学生公寓门禁防盗系统的设计和实现毕业论文.doc

毕业设计 论文 专 业 计算机网络技术 题 目 学生公寓无障碍门禁防盗系统的 设计与实现 指导者 评阅者 年 月 毕业设计 论文 中文摘要 学生公寓是学生口常生活与学习的重要场所 学生公寓安全管理事关学生 人身安全和财产安全 学生公寓安全状况关系到学校正常的教学和生活秩序 关系到学校和社会的稳定 受到社会各界的广泛关注 安全高效的管理除了有 一个好的管理团队和完备的管理制度外 一套完善的管理系统也能起到事半功 倍的作用 本文结合学生公寓管理的具体需求 提出了基于无线射频识别技术和多媒 体视频监视技术相结合的学生公寓管理系统建设方案 通过对学生公寓管理系统的需求进行分析 基于客户 服务器 C S 和浏览器 服务器 B S 的体系结构 利用 windows2000 server 环境下 Visual Basic6 0 的开 发平台 采用开放的数据库连接来访问 SQL server 数据库管理系统数据的方法 设计开发了门禁控制服务器 发卡中心等 选用了 JSP 动态网页技术和 ActiveX 控件技术实现了动态 WEB 管理系统的设计 完成了系统软件的集成设 计 本系统较好解决了学生公寓管理中的各种难题 实现了学生公寓管理的安 全性 实时性和高效率 本系统由于采用了开放的接口技术 功能可根据不同 需求进行扩展 具有较好的应用前景和推广价值 关键字 学生公寓 RFID 嵌入式 门禁管理系统 JSP 毕业设计 论文 外文摘要 TitleTitle Student apartments accessible access security Systems Design and Implementation AbstractAbstract Student dormitory is an important place for student to live and study everyday Security management of student dormitories bears on security of student s life and property Security situation of Student dormitories which relates to the normal living and teaching order of a school as well as collegial and social stability has been caused wide public concern Safe and high efficient management doesn t only need excellent management team and perfect management regulations but also a good excellent management system which can get twice the result with half the effort Considering fully the specific requirement of student dormitories management the paper proposes a construction Scheme of student dormitories management system based on Radio Frequency Identification RFID incorporated with multimedia video monitor technology Through the analysis on the requirement for student dormitories management system the access controller and card issuing center are developed by the method of accessing SQL server database management system based on Client Server C S and Browser Server B S architecture and the development platform of Visual Basic 6 0 under the environment of widows2000 server The design of dynamic WEB management system is realized by the use of JSP dynamic Web page technologies and ActiveX technology The design for integration of the system software is finally finished Besides the method of video transmission with microwave is presented to solve some problem in project construction in this paper