（计算机应用技术专业论文）基于directshow和rtp的网络视频监视系统设计与开发.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着社会的进步，人们对生活和工作环境安全要求不断提高， 监视系统的重要性就显得格外突出。传统的模拟监视已经越来越难 以满足用户的需要，与之相比，数字监视具有许多明显的优点：便 于计算机处理、适合远距离传输、便于查找、提高了图像的质量与 监视效率、系统易于管理和维护。d i r e c t s b o w 是微软公司开发的一 套基于w i l l d o w s 平台的软件开发包，它为w i n d o w s 平台上处理各 种格式的媒体文件播放、音视频采集等高性能要求的多媒体应用提 供了完整的解决方案。 r t p r t c p 是1 9 9 6 年i e t f ( i m e m c te n 西n e e r i n g1 1 a s kf o r c e ) 的视 频音频工作组制订的专门用于支持网络实时传输服务、提供数据实 时传输的标准。髓p 通常使用u 】) p 进行数据传输。会话期间，参 与者定期发送r t c p 包反馈统计信息。r t p 和r t c p 配合使用，提 供数据实时传输和o o s 服务来满足网络音视频数据实时传输的时 延和丢包要求。 本文通过采用上述技术，完成了一个用u s b 摄像头作为视频采 集设备的小型实用网络监视系统，主要工作有： f 1 ) 使用u m l 建模工具完成系统的设计过程。采用r a t i o n a l r o s e 2 0 0 2 分别构建了服务器端和客户端的用例图、类图、活动图， 系统的编码过程按照所建模型完成。 ( 2 ) 采用当前流行的d i r e c t s h o w 视频处理技术实现了视频数据 的采集、播放、压缩、解压缩、回放等功能。其中压缩和解压缩分 别采用先进的m p e g 一4 编解码器实现。 ( 3 ) 使用动态链接库技术开发了简化的r 1 p 协议，用于实现监 视系统的网络传输功能。简化的r 1 甲协议针对视频监视系统这样一 个具体的应用环境，能更好地适应监视系统的开发。采用双缓冲链 表减小网络抖动对系统的影响，并提出了一种简洁有效的o o s 控制 方式处理网络拥塞。 ( 4 ) 服务器端和客户端均实现了较完善的录像功能，录像文件 能以自定义的格式存储于硬盘上，可通过专门的播放窗口回放，也 可通过、v i n d o w sm e d i ap l a v c r 直接点击回放。 ( 5 ) e ) ( e 和a c t i v e x 控件两种方式实现客户端，支持c s 、b s 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 两种模式，用户可以安装客户端软件，也可以直接打开游览器 下载a c t i v e x 控件，直接观看监视图像。 关键词：r t p i 汀c p ：d i r e c t s h o w ；视频监视；q o s ；u m l 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 a b s t r a c t a l o n gw i ms o c i e t 妒p r o g r c s s ，p e o p l eh a v em o r er e q u i r e m e n t s 南r m es a f e 田o fl i f ea l l dm ew o r 酗n gc o n d m o n s t h ei m p o r t a i l c eo f m o n i t o rs ”t 锄印p e a r se s p e c i a l l yp r o m i n e i l t l y h e l l c e ，m e 竹a d m o n a l s i m u l a t i o nm o n i t o rc a i l n o ts a t i s 母廿l eu s e r s n e e d sa i l y m o r e c o m p a r e d w i t l lt h e 昀d i t i o n a ls i m u l a t i o nm o n j t o r ，t 1 1 ed i g i t a lm o l l i t o rh a sv a r i o u s m 蒯t s ， s u c ha ss u j t a b l ef o r c o m p u t e rp r o c e s s i n 舀l o n g d i s t a n c e t r a l l s m i s s i o n ，a n ds e 疵h na l s oh a si m p r 0 v e dt h ep i c t q u a l i t ya i l d 血em o i l i t o r i n ge 珩c i e i l c y ，m es y g t e mi t s e l fi se a s yt om a i l a g ea i l d m a i n t a i na sw e l l d i r e c t s h o wi sas o f t w a r ed e v e l o d m e n t 虹t ，w m c h m i c m s o f tc o r p o r a t i o nd e v