一種基于網(wǎng)絡(luò)的銀行視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計

摘 要:傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在諸多不足#65377;由于數(shù)字視頻的壓縮#65380;處理和傳輸技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)正成為視頻監(jiān)控的主流技術(shù)和研究方向#65377;提出一種基于網(wǎng)絡(luò)的銀行視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，該系統(tǒng)采用Client/server模式，通過視頻采集#65380;視頻傳輸#65380;視頻顯示#65380;遠(yuǎn)程用戶的管理和監(jiān)測以及串口的控制五個軟件模塊實現(xiàn)系統(tǒng)的功能#65377;

關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò);視頻監(jiān)控;銀行系統(tǒng)

中圖分類號:TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

1 視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展從圖像處理技術(shù)的層面來講，可大致分為3個階段^[1，2]:

1)模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)#65377;20世紀(jì)90年代前，監(jiān)控系統(tǒng)處理以采集的模擬信號為主#65377;由于模擬信號在傳輸過程中易產(chǎn)生衰耗#65380;畸變以及延遲等現(xiàn)象^[3]，故這一時期的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用于小范圍區(qū)域，如單棟樓房#65380;居民小區(qū)等^[4]#65377;

2)準(zhǔn)數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)#65377;20世紀(jì)90年代中期，隨著數(shù)字壓縮#65380;顯示與控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了模擬與數(shù)字混合的視頻監(jiān)控系統(tǒng)^[5]，標(biāo)志著視頻監(jiān)控系統(tǒng)從模擬向數(shù)字的過渡#65377;

3)數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)#65377;20世紀(jì)90年代末期，隨著網(wǎng)絡(luò)寬帶，計算機(jī)處理能力和存儲容量的進(jìn)一步提高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)中視頻從采集#65380;傳輸?shù)教幚?65380;存儲都能以數(shù)字化方式實現(xiàn)^[3]，視頻監(jiān)控進(jìn)入了數(shù)字化時代#65377;

數(shù)字視頻較模擬視頻有著明顯的優(yōu)勢:首先，數(shù)字視頻易于壓縮#65380;存儲和檢索;其次，數(shù)字視頻使其他數(shù)字技術(shù)更容易在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中被采用，使得視頻監(jiān)控系統(tǒng)呈現(xiàn)出硬件化#65380;智能化的趨勢#65377;

2 數(shù)字視頻監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)有:數(shù)字視頻壓縮技術(shù)#65380;數(shù)字視頻信息處理技術(shù)和數(shù)字視頻傳輸技術(shù)^[6，7]#65377;

2.1 數(shù)字視頻壓縮技術(shù)

視頻的每幀圖像中存在空間冗余和視覺冗余，并且相鄰兩幀圖像之間存在時間冗余，這為視頻壓縮技術(shù)提供了廣闊的應(yīng)用前景，實際應(yīng)用中常采用幀內(nèi)壓縮算法消除空間和視覺冗余;采用運(yùn)動補(bǔ)償編碼方法消除時間冗余^[8，9]#65377;

2.2 數(shù)字視頻信息處理技術(shù)

視頻信息處理的研究內(nèi)容很廣，主要包括視頻回放#65380;視頻存儲等^[10]#65377;為避免出現(xiàn)丟幀#65380;抖動#65380;馬賽克等現(xiàn)象，必須實現(xiàn)各路視頻實時平滑顯示和回放，支持視頻的質(zhì)量分級性，盡可能減小CPU的時間占有#65377;視頻的存儲策略有兩種，一種是在監(jiān)控對象狀態(tài)發(fā)生變化時存儲數(shù)據(jù);另一種是每隔一段時間存儲數(shù)據(jù)#65377;為了方便視頻信息檢索，需要對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化存儲，達(dá)到隨機(jī)查詢的目的#65377;

2.3 數(shù)字視頻傳輸技術(shù)