The system presented in the paper can effectively solve the diversified problem in Student dormitories management and implement the safety real time and high efficiency of Student dormitories management Because of adopting open interface technology the system can be extended according to different requirement It has a better application prospect and promotion value Keywords Student Dormitories RFID Embedded Access control JSP 目录 1 绪 论 1 1 1 学生公寓管理系统现状 1 1 2 研究内容与章节安排 1 2 系统关键技术研究 3 2 1 无线射频识别技术 3 2 2 多媒体视频监视技术 7 3 学生公寓管理系统设计 14 3 1 总体需求 14 3 2 门禁系统 15 3 3 视频监视系统的设计 19 3 4 发卡中心 21 3 5 数据库服务器 21 3 6 系统网络的选用 22 3 7 WEB 服务器 23 3 8 系统组成 23 4 学生公寓管理系统的软件设计与实现 24 4 1 系统体系结构 24 4 2 门禁控制服务器 26 4 3 WEB 服务器设计 32 结 论 36 致 谢 37 参考文献 37 1 1 绪绪 论论 学生宿舍和公寓是学生日常生活与学习的重要场所 是对学生进行思想政治工作和素质教 育的重要阵地 学生住宿管理事关学生人身安全和财产安全 关系到学校正常的教学 生活秩 序 关系到学校和社会的稳定 也关系到我国高等教育的改革和发展 1 11 1 学生公寓管理系统现状学生公寓管理系统现状 信息技术的日益发展深入到社会的各个角落 学生宿舍管理也不例外 尤其作为高等院校 的宿舍管理工作 是高校各项工作的一个重要组成部分 其管理水平的高低将直接影响到人才 培养的质量 随着高等教育的发展 高校规模的扩大 学生人数增加 学生宿舍各种信息的汇 总 统计和分析等管理工作面临着诸多困难 管理工作也越来越繁重和琐碎 因此宿舍管理的 信息化 网络化越来越受到人们的重视 它既可以大大提高学生宿舍管理的绩效 也可以为学 生解决后顾之忧 同时随着计算机技术的普及和发展 管理的自动化已成为必然趋势 剖析现有的学生公寓管理系统 其实都是在管物 没有真正做管理 只是把可归纳的问题 集中了 缺少了互动 系统也不能主动发现问题 并反馈到相关的管理人员及有关领导 现在互联网技术已得到了飞速发展 已经触及到人们生活的每一个角落 学生公寓管理可 不可以跟互联网进行结合呢 现代社会手机也成了人们生活必须的物品之一 发条短信问候一 下 已成为最方便快捷的通信方式 公寓管理可以借鉴吗 普通 IC 卡的出入管理方法 在多 年的使用中 已出现了由于每天多次插入和拨出 经常发生损坏 有时一学期要用坏好几张卡 有没有更为方便快捷的办法呢 带着这些疑问 我们提出了一种基于开放式非接触刷卡的门禁管理 入口处有视频监视监 控 并且所有信息包括监视信息互联互通的全新学生公寓管理系统 1 2 研究内容与章节安排研究内容与章节安排 本课题结合某高校的学生公寓管理具体需求 提出了基于无线射频识别技术和多媒体视频 监视技术相结合的学生公寓管理系统建设方案 本文首先简单介绍了各种识别技术及特点 主要介绍了无线射频识别技术的发展 组成及 分类 以及无线射频识别技术在国内外的发展和应用 然后简单介绍了视频监视技术的发展 分析比较了各种技术的优缺点 并介绍了嵌入式多 媒体视频监视技术及嵌入式硬盘录像服务器 通过对宿舍管理系统的需求分析 给出了基于 RFID 门禁系统和多媒体监视技术的系统选 择和系统构建 并提出用微波传送视频信息的方法 解决了工程施工的难题 最后实现了基于客户 服务器 C S 和浏览器 服务器 B S 体系结构的系统软件集成 包括门禁控制服务器 发卡中心及基于 JSP 技术的动态 WEB 管理系统 2 系统关键技术研究系统关键技术研究 2 1无线射频识别技术无线射频识别技术 2 1 1 常用识别技术简介 自动识别 Auto ID Automatic Identification Systems 是一种自动识别特定载体上 信息的技术 近年来 自动识别在许多领域得到了快速普及和推广 它经历了条形码 光学符 号识别 生物记数测量法 例如指纹识别 语音识别等 IC 卡识别系统 接触式和非接触式 IC 卡 几个发展阶段 1 条形码 条形码是一种二进制代码 以平行排列的线条和分隔的间隙组成了数据 通过激光扫描读 出 条形码在仓库 船舶集装 后勤 图书馆等领域也得到了广泛应用 条形码虽然便宜 但 它的不足之处在于存储能力小以及不能改写 2 光学符号识别 光学符号识别 OCR Optical Character Recognition 是一种特殊风格的字体 信息密 度高 在紧急情况下还可以用眼睛阅读数据 应用领域包括 生产领域 服务和管理领域 以 及银行部门 