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计算机屏幕监控系统的开发与设计 1 中文摘要中文摘要 随着计算机技术以及网络的飞速发展，它使人们的学习、工作、生活方式都发生了 变化，给人们学习、工作带来方便的同时也造成不良影响，因此计算机管理在日常生活 中的地位变得越来越重要。为保证正常的学习和工作，开发一个适用于学校机房学生学 习管理的监控系统是非常必要的。本论文研究的是如何开发一个应用简单、操作方便、 实时性强的计算机屏幕监控系统，目的是对局域网内计算机进行屏幕监控。本系统是在 Visual C+集成开发环境下，采用 C/S 模式，运用网络通信和图像处理技术进行开发的。 功能包括 C/S 互连、计算机屏幕画面的捕获、计算机屏幕画面的显示、计算机屏幕的锁 定与解锁。 关键词：关键词：屏幕监控，服务器，客户端，socket 编程，图像处理 计算机屏幕监控系统的开发与设计 2 ABSTRACT With the rapid development of the computer technology and network, it makes peoples study, work, lifestyles changed and bring convenience to their study, work, but also adversely affects the daily life of the computer management in the position becomes increasingly important. In order to guarantee normal study and work, the development of monitoring system for managing the students who study in classroom is essential. This thesis studies how to develop a computer screen control system which is convenient operation and strong real-time, and the purpose is to monitor the computers screen in the LAN. The system is developed in the Visual C + integrated development environment. It uses C/S model, and the use of network communication and image processing technology, implementation of the features include C/S interconnect, computer screen capture, computer screen display, computer screen lock and unlock. . Key Words：screen control, server, client, socket programming, image processing 计算机屏幕监控系统的开发与设计 3 目录目录 中文摘要中文摘要 .1 ABSTRACT.2 第一章第一章 引言引言 .5 1.1. 课题研究的背景.5 1.2. 国内外研究现状.5 1.3. 研究内容及贡献.6 1.4. 论文组织.6 第二章第二章 系统开发环境与网络通信技术系统开发环境与网络通信技术 .7 2.1. 开发工具的选择.7 2.2. VISUAL C+编程基础.7 2.2.1. C+语言.7 2.2.2. Visual C+ 6.0简介.7 2.3. 通信协议简介.7 2.4. WINDOWS SOCKETS API 简介.8 第三章第三章 图像处理基础知识图像处理基础知识 .10 3.1. 图像.10 3.2. 调色板.10 3.3. 设备无关位图.10 第四章第四章 系统需求分析和系统设计系统需求分析和系统设计 .12 4.1. 需求分析.12 4.2. 系统设计.12 4.2.1. 系统目标.12 4.2.2. 