e l o p sb a s e do t 1 1 ew i n d o w sp l a t f o 衄 s o f t w a r e np r o v i d e saw h o l es o l u t i o nf o rm ew i l l d a w sp l a 伍mt o p r o c e s s t l l ep r e v i e wa n dt h ea u d i o v i d e oc o l l e c d o no ft h em e d i a d o c 啪e n t r t p 瓜t c pi sa 对髓d a r dt h a tw a ss c tu pb yi e t f s ( h l t e m e t e n 画n e e r i n gt a s kf o r c c ) a u d i o v i d e ow o r kt 锄i n1 9 9 6 r t p r t c pi s u s e dt 0s u p p o nm en e 柳o r kr e a l _ t i m et r a n s l l l i s s i o ns e r v i c e r t pu s u a l l y u s e su d pt on a n s n l i td a t a ，a n di nm es e s s i o n ，p a i t i c i p a n tp e r i o d i c a i i y 订a i l s p o r t s t h er t c p p a c k a g e s ， w m c hf e e db a c kt l l es t a t i s t i c i n f o m a t i o n r t pa 1 1 dr t c pu s e di nc o o 口e r a t i v i t yc a np r o 们d et 1 1 ed a t a r e a l m m e 订a n s l i s s i o na i l d0 0 ss e r v i c et os a t i s 句t h er e q u i r 锄e n t so f t h ed e l a ya n dt l l ep a c k e tl o s tf o rm en e 研o r ka u d i o v i d e 0d a t ar e a l 一t i m e t i ：a n s m i s s i o n t h i sm e s i sc o m p l e t e das m a l l s i z ea i l d 口r a c t i c a ln e t 、o r km o n i t o r s y s t e m ，b ya d o p t 洒gm et e c l l l l i q u e sa b o v e 柚du s i n gu s bc 姗e m 越t l l e v i d e oc o l i c c t i o ne q u i p m e n t ，t h em a j nw o r ki n c l u d e s ： ( 1 ) u s i n gm eu m lm o d e l i n gt o o lt oc o m p l e t em es 舛锄sd e s i 弘 t h et h e s i su s e sr a t i o n a lr o s e2 0 0 2t oc r e a t em eu s e rc a s ed i a 翻? a m s ，t h e c l a s sd i a 璺锄s ，a 1 1 dt h ea c t i v i t yd i a g r a m sf o rs e r v e r - 锄da i l dc l i e n t - e n d ， r e s p e c d v e l y t h es y s t 锄sc o d i n gp r o c e s si sa c c o m p l i s h c da c c o r d i n gt o t h e s em o d e l s ( 2 ) u s i n gm ed i r e c t s h o w ，w b i c hi sp o p u l a rv i d e om a n a g e m e n t t c c l l l l o l o g yn d 、v a d a y s ，t oi 埘【p l 锄e n tv i d e od a t a sg a t h e r i n 岛p r e 、r i e w ， c o m p r e s 8 i o n ，d e c o i 珥e s s i o n ，r 印l a 姐n g ，缸l ds oo n c o m p r e s s i o na n d d e c o m p r c s s i o na r er e a l i z e db yu s i n ga d v a n c e dm p e g 一4c o d e ra n d d e c o d e r 西南交通大学硕士研究生学位论文第l v 页 ( 3 ) u gd ”锄i cl i l l l ( 1 i b r a r yt e c h n o l o g yt od e v e l 叩as i m p l i 矗e d r t p 口r o t o c o li no r d e rt oa