但由于光学识别器价格昂贵 与其他识别方法相比较 光学识别阅读器较为复杂 使该技术的推广受到限制 3 生物记数测量法 生物记数测量法 例如指纹识别 语音识别等 相对比较复杂 通过不会混淆的某种人体 特征的比较来识别不同个人 仿造困难 增加了该识别技术的唯一 防伪的特点 安全可靠 目前 如何提高系统的误识率 降低拒识率 缩短识别时间成为该技术进一步推广的关键 4 IC 卡识别系统 IC 卡识别系统是目前比较成熟且应用广泛的技术 它是一种数据存储器系统 内有 CPU 可防止数据被更改 识别时间短 简单 安全 主要具有以下优点 l 支持非对称密码算法或对称密码算法 并支持线路加密 线路保护功能 受发卡单位 在卡内设定的密钥系统和安全认证机制控制 2 存储容量大 并支持在一张卡上实现多个不同的应用 建立二级或二级以上的目录 由于该卡具有大容量的特点 且由操作系统管理芯片硬件资源 可以根据需求 自由设计不同 的应用文件的密钥系统 在逻辑上和物理上保证一卡多用的实现以及在安全性和方便性方面的 要求 3 协议文件和命令方面有国际标准可以遵循 标准性好 IC 卡按照识别方式可分为接触 式 IC 卡和非接触式 IC 卡两类 非接触式 IC 卡又称射频卡 是世界上最近几年发展起来的一 项新技术 它将射频识别技术和 IC 卡技术结合起来 解决了无源 卡中无电源 和免接触的 技术问题 非接触式 IC 卡与接触式 IC 卡相比 有以下几个特点 1 可靠性高 由于读写之间无机械接触 避免了由于接触读写而产生的各种弊端 例如 被损坏 污染 只有一个插接方向 插入费时等 且非接触式 IC 卡表面无裸露的芯片 无芯 片脱落 静电击穿 弯曲损伤等 2 操作方便 无接触式通信使读写器在 10 厘米范围内就可以对卡片进行操作 且非接触 式 IC 卡使用无方向性 卡片可以任意方向掠过读写器表面完成操作 3 防冲突 非接触式 IC 卡中有快速防冲突机制 能防止卡片之间出现数据干扰 读写器 可以 同时 处理多张非接触式 IC 卡 4 加密性能好 非接触式 IC 卡的序号是唯一的 在出厂前已经固化 非接触式 IC 卡与 读卡器之间采用双向验证机制 非接触式 IC 卡在处理前要与读写器进行 3 次相互认证 由非 接触式 IC 卡组成识别技术即为无线射频识别技术 RFID RFID Radio Frequency Identification 技术是从八十年代起逐步走向 成熟的一种自动识别技术 其基本原理是利用射频信号和空间耦合 电磁偶合或电磁传播 传输特征 实现对识别物体的自动识别 它源于无线电通信技术 综合了现代计算机智能控制 智能识别 网络等高新技术 顺应了 CIMS 计算机集成制造系统 电子商务等热点应用的发 展需要 2 1 2无线射频识别系统分类 射频识别系统根据不同的标准有不同的分类方法 主要有以下几种分类法 1 根据标签的供电形式分为有源 无源和半有源系统 有源系统的标签使用标签内的电池来供电 系统识别距离较长 可达几十米甚至上百米 但其寿命有限且成本较高 另外 由于标签带有电池 因此 有源标签的体积比较大 无法制 成薄卡 如信用卡等 无源射频标签不含有电池 它把耦合的读头发射的电磁场能量作为自 己的能量 它的重量轻 体积小 寿命非常长 成本低廉 无源标签可制成各种各样的挂薄卡 或挂扣卡 但它的读取距离受限制 一般是几十厘米到数十米 且需要有较大的读头发射功率 半有源系统的标签带有电池 但电池只起到激活系统的作用 标签一旦被激活 就无须电池的 供电 即可进入无源标签工作模式 2 根据标签的数据调制方式分为主动式 被动式和半主动式 一般来讲 无源系统为被动式 有源系统为主动式 半有源系统为半主动式 主动式的射 频系统用自身的射频能量主动发送数据给读头 调制方式可为调幅 调频或调相 被动式的射 频系统 使用调制散射方式发射数据 它必须利用读头和载波来调制自己的信号 在门禁或交 通的应用中比较适宜 因为读头可以确保只激活一定范围之内的射频系统 在有障碍物的情 况下 采用调制散射的方式 读头的能量必须来去穿越障碍物两次 而主动方式的射频标签发 射的信号仅穿过障碍物一次 因此主动方式工作的射频标签主要用于有障碍物的应用中 距离 更远 速度更快 被动式标签内部不带电池 要靠外界提供能量才能正常工作 被动式标签产生能量的装置 是天线与线圈 当标签进入系统的工作区域时 天线接收到特定的电磁波 线圈就会产生感应 电流 再经过整流电路给标签供电 被动式标签具有永久的使用期 常常用在标签信息需要每 天读写或频繁读写多次的地方 而且被动式标签还支持长时间的数据传输和永久的数据存储 被动式标签的缺点主要是数据传输的距离要比主动式标签短 半主动 RFID 系统也称为电池支援式反向散射调制系统 半主动式标签本身也带有电池 但只起到对标签内部数字电路供电的作用 但是标签并不通过自身的能量主动发送数据 只有 被阅读的能量场激活时 才通过反向散射调制方式传送自身的数据 3 根据标签的工作频率可为分低频 高频 超高频 微波系统 读头发送无线信号时使用的频率被称为 RFID 系统的工作频率 基本上划分为 低频 LF 30 300KHz 高频 HF 3 30MHz 超高频 UHF 300 968MHz 微波系统 uWF 2 45 5 8GHz 低频常见的工作频率为 125KHZ 134 2KHz 高频常见的工作频率为 13 