由于視頻信號的信息量大，而網(wǎng)絡(luò)帶寬卻又非常有限，為了提高視頻信號的傳輸質(zhì)量和效率，一方面要選用具有高壓縮比的壓縮算法，盡可能減少視頻信號的傳輸量，另一方面，要通過選擇恰當(dāng)?shù)膫鬏敺绞胶屯ㄐ艆f(xié)議^[11]，以求獲得較好傳輸效果#65377;

3 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)的設(shè)計遵循數(shù)字化#65380;網(wǎng)絡(luò)化的原則，運(yùn)用靈活#65380;完善的手段，保證整個平臺的可運(yùn)營#65380;可管理特點(diǎn)#65377;分別在ATM自動取款機(jī)#65380;營業(yè)柜臺前#65380;部分銀行工作場所以及其他地方安裝監(jiān)控設(shè)備，對其進(jìn)行實時監(jiān)控和錄像#65377;并在相應(yīng)地點(diǎn)安裝報警輸入#65380;輸出設(shè)備，利用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)對其進(jìn)行聯(lián)動設(shè)置，加強(qiáng)銀行系統(tǒng)安全防范措施#65377;

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于網(wǎng)絡(luò)的銀行視頻監(jiān)控系統(tǒng)可分為監(jiān)控前端#65380;后臺管理系統(tǒng)#65380;用戶監(jiān)控終端三個部分#65377;系統(tǒng)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)示意如圖1:

[FL)]計算技術(shù)與自動化2007年6月第26卷第2期張 洪等:一種基于網(wǎng)絡(luò)的銀行視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計

在圖1中，攝像頭#65380;視頻服務(wù)器以及相應(yīng)的報警輸入#65380;輸出裝置屬于前端系統(tǒng)#65377;前端系統(tǒng)采集的信號通過視頻線路傳送給視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)器負(fù)責(zé)對信號進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)化和編碼壓縮，然后利用銀行系統(tǒng)內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)將其傳送給后臺管理系統(tǒng)，即中心平臺服務(wù)器#65377;中心平臺服務(wù)器對所有的接入設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，用戶監(jiān)控終端可以對監(jiān)控圖像進(jìn)行實時瀏覽#65377;

3.2 后臺管理系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)采用Client/server模式，處于Server端的后臺管理系統(tǒng)是整個銀行視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心軟件#65377;它包括了控制調(diào)度中心#65380;操作執(zhí)行中心和Internet訪問網(wǎng)關(guān)三個功能模塊#65377;他們的模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示#65377;

控制調(diào)度中心是為客戶提供視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的核心管理平臺，它實現(xiàn)整個系統(tǒng)的配置管理#65377;它包括了平臺管理子模塊#65380;控制服務(wù)子模塊#65380;報警管理子模塊#65380;調(diào)度子模塊#65380;業(yè)務(wù)管理子模塊5個子模塊#65377;操作執(zhí)行中心，它實現(xiàn)對監(jiān)控的視頻文件進(jìn)行接收#65380;存放#65380;檢索和管理等工作;內(nèi)置流媒體視頻服務(wù)器，實現(xiàn)對視頻文件的回放;實現(xiàn)對監(jiān)控前端設(shè)備的配置#65380;管理#65380;設(shè)置，并控制對監(jiān)控視頻文件的錄制#65377;它包括前端應(yīng)用子模塊#65380;存儲子模塊#65380;分發(fā)子模塊三個子模塊#65377;Internet 訪問網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)客戶端接入以及接收并處理來自客戶端子模塊的各種操作命令(如用戶管理，錄像，回放)，并提交平臺管理子模塊做系統(tǒng)日志#65377;它主要有客戶端應(yīng)用子模塊#65377;

3.3 系統(tǒng)軟件模塊的實現(xiàn)

系統(tǒng)以上功能模塊及其子模塊的實現(xiàn)，主要涉及以下幾個數(shù)據(jù)處理過程#65377;

1)視頻數(shù)據(jù)和本地狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集與存儲;

2)視頻#65380;控制和狀態(tài)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸;

3)視頻數(shù)據(jù)在終端的顯示#65377;

