智能校園移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計探討

竺華稀

（浙江工商大學杭州商學院，浙江杭州，310000）

0 引言

視頻監(jiān)控和移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與融合推動了移動視頻監(jiān)控技術(shù)的快速發(fā)展，隨著商用3G 網(wǎng)絡(luò)的正式運營以及智能移動終端性能的增強，使無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)得以出現(xiàn)。而如今校園安全成為了人們關(guān)注的熱點問題之一，因此，為了有效地對校園安全進行管理，在校園內(nèi)部署全方位的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯得十分必要。基于此，本文就智能校園移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計進行了探討，相信對有關(guān)方面的需要能有一定的幫助。

1 移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

采用Client/Server 架構(gòu)的移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)，必須要在服務器端和客戶端分別開發(fā)對應的程序。客戶端發(fā)出訪問會話到服務器端，通過傳遞信息的聯(lián)系，最終能夠達到遠程視頻控制的目的。整個系統(tǒng)的組成部分有三大內(nèi)容，分別是視頻播放子系統(tǒng)（如平板電腦、智能手機等）、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(如SIP 管理服務器、流媒體服務器、視頻編碼服務器等），信息采集子系統(tǒng)（如云臺、攝像機等），這三大子系統(tǒng)的連接是通過3G/Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)通信，詳見下圖1。

要想在監(jiān)控現(xiàn)場視頻采集端應用防雷設(shè)備、立桿、云臺、附帶護罩、攝像頭等基于嵌入式Linux 系統(tǒng)的部件，必須要采集圖像，也就是在CMOS 視頻采集模塊上采集，然而通過視頻編碼模塊將原來的模擬圖像變換成數(shù)字圖像，同時進行RTP 分包和H.264 編碼壓縮，傳送至緩沖區(qū)，致使原始視頻的格式達到相關(guān)標準。

1.2 H.264 視頻服務器的主要組成內(nèi)容

圖2 視頻服務器的硬件結(jié)構(gòu)組成內(nèi)容

作為整個系統(tǒng)的核心內(nèi)容，視頻服務器的有很多，詳見下圖2。如圖2 顯示，通過A/D 轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)變成了YUV420 圖像格式，并且通過微處理器MSP430F149 后成為TCP/UDP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包，最終經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)適配器DM9000 連接網(wǎng)絡(luò)。視頻服務器的功能分別是網(wǎng)絡(luò)傳輸、視頻編碼、視頻采集等。服務器內(nèi)置存儲設(shè)備和流媒體管理模塊，按照監(jiān)控現(xiàn)場攝像頭的保存時間和具體部署，從而選擇恰當，確保數(shù)據(jù)的整合集中。

視頻編碼是基于H.264 標準，因而具有網(wǎng)絡(luò)友好、低碼率、高效編碼等優(yōu)勢，尤其適用于那些帶寬受限的通信環(huán)境，如WIFI/3G。視頻編碼功能能夠?qū)264 開發(fā)包進行移植，編碼的過程首先是將待編碼視頻序列輸入，然后采用幀內(nèi)預測、幀間預測等方式做適當?shù)奶幚?，從而將圖像視頻的空間冗余和時間冗余消除。需要通過運動預測處理原來的視頻圖像的宏塊，才能獲取預測圖像，殘差圖像是通過預測值減去參考圖像獲取的。接著通過游標量化、離散余弦變換，緊接著通過熵編碼，最終壓縮成為需要的碼流。

要想確保傳輸?shù)募皶r，在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，RTP/RTCP 流媒體技術(shù)可以應用在視頻編碼數(shù)據(jù)中，建立在UDP 協(xié)議上的RTP，僅可實現(xiàn)高效率傳輸流媒體數(shù)據(jù)，然而不可以向數(shù)據(jù)傳輸提供合適的傳送機制。本文由JRTPLIB 實現(xiàn)視頻的傳輸，JRTPLIB 由C 語言編碼，支持RTP/RTCP，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r。

1.3 移動視頻監(jiān)控客戶端的實現(xiàn)

通過TCP/IP 協(xié)議，客戶端可以訪問服務器，并且處理了接收到的RTP 數(shù)據(jù)包，然后放進接收緩沖區(qū)里，從而進行云臺控制、解碼播放等操作。系統(tǒng)中采用H.264 標準進行視頻壓縮，基于RFC3984 的RTP 協(xié)議應用于媒體傳輸，平板電腦、PDA、手機等智能便攜設(shè)備為主要的移動視頻監(jiān)控終端設(shè)備，實現(xiàn)了功能穩(wěn)定、操作簡單、界面美觀等，下圖3 為功能流程。圖3 顯示，控制系統(tǒng)模塊、視頻播放模塊、UI 界面模塊為主要內(nèi)容。

圖3 移動視頻監(jiān)控客戶端功能流程

視頻播放、參數(shù)設(shè)置、通道選擇、登陸認證為客戶端的UI 界面。系統(tǒng)當中，UI 的基礎(chǔ)組成部分主要是ViewGroup、View，按照Android 界面開發(fā)的主要方式，不同的界面都需要編寫不同的XML 布局文件。

監(jiān)控客1`終端的主要內(nèi)容是視頻播放，主要包括圖像畫面顯示、H.264 解碼、RTP 拆包等內(nèi)容。客戶端系統(tǒng)要想接收RTP 包，首先必須要調(diào)用RTPSession 類中的PollData()方法，這樣才能將網(wǎng)絡(luò)傳輸來的會話接收過來，同時需要調(diào)用GetNextPacket()方法才能將RTP 數(shù)據(jù)包的有效內(nèi)容接收過來，將RTP 的有效負載進行拆包及提取，同時按照時間戳排序即可進行H.264 標準編碼后，然后獲得視頻數(shù)據(jù)。

