家庭安防系統中的多攝像頭視頻采集與網絡傳送

王會清，程 勇

(1.武漢工程大學智能機器人湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430074;2.武漢工程大學計算機科學與工程學院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

隨著社會物質生活的不斷進步，人們的家庭安防意識也不斷增強，家用以及社區安防系統是否完備已成為社會日益關注的問題.所以，開發功能完善、運行平穩、使用方便、費用低的家庭安防系統具有重要的現實意義.

以LabWIEW2010為開發平臺，開發家庭智能安防系統，對包括多個攝像頭的現場視頻監控子系統進行了研究和試驗.視頻監控是家庭安防系統的重要組成部分，主要用于出現警情時完成現場的視頻采集、存儲等操作，并通過Internet網與保安終端進行遠程實時報警和數據通信.視頻監控不僅為保安終端提供處警的信息，而且真實記錄事件經過，具有不可替代的法律效力，是任何一個安防報警系統必不可少的功能.LabVIEW軟件功能強大、編程靈活，適宜作為家庭安防報警系統的開發平臺.在此平臺上準確無誤地完成多個攝像頭的視頻采集、數據存儲和即時網絡傳輸過程.

1 系統簡介

整個家庭安防報警系統的硬件組成在文獻中[1-3]有詳細介紹,這里僅做簡要敘述.系統的客戶端硬件主要由控制主機、數據采集卡、探測器、遙控器等組成；保安終端由PC機和警報設備等構成.客戶端PC機主要監控各傳感器的報警指令以及各功能模塊的設防與撤防，并進行現場數據的采集與處理.傳感器有USB接口紅外攝像頭、拾音器、多光束紅外柵欄和門磁檢測器等.用戶使用遙控器控制報警器，通過按鍵設置報警器的設防、撤防，緊急求助等狀態.整個系統的硬件連接圖參見文獻[1].

遙控接收裝置通過USB接口與控制主機相連，門磁門縫開關及紅外柵欄等的信號線分別連接數據采集卡的DI和GND引腳.USB紅外攝像頭以及GPRS彩信貓，直接插入系統的USB HUB口.攝像頭采集現場數據，送到主機處理，然后通過網絡與保安終端遠程傳送信息.

系統的開發以LabVIEW2010軟件為中心，利用其強大的功能和計算機的資源使一些需要硬件實現的技術軟件化,最大限度的降低系統成本.在必需的硬件環境下盡可能發揮軟件功能,完成信號采集、處理、存儲、顯示以及網絡傳輸等工作.系統軟件分為用戶端和保安終端兩大部分.用戶端主要有四大模塊：即防騙子模塊、緊急報警模塊、晚間休息或離家模塊以及緊急求助模塊，各模塊可通過遙控器或語音進行操縱控制.在各模塊處于設防的條件下，若某傳感器被觸發，則該傳感器通過采集卡的數字IO向PC機發送報警信息.或者當用戶通過遙控器向計算機發送緊急報警指令時，系統通過相應的模塊啟動相應的探測器進行現場聲音與圖像采集，將采集到的數據進行處理后通過網絡傳送到保安終端.也可以彩信的形式將數據發往用戶的手機.同時用戶也可通過其它遠程終端或手機進行現場實時瀏覽.其中的緊急報警模塊同時還具有語音發送報警信息的功能.而緊急求助模塊是針對家里有老人、病人等需要幫助時，利用遙控器發出求助指令，并把現場的視頻等數據傳送給小區保安中心及設定的手機.

保安端主要是實時檢測用戶端的報警指令，顯示和處理相應的報警用戶信息.一旦有報警信息，就閃爍燈光和發聲報警.此時可調出報警用戶的信息，并在地圖中進行定位.也可利用NI的DataSocket技術進行現場數據的遠程讀取、保存等操作.同時預先設定的手機也可接收到現場的圖片及聲音文件的結構資源彩信.在保安端的主界面中，可實時顯示10個報警用戶的視頻及其相應的歷史信息.如果有更多戶，則采用列表方式顯示，以選擇方式顯示報警用戶信息.為了避免被動出警，還可利用界面的打印功能為出警人員提供報警用戶的具體信息；點擊“視頻保存”按鈕對現場信息保存.作為接警終端可以是小區保安中心，用戶辦公室等地方和用戶手機等.

