场。
2.1 硬件设计
服务器端的组成结构:工控PC机(含视频采集卡)+可靠的操作平台+服务器端应用软件。视频采集卡连接摄像头的视频输出,实现视频采集;工控机通过RS232串口和专用的解码器相连,解码器再连接到摄像头的控制输入端,控制云台和镜头的各种动作。客户机通过网络和主控机相连,实现数据传输和远程控制。
远程监控系统主要由现场设备、网络环境、监控服务器和远程监控终端(客户端)4个部分组成。监控服务器和远程监控终端是系统的重要组成部分。由于监控系统要长时间运行,且处理的数据量较大,这就对监控主机的性能提出了很高的要求:系统的稳定性要好,运行速度要快,有很大的CPU处理能力,有较大的存储数据的能力,高分辨率的显示。现场设备主要由监控摄像头、云台、解码器、光纤等组成。摄像机将采集到的现场视频通过光纤传给视频服务器,视频服务器压缩数据,同时接收来自监控中心和网络用户的控制命令,并执行相应操作。需要的网络环境为基于TCP/IP协议的局域网或企业内部网。该局域网上的设备(网络中的路由器、交换机等)要支持组播通信。解码器的前端通过RS232/485转换器与视频服务器端的串行端口相连,视频服务器输出的串口RS232控制信号经RS232/485转换器转换成RS485信号传输至远方的解码器。解码器将接收到的命令信号经过译码转换得到相应云台和摄像机的地址及其动作方式,控制相应的继电器动作,将不同的电平控制信号发送至解码器输出端的云台和镜头控制信号线上。云台和镜头在得到相应的控制信号电平驱动后进行相应的动作,同时,解码器也能向上位机发送一些数据。
2.2 软件设计
整个软件由服务器端和客户端2个部分组成,服务器端和客户端通过Socket套接字在整个IP网络上通信。
服务器端软件是程序的核心部分,要求能够协调前端设备的工作,负责处理信息流,将信息保存起来;为若干台客户机提供实时画面信息,并且将客户机发来的控制信息转发给前端设备。该软件主要由视频采集模块、监视控制模块、视频显示模块、视频存储回放模块、系统设置/用户设置模块、网络传输模块等构成。
(1)视频采集模块
由于本系统需要实时采集多路视频信息,为了减轻CPU负担,笔者采用了硬件方式实现视频数据的采集和压缩。视频卡以25帧/s捕获动态图象。采集后的视频数据分为2路:一路直接送到显示缓冲区中进行本地显示;另一路则由硬件压缩后存储在本地硬盘上,或传输到客户端,从而实现视频图象的实时采集、传输与显示。
(2)监视控制模块
主要完成对云台及镜头的控制。主控机通过连接在串口上的解码器发出控制命令,控制云台的上、下、左、右、自动转动和镜头的焦距、光圈等。
(3)视频显示模块
可适当调节各路视频的对比度、明亮度、色度和饱和度;支持1、4、9、16种形式的视频显示界面,可任意切换显示方式。
(4)视频存储回放模块
采用高速、大容量硬盘作为存储介质,完成硬盘录像功能;支持动态录像、手动录像和定时录像3种录像方式,并支持单帧图象的捕获存储。对存储在硬盘的视频图象进行回放,支持快退、快进、放大、缩小、单帧步进等功能。
(5)系统设置/用户设置模块
在该模块中允许用户修改任意用户的密码,还可以增加用户、删除用户和给其他用户分配权限。同时可根据录像的时间以及视频源进行检索、回放,自动存储、管理硬盘。本系统采用C/S结构,只需安装1个客户端软件,分布在LAN或Internet上的远程客户机就可以实现信息共享和远程控制等操作。客户端是服务器端的扩展,主要包括显示模块、远程控制模块等。