通常情況下，采用軟件方式對系統(tǒng)對H.264 碼流進行解碼，采用的軟件是Fast ForwardMPEG，也就是我們所說的移植音視頻編解碼軟件Ffmpeg。另外，對主函數(shù)進行解碼時，需要中調(diào)用av_register_all()注冊所有的解碼CODEC 類型和文件格式，各類格式流媒體打開之后即可自動關(guān)聯(lián)解碼類型。打開流媒體文件需要用到av_open_input_file()，然后對文件格式進行偵測，最后獲取視頻數(shù)據(jù)信息。通過信息流最后找到CODEC_TYPE_VIDEO，那么可以說明這個部分數(shù)據(jù)為視頻信息。通過調(diào)用avcodec_find_decoder()從而獲得視頻解碼器，codeccontext字段包含了編碼器的信息中，從這個字段當中對解碼器類型進行確認。上述步驟基本實現(xiàn)之后就會進入解碼循環(huán)，讀取數(shù)據(jù)包采用的是av_read_frame()，讀取之后AVPacket 結(jié)構(gòu)保存下來。avcodec_decode_video()能夠?qū)D(zhuǎn)換變成幀，而img_convert()則能夠?qū)D(zhuǎn)換為特定的格式，而且能夠?qū)瑪?shù)據(jù)傳輸?shù)絊aveFrame()并且顯示出來。反復循環(huán)，不斷的在碼流中提取出幀數(shù)據(jù)，一直到數(shù)據(jù)結(jié)束然后將解碼器釋放出來。應用程序把通過解碼的H.264 數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭曨l播放界面，而且不停止的刷新畫面，最終手機上獲得的視頻相當流暢。

控制系統(tǒng)主要控制視頻采集端云臺設(shè)備，只需點擊對應的按鈕，即可實現(xiàn)四個方向包括左右、上下的轉(zhuǎn)動。需要注意的是，控制指令的傳輸?shù)姆€(wěn)定性是通過TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)的。系統(tǒng)不僅提供Socket 類及ServerSocket，還具有相對完整的TCP/IP 協(xié)議棧，應用Socket 網(wǎng)絡(luò)編程，應用程序最終能夠控制指令的傳輸。

1.4 功能指標

H.264 移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)是面向移動終端的，該系統(tǒng)之所以在最短的時間內(nèi)采集視頻及顯示視頻，主要依靠網(wǎng)絡(luò)攝像頭，同時可以將攝像頭采集到的視頻幀存儲起來，存儲的格式為BMP 格式，并且可以將編碼壓縮后的視頻數(shù)據(jù)流保存下來，保存的文件格式是H.264 格式，能夠為客戶端軟件提供數(shù)據(jù)交互接口，最終達到實時的傳輸視頻飛的目的。

2 校園移動視頻監(jiān)控部署的重點內(nèi)容

2.1 選擇監(jiān)控地點

我們都知道，高職校園的面積相對大，而且各個區(qū)域具有緊密的聯(lián)系，并且具有多個建筑設(shè)施，在這種情況下，校園視頻監(jiān)控必須要有自己的個性，體現(xiàn)在監(jiān)控目標密度高、監(jiān)控對象類型多樣這兩方面。長期統(tǒng)計、觀察、研究、綜合考慮之后，得出結(jié)論，以下區(qū)域必須要安置監(jiān)控設(shè)備：

指導煙農(nóng)專業(yè)合作社選擇高效、低毒、低殘留的化學農(nóng)藥，按照劑量標準進行交替使用，例如菌核凈、代森錳鋅等。

(1)極易出現(xiàn)財物失竊的人口密集的地方，如運動場館、宿舍、圖書館、食堂等。

(2)極易出現(xiàn)搶劫等刑事案件的樹林、湖邊等人少偏僻的地方。

(3)極易出現(xiàn)溺水事件的湖泊、校內(nèi)河流、游泳池。

(4)極易出現(xiàn)交通事故的校園通道、樓管大門、校門等。

(5)極易出現(xiàn)財物失竊等案件的重點實驗室、辦公區(qū)、領(lǐng)導辦公室、學校財務室等。

(6)極易出現(xiàn)煤氣中毒、食物中毒、爆炸、火災事故等意外的學生宿舍和食堂后灶。

以上區(qū)域需要進行視頻監(jiān)控，監(jiān)控關(guān)鍵路段和門崗的主要目的是，對進出校園的車輛和人員進行監(jiān)控，從而便于查詢和追蹤，監(jiān)控教室的主要目的是為了確保教學秩序的正常，監(jiān)控圖書館和學生宿舍的主要目的是為了保障學生的財產(chǎn)安全和人身安全。同時，監(jiān)控教室還有利于預防學生考試作弊。

2.2 移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲

把面積為兩千畝的校園作為例子，通常情況下，視頻監(jiān)控系統(tǒng)中攝像機控制在四百臺以上六百臺以下，即可將校園的重要區(qū)域覆蓋到位。本方案不同型號的攝像頭軍具備良好的兼容能力，為了節(jié)約一定的成本可以應用那些具有3G/Wi-Fi 功能的無線攝像頭。校園應用的視頻監(jiān)控視頻采集設(shè)備均能夠支持點到點、點到多點、多點級聯(lián)接入網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)束語

綜合上文所述，校園安全監(jiān)控適合應用校園移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)，校園移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)有利于實現(xiàn)技防、物防、人防的全面化管理，有利于保障校園的安全，為安全防范帶來了極大的便利。

[1] 陳飛玲、陳湘軍、郁建橋、陳啟美.移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].電子測量技術(shù).2014（04）.

[2] 丁雷.校園無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應用[J].電子設(shè)計工程.2013（12）.