在這些數(shù)據(jù)處理過程中，狀態(tài)和控制數(shù)據(jù)的處理相對簡單，而視(音)頻的采集#65380;傳輸和顯示部分相對復(fù)雜#65377;本系統(tǒng)通過以下幾個軟件模塊進(jìn)行實現(xiàn)#65377;

1)視頻采集模塊;

2)視頻傳輸模塊;

3)視頻顯示模塊;

4)遠(yuǎn)程用戶的管理和監(jiān)測模塊;

5)串口的控制模塊#65377;

上述各實現(xiàn)模塊的框圖如圖3所示#65377;

3.3.1 視頻采集模塊

視頻采集模塊是實現(xiàn)視頻監(jiān)控程序的基礎(chǔ)#65377;要實現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，首要要做的就是能夠把監(jiān)控現(xiàn)場圖像的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，本系統(tǒng)是通過使用\"Video for Windows(VFW)\"開發(fā)包(微軟提供)來實現(xiàn)對視頻的處理，設(shè)計了一個VideoCapture類，用來實現(xiàn)對視頻的采集#65377;VideoCapture類的成員函數(shù)主要完成以下兩個方面的工作#65377;

1) 對VideoCapture類的初始化，即對捕獲過程的參數(shù)設(shè)置;

2) 控制，即開啟或關(guān)閉捕獲過程#65377;

3.3.2 視頻傳輸模塊

視頻傳輸模塊用以保證視頻圖像在Intranet/Internet上的傳輸質(zhì)量，它分為服務(wù)器端和客戶端兩部分#65377;以服務(wù)器端為例，系統(tǒng)實現(xiàn)了一個DSocket類，用于實現(xiàn)Socket通信功能，它不僅實現(xiàn)了服務(wù)器和客戶機(jī)Socket的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能，而且在它的數(shù)據(jù)成員和所有數(shù)據(jù)處理中引入一個整型的type標(biāo)識，用來識別它是數(shù)據(jù)還是控制Socket#65377;DSocket類的成員函數(shù)主要完成以下3個部分的工作#65377;

1)對DSocket類的初始化，即Socket的IP地址和端口的參數(shù)設(shè)置;

2)接收并處理數(shù)據(jù)，即完成接收函數(shù)OnReceive()，這個函數(shù)用來設(shè)置當(dāng)Socket接收到一個控制或視頻數(shù)據(jù)包時作什么操作;

3)發(fā)送數(shù)據(jù)，主要是完成發(fā)送控制信號的函數(shù)SendControlMessage()#65377;

3.3.3 視頻顯示模塊

視頻顯示模塊負(fù)責(zé)在一個窗體實體中繪制實時(30fps)捕獲或接收到的視頻幀圖像#65377;系統(tǒng)通過MyCapWinDlg類的一部分?jǐn)?shù)據(jù)成員和成員函數(shù)來實現(xiàn)對視頻的顯示(另一部分?jǐn)?shù)據(jù)成員和成員函數(shù)用來完成視頻傳輸功能)#65377;與視頻顯示相關(guān)的MyCapWinDlg類的定義如下:

由于視頻數(shù)據(jù)已經(jīng)在指定的緩存區(qū)(捕獲緩存區(qū)或接收緩存區(qū))內(nèi)存放，所以該模塊只需做兩件事:①獲取窗體實體的參數(shù)，以備計算和顯示;②調(diào)用Win32 API函數(shù)或MFC封裝函數(shù)顯示指定的緩存區(qū)的視頻內(nèi)容#65377;

其中調(diào)用Win32 API函數(shù)或MFC封裝函數(shù)，顯示指定的緩存區(qū)的視頻內(nèi)容這部分工作由ShowVideo()函數(shù)完成#65377;它的實現(xiàn)代碼如下:

