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關于嵌入式MPEG-2遠程網絡視頻監控系統的實現

作者:歐德電氣網 2019-07-27 15:34閱讀:66

1系統介紹
 
VSTAR MPEG-2系列遠程數字視頻監控系統是基于TCP/IP網絡的嵌入式遠程圖像監控系統。采用嵌入式設計方案,系統穩定性高。采用MPEG-2視頻壓縮技術,圖像清晰度高,圖像質量達到DVD效果。可實現單畫面交替監控,1-16畫面相同。屏幕監控支持遠程和本地平臺控制,支持多任務工作模式,圖像存儲、監控和遠程控制可以同步。監視距離隨著網絡的擴展而增大。
 
系統分為三個部分:遠程現場、通信網絡和監控服務。系統結構如圖1所示。
 
遠程現場部分和監控服務部分安裝有MPEG-2圖像處理設備和有線網絡接口設備。軟件采用客戶端/服務器結構。服務器端軟件運行在遠程現場的有線網絡接口上,客戶端軟件運行在監控中心。遠程現場軟件應在系統啟動后向監控中心注冊。作為一個監測系統,它必須具有監測點的名稱和監測點特征的描述。在監控中心對監控點進行認證之前,為了避免與現有監控點同名造成混淆,必須首先檢查網絡上是否有同名的監控點,如果存在,則提醒用戶更改名稱。授權后,客戶端可以通過網絡與服務器建立TCP/IP連接。兩端之間的通信包括圖像數據和控制指令。在授權范圍內,客戶端可以根據需要通過監控中心調整服務器的參數設置和工作模式。服務器端到客戶端。發送編碼的MPEG-2視頻流。
 
客戶端軟件運行在監控中心的PC機上,并提供相應的用戶控制界面。用戶可以通過在網絡和服務器之間建立不同類型的連接來訪問不同的服務。服務器端軟件在遠程字段PC104上運行。它具有豐富的功能,包括硬件驅動控制、通信線路管理、圖像數據傳輸、系統控制、攝像機和平臺調整等。
 
2系統硬件設計
 
鏡頭平臺的控制是通過PC104主機的RS232端口來實現的,用戶可以根據自己的要求對系統進行調整。用戶可以通過調整鏡頭的變焦、焦距和光圈來調整圖像質量。他們還可以通過調整云的頂部和底部從不同的角度獲取圖像。監控中心客戶端軟件通過套接字網絡接口向服務器發送調整信息。服務器接收到控制指令后,對指令進行識別,然后將指令發送到相應的RS232端口,控制平臺完成調整任務。
 
3系統軟件設計
 
傳統的應用程序是單線程的,也就是說,在程序運行期間,一個線程控制著CPU。在這種情況下,當程序執行一些耗時的任務時,它不能及時響應用戶的操作,影響應用程序的實時性能。在監控系統中,特別是在遠程監控系統中,應用程序不僅需要將監控對象的最新信息及時反饋給監控客戶(通過圖形顯示),還需要處理本地機器和遠程監控系統之間的通信。遠程機器和控制對象的實時控制等。此時,它只由一個線程完成。顯然,所有任務都不能滿足監控系統的實時要求。為此,可以引入多線程機制。主線程負責消息的響應,這樣程序就可以響應命令和其他事件。輔助線程可用于執行其他耗時的任務,如通信、圖形顯示和后臺打印,以免影響主線程的運行。總之,在通信中引入多線程機制有利于提高實時應用,充分利用系統資源。對于大型工程應用,不同的線程完成不同的任務,這也有利于提高程序的模塊性,便于維護和擴展。
 
軟件采用客戶端/服務器結構。兩端通過網絡建立TCP/IP連接,按照自定義的數據通信協議交換數據,完成數據通信和系統控制功能。監控中心的客戶端應用于與服務器建立連接。在服務器聽到連接請求后,它將與客戶機建立套接字連接。客戶機向服務器發送控制信號,服務器向客戶機發送視頻流。服務器端軟件在PC104上運行。由于編碼部分采用硬件壓縮,不占用PC104的系統資源。因此,合理設計運行在PC104上的服務器軟件結構對提高整個系統的效率具有重要意義,而系統的性能與其密切相關。軟件設計的主要思想是:讀取線程、發送線程和控制線程同步,防止資源的浪費。
 
