基于解码矩阵的网络视频监控系统设计.doc

基于解码矩阵的网络视频监控系统设计【 摘 要 】 针对当前网络视频监控系统具有的功能不能满足特殊现场需求的问题，设计了一种可以将监控画面直接在电视墙上显示、具有解码软矩阵的网络视频监控系统。系统包括网络视频预览模块和软矩阵解码模块，采用了h.264编解码算法对网络视频进行处理，rtp/rtcp流媒体传输协议进行传输。总体来说，本文所设计的网络视频监控系统，具有价格低、性能强、通用性好以及扩展能力强等优点。【 关键词 】 视频监控；解码矩阵；rtp/rtcp协议【 abstract 】 the aim of the paper is to deal with the problem of not meeting the requirements for the video supervising system in industrial site, the paper designs a network video monitoring system which has the decode soft matrix and could display videos onto the television-wall directly. the system contains network video displaying module and decoding soft matrix module, and uses h.264 to encode and decode the video and rtp/rtcp to transmit the video. all in all, the network video monitoring system owns advantages of low price, strong performance, high universality and good extensibility.【 keywords 】 video supervising；decoding soft matrix；rtp/rtcp0 引言目前，视频监控系统在人们生产、生活的各个方面发挥作用。其发展经历了第一代的全模拟系统，到第二代部分数字化的系统, 再到第三代完全数字化的系统（网络视频服务器）三个阶段的发展演变。基于嵌入网络服务器的数字视频系统把摄像机输出的模拟视频信号通过嵌入式视频编码器直接转换成ip数字信号。嵌入式视频编码器具备视频编码处理、网络通信、自动控制等强大功能，直接支持网络视频传输和网络管理，使得监控范围达到前所未有的广度。由于此种监控系统的硬件是一个同处理器以及操作系统捆绑非常紧密、功能专一、特定设计的独立设备，不像插卡系统那样受通用计算机系统中其它软件硬件的影响，因此性能上更加稳定，且便于安装、维护，易于实现系统的模块化设计，满足后续管理、维护的需求。本文基于软解码矩阵实现了一种网络视频监控系统，降低了设备成本，同时很好地兼顾了性能。1 系统采用的关键技术1.1 h.264视频编解码技术h.264编码算法是一种高性能的视频编解码技术。h.264是在mpeg-4技术的基础之上建立起来的，其编解码流程主要包括5个部分：帧间和帧内预测、变换和反变换、量化和反量化、环路滤波、熵编码。h.264 最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，h.264的压缩比是mpeg-2的2倍以上，是mpeg-4的1.52倍。1.2 rtp/rtcp流媒体传输协议数字视频信息传输的主要协议，包括实时传输协议rtp(real time protocol)、实时传输控制协议 rtcp(real time control protocol)等协议。rtp协议是针对internet上的多媒体数据流的一种传输协议。该协议可基于多播或者单播网络提供端到端的网络实时数据传输，为实施数据传输提供时序重构、帧遗失检测、数据安全等多种服务。rtp通常使用udp来传输数据。rtp本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠rtcp提供这些服务。通常rtp算法并不作为一个独立的网络层来实现，而是作为应用程序代码的一部分。实时传输控制协议rtcp和rtp以其提供流量控制和拥塞控制服务。在rtp会话期间，各参与者周期性的传输rtcp包。rtcp包中包含已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，服务器可以利用这些信息动态的改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。rtp和rtcp配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因此特别适合传送网上的实时数据。rtp的数据传输是无连接、无差错控制的报文传输。rtcp是rtp协议中的控制协议，它单独运行在底层协议上。