56MHz 超高频常见的工作频率为 869 5MHz 915 3MHz 微波系统常见的工作频率为 2 45GHz 自从 1980 年以来 低频 RFID 技术一直用于近距离的门禁管理 由于其信噪比较低 其识 读距离受到很大的限制 低频系统防冲撞性能差 多标签同时识读慢 性能也容易受到其他电 磁环境的影响 13 56MHz 高频 RFID 产品可以部分地解决这些问题 13 56MHz 高频 RFID 速度 较快 可以实现多标签同时识读 形式多样 价格合理 但是 13 56MHz 高频 RFID 产品对可导 媒介 如液体 高湿和磁介质等 穿透性很差 由于其频率特性 识读距离较短 860 960M 的 超高频 RFID 产品常常被推荐应用在供应链管理上 其识读距离长 能够实现高速识读和多标 签同时识读 但是超高频技术对于金属等可导媒介完全不能穿透 实践证明 由于高湿物品 金属物品对超高频无线电波的吸收与反射特性 超高频 RFID 产品对于此类物品的跟踪与识读 是完全无效的 为了解决 RFID 系统工作频率所造成的对特定物品识别效果的局限性 RFID 技术应运而生 了将低频和高频两个频率集成到一枚芯片上的双频 DF 系统 4 根据标签的可读写性分为只读 读写和一次写入多次读出 根据射频标签内部使用存储器类型的不同 标签可分为 只读卡 RO 可读写卡 RW 和一次写入多次读出 WORM 5 根据 RFID 系统标签和读头之间的通信工作时序可以分为 TTF 和 RTF 系统 时序指的是读头和标签的工作次序问题 即是读头主动唤醒标签 RTF Reader Talk First 还是标签首先自报家门 TTF Tag Talk First 的方式 对于无源标签来说 一般是读头先讲的方式 对于多标签同时识读来讲 可以采用读头先 讲的方式 也可以采用标签先讲的方式 为了实现多标签无冲撞同时识读 对于读头先讲的方 式 读头先对一批标签发出隔离指令 使得读头识读范围内的多个电子标签被隔离 最后只保 留一个标签处于活动状态与读头建立无冲撞的通信联系 通信结束后指令该标签进入休眠 指 定一个新的标签 执行无冲撞通信指令 如此往复 完成多标签同时识读 对于标签先讲的方 式 标签随机在随机的时间内反复发送自己的识别 ID 不同的标签可在不同的时间段最终被读 头正确读取 完成多标签的同时识读 从系统通信协议来看 TTF 系统比较简单 防冲撞能力 更强 速度更快 2 1 4 REID 的常见应用 1 电子物品监视 Electronic Article Surveillance 是一种设置在需要控制物品出 入的门口的 RFID 技术 这种技术的典型应用场合是商店 图书馆 数据中心等地方 当未被 授权的人从这些地方非法取走装有 EAS 标签物品时 EAS 系统会发出警告 2 便携式数据采集系统 是使用带有 RFID 阅读器的手持式数据采集器采集 RFID 标签上 的数据 这种系统具有比较大的灵活性 适用于不宜安装固定式 RFID 系统的应用环境 手持 式阅读器 数据输入终端 可以在读取数据的同时 通过无线电波数据传输方式实时地向主计 算机系统传输数据 也可以暂时将数据存储在阅读器中 再分批地向主计算机系统传输数据 3 物流控制系统 固定布置的 RFID 阅读器分散布置在给定的区域 并且阅读器直接与数 据管理信息系统相连 信号发射机是移动的 一般安装在移动的物体 人上 当物体 人流经 阅读器时 阅读器会自动扫描标签上的信息并把数据信息输入数据管理信息系统存储 分析 处理 达到控制物流的目的 4 定位系统 用于对车辆 轮船等进行运行定位支持 阅读器放置在移动的车辆 轮船 上 信号发射机嵌入到操作环境的地表下面 5 安全门禁和考勤管理等 随着 RFID 技术的发展 新的应用系统还在不断的涌现 给人们的生活也带来了更多的方 便 另外 中国正在致力于国民经济的信息化建设 努力应用现代信息技术来改造和装备各个 部门 RFID 技术的研究与发展对于我国的信息现代化建设具有重要意义 目前 全国很多大城 市己经开始在公交系统中推广使用电子车票系统 我国第二代居民电子身份证也是基于 RFID 技术的 本文所设计的学生公寓管理系统就是基于 RFID 门禁系统的具体应用 2 22 2多媒体视频监视技术多媒体视频监视技术 2 2 1 视频监控系统的发展历史 图像监控一直是人们关注的应用技术热点之一 它以其直观方便 信息内容丰富而被广泛 应用于许多场合 在电子技术与通信技术的发展过程中 图像监控系统的技术水平直接反映了 不同阶段电子与通讯的技术状况 就图像监控的方式 大致可分为三个发展阶段 1 基于模拟图像监控的工业电视系统 从摄像电视机出现的那天起原始的图像监视系统就已诞生 它被广泛应用于保安 生产管 理等场合 本地图像监控系统主要由摄像机视频矩阵 监视器 录像机等组成 由视频线 控 制线缆等连接 本地图像监控系统一股采用模拟方式传输 采用视频电缆 少数采用光纤 传输距离不能太远 主要应用于小范围内的监控 如大楼监控等 监控图像一般只能在本地 控制中心观看 2 基于 PC 的多媒体监控本地 远程视频监控系统 数字视频压缩编码技术的日益成熟 微机的普及化为基于 PC 的多媒体监控创造了条件 多媒体监控系统一般采用下面的结构 在远端监控现场 有若干个摄像机 各种检测报警 探头与数据设备 通过各自的传输线路汇接到多媒体监控终端上 