在分析控制指令、代碼流讀取和傳輸過程中,可能存在時間冗余。例如,系統從EPLD的FIFO讀取視頻數據。如果CPU讀取速度比編碼器快,它可能處于等待編碼器硬件響應狀態。此時,雖然CPU被占用了,但實際上系統沒有執行有效的任務,導致計算機系統資源的浪費,嵌入式系統的資源已經非常稀缺。為了充分利用CPU的計算能力,提高系統的整體性能,采用多線程技術實現了系統的任務調度。本文以遠程現場數據處理為例,分析如下:
 
(2)發送線程:負責視頻流的傳輸;
 
(3)控制線程:負責平臺、攝像機的控制和編碼器的參數設置。
 
在視頻傳輸中,服務器端要求流的讀卡器和發送器不相互干擾,以避免讀卡器和發送器之間的等待或沖突情況。同樣,解碼器和客戶端的接收器之間也存在關系。本設計采用基于環形緩沖器的多線程視頻傳輸技術,較好地解決了這一問題。除了數據分離和互斥之外,主機的環形緩沖區還可以平滑比特流。讀取線程和發送線程是互斥的。讀取的視頻數據可以通過傳輸線程進行處理。這是消費者和生產者關系的一個簡單問題。只要兩個線程不進入關鍵區域,它們就可以同時工作。通過使用環緩沖和互斥鎖,可以完全解決兩個線程的同步問題。通過線程間的同步,實現了CPU時間片的合理分配、硬件訪問管理、內存緩沖區訪問管理等,大大提高了系統的處理性能。
 
客戶機提供用戶的控制界面,用戶通過該界面請求各種服務。用戶可以連接到服務主機,根據自己的需求改變系統的工作模式和工作狀態。最高權限可以調整服務器的工作方式,修改系統的管理信息,獲取各種服務。
 
系統定義了自己的指令系統和指令傳輸協議。說明可分為以下幾類:工作控制(傳輸開始、傳輸停止、存儲控制)、鏡頭平臺控制(焦距、光圈、自動旋轉等)、系統設置(用戶管理、通信參數設置等)。每個指令前面都有一個唯一的標識符,服務器可以使用該標識符將其與其他指令區分開來。服務器的IP是固定的。主線程在啟動時創建與監控中心的套接字連接。它監聽指定的服務端口。當用戶請求連接時,它為服務器創建指令通信線路連接。具有不同權限的用戶對系統具有不同的控制權限。系統由監控中心控制。
 
監控中心客戶端軟件還支持圖像存儲和回放。用戶可以將實際監控的圖像存儲在本地硬盤上,并以不同的方式進行檢索和回放。
 
4結束語
 
VSTARMPEG-2系列遠程數字監控系統支持標準視頻信號和高分辨率圖像采集與壓縮,支持基于Internet的數據傳輸,C/S架構允許用戶在遠程操作系統中工作。系統各子模塊相對獨立,可實現以下功能:
 
(1)實時:MPEG-2編碼裝置可保證數字視頻信號的實時傳輸和接收。確保監測中心接收到的監測信息與現場情況之間沒有不可接受的時差。
 
(2)連續性:基于嵌入式技術的MPEG-2編解碼設備可以保證PAL視頻的幀速率為每秒25幀,NTSC為每秒30幀。同時保證監控中心所看到的圖像清晰可辨,通訊暢通,全天不間斷可靠運行。
 
(3)可控性:監控中心可以遠程選擇和控制各子中心的圖像。系統參數設置方便快捷。它可以設置視頻源的任意參數,實現帶寬的動態調整。
 

關鍵詞: MPEG-2遠程網絡視頻

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