windows下天線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

windows下天線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

近年來(lái)，隨著多媒體圖像和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字監(jiān)測(cè)技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越成熟?？v觀視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展歷史,它經(jīng)過(guò)了以下三代:第一代模擬監(jiān)控系統(tǒng):90年代以前,主要以模擬設(shè)備為主的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)。第二代數(shù)字化本地視頻監(jiān)控系統(tǒng):90年代中期,人們利用計(jì)算機(jī)的高速數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)行視頻的采集和處理,利用顯示器的高分辨率實(shí)現(xiàn)圖像的多畫(huà)面顯示。第三代遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng):90年代末,隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬、計(jì)算機(jī)處理和存儲(chǔ)容量的快速提高,以及各種實(shí)用視頻處理技術(shù)的出現(xiàn),視頻監(jiān)控步入了全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代而以往南山站的監(jiān)控系統(tǒng)是“閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)”是第一代視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)用監(jiān)視器來(lái)顯示,用視頻切換器來(lái)手動(dòng)切換控制各路視頻信號(hào),操作非常不便。該系統(tǒng)只監(jiān)控不記錄,即使出現(xiàn)了異常情況,以后也無(wú)法查找,同時(shí)需要人在一旁觀察,而且設(shè)備很多、難維護(hù)、價(jià)格過(guò)于昂貴鑒于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,針對(duì)烏魯木齊天文站的南山25m射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的實(shí)際需要,組建了一套遠(yuǎn)程天線(xiàn)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng),它對(duì)于監(jiān)控天線(xiàn)的工作狀態(tài)起了重要作用,保障了天線(xiàn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。1系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1視頻壓縮和傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)主要采用AX6156LLEWB工控機(jī)作為控制主機(jī),收集來(lái)自視頻采集卡、風(fēng)速儀、氣象儀的數(shù)據(jù),通過(guò)主控軟件集中處理數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果給工作人員;音視頻信號(hào)采集采用?？低暤腄S-4008HC音視頻壓縮卡,該卡采用H.264的硬壓縮卡,壓縮比例大,功耗低,一塊卡可以最多壓縮實(shí)現(xiàn)8路CIF(CommonIntermediaFormat)分辨率的實(shí)時(shí)編碼;氣象儀與主控機(jī)通信采用RS232方式;系統(tǒng)主控軟件采用MircrosoftvisualC++6.0版本編寫(xiě)。攝像頭獲得視頻信號(hào),經(jīng)過(guò)視頻采集卡壓縮成H.264視頻數(shù)據(jù)后存儲(chǔ)在硬盤(pán)中轉(zhuǎn)換成流媒體格式,從以太網(wǎng)接口通過(guò)路由器實(shí)時(shí)傳送到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上;實(shí)時(shí)監(jiān)控客戶(hù)端獲得視頻數(shù)據(jù),通過(guò)流媒體視頻播放軟件實(shí)時(shí)地解壓視頻數(shù)據(jù)并播放。1.2軟件設(shè)計(jì)1.2.1實(shí)時(shí)視頻流的傳輸和控制數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用RTP/RTCP(Real-timeTransportProtocol/Real-timeTransportControlProtocol)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻流的傳輸和控制。