系统功能结构.12 4.2.3. 系统预览.13 4.2.4. 业务流程图.14 4.2.5. 程序运行环境.15 4.2.6. 数据库设计.15 第五章第五章 客户端设计客户端设计 .16 5.1. 客户端模块概述.16 5.2. 客户端技术分析.16 5.3. 客户端实现过程.17 第六章第六章 公共类设计公共类设计 .18 第七章第七章 系统登录模块设计系统登录模块设计 .19 7.1. 系统登录模块概述.19 计算机屏幕监控系统的开发与设计 4 7.2. 系统登录模块技术分析.19 7.3. 系统登录模块实现过程.20 第八章第八章 主窗体设计主窗体设计 .21 8.1. 主窗体概述.21 8.2. 主窗体技术分析.21 8.3. 主窗体实现过程.21 第九章第九章 操作员管理模块设计操作员管理模块设计 .24 9.1. 操作员管理模块概述.24 9.2. 操作员管理模块技术分析.24 9.3. 操作员管理模块实现过程.24 第十章第十章 系统设置模块设计系统设置模块设计 .27 10.1. 系统设置模块概述.27 10.2. 系统设置模块技术分析.27 10.3. 系统设置模块实现过程.27 总结和展望总结和展望 .29 参考文献参考文献 .30 致谢致谢 .31 附录附录 1 1 .32 附录附录 2 2 .33 附录附录 3 3 .34 计算机屏幕监控系统的开发与设计 5 第一章第一章 引言引言 1.1. 课题研究的背景课题研究的背景 随着 Internet 在我国的迅速发展，上网人群逐渐由从事 IT 技术的专业人员转向普 通大众。上网人群包括中老年人，其中青少年占有很大比率。Internet 丰富的资源给人 们带来方便的同时也存在许多不良信息危害青少年的身心健康，一些家长担心青少年上 网会影响学习。随着应用发展，机房设备增多，机房数目增多而且位置分散，出现了大 量增加管理人员，由于管理系统的厂家不同又造成操作管理人机界面繁多，带来诸多不 便，进行统一监控或异地监控更是不可能，这样的局面非常不适应现代生产管理发展。 另一方面，近年信息的交换传输、嵌入式技术、电源集成等先进和现代化技术设备为集 中监控系统、远程管理、设备网络化的建立和应用又打下了基础。可以说前端一体化、 视频数字化、监控网络化、系统集成化、管理智能化是现代监控系统的发展方向。而数 字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础。所以，监控系统发展的最大特点 是数字化、网络化、智能化，具有这些特点的监控系统可以称为现代监控系统。 计算机屏幕监控系统正是现代监控系统的一种，它是学生评教系统的一个子系 统，它是用于教学，是针对学生在上电脑课时，部分学生不听课，而抓取学生计算机屏 幕，从而进行监控。通过屏幕监控系统，可以很清楚的对客户端计算机和网络的运行情 况进行掌握，能够有效的提高计算机和网络使用效率，对学生起到有效的督促作用。计 算机屏幕监控系统主要是对计算机屏幕进行监控。该系统包含服务器端和客户端。系统 运用 socket 编程，选择 UDP 协议将客户端的屏幕图像信息发送到服务器端并显示。服务 器端不仅可以了解到客户端的屏幕情况，同时也可以对客户端屏幕进行锁定和解锁。1 国内外关于屏幕监控系统的研究比较多，随着各个学校的多媒体网络教学的普及化， 针对计算机和网络的监控系统需求也随之产生。 1.2. 国内外研究现状国内外研究现状 计算机屏幕监控系统也属于远程控制软件的一种，它是在远端机器知道，允许的情 况下，对远方机器进行远程控制的软件。该系统由客户端和服务端两部分构成。客户端: 应用于目标机器上的软件；服务器端:控制目标机器的软件。黑客使用的特洛伊木马技术 也是这种监控技术，它的英文叫做“Trojanhorse”其名称取自希腊神话的特洛伊木马记， 最初是通过木马这种形式传播病毒，随着 Internet 的普及，木马程序兼备伪装和传播两 种特征并结合远程控制技术四处泛滥，具有隐蔽性和非授权性的特点。我们说科学技术 是一把双刃剑，远程监控软件与木马软件都是基于同一种技术而开发的，只是远程监控 计算机屏幕监控系统的开发与设计 6 软件利用科学技术的有利一面为人类服务，毕竟远程控制软件是用人来控制的，而使用 木马搞破坏的人则利用了科学技术作了违背道德甚至犯法的事。 