rtcp是指接收方向发送方发送的报文，它负责监视网络服务质量、通信带宽以及网上传送的信息，并将其通知给发送端。2 系统设计与实现系统采用传统的c/s模式，由于采用嵌入式视频服务器，所以服务器端不需要设计，只需要设计客户端软件。系统主要分为两个部分进行设计：网络视频预览和解码矩阵。软件系统在启动时还要进行初始化工作，所以还要有软件的初始化程序设计。2.1 系统初始化系统初始化流程如图2所示，bool cnewclientdlg:oninitdialog()函数是程序的初始化函数。server_info和ip_info，是系统在运行时声明的2个数组。这2个数组分别是服务器信息结构体数组和解码器信息结构体数组。函数调用时首先初始化这两个结构体数组：服务器名为空，通道数为-1，端口号8000，服务器id为-1；解码器的状态为非解码状态，状态信息为空，解码器id为-1，所有解码器信息的服务器id、通道数、服务器数为-1，服务器端口为 8000，是否选中解码为否。以上初始化值为程序运行开始的默认值，当读取配置文件后或配置服务器后以文件内容或配置内容改变其各项值。初始化结构体数组server_info和ip_info后，调用读取配置文件函数，该函数作用是读取配置文件并写入server_info和ip_info中，每个数组成员对应一个视频服务器或解码器；若配置文件不存在，则创建该文件。读取配置文件，写入服务器/解码器配置信息结构体数组后，程序根据服务器信息（ip地址、端口、用户名和密码等）连接服务器。连接服务器通过调用net_dvr_login(char *sdvrip, word wdvrport, char *susername, char *spassword, lpnet_dvr_deviceinfo lpdeviceinfo)；函数实现，其中dvrip为服务器ip，dvrport为服务器端口号，username为用户名，spassword为密码。若连接成功，则进行客户端程序配置，包括视频预览显示窗口的创建，各按钮的创建，预览显示的色度、饱和度、亮度、对比度等值的设定等；若连接失败，则根据返回信息弹出提示对话框，包括用户名和密码错误、服务器连接失败、获取服务器配置信息失败等信息。2.2 图像预览与停止的实现void cnewclientdlg:onvideonetplay()；为预览/停止按钮的单击消息响应函数。未进行预览时单击预览按钮调用此函数，执行预览操作，预览时单击停止按钮，调用函数 void cnewclientdlg:f_stopplay()；停止预览。预览开始，首先判断是否连接到服务器。若没有连接服务器，则直接返回；若已连接到服务器，判断是否正在预览（通过正在播放标识）。正在预览则执行停止操作，置正在播放标识为false，按钮名设置为“预览”；停止则继续预览操作。设置活动播放窗口数量，最大活动窗口为当前分屏数量，如果服务器通道数量多于最大活动窗口数量，则设置活动窗口数量为最大活动窗口数量，如果服务器通道数量少于最大活动窗口数量，则设置活动窗口数量为服务器通道数量。若为某个活动窗口分配解码器，则开启解码器再进行视频播放，若没有分配解码器，则直接播放视频，并将按钮名设置为“停止”。2.3 解码软矩阵的实现解码软矩阵工作流程，当某视频预览窗口进行播放的时候，用鼠标右键单击该窗口，会弹出一个菜单，菜单的最后一项有一个2级菜单解码到.，在这个2级菜单中可以选择当前窗口正在显示的这路视频信号解码到哪个解码器。void cmyoutput:onmenushow(uint nid)；是该2级菜单的单击响应函数，这个2级菜单是一个动态菜单，在程序运行后进行创建，系统连接了多少个解码器，便创建几个菜单项供选择，所有菜单项共用一个单击响应函数，判断哪个菜单的单击消息触发函数是通过该菜单项的id进行的，所以该函数的参数为控件的id号。当调用该函数的时候，程序首先获取所选择的显示窗口显示的视频服务器信息，包括ip 地址、通道号、端口号、用户名和密码，这些是解码器连接到视频服务器上时所必需的信息，然后判断是用户选择了解码到哪个解码器，然后连接到该解码器，并发送视频服务器信息。如果解码器连接失败，则弹出警告：“启动动态连接失败!”。如果连接成功解码器所连接的电视屏幕会显示出监视图像。3 结论本文主要研究了数字视频监控系统和软视频矩阵的设计和实现过程。系统采用h.264编码算法和 rtp/rtcp网络传输协议，利用 vc+开发平台和数字视频服务器开发包，实现了数字视频的网络预览功能和软矩阵功能。目前，视频监控系统已经全面实现数字化、网络化。数字视频压缩编码、数字化云台控制、数字矩阵等技术的应用使视频监控系统得到了很大的发展。现在，数字视频监控正在向无线、开放性的监控系统发展，以适应社会生产生活的需要。参考文献1 陈惠琳.基于网络的视频监控系统.科技创业，2006.11.2 段军棋,蒋丹.远程视频监控系统的设计与实现.电子科技大学学报，2002.10.3 宋磊,黄祥林.视频监控系统概述j.