基于JAVA的远程视频监控系统设计

I 摘要 随着移动通信技术不断更新发展的时代到来人们越来越方便的使用手机来连接网络；用手机来监听家里或者其他室内场所状况，将带来很大便利。所以远 程视频监控系统在近年来得到越来越广泛的关注。 基于 术设计出了一种通用的远程视频监控系统，拥有执行性好，移植性强等特点。 远程视频监控系统主要包括两部分，分别为手机远程控制端和本地受控端，重点研究了系统本地受控端软件部分，本地受控端模块通过摄像头采集视频图像形成流媒体，会在本地电脑受控端显示出来，并对图像压缩通过 P 协议信技术发送至 手机远程控制端来实现对远程本地受控端的视频监控。实现了远程视频的实时监控，可以随时随地的查看本地受控端的监控画面。并且通过测试，实现远程监控功能，并且画面流畅，清晰，达到设计所预期要求。 关键字：远程视频监控 体框架 P 协议 信技术 to It to or So is in A MF is of so on of be at of is to IP of of at is of P 目录 第一 章 绪论 . 1 题背景及研究意义 . 1 频监控系统的基本原理 . 1 频监控系统应用现状 . 2 频监 控系统的发展趋势 . 4 文组织结构 . 5 第二章 远程视频监控总体方案和环境搭建 . 7 程视频监控系统设计 . 7 程视频监控系统网络结构设计 . 7 程视频监控系统总体结构设计 . 9 程视频监控系统开发环境 . 9 程控制端 台 . 11 台介绍 . 11 统的优点 . 12 用程序结构 . 12 章小结 . 13 第三章 本地受控模块软件设计与实现 . 14 体框架 (. 14 于 传输模型的整体设计 . 17 频采集 . 17 频图像编码 . 19 章小结 . 21 第四章 远程控制端连接与数据图像传输 . 22 程控制端总体方案设计 . 22 信连接技术 . 24 信协议 . 24 信连接 . 25 章小结 . 28 第五章 总结与展望 . 29 结 . 29 望 . 29 参考文献 . 31 致谢 . 32 附录 . 33 第一章 1 第一章 绪论 本章主要介绍视频监控的发展历程及国内外的现状，并通过介绍模拟视频监控、数字视频监控、网络视频监控来概述监控系统的组成和结构，为移动远程视频监控的定位和实现做准备。 题背景及研究意义 随着改革开发的不断深入，人民的生活水品不断提升，国民经济和科学技术的不断提高，生活环境和人 们日常工作环境的要求越来越高。介于目前情况下，人们越来越希望在一些环境恶劣，位置偏远或者在某情况下可能危及人身健康甚至生命的条件下。无人职守作业已经成为许多行业的迫切需要。鉴于现今各行业的安全要求，每天随时随地的派出人员去现场值班工作是对人力和物力的一种浪费，而且对于一些突发状况，也不能及时的处理。鉴于这种状况程的视频监控系统的设计就被提出。 应用于公用网络或者专业网络，远程控制中心可对远程施工现场实时监看，还可以对现场的施工状况进行录像。拥有这样功能的监控系统的开发，可以很大提高工作效率，而且能够确保安全 。对于系统加以改动，就可以应用于其他的远程视频监控方面。随着电信网络行业的不断发展，视频监控系统不断被应用到各行各业，得到了广泛的关注。 视频监控系统拥有信息含量丰富、监看直观有效、查看方便等特点。近年来被不断应用到工业、生产、交通、银行等公共场所中。传统的安防监控已经不能满足现代的需要，视频监控应逐步与管理信息系统结合，以达到信息共享，提供更有效、更方便的决策方案。 本课题主要目的在于开发一套执行高、可靠性强、使用便捷、可移植性的远程视频监控系统，适用于普通家庭。 频监控系统的基本原理 无 论监控系统发展怎样迅速，都不会偏离其宗旨，视频监控系统组成包括三个模块单元：前段摄像、传输、后台处理。