c h i e v e e t 、) v o f kn a n s m i s s i o nf i m c t i o no ft h e m o n i t o rs y s t 锄t h es i i n p l m e dr ，r pp r o t o c o la i m sa tt h ca p p l i c 撕o n e n v i r 0 i 皿e n to fv i d e om o n i t o rs y s t e m ，a n dc a i la d a p tt h ed e v e l o p m e n t b e t t e r d o u b l eb u f f e r i n gc h a i ni su s e dt or c d u c et h en e t w o r kd i t h e r i n g a i l da ne f f 乩t i v eq o sc o i l 仃| o lm e t t l o di sp u tf o n v a r dc oh a n d l en e t w d r k c o n g e s t i o n ( 4 ) m o r ep e r f e c tv i d r e c o r d i n gf h n c t i o ni si r i l p l e m e m e di nb o m 吐l es e r r e r e n da n dn l ec l i e n t e n d r e c o r d i n g 五l e sc a nb es t o f e da th a r d d i s k s 血u s e r - d e f i n e df o 珊a l w h i c hc a nb er 印l a y e db y 印e c i a lp l a y 喇n d o w ，o rb vw i d o w sm e d i ap 1 a v e r ( 5 ) t h ec l i e i l t e 1 1 di si m p l e m e l l t e di nw a yo fe o ra c t i v e xt o s u p p o r tb o t hc sa n db ，sm o d e s u s e r sc a nw a t c ht 1 1 em o n i t o rp i c t i l r e b yi n s t a m n gt h ec l i e n ts o r w a r e ，o rd i r e c t l yo p e n m g i n t e m e te x p l o r e rt o d o w n l o a d 曲l ca c t i v d xc o n 缸_ 0 1 k e y w o r d s ：r t 跏盯c p ；d i n c 塔h o w ；v i d e om o n i t o r ；q o s ；u m l 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 监视系统的现状与发展 1 1 1 监视系统的现状 随着社会的进步，人们对生活和工作环境安全要求不断提高， 安全防范系统的重要性就显得越来越突出。其中，视频监视系统以 其直观、方便、信息内容丰富的特点越来越受到人们的青昧，成为 安全防范系统的重要组成部分。 目前，在国内外市场上，视频监视主要分为两类产品，即模拟 视频监视和数字视频监视。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定， 并在实际工程应用中得到了广泛应用，特别是在大、中型视频监视 工程中的应用尤为广泛，但是建设投入较大。而且视频监视系统采 用模拟信号存在着很大的缺陷【i 】：( 1 ) 模拟信号传输距离有限且无法 联网，仅局限于同一建筑物或工厂内；( 2 ) 模拟信号占用通信线路 较大，而且开放性较差；( 3 ) 模拟信号很容易受干扰，图像质量不 好；( 4 ) 维护管理复杂，没有良好的用户操作界面，非专业人员无 法正常操作；( 5 ) 系统的造价高，信息存储是利用录像带、磁带等 设备，这些存储设备成本较高；当系统的规模很大时，需要铺设的 电缆线又粗又长。一旦系统结构发生变化，又要铺设新的管线，有 时还需要改造现有的线路。这使系统的设施成本高并且更新非常不 方便。 由于以上缺陷，研究人员不断地探寻新的视频处理技术。数字 视频监视是新近崛起的以计算机技术、网络技术、图像视频压缩为 核心的新型监视系统。在计算机领域，计算机性能的不断改进和处 理能力的不断提高以及价格的下降，为数字监视系统的发展提供了 良好的基础。在网络领域，i n t e m e t 为广大用户提供了规模非常大的 信息服务，极大地提高了人们获得信息的能力，使世界日益成为一 个“地球村”。在标准方面，h l t e m e t 工程任务组t f ( i n l 伽e t e n g i i l e 丽n gt 勰kf o r c e ) 制定了实时传输协议实时传输控制协议 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 ( r e a l - t 疏et r a n s f e rp r o t o c o i 瓜e a l t i m et r a n s f hc o i l h 试p r o t o c o l 。 