網絡高清攝像機動態字符疊加器研制

劉神佳+楊正理

摘 要：為了提高網絡高清攝像機動態字符疊加的可靠性，需要設計出一套智能設備，該設備能夠與網絡攝像機固件所開放的專門用于字符疊加的SOCKET接口進行直接網絡通信，實現在網絡高清攝像機的圖像上疊加動態字符的功能。由于該方法的通信數據量很小，且網絡攝像機采用專門的模塊完成字符疊加功能，因此可以解決網絡高清攝像機由于采用軟件進行動態字符疊加可能產生的“死機”現象，從而提高網絡高清攝像機的動態字符疊加的可靠性和穩定性。

關鍵詞：高清攝像機;動態字符疊加;網絡通信

中圖分類號： TN919.85 ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2016）33-163-2

1 ?概述

網絡高清攝像機能夠實現全數字化、網絡化、智能化，因此在高清監控技術領域得到十分廣泛的應用。在應用過程中，如果需要在監控圖像上增加實時的事件注釋時，就需要在監控圖像上疊加動態字符。所謂動態字符疊加是指將網絡高清攝像機與計算機或其他智能設備相連接，在高清攝像機輸出的圖像上疊加現場情況變化的數據信息、字符信息，這些信息與現場的視頻信息相結合，為監控者提供較為詳細的信息和依據。因此，網絡高清攝像機動態字符疊加技術得到普遍關注。

目前，在網絡高清攝像機輸出圖像上疊加動態字符的方法為：由于每個網絡攝像機有自己的IP網址和內置應用軟件，可以當成網絡服務器使用;并且每個網絡攝像機可以直接連接到現有的數據網絡中通過以太網得到應用，圖像可用標準網絡瀏覽器進行讀取。所以，通過網絡內的終端設備（PC機）給網絡服務器（網絡攝像機）發送HTTP指令（指令中包含有字符信息），由網絡攝像機內置應用軟件完成字符疊加功能，這種方法稱為動態字符的“軟件疊加”。但這種方法在特定的應用場所存在很大的不足：當同一局域網內有多臺網絡攝像機時（如高速公路收費站，同一站區的網絡攝像機數量往往有幾十甚至上百臺），實現動態字符疊加時，每個網絡攝像機需要處理的外部指令較大，往往會造成網絡攝像機“死機”。

該現象可能會引起以下不良情況：

①造成網絡攝像機自動重啟;

②網絡攝像機“死機”造成圖像丟失，且無法重啟，只能人為啟動。

③網絡攝像機“死機”造成圖像丟失，且造成整個所處局域網癱瘓。據不完全統計，這種“死機”現象在有50臺網絡攝像機的局域網內，平均3-4小時就會有一臺網絡攝像機出現“死機”現象。

本文主要設計一套智能設備，該設備能夠與網絡攝像機的固件所開放的專門用于字符疊加的SOCKET接口進行直接通信，在網絡高清攝像機的監控圖像上實現動態疊加動態字符的功能。由于該方法的網絡通信數據量很小，且網絡攝像機采用專門的模塊完成字符疊加功能，因此可以解決上述的“死機”現象。

2 ?字符疊加器硬件設計

網絡高清攝像機動態字符疊加器基于微處理器STM32F103RC構成，其功能模塊構成如圖1所示。

[圖1 ?網絡高清攝像機動態字符疊加器的功能模塊圖]<E：＼123＼中小企業管理與科技·下旬刊201611＼1-197＼40-1.jpg>

各模塊的功能如下：

①以太網控制器模塊。基于W5500全硬件TCP/IP嵌入式以太網控制器構成，W5500集成了TCP/IP協議棧，10/100M以太網數據鏈路層（MAC）及物理層（PHY），使得用戶使用單芯片就能夠在他們的應用中拓展網絡連接。只需要簡單的Socket編程就能實現和網絡攝像機間以太網應用，可以同時使用8個硬件Socket實現與網絡攝像機間通信。

②微處理器模塊。一方面，W5500提供了SPI（外設串行接口）從而能夠更加容易與微處理器進行連接，而且W5500使用高效SPI協議支持80MHz速率，從而能夠更好地實現高速網絡通信。另一方面，微處理器通過RS232串行接口接收字符疊加內容。將需要疊加的字符內容按預定的協議通過RS232串行接口發送給微處理器，微處理器接收到字符疊加指令后，微處理器控制W5500與攝像機進行握手連接，握手成功后將字符內容按TCP/IP協議發送給攝像機，攝像機實現字符疊加并輸出到圖像上。

③RS232串行接口模塊。提供該產品與其他外設進行通信的標準串行接口。網絡高清攝像機動態字符疊加器通過RJ45接口和攝像機連接，并通過RS232串行接口配置網關、IP地址、MAC地址、端口等網絡參數。

3 ?TCP通信的實現

網絡協議是網絡上所有設備（網絡服務器、計算機及交換機、路由器、防火墻等）之間通信規則的集合，它規定了通信時信息必須采用的格式和這些格式的意義。分層的體系結構被大多數網絡所采用，每一層都是建立在擁有比其水平較低的層之上，并為它比其水平高的層提供一定的服務。在一個設備上的第A+1層和另一個設備上的第A+1層之間進行通信，其規則就是第A+1層協議。在網絡中，每一層都有很多協議，同一層協議的發送者和接收者必須是一致的，否則一方就無法確定另一方發出的信息。一些我們所常見的協議有：TCP/IP協議、IPX/SPX協議、NetBEUI協議等。

TCP協議屬于傳輸層協議，其功能是實現從一個應用程序到另一個應用程序的數據傳輸。TCP協議保證數據的傳輸成功，它需要在數據傳輸之前先與對方建立傳輸的通道，再進行數據的傳輸，即使傳輸失敗也保證發送方知道情況。TCP協議在數據進行傳輸之前需要經過三次握手，這樣為進行通信的雙方建立了更加穩定的連接，為通信人員提供了驗證，同時也確保了通信過程的安全性。首先發送一個序列號給對方，等待對方確認;對方確認后回復一個確認信號，同時發送一個新的請求給發送方;當你收到對方的回復信號和新的請求消息時，再給對方發送一個確認信號表明已收到消息，此時雙方完成三次握手。我們可以將TCP協議看作一家做事認真負責的快遞公司，盡責地完成每一次的快遞發送，保證貨物的成功送達。

在TCP建立連接的過程中，先發送請求的一方被稱為“TCP客戶端”，另一方被稱為“TCP服務端”。建立了連接之后就可以相互傳送數據了，TCP協議是一種字節流服務，它不關心所發送的數據內容，只是單純地接收數據，然后將它打成一個TCP包然后發送給對方。之后TCP Socket把最后的包存在內存里并等待對方的回應，若超出規定的時間仍未收到回復，則再次向對方發送該包，直到收到回復或Socket連接失敗為止，在這之前將一直重復該過程。當TCP包被響應之后，系統將釋放內存空間。

4 ?結論

該網絡高清攝像機動態字符疊加器的研制，解決了目前采用軟件進行動態字符疊加的弱點，解決了網絡高清攝像機應用過程中的“死機”現象，保證了圖像的連續性;并且不再需經人為啟動攝像機，即保證了圖像的連續性，又大大節省了人力;最后，還保證了網絡通信的連續通暢，按高了數據安全性。

參 考 文 獻

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