视频监控必需解决视频如何采集、如何传输和如何使用三个问题如图 示。 前端摄像部分负责在前端通过监控现场的各种摄像设备对监视区域进行数据采集。目前市场上的主流摄像机仍然是 像机，其分类如表 示。 2 传输部分主要通过同轴电缆、光纤、双绞线、光线等有线传输介质， 或者电磁波等无线传输介质，来充 当信号的信道。传输方式一般是在小于两千米的距离采用电缆线或者双绞线，大于两千米的距离则采用光纤传输。 后台处理部分的主要责任为存储信息、显示视频信息和管理视频信息，主要包括监控管理平台、显示设备、监控客户端。 表 类 分类依据 分类情况 分类依据 分类情况 灵敏度 一般型 (像素在 38 万以下 )高分辨率型 (像素在 38 万以上 ) 形状 枪式、针孔形、半球形 面大小 1 英寸、 2/3 英寸 1/2英寸、 1/3 英寸、 1/4英寸 扫描制式 式、 式 供电电源 步方式 内同步、外同步、功率同步、机外同步 监控管理平台是视频监控系统的处理信息部分，可以对控制视频采集端摄像 机所采集到的视频信息会进行存储和回放。在监控客户端用户可以登录监控管理平台，对远程视频图像进行监控。管理平台可分三个平台，分别为运维信息管理平台、报警与监控系统平台。监控管理平台需要实现的功能为编码设备的连接与认证、用户的连接与认证、前端设备和解码设备的同一控制、码流的连接和分发、业务管理和级联管理。如图 示。 监控客户端 分为电脑客户端和可移动客户端，每一类又可以分为 C/S 模式和 B/C/S 模式需要在客户端安装软件， B/S 模式用户可以在浏览器中安装所需插件。电脑客户端拥有实时监控、多屏多画面查看、画面回放、语音双向对讲等功能。 频监控系统应用现状 现当代人们对于安全越来越重视，在安全领域中视频监控技术占有重要的地位。前端摄像部分 传输部分 后台处理部分 图 频监控系统基本原理图() 3 视频监控技术 拥有信息含量丰富、监看直观有效、查看方便等特点，不断被应用到工业、生产、交通、银行等场所中，特别在重要的部门和重大的事件中，例如奥运会、上海世博会、亚运会等安防监控中。在进入 新世纪以来，威胁到人名安全的因素原来越多，例如恶性突发事件和恐怖分子的破坏与袭击。这些威胁相比以前来讲在规模、范围、频率、技术手段、危害性方面达到了极为严重的地步。所以视频监控技术作为安防系统的重要部分，关注度和重视程度不断提高。目前在各个国家智能化视频监控系统已达到战略高度，无论从经济方面还是政治方面都得到巨大的投入。 现代科学不断发展特别是在计算机数据处理方面、网络传输方面、存储量方面的不断提高。视频监控技术随着视频信息处理技术的发展有了很大的提高， 视频进入了全数字化、网络化、智能化的时代。 第一代模拟系统是由模拟摄像机和模拟录像机组成的模拟视频监控系统。数据传输、存储都是模拟方式。相对是比较容易实现的一种系统，但是图像存储的时间比较短，而且画面质量不高，查询的速度也慢，除此之外维护所需的费用也比较高，已经逐步退出市场。 第二代数字化系统是由模拟摄像机和数字硬盘录像机组成的视频监控系统。当前应用的视频监控系统主体，传输信号仍然为模拟信号，缺点是传输距离短、所需信道报警运维服务平台 报警与监控系统平台 监控资源 人员组织 报警资源 工作流程 施 监控服务 报警服务 公安监控部门 公安运维部门 公安领导决策 公安接管中心 数据报表 数据报表 数据报表 数据报表 操作客户端 监控客户端 领导终端 接警终端 运维管理平台 联动 图 控管理平台结构示意图 4 宽。 第三代数字化系统是由网络摄像机和视频服务器组成。数字化系统在远程视频监控方面 得到应用，是通过网络传输压缩后的数据，而且解决了传统视频传输的瓶颈。 