視頻傳輸所需協(xié)議的整體架構(gòu)1.2.2客戶(hù)端與服務(wù)端在本軟件設(shè)計(jì)中,采用典型的C/S結(jié)構(gòu),由客戶(hù)端與服務(wù)端兩部分構(gòu)成?？蛻?hù)/服務(wù)器模式的最顯著特點(diǎn)是非對(duì)等作用,即客戶(hù)相對(duì)于服務(wù)器處于不平等的地位,服務(wù)端提供服務(wù),客戶(hù)端提供請(qǐng)求。這很好地適應(yīng)了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中大量存在的資源分布和運(yùn)算能力不均的現(xiàn)狀。結(jié)構(gòu)如圖3所示?？蛻?hù)端主要是負(fù)責(zé)向服務(wù)端發(fā)出獲取服務(wù)端屏幕圖像數(shù)據(jù)的請(qǐng)求,把從服務(wù)端發(fā)送來(lái)的屏幕圖像在本地實(shí)時(shí)地顯示出來(lái);而服務(wù)端主要是負(fù)責(zé)響應(yīng)客戶(hù)端的請(qǐng)求并抓取與發(fā)送屏幕圖像。由于服務(wù)端所抓取的屏幕圖像一般為位圖格式,其數(shù)據(jù)量較大,若直接發(fā)送則會(huì)導(dǎo)致占用網(wǎng)絡(luò)帶寬過(guò)大、實(shí)時(shí)性差、占用系統(tǒng)資源過(guò)多和穩(wěn)定性差等問(wèn)題,因此需經(jīng)過(guò)壓縮后才能將其發(fā)送給客戶(hù)端,而客戶(hù)端相應(yīng)地也要將接受到的屏幕圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮后才能正確地將屏幕圖像顯示出來(lái)。2編程與關(guān)鍵編程本監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)軟件部分包括許多模塊,這里只介紹以下幾個(gè)功能模塊:多路監(jiān)視,動(dòng)態(tài)檢測(cè)和網(wǎng)絡(luò)傳輸2.1多段監(jiān)控根據(jù)系統(tǒng)的通道數(shù)來(lái)分割視圖,切分區(qū)域并返回區(qū)域數(shù)和矩形位置。2.2初始窗口預(yù)制說(shuō)明:啟動(dòng)視頻預(yù)覽,因?yàn)椴捎昧藙?chuàng)建offscreen表面的預(yù)覽方式,不支持DDRAW模式顯示,顯示卡的顏色必須為16位色或32位色;在單窗口大小達(dá)到704*576時(shí),如果顯卡支持Overlay功能,則自動(dòng)切換到Overlay方式,底色為RGB(10,10,10),否則用原來(lái)的預(yù)覽方式;如果需要更改底色,請(qǐng)將底色設(shè)置為與SetOverlayColorKey()設(shè)置的顏色。多窗口時(shí)在顯卡上創(chuàng)建offscreen表面再BLT到主窗口,當(dāng)單畫(huà)面預(yù)覽窗口達(dá)到704*576大小時(shí),則此窗口預(yù)覽使用Overlay方式。提供了一個(gè)回調(diào)函數(shù)RegisterDrawFun(),用戶(hù)可對(duì)預(yù)覽窗口原始大小的矩形框進(jìn)行畫(huà)線(xiàn)或顯示圖片等操作。2.3差分相結(jié)合的幀差分算法目前,我們采用的是背景差分和時(shí)間差分相結(jié)合的一種幀差分的算法。通過(guò)計(jì)算兩個(gè)有一定時(shí)間間隔的幀的象素差分獲得場(chǎng)景變化。主要分以下幾個(gè)步驟:2.3.1動(dòng)分析靈敏度等級(jí)AdjustMotionDetectPrecision(hChannelHandle,iGrade,iFastMotionDetectFps,iSlowMotionDetectFps);iGrade是運(yùn)動(dòng)分析靈敏度等級(jí)(0-6)。0:最靈敏,6:最遲鈍,建議使用缺省值2,可以滿(mǎn)足白天絕大部分場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)分析,夜間建議使用(4-5),具體情況要看環(huán)境(主要是照度);iFastMotionDetectFps高速運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的幀間隔(0-12)。建議使用缺省值2,可以滿(mǎn)足絕大部分場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)分析,建議此時(shí)將iSlowMotionDetectFps設(shè)為0;iSlowMotionDetectFps低速運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的幀間隔(13以上)。當(dāng)值為0時(shí),表示不做低速運(yùn)動(dòng)檢測(cè),如果使用建議取值13,同時(shí)將iFastMotionDetectFps設(shè)為0。