多媒体监控终端可以是一台 PC 机 也可以是专用的工业机箱组成多媒体监控终端 除了处理各种信息和完成本地所要求的 各种功能外 系统利用视频压缩卡和通信接口卡 通过通信网络将这些信息传到一个或多个监 控中心 基于 PC 的多媒体监控系统功能较强 灵活性高 但存在系统的稳定性不够好 功耗 高 需要有人值守 软件的开放性不好等缺点 3 基于嵌入式 Web 服务器的远程视频监控 基于嵌入式 Web 服务器技术的远程网络视频监控主要的原理是 视频服务器内置一个嵌入 式 Web 服务器 采用嵌入式实时多任务操作系统 摄像机传送来的视频信号 数字化后由高效 压缩芯片压缩 通过内部总线传送到内置的 Web 服务器 网络上用户可以直接用浏览器 如 IE 等 观看 Web 服务器上的摄像机图像 授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作 或对系统 配置进行操作 由于把视频压缩和 Web 功能集成到一个体积很小的设备内 可以直接连入以太 网 达到即插即看 省掉各种复杂的电缆 安装方便 仅需设置一个 IP 地址 用户也无需使 用专用软件而仅用浏览器即可观看 以上几类监控系统性能比较如下 表 2 1 几类监控系统性能比较 2 2 2 多媒体监控系统技术特点 多媒体数字远程监控系统是以计算机管理为核心 结合多媒体技术 计算机网络技术的一 种监控系统 在远距离的监控方面有明显优点 多媒体监控网络系统能将监控信息从监控中心 释放出来 通过计算机网络使其能够到达桌面的计算机上 从而与信息管理系统融合在一起 更好的为管理服务 提高管理水平和效率 系统技术特点如下 数字视频监控系统将多画面分割 多画面混合 远程访问 视频图像的记录全部集成在一 个产品中 这个产品就是装备微计算机和电子设备的数字视频服务器 有了它 视频摄像机只 需要直接连到数字视频服务器的接口即可 比模拟系统需要安装多个设备和通过电缆互连进行 配置要容易许多 数字视频监控系统提供远程访问能力 这意味着从世界上任何有通信线路的地方 用户能 够通过一个网络连接到他们的数字视频服务器 从而能在他们选择的 PC 计算机上观看到所需 的视频图像 连接的网络既可以是局域网也可是广域网 而模拟系统则是不可能远程观看到视 频图像的 数字视频监控系统的另一个优点是取消了视频录像带 与记录在视频录像带上不同 数字视频监控系统是将视频图像记录在视频服务器中的计算机硬磁盘上 其最大优点是既能够 提高存储图像的清晰度又能够快速检索到所存储的图像 为了能看到你感兴趣的视频图像 仅 需键入需要的时间值和摄像机号后 几秒钟后通过搜索硬磁盘即可将结果显现在计算机的显示 器屏幕上 根据需要 你可以打印它 在网上作 E mail 发送 也可将其继续保存在硬盘 或 者从硬盘中将其删除 可靠性是选择数字视频监控系统而不选择模拟视频监控系统的另一个关 键因素 采用数字视频监控系统 故障率大大降低 而视频录像带则易遭破坏或磨损 此外 数字视频监控系统的运行是完全自动的 不需要人去介入 即使发生电源故障 数字视频监控 系统具有的自举功能将能继续电源中断时所做的事情 2 2 3 多媒体监控的关键技术图像数据的压缩编码 视频图像数据有极强的相关性 也就是说有大量的冗余信息 其中冗余信息可分为空 域冗余信息和时域冗余信息 压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉 去除数据之间的相关性 压缩技术包含帧内图像数据压缩技术 帧间图像数据压缩技术和编码压缩技术 图 2 4 国际音视频压缩标准发展历程 图像压缩方面的标准主要有 MPEG 系列 MPEG 1 MPEG 2 MPEG 4 压缩标准 以及 H 26X 系列 H 263 H 264 和静止图像压缩标准 JPEG 下面将讨论各标准的内容 技术特点和创新 之处 1 MPEG 1 标准 技术特点 MPEG 1 制定于 1992 年 可适用于不同带宽的设备 如 CD ROM Video CD 它 可针对 SIF 标准分辨率 对于 NTSC 制为 352X240 对于 PAL 制为 352X288 的图像进行压缩 传输速率为 1 5Mbits s 每秒播放 30 帧 具有 CD 音质 质量级别基本与 VHS 广播级录像带 相当 MPEG 的编码速率最高可达 4 5Mbits s 但随着速率的提高 其解码后的图像质量有所 降低 应用范围 应用 MPEG 1 技术最成功的产品非 VCD 莫属了 VCD 作为价格低廉的影像播放设 备 得到广泛的应用和普及 MPEG 1 也被用于数字电话网络上的视频传输 如非对称数字用户 线路 ADSL 视频点播 VOD 以及教育网络等 2 MPEG 2 标准 技术特点 MPEG 2 制定于 1994 年 设计目标是高级工业标准的图像质量以及更高的传输 率 MPEG 2 所能提供的传输率在 3MB 10MB s 间 在 NTSC 制式下的分辨率可达 720X486 MPEG 2 能够提供广播级的视像和 CD 级的音质 MPEG 2 的音频编码可提供左右中及 两个环绕声道 以及一个加重低音声道和多达七个伴音声道 MPEG 2 可提供一个较广范围内改 变的压缩比 以适应不同画面质量 存储容量 以及带宽的要求 对于最终用户来说 由于现 存电视机分辨率限制 