国内的 LSC 局域网屏幕监控系统、IP-guard、第三只眼企业监控系统等网络监控系 统不仅具备计算机屏幕监控的基本功能，而且还拥有控制对方操作软件、监控聊天内容、 邮件内容等众多监控及管理的功能。国外的软件比如 Schneider Monitor Pro V7.2 监控 软件，一种实时客户机/ 服务器 SCADA 软件解决方案，广泛用于工业领域和生产流程的 自动化。它不仅能开发所有监控画面，而且还提供所有的实时和历史数据处理功能。 随着计算机技术的发展，远程控制手段也不断改进，越来越智能化，跨平台运行， 模块定制设计等等。 1.3. 研究内容及贡献研究内容及贡献 本系统包括客户端和服务器端。客户端主要实现的功能是抓取屏幕信息，发送信息 到客户端，同时接收服务器端的命令。服务器端包括主窗体、系统登录、操作员管理、 系统设置四个模块。主窗体用于接收并显示屏幕信息。操作员管理窗体用于添加、修改、 删除操作员信息。系统登录窗体用于系统在启动时验证用户身份。系统设置窗体用于设 置客户端 IP。研究的重点在于屏幕图像信息的传送和接收，保持屏幕信息的时时传送。 本系统能够对局域网中的任一台计算机进行屏幕监控，并能够时时传送屏幕信息， 同时也能够通过对屏幕进行锁定和解锁实现屏幕控制。 1.4. 论文组织论文组织 第一章：引言。本章主要介绍本课题研究的背景、内容进展以及贡献。 第二章：系统开发环境与网络通信技术。本章主要介绍开发本系统所应用的技术和 原理。包括开发工具和编程语言的简介、通信协议和 socket 函数基本概念介绍。 第三章：图像处理基本知识。本章主要介绍开发本系统所涉及到的图像的基本概念 的介绍。包括图像、调色板、设备无关位图的简介。 第四章：系统需求分析和系统设计。本章主要是阐述系统的需求以及系统的设计目 标。其中包括系统的功能结构、业务流程、程序运行环境和数据库设计。 第五章：客户端设计。本章包括客户端模块的概述以及客户端技术分析和实现过程。 第六章：公共类设计。本章主要介绍封装数据库操作的类。 第七章：系统登录模块设计。本章包括系统登录模块的概述以及技术分析和实现过 程。 第八章：主窗体设计。本章包括主窗体概述以及技术分析和实现过程。 计算机屏幕监控系统的开发与设计 7 第九章：操作员模块设计。本章包括操作员模块概述以及技术分析和实现过程。 第十章：系统设置模块设计。本章包括系统设置模块概述以及技术分析和实现过程。 计算机屏幕监控系统的开发与设计 8 第二章第二章 系统开发环境与网络通信技术系统开发环境与网络通信技术 2.1. 开发工具的选择开发工具的选择 Visual C+在系统软件设计、内存管理、多线程控制等方面具有明显优势，因此 采用 VC+作为开发工具。 2.2. Visual C+编程基础编程基础 应该掌握如何分割 UDP 数据报，如何发送和接收 UDP 数据报，如何连接 Acess 数据库， 如何抓取屏幕，如何自定义控件。 2.2.1. C+语言语言 C+包括 C 的全部特征、属性和优点，同时添加了对面向对象编程(OOP)的完全支持， 与 C 相比，C+有许多优点，主要有封装性、继承性、多态性。2 2.2.2. Visual C+ 6.0 简介简介 VC6 是微软 98 年推出的产品，它提供了强大的编译能力以及良好的界面操作性。能 够对 Windows 95/98、Windows NT 以及 Windows 2000 下的 C+程序设计提供完善的编程 环境。同时 VC6 对网络、数据库等方面的编程也都提供相应的环境支持。 2.3. 通信协议简介通信协议简介 UDP 是一种无连接的数据报协议，UDP 只是简单地把数据发送到目的主机的端口中， 不用通知目的方就可把数据传达过去，也不再是双方共同维持一个连接。 UDP 协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据报的形式。一个典型的数据报就是 一个二进制数据的传输单位。每一个数据报的前 8 个字节用来包含报头信息，剩余字节 则用来包含具体的传输数据。 UDP 报头由 4 个域组成，其中每个域各占用 2 个字节，具 体包括：源端口号、目标端口号、数据报长度、校验值。UDP 协议使用端口号为不同的应 用保留其各自的数据传输通道。UDP 和 TCP 协议正是采用这一机制实现对同一时刻内多项 应用同时发送和接收数据的支持。UDP 协议使用报头中的校验值来保证数据的安全。 