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智能可移动监控系统设计

  • 简介:智能可移动监控系统设计 (毕业设计48页、20098字) 摘要: 论文提出了一种通用的基于视频的远程数字监控系统的设计与实现方法, 介绍了系统的软件和硬件构成,重点研究了系统软件部分所涉及到的视频采集处理、编解码、图像实时显示与控制等关键视频技术。...
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智能可移动监控系统设计 (毕业设计48页、20098字)

摘要: 论文提出了一种通用的基于视频的远程数字监控系统的设计与实现方法, 介绍了系统的软件和硬件构成,重点研究了系统软件部分所涉及到的视频采集处理、编解码、图像实时显示与控制等关键视频技术。并对网络通信、多线程的通信与同步、TCP/IP 通信等系统涉及到的多项通信编程技术及其他一些相关技术作了详细讨论。同时给出了基于Windows 平台下Visual C++的具体实现方法。系统能实现视频文件的播放,传输,视频的实时采集,由于在视频数据的压缩与传输方面还存在一定的问题,实时视频远程采集有时不能成功。虽然本系统是一个初级化产品,而前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化则代表着远程视频监控系统未来的发展方向。
关键词: 远程监控;视频编码标准;多线程的通信与同步

 

Intelligent Mobile Surveillance System Design

ABSTRACT: This thesis proposes the design and implementation of a common remote digital monitoring system based on video, and introduces the software and hardware of the system. The work focus on the software part of the system involved in the acquisition and processing video, codes, display of the real-time image and control which are all the key video technology as well as network communications, multi-thread communication and synchronization and TCP / IP. Meanwhile this paper shows the methods of Visual C++ realization based on Windows platform. This system can realize video document broadcast, transmission and real-time video gathering. But there are some problems in the video data compression and transmission aspect, real-time remote video collection cannot success sometimes. Although this system is a primary product, front-end integration, digital video, network monitoring and system integration represent the future development direction of the long-distance video surveillance system
Keywords: remote monitoring, video codes standards, communication and synchronization of multithreads
 