MPEG 2 所带来的高清晰度画面质量 如 DVD 画面 在电视上效果并不明 显 倒是其音频特性 如加重低音 多伴音声道等 更引人注目 应用范围 MPEG 2 技术就是实现 DVD 的标准技术 现在 DVD 播放器也开始在家庭中普及起 来了 除了作为 DVD 的指定标准外 MPEG 2 还可用于为广播 有线电视网 电缆网络以及卫星 直播提供广播级的数字视频 3 MPEG 4 标准 国际标准 MPEG 4 不仅是针对一定比特率下的视频 音频编码 更加注重多媒体系统的交 互性和灵活性 MPEG 4 标准主要应用于视像电话 视像电子邮件和电子新闻等 其传输速率要 求较低 在 4800 64000bits sec 之间 分辨率为 176X144 MPEG 4 利用很窄的带宽 通过帧 重建技术 压缩和传输数据 以求以最少的数据获得最佳的图像质量 与 MPEG 1 和 MPEG 2 相 比 MPEG 4 的特点是其更适于交互 AV 服务以及远程监控 MPEG 4 是第一个使你由被动变为主 动 不再只是观看 允许你加入其中 即有交互性 的动态图像标准 它的另一个特点是其综 合性 从根源上说 MPEG 4 试图将自然物体与人造物体相溶合 视觉效果意义上的 MPEG 4 引入 AV 对象 使得更多的交互操作成为可能 在网络传输中可以设定 MPEG4 的码流速率 清 晰度也可在一定的范围内作相应的变化 这样便于用户根据自己对录像时间 传输路数和清晰 度的不同要求进行不同的设置 大大提高了系统使用时的适应性和灵活性 也可采用动态帧测 技术 动态时快录 静态时慢录 从而减少平均数据量 节省存储空间 而且当在传输有误码 或丢包现象时 MPEG4 受到的影响很小 并且能迅速恢复 MPEG 4 的应用前景将是非常广阔的 它的出现将对以下各方面产生较大的推动作用 数字 电视 动态图像 万维网 实时多媒体监控 低比特率下的移动多媒体递信 基于内容存储和 检索多媒系统 Internet 上的视频流与可视游戏 基于面部表情模拟的虚拟会议 DVD 上的交 互多媒体应用 基于计算机网络的可视化合作实验室场景应用 演播电视等 4 H 261 与 H 263 标准 H 261 p 64kbit s 视听业务用的视频编解码器 建议是针对运动实时动态图像的压缩编 码和解码 应用目标是可视电话和可视会议 其中 p 是一个可变参数 取值范围为 1 30 H 261 建议的最低传输速度是 64kbit s P 1 或 2 时支持四分之一中间格式 QCIF Quarter Common Intermediate Format 的帧率较低的视频电话传输 QCIF 格式的色 度信号分辨率为 90X72 亮度信号的分辨率为 180X144 P 6 时支持通用中间格式 CIF Common Intermediate Format 的帧率较高的电视会议数据传输 CIF 格式的色度信号 分辨率为 180X144 亮度信号分辨率为 360X288 PX64K 视频压缩算法也是一种混合编码方案 即基于 DCT 的变换编码和带有运动预测差分脉冲编码调制 IDPCM 的预测编码方法的混合 在低传输速率时 P 1 或 2 即 64bit s 或 128Kbit s 除 QCIF 外还可以使用亚帧 Sub frame 技术 即每间隔一帧 或数帧 处理一帧 压缩比可高达 50 1 左右 H 263 是在 H 261 的基础上发展起来 针对低比特率的视频信号压缩标准 对于大多数家 庭和小型企业来说 在相当一段时间内 能够使用的还只有电话线 以 V 34 为标准的调制解 调器支持在电话线中传送的数据率可达到 28 8Kb s 或 33 6Kb s 因此需要制定一个能够在 30Kb s 走有速率下提供可以接受的质量的视频信号压缩标准 这就是 H 263 标准 5 H 264 标准 H 264 是 ITU T 的视频编码专家组 VCEG 和 ISO IEC 的活动图像编码专家组 MPEG 的 联合视频组 JVT Joint Video Team 开发的一个新的数字视频编码标准 它既是 ITU T 的 H 264 又是 ISO IEC 的 MPEG 4 的第 10 部分 H 264 和以前的标准一样 也是 DPCM 加变换编 码的混合编码模式 JVT JointVideoTeam 视频联合工作组 于 2001 年 12 月在泰国成立 它由 ITU T 和 ISO 两个国际标准化组织的有关视频编码的专家联合组成 JVT 的工作目标是制 定一个新的视频编码标准 以实现视频的高压缩比 高图像质量 良好的网络适应性等目标 目前 JVT 的工作已被 ITU T 接纳 新的视频压缩编码标准称为 H 264 标准 该标准也被 ISO 接 纳 称为 AVC Advanced Video Coding 标准 是 MPEG 4 的第 10 部分 H 264 标准可分为三 档 基本档次 其简单版本 应用面广 主要档次 采用了多项提高图像质量和增加压缩比的技术措施 可用于 SDTV HDTV 和 DVD 等 扩展档次 可用于各种网络的视频流传输 H 264 标准压缩系统由视频编码层 VCL 和网络提取层 NetworkAbstraction Layer NAL 两部分组成 VCL 中包括 VCL 编码器与 VCL 解码器 主要功能是视频数据压缩编 码和解码 