计算机屏幕监控系统的开发与设计 9 2.4. Windows Sockets API 简介简介 Win32 应用程序接口（API） ，简称为 Win32 API，是用来编制控制 Windows 操作系统 的编程接口，由一组包含在动态链接库中的函数和子程序组成，通过它们可以编程访问 操作系统的功能。在该软件设计中设计很多 Windows 底层操作，软件的主要功能皆由相 应的 Win32 API 函数实现。3 网络编程技术是本软件设计中用到的主要技术之一。在 Windows 操作系统环境下应用 程序通过编程接口访问 TCP/IP 协议集的应用程序编程规范称之为 WinSock API。WinSock API 提供了一系列系统调用，使用这些系统调用可以实现 TCP、UDP、ICMP 和 IP 等多种网 络协议之间的通信；它采用客户机服务器的通信机制，使网络客户机和服务器方通过 各自的 Socket 接口现成一个完整的套接字，如图 1 所示。 Socket() Bind() Listen() Accept() Recev() Send() Close() Socket() Connect() Send() Close() Recev() 服务端客户机 阻塞，等待客户数 建立连接 请求数据 处理服务请求 应答数据 图 1 Sockt 接口示意图4 在客户机与服务器之间建立通信信道，实现网络间的连接管理，并可进行数据交换。 套接字是网络通信的基石，是支持 TCP/IP 协议的网络通信的基本操作单元；可以将套接 字看作不同主机间的进程进行双向通信的端点；一个套接字是通信的一端，在这一端上 可以找到与其对应的一个名字；一个正在被使用的套接口都有它的类型和与其相关的进 程；套接字存在通信领域中。根据网络通信的特性，套接字可以分为两类：流套接字和 数据报套接字。流套接字提供一种可靠的面向连接的数据传输方法，数据无差错、无重 复地发送，且按发送顺序进行接收；数据报套接字提供一种不可靠的、非连接的数据包 计算机屏幕监控系统的开发与设计 10 通信方式，数据包以独立包形式被发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且 按接受顺序混乱。该软件使用流套接字实现数据传输。 计算机屏幕监控系统的开发与设计 11 第三章第三章 图像处理基础知识图像处理基础知识 3.1. 图像图像 组成数字图像的基本单位是像素（Pixel） ，也就是说，数字图像是像素的集合。数字 图像通常存放在计算机的外存储器设备中，例如硬盘、光盘等，在需要进行显示和处理 时才被调入内存的数组中。从本质上讲，图像数据在计算机内存或硬盘中是以字符型数 据存在的，这与其他整型数据或者浮点型数据没有任何区别，都是一种数字表达符号， 当把它在计算机屏幕上显示出来时，才是我们人眼看到的真正有意义的数字图像。普通 的显示器屏幕也是由许多点（像素）构成的，显示时，电子枪每次从左到右、从上到下 进行扫描，为每个像素着色，利用人眼的视觉暂留效应就可以显示出一屏完整的图像。 比如，我们常说的屏幕分辨率为 1024768，刷新率为 80Hz，意思是说屏幕上每行像素 为 1024 个，共 768 行，而且每秒重复扫描 80 次。目前的显示设备的刷新率都在 80Hz 以 上，一般屏幕刷新频率大于 80Hz 时，人眼感受不到屏幕刷新而产生的闪烁，这种显示器 被称为位映像设备。所谓位映像，即是指一个二维的像素矩阵，而位图就是采用位映像 方法显示和存储的图像。一幅图像的显示就是将图像的像素映射到屏幕的像素上并显示 一定的颜色。 3.2. 调色板调色板 调色板是一种 GDI 对象，是颜色映射接口，用来将颜色映射到显示器或打印机，它允 许应用程序在不干扰其他应用程序的前提下，可以充分利用输出设备的颜色描绘能力。 当需要在屏幕或打印机上显示一个 DIB 时，系统需要根据 DIB 的颜色表生成调色板。 假定我们在一个窗口里只显示一个 DIB。首先，我们需要创建一个 “逻辑调色板” ，逻辑 调色板是包含了 DIB 中颜色的 GDI 对象。然后我们必须“实现” （realize）这个调色板， 使它进入硬件的“系统调色板” ，系统调色板是显示卡同时能显示 256 种颜色的颜色表。 