ShowVideo()函數(shù)從其參數(shù)列表中獲取指定的緩存區(qū)和大小，從中讀取視頻數(shù)據(jù)，然后使用預(yù)先設(shè)置好的與顯示視頻相關(guān)的各個參數(shù)，最后調(diào)用系統(tǒng)顯示函數(shù)DrawDibDraw()在對話框窗體上繪制出一幀視頻圖像#65377;指定緩存區(qū)無論是捕獲緩存區(qū)還是接收緩存區(qū)，都會以30fps的速度更新，這樣一來，在窗體上就顯示出連續(xù)的視頻畫面#65377;

3.3.4 遠(yuǎn)程用戶的管理和檢測模塊

建立遠(yuǎn)程用戶的管理和檢測模塊的主要目的是對連接到服務(wù)器的遠(yuǎn)程端有統(tǒng)一的管理和對其狀態(tài)有整體的認(rèn)識，解決利用互連網(wǎng)對分散在不同地點(diǎn)的運(yùn)行設(shè)備實施集中監(jiān)控和管理的問題#65377;在程序中，自定義了USERMAG類，作為對遠(yuǎn)程用戶進(jìn)行管理的途徑#65377;

在程序中建立USERMAG類的指針對象，并且設(shè)置相應(yīng)的操作對話框#65377;在程序中利用鏈表的編程方法可以較為容易地完成遠(yuǎn)程用戶的建立和刪除，另外遠(yuǎn)程用戶的管理和檢測信息(即:USERMAG類)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸處理與一幀視頻數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸處理相似，兩者的不同之處僅在于:前者通過控制Socket傳輸;而后者通過數(shù)據(jù)Socket傳輸，在此不作贅述#65377;

3.3.5 串口的控制模塊

串口通訊控制模塊通過計算機(jī)串口實現(xiàn)應(yīng)用程序與解碼器之間的通訊，從而完成主機(jī)對云臺#65380;鏡頭等的控制#65377;本系統(tǒng)通過Visual C++實現(xiàn)RS232串行通信#65377;

客戶端通過CclientCtrlSock套接m_ClientCtrlSock， 利用TCP/IP協(xié)議，與服務(wù)器端連接#65377;連接成功后，利用串口向服務(wù)器端發(fā)送云臺和鏡頭的控制信息#65377;服務(wù)器收到后做相應(yīng)的控制，對串口進(jìn)行參數(shù)配置，用戶可以根據(jù)場合#65380;用途和功能的不同對串口采取不同的配置方式#65377;系統(tǒng)通過對串口的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，完成了對攝像頭的方位#65380;俯仰#65380;變焦#65380;光圈的控制等攝像頭的控制#65377;

4 系統(tǒng)測試

在各個模塊完成編碼之后，分別對其進(jìn)行了單元測試，包括對鏡頭#65380;云臺等前端外設(shè)的操作控制測試，對視頻圖像的采集#65380;回放和錄像的測試等#65377;在每個模塊都正確地完成了規(guī)定的功能測試后，又將各模塊按設(shè)計要求集成在一起，進(jìn)行系統(tǒng)的綜合測試#65377;綜合測試按照一個完整的監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行測試，在多臺主機(jī)上進(jìn)行#65377;測試的內(nèi)容包括:發(fā)送端以IP組播方式發(fā)出的視頻圖像，對于多個接收端來說，能否做到同時接收;視頻圖像的傳輸，能否達(dá)到系統(tǒng)的實時性要求;接收端能否對視頻圖像進(jìn)行實時接收#65380;播放和錄像;播放的效果如何;系統(tǒng)能否長時間穩(wěn)定完好的運(yùn)行等#65377;測試表明，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，操作簡單，適合銀行對監(jiān)控系統(tǒng)的要求#65377;

5 結(jié)束語

本文在分析了數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)上，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)的銀行數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的軟件部分由視頻采集模塊#65380;視頻傳輸模塊#65380;視頻顯示模塊#65380;遠(yuǎn)程用戶的管理和監(jiān)測模塊及串口的控制模塊組成#65377;這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，操作簡便#65380;運(yùn)行可靠#65377;可對銀行原有的模擬監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造，最大限度的利用資源#65377;減少無謂的浪費(fèi)#65377;

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。