r t p i 汀c p ) 协议族，专门用于实时数据的传输。在图像视频压缩 领域，m p e g 系列标准( m p e g 1 瓜但e g 2 m p e g - 4 ) 对网络传输 的重视逐渐加强。m p e g - 2 定义了传输流( t r a i l s p o r ts 仃e 锄) ，支持 多路m p e g 2 码流在网络中传输复用；m p e g 4 标准中精细的可扩 展性编码f g s ( f i n e 掣籼1 a rs c a l a b l e ) 和渐进的精细可扩展性编码 p f g s ( p r o g r e s s i v e 丘n eg 陇l u l a rs c a l a b l e ) 均针对网络中码率变动的 特性而制定。而h 系列协议( 包括 l 2 6 1 ，h 2 6 3 ，h 2 6 l 等视频编 码标准) 中，h 3 2 3 ，h - 3 2 4 等系统标准更直接地面向网络应用。 数字监视系统因解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起，但作为 一门新兴的技术，仍需要进一步地完善和发展。目前，视频监视系 统正处在模拟系统与数字系统混合应用并将逐渐向数字系统过渡 的阶段。 1 1 2 监视系统的发展 视频监视系统的发展大致经历了三个阶段【2j ：( 1 ) 模拟监视系 统；( 2 ) 本地数字监视系统；( 3 ) 远程视频监视系统。 在九十年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监视系 统，称为第一代模拟监视系统。模拟监视系统一般由前端设备、传 输电缆、切换控制设备以及显示设备几个部分组成。前端设备一般 为实时图像摄入设备摄像机、环境传感器、温湿度检测器、报警按 钮和门禁等数字控制设备组成。传输电缆一般为传输视频的同轴电 缆，传输数字信号的双绞线构成。而显示设备包括显示图像的监视 器、显示传感器状态的报警指示牌以及对前端设备进行反向控制的 各种操作平台等。最后是在模拟监视系统中，非常重要和起到关键 作用的设备是切换控制设备。 模拟监视系统的优点是视频采集、存储、传输都是模拟形式， 质量很高，同时它的架构比较简单，而且经过了几十年的发展，技 术已经成熟。但它的缺点也很明显： ( 1 ) 由于它的传输一般是用同轴电缆或双绞线，因而它的传输距 离一般都小于1 公里。这就决定了这种系统只适用于一栋大楼、一 个居民区或其他范围比较小的场所。 ( 2 ) 很难在己建好的模拟系统中增加新的监视点或增加新的设 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 各，系统的扩展性很差。 ( 3 ) 在现代监视系统中，报警联动非常重要。模拟系统中由于各 部分是独立运作的，相互之间控制协议无法互通，信息无法共享， 因而无法完成上述的报警联动。 ( 4 ) 无法组成复杂的监视网络。在机场、地铁、城市交通等领域， 对监视系统有着复杂而特殊的要求。作为综合控制系统中的主要部 分，这些场合的监视要求有远程传输、综合调度和集中指挥功能， 而这些是模拟监视系统所不具备的。 九十年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展， 人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，利用 显示器的高分辨率实现图像的多画面显示，从而大大提高了图像质 量，这种基于p c 机的多媒体主控台系统称为第二代数字化本地视 频监视系统。d v r ( d i 百t a lv i d e or e c o r d e r ) 是第二代多媒体监视系统 的核心产品，采用微机和w i n d o w s 平台，在计算机中安装视频压缩 卡和相应的d v r 软件，不同型号视频卡可连接l 2 4 路视频，支持 实时视频和音频。这种系统克服了模拟监视系统的一些弊端，比如 数据的采集、传输、存储均为数字形式，系统功能较模拟系统强大， 应用比较灵活。和模拟系统一样，它也存在着诸多缺陷，最明显的 就是要实现数据的传输必须铺设或租用光缆，建设费用高，不易维 护。 九十年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快 速提高，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监视步入了全数 字化的网络时代，称为第三代远程视频监视系统。第三代视频监视 系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心， 以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监视行业的技术革命， 受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。它由以下几个部份 组成：( 1 ) 前端设备。与模拟监视系统一样，前端设备也由摄像机、 环境传感器、语音对讲设备和反向控制设备组成。( 2 ) 远端数字化 或控制器。该控制器对远端若干台前端设备进行控制，并把所有控 制设备的输出进行数字化、压缩、并封装成为t c p i p 协议包。 ( 3 ) t c p i p 网络。出于监视系统需要实时的图像传输，所以对网络 的带宽有一定的要求。但随着网络的日益普及，带宽已经不是数字 图像网络的主要问题。