它包括运动补偿 变换编码 熵编码等压缩单元 NAL 则用于为 VCL 提供一个与网 络无关的统一接口 它负责对视频数据进行封装打包后使其在网络中传送 它采用统一的数据 格式 包括单个字节的包头信息 多个字节的视频数据与组帧 逻辑信道信令 定时信息 序 列结束信号等 包头中包含存储标志和类型标志 存储标志用于指示当前数据不属于被参考的 帧 类型标志用于指示图像数据的类型 VCL 可以传输按当前的网络情况调整的编码参数 H 264 和 H 261 H 263 一样 也是采用 DCT 变换编码加 DPCM 的差分编码 即混合编码结 构 同时 H 264 在混合编码的框架下引入了新的编码方式 提高了编码效率 更贴近实际应 用 H 264 没有繁琐的选项 而是力求简洁的 回归基本 它具有比 H 263 更好的压缩性能 又具有适应多种信道的能力 H 264 的应用目标广泛 可满足各种不同速率 不同场合的视频 应用 具有较好的抗误码和抗丢包的处理能力 H 264 的基本系统无需使用版权 具有开放的 性质 能很好地适应 IP 和无线网络的使用 这对目前因特网传输多媒体信息 移动网中传输 宽带信息等都具有重要意义 2 2 4 嵌入式多媒体监视监控系统 嵌入式多媒体监视监控系统主要由嵌入式硬盘录像机 嵌入式硬盘录像服务器 摄像机 网络 客户终端等组成 如图 2 5 所示 为最简嵌入式多媒体监视监控系统 图 2 5 嵌入式多媒体监视监控系统的组成 1 嵌入式硬盘录像服务器 基本概念 嵌入式 实时与多任务 嵌入式 软件 包括操作系统和功能软件 集成于硬件系统之中 简单的说就是软件与硬 件一体的系统 实时 在规定的时限内响应事件 超时的响应是失败的响应 多任务 同时响应多个请求 2 嵌入式硬盘录像服务器的特点 a 嵌入式 实时 多任务设备 b 软硬件专业性强 无多余功能 c 结构简单紧凑 体积小 3 嵌入式硬盘录像服务器的硬件体系结构 图 2 6 嵌入式硬盘录像机硬件体系结构 3 学生公寓管理系统设计学生公寓管理系统设计 3 13 1 系统需求系统需求 3 1 1 一个典型的学生公寓模型 图 3 1 学生公寓模型 学校随着规模的大断扩大 学生公寓基本上都是分布式的 有的学校还有分校区 那样公 寓之间的距离更是不能确定 而学校的管理者要想实现全面管理 只有借助网络技术了 如图 3 1 所示 某高校共有学生公寓 6 栋 学生公寓 4 6 是原先的老公寓 每栋公寓为四层 每层 20 多个房间 每个房间可住宿 6 8 个学生 每个公寓只有一个出入口 还有三个消防通道为电 磁门控制 平时常闭 学生公寓 1 3 是近几年为了满足招生扩大的需要而新建的 每栋公寓 为 6 层 每层有 40 多个房间 每个房间住宿 6 名学生 也是只设有一个主出入口 并有多处 消防通道为电磁门控制 学生公寓 1 3 与主教学区之间有市政公路的隔离 校园已建有校园网 主干为 1G 光纤网 各教学楼 学生公寓内部为 100M 网络 3 1 2 学生公寓管理的内容 经过大量的调研 学生公寓现代化管理应做好以下工作 1 安全保障管理 门禁管理 多媒体视频监控每个公寓的出入口应对出入人员进行身份的识别 是否具有进 入本公寓的权限 有权限的放行 并记录出入情况 有权限的人员包括本公寓的住宿学生 管 理员 卫生员 学生辅导员及学校的相关管理人员和校领导等 无权限人员进入自动报警提示 所有人员的出入均有 24 小时视频监控 所有出入信息和图像信息均可通过校园网络进行实时 监控和察看 并有相应的统计功能 2 日常事务管理 对学校公寓的舍区 楼栋 房间及床位进行管理 提供 标准化学生公寓 中 管理 服 务队伍建设 的管理功能 包括部门 岗位 人员的管理 提供学生查询统计 寝室查询统计 专业 班级变更统计 学生学籍变更统计 3 1 3 系统总体设计 根据实际需求系统应由下面几部分组成 门禁系统 视频监视系统 数据库服务器 系统 服务器以 发卡中心及查询终端等组成 系统组成框图如图 3 2 所示 图 3 2 系统组成框图 下面几节将详细介绍各组成部分的设计与选型 3 23 2 门禁系统门禁系统 3 2 1方案比较 传统的门禁管理系统安装有门或门闸等阻挡物 通过时必须主动刷卡 确认身份无误后方 可人工开门或自动打开门闸 这种方法使得人员通过速度较慢 适合于出入人员时间不集中的 应用场合 开放式门禁系统在出入口不安装门或门闸等阻挡物 所有人员均可无障碍通过 对 通过人员进行无接触检测并可进行身份验证 有效卡验证无障碍通过 无效卡或无卡人员通过 声光报警等功能 检测装置能够判断出人员的运动方向记入系统 系统适用于需要快速 自动 进行身份校验的开放式场所 学生公寓管理就比较适用这种开放式门禁管理系统 经过市场调 研我们选用了普诺玛公司开发的 PR8300 开放式门禁系统 3 2 2PR8300 开放式门禁系统 PR8300 开放式门禁系统是由普诺玛公司开发的一种开放式门禁管理系统 硬件系统工作在 13 56MHz 它是由读卡器 天线和标签组成 执行协议标准为 ISO15693 典型系统应用结构如 图 3 3 所示 主要用于各种物品及人的无线识别与验证 该系统可对标签进行快速的读 写 锁定功能操作 该读卡器也具有防冲撞功能 它可以快速地读取与改写多个同时存在其感应区 域的标签信息 双天线之间的标签感应范围可达 1 2 米以上 且无盲区 