对于上面所述的三代系统仅仅具有数据记录、简单的运动检测和报警功能，功能简单不具有目标辨别、行为自动理解、事件认知等能力，还需要专业人士来进行实时的查看、对图像不断分析，以此来得到现场场景的安全性评价，故而上述的视频监控系统都是非智能的。重要的目标或事件需要做到一刻也不能错过，尽管现在成像的设备、视频压缩技术、通信连接技术、数据存储等方面不断提高且技术日趋成熟，但是传统的监控系统仍然是以人为中心的被动工作模式，不具备智能性，无法识别 威胁的存在，对于视频的分析和理解主要还是监控者来负责。视频分析技术的严重滞后对视频监控系统的智能化产生了严重的阻碍，使得视频检测系统只能简单的对时间进行记录，存储用作证据，不能对可能发生的威胁和危险进行分析和报警。 频监控系统的发展趋势 新时代的到来，随着社会的不断发展，经济水平的不断提高，用户不再满足于传统的视频监控手段，对于监控系统提出了更高要求，例如无间歇实时监控，无论身处何地都可以随时随地查看监控视频，在客户端可以看到流畅、清晰的高清画面等等要求。这些使得视频监控系统必须拥有网络化、 智能化、数字化的特点。 面对海量的视频监控数据，如何有效利用从而能及时地半段摄像机所面对的场景中的 3W，即 近主要采用人工的方式应对该问题，包括人工查看、人工回放”检索“和对比分析。因此通过模式是被等人工智能技术，减轻人力负担，及时分析所监控的内容，提高监控的效率和准确性，是智能监控的主要目标。 目前智能视频监控技术已经能成功地应用于某些场景。例如，在摄像机出现被遮挡、被移动、模糊等情况时，能及时自动调整角度，并发出相应的报警信息以通知 维护人员进行维护；通过识别目标的运动情况进行情况可疑目标检测，当目标超出监控范围时，摄像机可自动通知相邻的摄像机进行协同工作，由相邻摄像机继续跟踪目标，并发出报警信息。 高清视频监控正在对整个视频监控产业产生广泛而深刻的影响。在高清视频标准中，视频从最低标准到较高标准一次为 720 线非交错式逐步扫描 (简称 720p)、 1080线交错式隔行扫描 (简称 1080i)和 1080 线非交错式逐步扫描 (简称 1080p)。随着图像清晰度的不断提高，很多应用可以深度分析局部图像并获得更多的图像细 节信息，大大缩小了识别精确度与用户期待的差距。在非高清监控的场景中，人脸识别技术往往只 5 能应用于经特别设计的出入口通道等场合，识别效率不高，而高清监控可以将人脸识别技术的应用拓展到更多常见应用场合，如城市治安监控、银行营业厅监控和车站广场监控等。 如今移动视频监控在电信运营的推动下，也有了新的进展，但对移动视频监控尚无明确的标准定义。业界认为，无论是视频采集端还具有移动性还是后台移动端具有移动性，都属于移动视频监控的范畴。例如，车载摄像机可以将一些实时情况上传给监控中心。此外，在一些 危险场景下 (如易燃易爆、烈性传染病、生化等危险区域 )，可采用无线监控对其进行监控。上述应用属于采集端具有移动性。中国电信所研究开发的“全球眼”，实现了图像前端采集和后台监控端都具有移动的性能，使得监控更加方便，“全球眼”是一种基于 术和宽带网络技术的可以实时的远程视频监控业务。分散、独立的采集点图像信息通过网络视频监控业务平台进行联网处理，以实现可以跨区域的统一监控、管理、存储，以此来达到用户进行远程视频监控、管理、信息传递的需求。所以移动化、高清化、智能化是视频监控发展的必然趋势。 视频监控技术存在的问题 视频监控技术在国内还处于相对滞后状态，目前中国并没有真正属于自己品牌的智能远程视频监控系统产品，而且产品研发和市场推广存在明显的缺陷。 (1)前市面上销售的智能视频监控产品，大部分主要来自于美国、欧洲与以色列等国。大部分的产品售价较高、性能不可靠。