( 4 ) 网络管理中心、监视管理中心，以及远 程控制中心，由于采用了t c p i p 来构建网络，在距离上没有限制， 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 网络延伸到何处，监视就可以布控到何处，所以三个中心除了人为 设定的控制权限之外，没有本质的区别。与传统的模拟监视相比， 数字监视具有许多优点p 】【4 = ( 1 ) 便于计算机处理。由于对视频图像进行了数字化，所以可以 充分利用计算机的快速处理能力，对其进行压缩、分析、存储和显 示。通过视频分析，可以及时发现异常情况并进行联动报警，从而 实现无人值守。 ( 2 ) 适合远距离传输。数字信息抗干扰能力强，不易受传输线路 信号衰减的影响，而且能够进行加密传输，因而可以在数千公里之 外实时监视现场。特别是在现场环境恶劣或不便于直接深入现场的 情况下，数字视频监视能达到亲临现场的效果。即使现场遭到破坏， 也照样能在远处得到现场的真实记录。 ( 3 ) 便于查找。在传统的模拟监视系统中，当出现问题时需要花 大量时间观看录像带才能找到现场记录。而在数字视频监视系统 中，利用计算机建立的索引，在几分钟内就能找到相应的现场记录。 ( 4 ) 提高了图像的质量与监视效率。利用计算机可以对不清晰的 图像进行去噪、锐化等处理，通过调整图像大小，借助显示器的高 分辨率，可以观看到清晰的高质量图像。此外，可以在一台显示器 上同时观看1 6 路甚至3 2 路视频图像。 ( 5 ) 系统易于管理和维护。数字视频监视系统主要由电子设备组 成，集成度高，视频传输可利用有线或无线信道。这样，整个系统 是模块化结构，体积小，易于安装、使用和维护。 j ：f 是由于数字视频监视具有传统模拟监视无法比拟的优点，而 且符合当前信息社会中数字化、网络化和智能化的发展趋势，所以 数字视频监视正在逐步取代模拟监视，广泛应用于各行各业。 1 2 监视系统的应用范围 近年来，视频监视在各行各业得到了广泛的应用，生活中有小 区安全监视，实验室也有实验室监视，银行系统有柜员制监视，交 通方面有违章和流量监视，医疗监护系统有医疗监视等等。从功能 上讲，视频监视可用于安全防范、信息获取和指挥调度等方面。 在军事、交通、金融等对图像质量要求较高的领域，一般采用 专业的摄像机作为前端设备，视频数据可通过光端机传输，也可以 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 在计算机上安装不同分辨率的视频采集卡，将视频数据压缩后通过 计算机网络进行传输。这类系统投入较大，对硬件和软件的要求也 较高。 而另一类系统只需在微机上增加u s b 摄像头和相应的软件系 统，就可实现功能强、价格低、性能可靠的数字化小型监视系统。 这类系统一般应用在小区，家庭或是特定领域的环境中，投入小， 使用方便，用户可以通过计算机网络随时查看前端摄像头传递过来 的图像。 目前，上述两类系统都已经得到了广泛的应用。 1 3 论文研究内容及章节安排 1 3 1 论文研究内容 本文的研究内容有如下三个方面： 第一，服务器端软件采用d i r e c t s h o w 技术实现对u s b 摄像头的 视频采集、预览、m p e g 一4 压缩、录像、回放功能；客户端软件采用 d i r e c t s h o w 技术实现对视频数据的解压，预览、录像、回放等功能。 并采用d i r e c t s h o w 技术研究网络发送、接收过滤器的设计和实现。 第二。使用动态链接库技术实现简化的r t p r t c p 协议来传输视 频数据。 第三，采用r a t i o n a lr o s e 作为建模工具，使用v c + + 开发服务 器端、客户端两个软件，其中客户端软件使用e x e 和a c t i v e x 控件 两种方式实现，a c t i v e x 控件可嵌入i e 浏览器中，便于用户使用。 1 3 2 论文结构安排 论文共分6 章，各章安排如下： 第一章，绪论。阐述课题背景、监视系统的现状及发展、论文 的研究内容以及完成的工作。 第二章，介绍了论文中涉及的基础理论与技术，包括t c p ，u d p 协议、r t p 协议、d 毗c t s h o w 技术、a c t i v e x 技术等。 第三章，网络视频监视系统的分析与方案设计，简述了系统的 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 目标与功能、系统构架方案、传输协议的选择、视频处理工具的选 择。 第四章，网络视频监视系统的设计，采用r a t j 伽a lr o s e 工具分 别对服务器端和客户端进行建模。 第五章，介绍了采用各种技术实现系统功能的具体过程。 第六章，介绍了系统的调试、运行与测试情况，测试主要在局 域网中进行。 最后，对本文的主要工作进行总结和展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第二章涉及的基础理论与技术 2 1t c p u d p 协议简介 近年来基于i p 寻址的多媒体通信网异军突起，i p 寻址本来是 在i n t e r n e t 上使用的，但由于i p 寻址简单易用且容易实现，因而 应用目益广泛。而且i p 寻址方式很容易与智能布线和局域网技术 结合起来，这又很好地解决了宽带接入的问题。目前在i p 网上运 行多媒体业务已经成为通信网中的主流业务之一。 