2 現場視頻監控程序設計

2．1 USB接口檢測程序設計

在計算機系統中，控制主機對USB外設的使用是隨機記錄的，即首先插入的USB攝像頭硬件描述符如果設為“camera0”時，拔下后重新插入另一個口上就可能為“camera 3”等.為此，編寫了USB視頻設備硬件描述符檢測程序，用來確定所插的每一個攝像頭的序號，以避免出現某一探測器出現報警指令而另一個攝像頭采集圖像的錯誤.程序界面如圖1所示，圖2是其相關的處理程序.

圖1 USB硬件設備描述符檢測界面Fig.1 Front panel detecting descriptor of USB device

圖2 用戶菜單選擇事件及顯示攝像頭硬件描述符程序Fig.2 Block diagram selecting event of user’s menu and displaying descriptor of camera

每當有一個攝像頭安裝到系統，檢測程序在設置的數組中確定其硬件描述符，顯示相應的序號，使各個攝像頭與相應的傳感器一一對應.使用時，攝像頭直接插在與控制主機相連的USB HUB上USB母口，運行USB口檢測程序，當插上一個攝像頭時，通過數組顯示控件可看到其硬件描述符及其所對應的序號.

程序中的具體實現是，先調用相關的子VI獲得系統中全部攝像頭具體的信息，使用數組索引函數等取得其中每一個攝像頭的詳細信息.將得到的每個攝像頭的信息元素接線端子連接數組插入函數的新元素/子數組接線端子，采用數組插入函數創建輸出控件，顯示每個攝像頭的標識符，通過排序得到各攝像頭的序號，使之與連接數據采集卡的相應探測器匹配.

2．2 現場視頻和圖片采集與傳送

在用戶端主界面中[1]，當用戶點擊讀取圖片、讀取視頻按鈕時，則程序跳轉到相應的采集數據保存目錄，按預設或默認方式進行瀏覽，或者通過界面中的視頻窗口進行在線瀏覽.

如果系統是由探測器被觸動而發生報警指令時，則110布爾全局變量被賦予真值，其相關的while程序賦予相應的條件結構為真值，利用目錄上傳子VI將現場數據發送到接警終端.

在主程序中間while循環中，事件結構的第2幀是處理用戶點擊“讀取采集圖片”按鈕事件，通過LabVIEW平臺的庫與其執行系統命令函數進入采集的圖片存放目錄，以默認方式打開圖片.在點擊“讀取采集視頻”按鈕時，通過調用LabVIEW的子VI動態的啟動與控制DataSocket server，自動運行DataSocket函數瀏覽視頻[3-6].

在目錄上傳子程序中，先運行系統命令函數檢測本機MAC地址，使用FTP Open SessionFTP、Login FTP、FTP MKD三個函數在設定的FTP站點目錄中以其MAC地址和用戶姓名為目錄名創建目錄.并在此目錄中再使用FTPMKD函數創建目錄用以存放上傳的信息，運行FTP PUT FILE子程序將上傳的現場數據存儲到設定的目錄中.

當非法入戶者觸動了探測器發送報警指令時，視頻采集是通過數據采集卡上的DI號控制所對應的USB攝像頭采集圖像，子程序如圖3所示.

圖3 視頻和圖片采集程序Fig.3 Bloch diagram of video and image acquisition triggered by sensor

首先，處理攝像頭的子程序將系統中的全部攝像頭標識符按數字遞增順序排序，再由索引數組函數與發出報警指令的傳感器對應的DI序號確定其索引號.運行Imaqdx open camera函數打開報警探測器所對應的攝像頭；通過Imaqdx函數面板中的相關函數執行視頻采集.由Imaqdx Configure Grab 子VI對圖像采集參數實現動態設置；Imaqcreat子VI為圖像的采集動態的分配存儲空間；Imaqdx Grab 函數對圖像進行采集.通過條件結構中的拍相片子VI把采集的圖像以jpg格式保存，通過DataSocket技術進行視頻保存.對于用戶手機，在保存前，需對采集的圖像數據重新處理，使其分辨率為320×240，以便于手機瀏覽.