如果一个程序是一个前台程序，则“实现”处理过程会尽量把所有的颜色拷贝到系统调 色板中，它不会改变 20 种标准 Windows 颜色，但它会使我们的 DIB 在最大程度上接近于 我们所需要的那样。 计算机屏幕监控系统的开发与设计 12 3.3. 设备无关位图设备无关位图 BMP 文件可以分为 DIB 格式和 DDB 格式。DDB 格式（Device-Dependent Bitmanp）是 与设备有关的 BMP 文件格式，用来存储与某个显示设备或打印设备内存兼容的不压缩图 像，因其依赖于硬件设备，因此不常用。DIB 格式（Device-Independent Bitmanp）是与 设备无关的 BMP 文件格式，也就是我们前面介绍的 BMP 文件格式，它自带颜色信息，颜 色表管理非常容易，具有很强的通用性。调入内存中的 DIB 位图是脱离文件而存在的， 其结构可以分为三部分，如图 2 所示。内存中的 DIB 实际上是 BMP 文件结构去掉位图文 件头结构后剩下的三部分，而这三部分结构包含了位图显示和处理所需要的所有信息。 BITMAPINFOHEADER 位图信息头 颜色表 位图数据 图 2 内存中的 DIB 结构 biSize biWidth biHeight biBitCount biCompression biSizeImage biXPelsPerMeter biYPellsPerMeter biClrUsed biClrImportant 每像素 1bit 的位图有 2 个表项 每像素 8bit 的位图有 256 个表项 每像素 24bit 的位图没有表项 每表项长度为 4 字节（32bit） 像素按每行每列的顺序排列 每一行字节数扩展成 4 的倍数 计算机屏幕监控系统的开发与设计 13 第四章第四章 系统需求分析和系统设计系统需求分析和系统设计 4.1. 需求分析需求分析 计算机屏幕监控系统主要是对计算机屏幕进行监控。因此计算机监控系统需要实现屏 幕信息的实时发送和接收。由于屏幕信息需要实时显示，因此信息的传输速度要快，屏 幕信息需要实时发送。为此，选择 UDP 协议进行传输。为了防止服务器端随意地接收客 户端发来的数据报，服务器端需要对发来的数据报进行过滤，只有是指定的客户端才接 收数据。 4.2. 系统设计系统设计 4.2.1. 系统目标系统目标 本系统属于小型的计算机屏幕监控系统，可以对某一台计算机进行屏幕监控。本系统 主要实现以下目标： 系统采用人机交互的方式，界面美观友好。 屏幕信息需要实时显示，网络延时不能大于 1 秒。 服务器端可以随时运行，只要客户端运行，就能够显示屏幕信息。 系统运行时占用内存不能大于 10MB，以免影响系统性能。 客户端运行时需要隐藏显示窗口，其感觉不到在运行。 4.2.2. 系统功能结构系统功能结构 计算机屏幕监控系统功能结构图如下图 3 所示： 计算机屏幕监控系统 客户端服务器端 主窗体 主窗体 系统登录 操作员管理 系统设置 计算机屏幕监控系统的开发与设计 14 图 3 系统功能结构图 4.2.3. 系统预览系统预览 计算机屏幕监控系统分为客户端和服务器端两部分，其中客户端运行时将隐藏窗体， 服务器端主要由四个窗体组成，分别为主窗体、操作员管理窗体、系统登录窗体、系统 设置窗体。其中，主窗体用于接收并显示屏幕信息以及控制，如图 4.1 所示。操作员管 理窗体用于添加、修改、删除操作员信息，如图 4.2 所示。系统登录窗体用于系统在启 动时验证用户身份，如图 4.3 所示。系统设置窗体用于设置客户端 IP，如图 4.4 所示。 图 4.1 主窗体 计算机屏幕监控系统的开发与设计 15 图 4.2 操作员管理窗体 图 4.3 系统登录窗体 图 4.4 系统设置窗体 4.2.4. 业务流程图业务流程图 计算机屏幕监控系统业务流程图如图 5 所示 计算机屏幕监控系统的开发与设计 16 系统登录 登录成功 主窗体 系统设置客户端控制操作员管理 图 5 计算机屏幕监控系统业务流程图 4.2.5. 程序运行环境程序运行环境 本系统运行中对其运行环境有一定的要求，具体如下： 系统开发平台：Microsoft Visual C+6.0 系统开发语言：C+ 数据库管理系统软件：Microsoft Access 2000 分辨率：最佳效果 1024*1280 像素 运行平台：Windows XP(SP2)/Windows 2000(SP4) /Windows Server 2003(SP1) 4.2.6. 