t c p 和u d p 协议是t c p i p 西议模型中传输层的两个重要出议， 因此有必要对这两个协议做简要的介绍。 2 1 1t c p 协议 t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 即传输控制协议，是一 个面向连接的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错地发往互 联网上的其他机器。它把输入的字节流分成报文段并传给互联嗍 层。在接收端，t c p 接收进程把收到的报文再组装成输出流。它专 门设计用于在不可靠的因特刚上提供可靠的、端到端的字节流通信 的协议。 t c p 要处理流量控制，以避免快速发送方向低速接收方发送过 多报文而使接收方无法处理；t c p 也要处理拥塞控制，摄切实的办 法是降低数据传输速率，t c p 通过动态地控制滑动窗口的大小来达 到这一目的”j 。 2 1 2 u d p 协议 仰p ( u s e rd a t a g r a lp r o t o c 0 1 ) 即用户数据报协议，在r f c 7 6 8 “用户数据报协议( u d p ) ”中定义，它是一个不可靠的、无连接协 议，用于不需要t c p 的排序和流量控制能力而由用户自己完成这些 功能的应用程序。u d p 提供的协议端口能够区分在一台机器上运行 功能的应用程序。u d p 提供的协议端口能够区分在一台机器上运行 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 的多个程序，即每个u d p 报文不仅传送用户数据，还包括传送发送 方和接收方的协议端口号，这使得接收方的u d p 软件能够把报文送 到正确的接收进程，而接收进程也能回送应答报文，它被广泛地应 用于只有一次的、客户一服务器模式的请求一应答查询，以及快速递 交比准确递交更重要的应用程序，如传输语音或影像。 一个u d p 数据段包括一个8 字节的报头和数据部分。报头的格 式如图2 1 所示。两个端口( 源端口、目的端口) 的作用与t c p 中的 相同，是用来标明源端和目的端的两个端点。u d p 长度字段指明包 括8 字节的报头及数据在内的数据段长度。u d p 校验和字段是一个 任选项，它的值是对伪i p 报头、u d p 报头及用户数据求补码和，然 后再对该补码和求1 6 位补码。去掉( 不选) 该项是不明智的，除非 不必考虑数据质量( 如数字化语音) 5 i 。 o1 6 3 1 i源端口目的端口 iu d p 长度u d p 校验和 图2 一lu d p 报头格式 2 2r t p r t c p 协议简介 1 9 9 6 年i e t f 的视频音频工作组制订了r t p r t c p 协议，专门 用于支持网络实时传输服务，提供数据实时传输的标准【6 】f7 1 。 r t p r t c p 是端对端的协议。在协议层次中，r t p r t c p 虽然位于 应用层，但多数应用还要在r t p r t c p 之上建立更符合应用要求的 协议。在网络传输过程中，r t p r t c p 不处理连接建立工作，其下层 网络既可以是有连接的，也可以是无连接的。如果传输流媒体， r t p r t c p 一般基于组播协议；它并不要求特定的地址格式，面仅要 求下层提供相对好的分帧、合帧及分段、合段的工作；该协议不提 供可靠性保障，作为应用的一部分，该协议并不是操作系统的内容。 r f c l 8 8 9 中定义r t p r t c p 协议族由两个相关的协议构成： 1 ) 实时传输协议r t p 用来传输具有实时特点的数据。 2 ) 实时传输控制协议r t c p 用于统计、管理和控制r t p 传输。 r t p 和r t c p 协同工作完成任务。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 2 1r t p 协议 r t p 是一种提供端对端传输服务的实时传输协议，用来支持在 单目标广播和多目标广播网络服务中传输实时数据，而实时数据的 传输则由r t c p 协议来监视和控制。r t p 定义在r f c l 8 8 9 中。其报 文结构包含广泛用于多媒体的若干个域，包括声音点播、影视点播、 h n e m e t 电话和电视会议等。鼢p 没有对声音和电视的压缩格式制 定标准，它可以被用来传输普通格式的文件。 r t p 协议的核心是其报文格式。报文是r 1 叩对数据传输的封装 单位，典型的报文由报头和负载组成，在协议中仅定义了报头的数 据结构，而不限制负载的大小。r t p 报头由1 6 个字节组成，其中 最后4 个字节c s r c 域可选，格式如图2 2 所示【6 】。 0 3 1 v ( 2 ) p ( 1 ) x f l )c c ( 4 ) m ( i )p t ( 7 )s e qn u m b e “1 6 ) t i m e s t 叩( 3 2 ) s s r c ( 3 2 ) c s r c ( 3 2 ) 图2 2 r t p 报头 p t ( 数据类型) ：7 位，标识r t p 报文内负载的数据类型。 s e qn u m b e r ( 序列号) ：2 字节，一个r t p 传输会话中的所有r t p 报文依次编号，其中第1 个r t p 包的编号可为0 或为一个随机数。 每发送一个r t p 报文，序列号就加1 ，接收端可以用它来检查报文 是否有丢失并按顺序号处理报文。 