當非探測器觸動模塊有報警指令時，程序為非110布爾變量賦真值，接著While循環也為相應的條件結構賦予真值，調用目錄上傳子VI在線傳送數據.當瀏覽采集圖片的按鈕或瀏覽采集視頻的按鈕被點擊時，中間while循環中的事件結構執行相應的處理.在左側的While 循環檢測到兩個布爾變量110或非110中任一為1，且用于控制五個While循環同步的布爾變量為0條件下，采用一個全局變量為用戶顯示現場視頻圖像.

在報警指令是通過遙控器或緊急報警語音密碼發送情況下，其視頻采集、圖片子VI是非觸動的，由多個攝像頭循環采集數據，其程序代碼如圖4所示.其中while循環的控制循環次數變量i和攝像頭的個數決定了具體是由哪個攝像頭來采集圖像.如果i加1后與攝像頭的個數相除余數為0，則用攝像頭的個數減1后作為索引號調用對應的攝像頭工作；若i加1后與攝像頭的個數相除余數非0，則用余數減1后作為索引號調用對應的攝像頭采集圖像.

在客戶端主程序中，緊急報警程序下面的while循環里等待集合點的任務執行是由遙控器按鈕或語音密碼控制.當用戶按下需緊急報警的按鈕，或者有關函數在wordout全局變量中搜索到語音密碼時，都將觸發順序結構第1幀中的等待集合點函數，從而在第2幀通過文本播報，該模塊啟動語音提示.然后在第3幀判斷緊急報警指令是否取消.若是誤報后取消，則可在第3幀檢測到該信息已取消，并運行文本播報子程序提示.沒有取消，則通過條件結構的真分支，為后面的條件結構及110布爾變量賦真值，運行程序采集視頻以及運行圖片Email子程序.值得一提的是在這個while循環里用了沿檢測概念.沿檢測分為上升沿和下降沿，由FALSE變成TRUE稱之為上升沿，由TRUE變為FALSE稱之為下降沿，利用這個編程技巧實現了用常閉探測器代替比之貴五六倍的常開探測器.

接警端程序主要是接收客戶端發送的報警信息，并通過LabVIEW中的DataSocket技術實時獲取報警用戶端采集的數據.其主界面程序[1]中的.vit子面板模板程序由四個while循環組成.其中的右上方while循環用于控制視頻的采集與存儲.布爾3、4、5、6用來控制程序中四個循環之間的同步.當該循環程序檢測到布爾5為1時，執行讀取視頻的操作.點擊保存按鈕，需在彈出的對話框中設置存儲位置，設定好保存位置后調用IMAQ AVI Creat子VI創建AVI文件，將采集的視頻圖像寫入AVI文件.當同時有多位用戶報警時視頻的帶寬受到限制，可采用手動保存視頻.

當用戶手機設定為報警終端時，可按照客戶端應用程序發布的網頁域名在手機瀏覽器中輸入其網址完成對客戶端的實時瀏覽.

3 結 語

本系統開發是基于LabVIEW2010軟件，在該平臺下系統中的大部分硬件可用軟件虛擬化代替.利用軟件解決了用常閉型的探測器代替常開型探測器的問題，采用while循環移位寄存器和多態的是否小于函數來判斷下降沿發生，用以確定數據采集卡中各DI引腳具體連接的探測器以及哪一個探測器產生下降沿，進而控制對應的攝像頭采集圖像.考慮到系統的存儲容量有保證，視頻是以avi文件格式保存，即不需進行數據壓縮等處理.

整個系統經過反復測試，其結果是性能穩定可靠，各功能模塊與每個探測器之間的組合理想，達到實時視頻等數據采集、存儲及網絡傳送等功能，并將傳感器采集的信息以手機短信方式發送用戶，未出現誤報、漏報等現象；系統操作簡便，功能完善，具有較高的性價比，符合預期的效果.

參考文獻：

[1] 程勇. 基于LabVIEW的家庭智能報警系統研究[D]. 武漢：武漢工程大學, 2011.

[2] 王會清,程勇. 家庭安防系統中聲音信號的小波分析與降噪[J]. 武漢工程大學學報,2011,33(10)：96-99.

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