系统的可应用范围为 所有需要快速 自动进行身份校验的开放式场所 如展览馆 会议签到场所 开放式通道 大 型企事业单位门禁控制 考勤管理 物品追踪查验等 1 天线 型号 PRA8330 工作频率 13 56MHZ 配合阅读器 PRR8310 感应距离 MAX 120cm 使用卡片 TagIT HF I IcodeII 尺寸 1600 480 92mm 输入阻抗 50 2 读卡器 型号 PRR8310 工作频率 13 56MHZ 协议标准 ISO15693 ISO15693 ISO15693 图 3 3 PR8300 典型系统应用结构图 连网方式 直接连 PC 级联 通讯接口 RS232 或 RS485 跳线端子可设置 工作模式设置 自动扫描 ISO 命令 缓冲读取 感应天线 外接 50 欧匹配天线 防冲撞功能有 有 卡片操作 读 写 同时读写标签 50 张 秒 卡片类型 TI 的 TAG it HF 卡或 ISO15693 兼容卡 标签的存储容量 16 2K BYTE 可选 标签的 UID 为 8 个字节 阅读距离 Max 70CM 单个天线 120CM 双支天线 软件功能 C VB 语言程序库 天线接口 基本天线 TX RX 1 x SMA 母头 通讯参数 最大 115kBits 8 数据位 偶 奇 无校验位 通讯协议 Tag it HF I 主机协议 存储器 EEPROM 1k 字节 存储设置参数 可写 10 万次 RAM 256 k 字节 存 储临时数据 Flash 512 k 字节 存储程序 可在线升级 输出端口 2 路光耦输出 24V DC 30mA 1 路继电器输出 24V DC 60W 输入端口 2 路光耦输入 最大 24V DC 20mA 灯光指示 5 LED 灯用于工作状态的判断 3 出入检测器 无卡人员和进出的方向识别由出入检测器来识别 如图 3 6 所示 当无卡或卡无效人员进入时 红外线发射接收 1 光路被阻断 但是没有检 测到合法的卡信息 身份得不到确认 于是报警 提示有无卡人员或卡无效人员进入 管理人 员可进行制止 相应的联动装置可触发拍照装置 进行拍照留存 进出的方向识别 可通过两对红外装置的隔断顺序来确认 如进入进 则首先隔断了红外 线发射接收 1 产生一个信号 后隔断了红外线发射接收 2 经过识别可准确判断是进还是出 4 标签 型号 PRI1050 类型 高频卡 工作频率 13 56MHZ 执行标准 符合国际 ISO IEC15693 标准 卡片块结构 每块 4 字节 内存从 512bit 2048bit 不等 全球唯一的 64bit 识别内码 标签的可擦写特性 允许对标签内的资料进行读写和锁定 5 门禁控制服务器 门禁控制服务器主要完成与读写器的控制与操作 与校园网络相连 实时与数据库进行数 据交换 并选择接收多媒体视频监视服务器的实时视频信息 为了节约成本 本系统中采用三 个公寓一台门禁控制服务器的方案 门禁控制服务器最小配置如表 3 1 所示 表 3 1 门禁控制服务器配置 6 RS 485 网络 读卡器与门禁控制服务器的连接可使用 RS 232 总线也可使用 RS 485 总线 当一台服务器 连接一台读卡器且距离较近 0 then 如果返回值 0 则连接成功 msgbox 连接成功 插入连接成功程序代码 else msgbox 连接失败 否则连接失败 插入连接失败处理代码 end if 2 读写器控制 读取读写器的输入端口状态 用于识别出入方向及无卡控制 DLLIMPORT Prm TiLib CtrlGetInput long hConnect BYTE byComAdr BYTE 创建连接对象 2 网页视频监控的实现 通过在网页的指定位置 放置 HikMP4Netvideo ActiveX 控件 并设置好视频服务器 IP 地 址 要监视的通道及登陆视频服务器的用户名和密码 即可在网页上显示监控视频 通过 VBScript 脚本语言控制播放和停止和更换需监视通道 在本应用中学生公寓号对应通道号 0 5 代码如下 Sub button1 OnClick HikMP4Netvideo1 url 202 113 244 56 视频服务器 IP 地址 HikMP4Netvideo1 accessright 1 HikMP4Netvideo1 channel 2 需要监视的通道 HikMP4Netvideo1 username username 用户名 HikMP4Netvideo1 password password 密码 HikMP4Netvideo1 windnum 1 HikMP4Netvideo1 Play 开始播放 End Sub Sub button2 OnClick HikMP4Netvideo1 channel 2 需要监视的通道 HikMP4Netvideo1 Stop 停止播放 End Sub 插入视频控件 并指定大小 学生公寓 1 监视按钮 停止按钮 结 论 本课题实现了基于无线射频识别技术的开放式门禁和基于嵌入式硬盘录像技术的多媒体视 频监控及动态 WEB 技术的学生公寓管理系统 实现了学生公寓管理的安全性 实时性和高效率 本系统由于采用了开放的接口技术 功能可根据不同需求进行扩展 主要工作成果 1 完成了系统中方案的选型与组建工作 2 完成了系统核心数据库设计工作 3 系统的集成完全