t i m e s t 锄p ( 时间戳) ：4 字节，标识r t p 报文内负载的时间信息。 它反映r t p 数据信息中第1 个字节的采样时刻( 时间) 。接收端可以 利用这个时间戳去除由网络引起的信息包的抖动，并且在接收端为 播放提供同步功能。 s s r c ( 同步源标识) ：4 字节，用于标识数据源，该标识符在一 次会话中是唯一的，如果有两个参与者的s s r c 相同，就会产生冲 突。 c s r c ( 混合器列表) ：仅用于有混合器的情况下。可以有o 1 5 项。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 2 2 2i 盯c p 协议 r t c p 用于统计、管理和控制r t p 报文的传输。它为应用程序提 供会话质量或者广播性能质量的信息。在r f c l 8 8 9 中定义了r t c p 报文类型，主要分为以下5 类【6 】： s r ( s e n d e rr e p o r t ) ：发送方报告。由处于活跃状态的信源发送 方发送，s r 报文不仅提供该端系统作为接收方的数据接收质量反馈 信息，而且还提供s s r c ( 同步源) 标识符、n t p 时间戳、发送包数以 及发送字节数等与发送有关的信息； r r ( r e c e i v e rr e p o r t ) ：接收方报告。由实时数据接收方发送， r r 报文针对每个信源都提供报文丢失数、己收报文的最大序列号、 到达时间抖动、接收最后一个s r 的时间、接收最后一个s r 的延迟 等信息。 s d e s ( s o u r c ed e s c r i p t i o ni t e m s ) ：源描述项。提供信源的描 述信息，包括c n 删e ( 信源端系统标识) 、n a m e ( 用户名) 、e m a i l ( 电 子邮件地址) 、p h o n e ( 电话号码) 、l o c ( 地理位置) 、t o o l ( 应用程序 或者工具名) 、n o t e ( 通知状态) 、p r i v ( 用户定义项) 等s d e s 报文 项。 b y e ：将某参与者退出信息通知会话，并可提供退出原因。 a p p ：应用程序特殊功能。 r t c p 通过发送和接收r t c p 报文传递的信息，在传输中起到如 下作用： ( 1 ) q o s 管理与控制。r t c p 报文中含有q o s 信息，发送和接收双 方可根据这些信息进行调整，以过到较好的q o s 质量。 ( 2 ) 媒体同步。r t c p 发方报告内时间戳可用来同步不同的媒体 流。 ( 3 ) 附加信息传递。r t c p 有一类称为s d e s ( s o u r c ed e s c r i p t i o n ) 的报文，内含标志名、用户名称、电话号码、e m a i l 等信息，其中 标志名是会话中第个参与者的惟一标志。这些附加信息可用于会话 管理。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 2 3d ir e c t s h o w 技术简介 d i r e c t x 是微软公司开发的一套基于w i n d o w s 平台的应用编程 接口( a p i ) ；它能出色地完成高速的实时动画渲染、交互式音乐和 环境音效、高效多媒体数据处理等一般a p i 很难完成的任务。 d i r e c t s h o w 是d i r e c t x 大家族中的一位成员，d i r e c t s h 0 w 为 w i n d o w s 平台上处理各种格式的媒体文件播放、音视频采集等高性 能要求的多媒体应用提供了完整的解决方案。 d i r e c t s h o w 是一个开放性的应用框架，也是一套基于 c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 的编程接口。d i r e c t s h o w 的系统功 能如图2 3 所示。 幽2 3d l r e c t s l a w 系统功能 图中央最大的一块即是d i r e c t s h o w 系统，虚线以下是r i n g o 特 权级别的硬件设备，虚线以上是r i n 9 3 特权级别的应用层。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 d i r e c t s h o w 位于应用层中。可以看出，d i r e c t s h o w 过滤器同计算 机系统中许多设备相互通信，并且对它们施加控制，其中包括本地 磁盘文件系统，电视调谐器和视频捕捉卡，v f w 编解码器，视频播 放器( 通过d i r e c t d r a w 或者g d i ) 和声卡( 通过d i r e c t s o u n d ) 。因此， d i r e c t s h o w 将应用程序和这些复杂的设备隔离开来。对于某种文件 格式，d i r e c t s h o w 也可以提供基本的压缩和解压缩过滤器 1 0 】。 事实上，计算机应用领域中的很多模块都可以和d i r e c t s h o w 系 统交互。也就是说，di r e c t s h o w 的应用范畴很广。单纯从本地系统 来说，d i r e c t s h o w 可以实现不同格式的媒体文件的解码播放或格式 之间的相互转换，可以从本地机器中的采集设备采集音视频数据并 保存为文件，可以接收、观看模拟电视等。