以上兩個(gè)參數(shù)實(shí)際的意義是,DSP每隔多少幀做一次運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的判斷。2.3.2rectlit項(xiàng)通過(guò)函數(shù)SetupMotionDetection(hChannelHandle,*rectList,numberofAreas)rectList運(yùn)動(dòng)檢測(cè)區(qū)域設(shè)置的矩形框,設(shè)置1-99個(gè)有效的矩形,還可以設(shè)置快速和慢速兩種運(yùn)動(dòng)檢測(cè)狀態(tài)?？焖贆z測(cè)是對(duì)每隔兩幀的兩幀數(shù)據(jù)進(jìn)行差分運(yùn)算,慢速檢測(cè)是指對(duì)相隔12幀以上的兩幀數(shù)據(jù)進(jìn)行差分運(yùn)算。2.3.3啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)StartMotionDetection(hChannelHandle)一旦應(yīng)用程序啟動(dòng)StartMotionDetection()后,不管視頻捕獲是否啟動(dòng),運(yùn)動(dòng)檢測(cè)信息都會(huì)及時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)流傳上來(lái),程序要盡快處理PktMotionDetection幀類(lèi)型,此數(shù)據(jù)幀不能寫(xiě)入文件中。2.3.42宏塊分析MotionAnalyzer(hChannelHandle,*MotionData,iThreshold,*iResult)數(shù)據(jù)流送出的PktMotionDetection,就是已分析好的運(yùn)動(dòng)信息,區(qū)域運(yùn)動(dòng)分析由主機(jī)完成,結(jié)果在iResult中說(shuō)明。iThreshold是判斷某個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)與否的閥值(0-100),相當(dāng)于百分比,注意其值不能取得過(guò)大,例如指定區(qū)域的大小是128*128,HC卡是對(duì)圖像進(jìn)行32*32的宏塊分析,在此區(qū)域里共有16個(gè)塊,如果閥值設(shè)為10,則表明在這16個(gè)中有2(>=16%*10%)個(gè)運(yùn)動(dòng)的塊就會(huì)將對(duì)應(yīng)的Result中的值置為1,用戶(hù)就可以進(jìn)行處理(報(bào)警,錄象等操作),運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的圖像序列比較如圖4所示。還有需要說(shuō)明的是,晚上的閥值跟白天閥值的取值是不一樣的,白天取值在10-20之間就可以了,晚上的取值可能要大的多,50左右,要在實(shí)際環(huán)境中測(cè)試一下。因?yàn)榻?jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)的ITU656YUV4:2:2格式實(shí)際決定是否報(bào)警,可由整個(gè)設(shè)置檢測(cè)區(qū)域的IMsum值來(lái)判斷。報(bào)警=真,IF‖ΣIMsum()‖≥Tb;假,ELSE;Ta,Tb為適當(dāng)閾值量。在CIF格式下,整個(gè)畫(huà)面的分辨率是352*288(PAL),按16*16像素宏塊大小來(lái)劃分整個(gè)檢測(cè)區(qū)域,宏塊內(nèi)的像素點(diǎn)是逐點(diǎn)從左到右,從上到下進(jìn)行差分運(yùn)算并得到宏塊差分系數(shù)。整個(gè)檢測(cè)區(qū)域又是按16*16的宏塊從左到右,從上到下進(jìn)行掃描,最后計(jì)算出整個(gè)區(qū)域的差分系數(shù)。3常用網(wǎng)絡(luò)傳輸方式本監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)做比較集成了當(dāng)今信息領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程通訊、數(shù)字化音視頻壓縮等高新技術(shù),以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)由圖2可見(jiàn),視頻信息在應(yīng)用層由RTP進(jìn)行封裝,并把視頻信息的特征(如時(shí)間戳和順序號(hào))寫(xiě)入RTP數(shù)據(jù)報(bào)中,交給下層UDP(UserDatagramProtocol)處理,UDP對(duì)RTP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行封裝,并把源端口地址、目標(biāo)端口地址和校驗(yàn)值等寫(xiě)入自己的數(shù)據(jù)報(bào)中,RTP和UDP一起共同完成傳輸層協(xié)議所應(yīng)完成的任務(wù),UDP數(shù)據(jù)報(bào)被交給IP(InternetP