国外的厂商控制了核心的技术，使得维护、安装等方面都必须使其全方位参加，而这些给国家安全带来巨大的威胁。这也使得我国的“金盾工程”等公共安全项目无法安全放心使用。 (2)处于非智能范畴阶段。对于目前“智能视频监控”还是停留在网络视频阶段的概念上，但是并不具备“智能化”视频监控的真正内涵。随着技术的不断进步，视频监控技术的应用领域也可以进一步的扩展。山洪灾害频发，如果能基于视频监控等技术建立起一套较为完善的山洪预警系统，则可以把灾害带来的灾难最小化，降低灾害带来的国民经济损失。 总之，智能化、高清化、移动化是视频监控发展的必然趋势，作为一个新时代富有挑战性的研究方向，对于安防事业、国内的研究机构、视频监控产业，都具有重要的理论研究意义和实用价值，然而要想真正实现监控 技术的进步还需要大量的工作。随着相关科学技术的发展与成熟，真正智能化、高清化、移动化的视频监控系统必将在未来的生产、生活中发挥重要的作用。 文组织结构 本论文通过对视频监控的现状分析和总结，提出了一种远程视频控制系统。并在 6 本系统中研究了利用 架来视频获取与通过 议 信视频图像传输等关键技术。 本论文的章节安排如下： 第一章为绪论，主要介绍课题背景及研究意义，视频监控系统的基本原理、应用现状与发展趋势 。 第二章为远程视频监控总体方案设计和环境搭建，主要 包括远程视频监控视频网络结构设计、远程视频监控总体结构设计与搭建远程视频监控系统开发环境 台进行了介绍，列举了 统的优点， 用程序结构进行了说明。 第三章为本地受控模块软件设计，介绍了 架结构，并利用 传输模型整体设计，并且重点研究了视频采集过程与实现与视频图像编码传输。 第四章为远程控制端连接与数据图像传输，重点是对远程控制端应用程序进行设计，对于通信连接关键技术进行重点研究与应用。 第 五 章为总结与展 望。对全文的工作内容进行描述与总结 并指出需要完善的地方和方法，对系统后续开发进行展望。 7 第二章 远程视频监控总体方案和环境搭建 随着计算机网络技术和电信行业的发展，手机作为视频监控终端在市场上崭露头角。传统的的电脑作为显示终端，具有可移动性差，实时传输延迟等缺点。随着 机作为监控终端已成为必然趋势。 +语言，是一种可以通过解释方式来执行的语言。同时， 以运行在任何平台和设备上，如跨越 种微 处理器硬件平台，以及 、 正实现“一次编写，到处运行”为开发者缩短开发周期和成本。 程视频监控系统设计 本文设计方案为本地电脑为受控端，远程手机为控制端并通过 程视频监控。相对传统视频监控，拥有可移动性好、实时性高、成本低等优点。本地受控端由 程视频监控系统网络结构设计 C/S(构即客户机和服务器结构。 C/分为 结构充分利用了两端硬件环境的优点，使得系统的通讯开销降低。 目前对于应用软件系统大多数采用此种结构，分布式的 种情况下 以无论外部还是内部的客户都可以访问新系统和现有的系统，可以通过现有应用系统中的逻辑扩展出新的应用系统。目前应用系统的发展方向也是这样。 B/S(构即浏览器和服务器结构。 展，使得C/成此种结构。通过 客户端仅有极少事务逻辑实现，实现主要事务逻辑的地方是在服务器端，故而所谓三层结构形成。降低了客户端的荷载，系统维护与升级的成本和工作量减轻，使得用户的总体成本降低。 结它们主要的区别如下： (1)硬件环境不同 C/域网通信或者范围较小的网络环境，利用专门服务器达到通信连接与数据交换的目的，特点是 数据传输较快。 B/络硬件环境要求较低，像一般的电话上网都可以，但是必须要有操作系统与浏览器，这点要求较高。 8 (2)对安全要求不同 C/息安全性较高，相对机密和隐私的信息系统一般采用 C B 息安全性较低，用户群是不可知的，意味着任何人都可以查看信息。 (3)对程序架构不同 C/层次校验权限，使得系统的安全性大大提高，但是系统的运行速度考虑较少。 B/得 安全性降低。 (4)软件重用不同 C/建重用性较低，但是结构完整稳定。 B 件相对独立，分别拥有独立功能。 (5)系统维护不同 软件生存周期中系统维护是一个相当重要的环节。 C/于系统出现的问题可以及时处理，系统升级便利，升级为系统全面更新，节省用户的内存资源。 B/件相对独立可以个别的替换，系统升级一般为构件更新，用户可以自行下载升级，但是会通常导致插件繁琐，内存占用大 。 (6)处理问题不同 C/处理较为集中的问题，在相同区域中，更高的安全要求，与操作系统相关，需要都是相同的系统。 B/有不同的用户群，地域较为分散，危险性高，与操作系统平台关系较小。 (7)用户接口不同 C/现方法专一，对程序员专业性要求较高，通常系统稳定。 B/更加丰富和生动的表现方式与用户交流，但是系统变现繁琐，不利于用户操作。 (8)信息流不同 C/息传递无失真。 B/ 综上所述 ，根据 C/，比较出 C/作简单、数据传输快、等优点。本文监控系统具有家庭小型应用的特点，数据量不大，需要成本低廉、简单易用、维护方便，因此采用 C/ 9 程视频监控系统总体结构设计 系统主要应用于 C/统接收到控制端命令，受控端摄像头打开，通过 在本地受控端应用程序显示。然后通过编码将数据通过 体结构设计如图 程视频监控系统开发环境 一个开放 源代码 的、基于 。就其本身而言，它只是一个框架和一组服务，用于通过插件组件构建开发环境。幸运的是， 带了一个标准的插件集，包括 虽然大多数用户很乐于将 作 成开发环境 ( 使用，但 目标却不仅限于此。 包括插件开发环境 (这个组件主要针对希望扩展 软件开发人员，因为它允许他们构建与 境无缝集成的工具。由于 的每样东西都是插件，对于给 供插件，以及给用户提供一致和统一的集成开发环境而言，所有工具开发人员都具有同等的发挥场所。 这种平等和一致性并不仅限于 发工具 。尽管 使用 它的用途并不限于 言；例如，支持诸如 C/C+、 程语言 的插件已经可用，或预计将会推出。 架还可用来作为与软件开发无关的其他应用程序类型的基础，比如 内容管理系统 。 基于 应用程序的一个突出例子是 构成了 发工具系列的基础。 ge 2001年 11月贡献给开源社区，现在它由非营利软件供应商联盟 理。 2003年， 2007年 6月，稳定版 2008年 6月发布代号为 2009年 6图 程控制系统总体结构设计 图像经过编码发送至手机 发送获取受控端图像指令 远程控制端 本地受控段 P 10 月发布代号为 2010年 6月发布代号为 2011年 6月发布代号为 2012年 6月发布代号为 2013年 6月发布代号为 2014年 6月发布代号为 2015年 6月项目要发布代号为 成开发环境 (最初主要用来 发，通过安装不同的插件 如 C+和 是众多插件的支持使得 多软件开发商以 初由 始于 1999年 4月。括 绕着 150多家软件公司参与到 中包括 其实是 ge 界面跟先前的ge 由于其开放源码，任何人都可以免费得到，并可以在此基础上开发各自的插件，因此越来越受人们关注。随后还有包括 用者只需下载各种语言 的插件即可。 客户机平台上， 如支持 言。 已有的分离的插件已经能够支持 C/C+( 件架构能够支持将任意的扩展加入到 现有环境中，例如配置管理，而决不仅仅限于支持各种编程语言。 切皆插件。 它所有功能都以插件的形式附加于 形 ，插件开发环境 (。 注于为高度集成的工具开发提供一个全功能的、具有商业品质的工业平台。它主要由 体包括四个部分组成 开发、 放的可扩展 供了一个通用的 开发平台 。它提供建造块和构造并运行集成 软件开发工具 的基础。 