而从网络应用的角度来 说，d i r e c t s h o w 更可用于视频点播、视频会议、视频监视等领域。 采用d i r e c t s h o w 技术可以方便地实现音视频数据的采集、压 缩、格式转换、保存、回放等功能。 2 4a c 七i v e x 技术简介 a c t i v e x 控件也叫作0 c x 控件，一般存放在扩展名为o c x 的文 件中，它是一种面向对象的组件系统，这些组件对象为用户提供了 各种不同的功能，使得不同软件供应商提供的组件可在二进制级进 行相互连接和通信，对象通过接口实现组件之间及组件与系统之间 的相互作用。 a c t i v e x 控件提供一些方法( m e t h o d s ) 和属性( p r o p e r t i e s ) 供客 户程序使用，客户程序一般称为自动化控制器或容器应用程序，通 过调用方法、设置属性来控制和使用a c t i v e x 控件。在特定条件下， a c t i v e x 还可以产生相当于w i n d o w s 编程中的通知消息的事件 ( e v e n t s ) ，以通知客户程序当前发生了什么事情。对a c t i v e x 控件 进行编程关键就在于如何使用它的方法、属性和事件。 a c t i v “控件的前身是0 l e 控件，它基于c 0 m 服务器进行操作， 与开发平台无关，在一种编程语言上开发的a c t i v e x 控件可以无需 任何修改，即可在另一种编程语言中使用，其效果如同使用w i n d o w s 通用控件一样。在v c + + 中开发的a c t i v e x 控件，可方便地应用于 v c 、v b 或a s p 等编程语言环境中。a c t i v e x 控件在不同的编程语言 之间架起了一座桥梁，拓展了各种编程语言开发程序的能力，可实 西南交通大学硕士研究生学位论文第l3 页 现快速小型的组件重用、实现代码共享，从而提高编程效率，缩短 开发周期。 a c t i v e x 控件可嵌入i e 浏览器中，直接下载到用户计算机中， 省去了安装软件的麻烦，更方便使用，本系统的客户端软件将使用 a c t i v e x 技术开发，并嵌入i e 浏览器中。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 第三章网络视频监视系统分析与方案设计 3 1 系统目标与功能 3 1 1 系统设计目标 本文1 2 节中已经介绍了视频监视系统的应用范围，采用高端 的前端设备和视频采集卡能够获得更好的图像质量，但相应的投入 和项目开发的难度也较大，不适于小区或家庭中使用。 本文设计的整套方案硬件上只需要市面上的普通摄像头和普通 p c 机，大幅度降低了硬件成本和开发成本，易于实现。虽然在视频 效果上无法与专业的安防设备相比，但是1 0 0 万像素的摄像头可以 实现3 2 潞2 4 0 ，甚至更高分辨率的画面，足以满足一般的小区、家 庭监视的需要。本系统只需进行少许修改，还可以应用于远程教学， 远程医疗中。 本系统的视频效果要能满足监视的需要，视频数据经压缩传输 后，客户端预览的图像质量与服务器端无明显的区别，视频效果要 达到3 2 0 2 4 0 的分辨率，画面基本清晰、连贯，无严重的延时。客 户端最多可以同时预览九路图像。 服务器端和客户端可以以文件的形式保存视频数据，并能自动 跳盘和覆盖，视频文件麓够进行回放，并且图像的回放质量与预览 质量无明显区别。 客户端软件可以嵌入i e 浏览器，通过访问网址直接加载使用， 省去用户安装客户端软件的麻烦。 3 1 2 系统的功能需求 1 ) 服务器端视频采集功能 摄像头通过u s b 接口连接在服务器p c 上，服务器端软件从摄像 头实时采集视频数据进行预览，并且可以调节视频参数。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 2 ) 实现多点到多点的实时视频传输功能 服务器端采集的视频数据经压缩后可发送到多个客户端：客户 端也可以连接多台服务器，并且同时可以预览九路视频图像。 3 ) 客户端预览与录像功能 客户端可以将传输过来的视频数据经解压后播放( 可同时播放 九路) ，也能以文件的形式保存在硬盘上，当磁盘录满时，可以自 动跳盘、覆盖旧的文件。可以选择性地回放保存在硬盘上的视频录 像文件。 4 ) 通过i e 浏览器使用客户端软件的功能 客户端软件可以嵌入i e 浏览器中，能够通过访问网址直接加载 使用。 3 2 系统构架方案设计 系统的网络拓扑结构如图3 一l 所示。系统分为服务器端和客户 端，两端的软件均在普通p c 上运行。服务器端p c 接有u s b 摄像头， 软件首先读出摄像头的设备名，在采集视频数据进行显示的同时， 将视频数据采用m p e g 4 压缩编码，可录像到硬盘上。当有客户端 请求视频数据时，将压缩后的数据通过i p 网络( 局域网或广域网) 发送出去，客户端软件接收到视频数据后，存储到硬盘上或解压后 进行播放。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 图3 1 系统网络拓扑结构 3 2 1 服务器端软件模块组成 服务器端软件共分为六个模块，如图3 2 所示。图中箭头表示 视频数据的流向。 图3 2 服务器软件端模块关系图 ( 1 ) 视频采集模块：该模块从u s b 摄像头采集视频数据，以帧 的形式分别发送到显