数据库设计数据库设计 1.数据库分析 本系统中，数据库主要用于记录操作员信息及客户端信息，系统涉及的数据量比较小， 因此本校系统采用 Microsoft Access2000 作为后台数据库，数据库命名为 db_Video，其 中包含 2 张数据表，分别是操作员信息表(tb_UserInfo)和客户端信息表(tb_ClientInfo)。 2数据库设计 在系统启动时，服务器端弹出登录窗口，要求用户输入操作员名称和密码。其中，用 户的操作员名称和密码信息存储在数据表中。操作员信息实体 E-R 图如下图 6 所示。为 了过滤服务器端接收的数据报，使其接收指定客户端发来的数据，需要存储客户端 IP。 为此，需要单独设计一个客户端信息实体对象，如下图 7 所示。 计算机屏幕监控系统的开发与设计 17 操作员信息表 (tb_UserInfo) 操作员姓名操作员密码 图 6 操作员信息实体 E-R 图 图 7 客户端信息实体 E-R 图 3.数据库逻辑结构设计 tb_UserInfo（操作员信息表）表 tb_UserInfo 用于存储操作员的名称和密码。 tb_ClientInfo（客户端信息表）表 tb_ClientInfo 用于存储客户端 IP。 第五章第五章 客户端设计客户端设计 5.1. 客户端模块概述客户端模块概述 计算机屏幕监控系统分为客户端和服务器端两大模块，其中，客户端主要作用是实时 抓取本机的屏幕信息，将其分成多个数据报，发送到服务器。为了保证屏幕信息能够完 整地发送服务器，客户端在发送一个数据报后，需要等待服务器发来的确认信息，然后 继续发送下一个数据报。 5.2. 客户端技术分析客户端技术分析 客户端要实现屏幕信息的发送，需要解决两个关键的问题：一是获取屏幕信息，将其 转换为位图格式；二是通过 UDP 协议将位图信息发送到服务器。 1、将屏幕信息转换为位图结构 客户端信息表 (tb_ClientInfo) 客户端 IP 计算机屏幕监控系统的开发与设计 18 首先需要获取屏幕信息，可以使用 GetDesktopWindow 方法获取一个屏幕窗口指针， 通过该指针获取屏幕窗口的设备上下文。然后通过定义一个内存画布对象，将屏幕窗口 的设备上下文输出到位图中。 接下来将根据位图对象获取位图信息。一个位图文件通常由“位图文件头” 、 “位图信 息头” 、 “调色板”和“实际位图数据”4 个部分组成。其中，位图文件头主要包含位图标 记、位图大小等信息，在程序中使用 BITMAPFILEHEADER 结构来描述。 “位图信息头”和 “调色板”2 个部分描述了位图的宽度、高度、是否压缩、位图颜色等信息，在程序中可 以使用 BITMAPINFO 结构描述。由于程序中发送的数据不是以位图文件的形式发送的，只 发送位图信息头、调色板和实际位图数据，因此，不需要位图的文件头。因为通过位图 信息头、调色板和实际位图数据 3 个部分就可以绘制位图了，没有必要发送位图信息头。 2.通过 UDP 协议将位图信息发送到服务器5 为了将本地数据传输到服务器，需要利用套接字函数发送数据。在 Visual C+中， 为了使用套接字函数，首先需要引用相应的头文件和库文件。 #include Winsock2.h #pragma comment (lib,Ws2_32.lib) 然后在应用程序初始化时调用 WSAStartup 函数初始化套接字。 WSADATA data; WSAStartup(2, /初始化套接字 接下来调用套接字函数创建 UDP 套接字。 /代码省略 m_Socket = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); /创建套接字 /代码省略 /绑定套接字 if (bind(m_Socket,(sockaddr*) 套接字创建成功后，可以调用 sendto 方法发送数据。 sendto(m_Socket,pPackage,packsize,0,(sockaddr*) 5.3. 客户端实现过程客户端实现过程 客户端的主要功能是抓取屏幕信息，将其发送到服务器。具体实现如下： （1）创建一个基于对话框的工程，工程名称为 Client。 计算机屏幕监控系统的开发与设计 19 （2）在 StdAfx.h 头文件中引用套接字库和头文件。 （3）在应用程序类的 InitInsta