人工具无缝集成的工具从而无须分辨一个工具功能在哪里结束，而另一个工具功能在哪里开始。 件开发者包 )是 11 它们可以一次下载。这些部分在一起提供了一个具有丰富特性的开发环境，允许开发者有效地建造可以无缝集成到 三方软件 组合而成。 三方组件有各自自身的许可协议。 用层级 (一个在上下文菜单中有一个 。 。 产生器 。 以直接打开其实现 包屑 )，显示了活动的 打包进与紧挨着该 发生补全操作， 译器可以发出警告 。 量或容器入口的路径可以是与项目相关的任何位置 。 提供了引用其他类型和成员的链接 。 签并给覆盖方法增加链接 。 认情况下会发出警告。 程控制端 台 台介绍 2007 年 11 月发布的基于 内核之上的开源手机操作系统，主要使用于便携设备，系统小巧而且拥有全特征。该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成。 操作系统运行在开放的 内核之上，利用 编程语言实现上层应用程序的开发，其应用程序可以调用该平台中任何的核心功能。 特性包 括多媒体支持、加速 3D 图形引擎 (基于硬件支持 ),持的数据库以及 供的综合网络浏览器等。 其它 比，不仅具有开放性，而且提供了各 12 种新的 增加了受支持的应用程序类型。开源免费的 开发者可以定制自己的操作系统以达到控制终端业务的目的，为开发者提供了更多的便利。 统的优点 与其他手机操作系统例如塞班系统、非智能 统相比， 有以下四大优点： (1) 开放性 其它操作系统相比最大的特点在于其开放性。开放性包括两方面：其一， 开源 核为基础，源代码开放、应用开发人才资源丰富；其二，第三方软件开发的开放，极大的促进该系统第三方软件的开发。 (2) 可移植性 统具有良好的源代码可移植性和兼容性。 用程序框架完全使用 程语言，不仅编程简单且而可以实现跨平台运行。 (3) 应用程序间平等且无界限 系统的核心应用和第三方应用都是完全平等的，开发人员可以把 的数据与本地结合起来，应用程序也可以通过声明供其他应用程序使用。 (4) 无缝结合的 用 用开发提供具有高效、简洁、节省资源的运行环境 拟机；完美免费的开放软件 深受人们青睐，同时 务还包括浏览器、邮件、语音等。 用程序结构 用程序由 个重要组成部分构成。但是并不是所有 用程序都需要这四种构造块，某些情况下，这四种中的几种组就可以合成所需要的应用程序。 用程序中的置文件用来定义应用程序的各个组件。以下是对四个组成部分的介绍。 (1) 造块中最基本的模块。在应用中，一个 常就是一个单独的屏幕。每一个 被实现为一个 独立的类，并且继承 个基类。 将会显示由几个 件所组成的用户接口，并对事件做出响应。简言之， 是一个用户所能看到的界面，主要用于处理应用程序的整体工作，所有应用的 继承于 。 成该父类后，通过父类实现各种应用功能。 动主要包括从创建到销毁大体四个过程，这个过程也称作 生命周期，如图 (2) 13 用程序的四个组成部分之间是相互独立的，互相之间的调用和协调工作主要是由 助完成的。 责对具体应用中的一次操作动作、动作所涉及的数据、附加数据等进行相应的描述， 根据此 相关描述，负责找到与之对应的组件，并将 递给调用的组件，完成 组件的调用过程。 在 描述结构中，有两个最重要的部分，动作和动作对应的数据以及一个表示这个数据的 用了 个特殊类，用于描述一个 应用将会做什么事 ,实现 间的相互切换。 (3) 运行在系统后台的生命周期长却没有用户界面的应用程序。例如 在一个多媒体播放器的应用过程中，会有多个让使用者可以选择歌曲并播放歌 曲的 然而，对于音乐重新播放这个功能并没有设置对应的 因为使用者会默认在导航到其它界面时音乐应该还会在继续播放的。媒体播放 器在工作的过程中， 使