目   录
第1章 绪论 1
1.1  远程视频监控系统的背景 1
1.2  远程视频监控系统的现状 1
1.2.1 数字信号控制的模拟视频监控系统 2
1.2.2 数字视频监控系统 3
1.3  视频可移动监控系统的主要设计任务 4
第2章 可移动监控系统的图象采集分析与系统设计 5
2.1  系统体系结构 5
2.2  功能分析 6
2.2.1 视频采集分析 7
2.2.2 视频传输方式选择与比较分析 9
2.2.3 远程控制方式选择分析 10
第3章 智能可移动监控系统的客户端系统实现 12
3.1 局域网中实时视频传输协议的选择 12
3.2 视频采集与解压缩方案的选择 12
3.3 视频采集模块程序的选择 14
3.4. 播放模块程序实现 16
3.5 视频数据接收播放模块的实现 18
3.6 图形采集分析客户端程序实现 19
  3.6.1 多路窗口的实现 20
3.6.2 控制通道的实现 20
3.6.3 数据通道的实现 20
3.6.4 视频流解码程序实现 20
第4章 智能可移动监控系统的监控端系统实现 22
4.1  基于采用VFW技术的图象采集分析系统实现 22
4.1.1 实时视频传输的实现 22
4.1.2 视频帧的组建 23
4.1.3 视频帧的发送 24
4.1.4 视频帧的接收 24
4.2  基于DIRECTX之DIRECTSHOW技术的系统实现 25
4.2.1 基于DIRECTX图像采集分析系统的总体设计图 26
4.2.2 视频数据发送和接收播放模块的实现 26
4.3  基于VFW 与DIRECTX系统的比较 28
4.3.1 基于采用VFW技术的系统设计存在的问题与解决 28
4.3.2 VFW 与DIRECTX技术比较 29
4.4  视频采集模块程序实现 30
4.5  图像采集分析系统控制端界面实现 31
第5章 系统功能测试 32
5.1  测试方法 32
5.2  系统功能测试 32
5.3  系统运行需求 33
5.4  系统测试结果 33
5.5  系统不足 34
总结 35
参考文献 36
致谢 37
附录 38
第1章  绪  论
1.1  远程视频监控系统的背景
从上个世纪90年代以来,随着科学技术的迅速发展,人们的生产行为、生活方式都发生了重大的变化,作为生活生产中非常重要的一项技术即监控技术的重要性正在逐渐被人们所认识和重视。监控系统的演变,是一个从集中监控向网络监控的发展历史。早期的监控系统,采用大型仪表集中对各个重要设备的状态进行监视,并通过操作盘来进行集中式操作。而计算机监控系统是以监测控制计算机为主体,加上检测装置、执行机构与被监测控制的对象(生产过程)共同构成的整体。在该系统中,计算机实现了生产过程的检测、监督和控制功能。在现代企业的生产和管理中,大量的物理量、环境参数、工艺数据、特性参数需要进行实时检测、监督管理和自动控制。由于工业生产过程控制要求的高环境适应性、高实时性、和高可靠性等特点,自动控制与检测技术一直沿着自己的道路发展,测控领域所使用的通信技术都自成体系,许多通信协议不开放,而且大多数系统都是面向单台,或单一类型的设备。
    随着生产力的进步,设备的分布越来越离散单一的,各自独立的监测系统已不能适应工业化的需求,于是便产生了分布式系统。这种系统以计算机网络为基础,使系统资源分配趋于合理。但是由于目前运行的绝大多数分布式监测系统还只是在局域网上,通常的测控仅局限于同一地点,所以具有一定的地域局限性。Internet能实现资源的共享,从而使人们有能力解决以前在极有限的资源下很难解决的问题,为远程监控系统的发展提供了有利的条件。远程监控是本地计算机通过网络系统如Internet/Intranet,对远端进行监视和控制,完成对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能我们通常把能够实现远程监控的通信媒体、计算机软件、硬件系统称为远程监控系统。在现场设备分布广泛或数据不易采集的场合,要能够及时地监视设备的运行状态并进行有效控制,这就是远程监控技术在工业生产上的需求。
1.2  远程视频监控系统的现状
随着现代微电子技术,计算机技术,通讯技术和相关产业的发展,特别是国际互联网(Internet)的出现和商务应用,信息网络迅速席卷全球并呈指数增长,在社会公众,企业,文化事业单位,政府中得到普遍应用,“数字化”,“网络化”已经演变为人类重要的生存方式。信息网络技术在社会各个行业发生着潜移默化的影响。尤其随着Internet的兴起和个人计算机的普及,Internet用户数量及以IP为代表的数据业务呈爆炸性增长,同时出现了大量新型的业务需求,远程监控就是其中之一。
远程视频监控系统是以计算机技术为核心,结合先进的多媒体技术,网络通信技术,数字图像压缩技术的一种远程监控系统。远程视频监控系统能够将监控现场的监控信息通过计算机网络传输到网络中的其他计算机上,并与信息管理系统融合在一起,达到远程监控的目的。
    在国内外市场上,主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定,并在实际工程应用中得到广泛应用,特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛;后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统,该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起,但仍需进一步完善和发展。目前,视频监控系统正处在数控模拟系统与数字系统混合应用并将逐渐向数字系统过渡的阶段[1]。
1.2.1  数字信号控制的模拟视频监控系统
  数字信号控制的模拟视频监控系统分为基于微处理器的视频切换控制加PC机的多媒体管理和基于PC机实现对矩阵主机的切换控制及对系统的多媒体管理两种类型。
1. 基于微处理器的视频切换控制加PC机的多媒体管理类型。
  ① 对单一工作站之中的视频监控、出入口控制、内部通讯、报警等进行综合全面控制(注:只能提供一个简单的、可增强系统控制功能的用户界面,但不能代替矩阵主机的安防配置和编程能力);
  ② 任意一台工作站可通过网络,控制其它工作站所连接的矩阵主机、报警设备,完成视频切换、云台、镜头控制及报警联动等;
  ③ 可通过软件实现对众多矩阵主机和报警接口软件模块的控制。
2. 基于PC机实现对矩阵主机的切换、控制和对系统的多媒体管理
  基于PC机的视频监控系统采用软件设计,实现摄像机到监视器的视频矩阵切换,云台和镜头的控制,通过串口连接报警设备的报警信息,并通过程序编程自动完成视频切换、云台控制、报警联动、报警录像等各项控制功能。系统能充分利用PC机的资源,使视频监控系统随电脑技术的发展而不断进步,同时其开放性的结构特性更可使之与其它多种系统如与消防报警系统、出入口管理系统、楼宇自控系统等实现互动集成。
   随着微处理器、微机的功能、性能的增强和提高,多媒体技术的应用,系统在功能、性能、可靠性、结构方式等方面都发生了很大的变化,视频监控系统的构成更加方便灵活、与其它技术系统的接口趋于规范,人机交互界面更为友好。但由于视频监控系统中信息流的形态没有变,仍为模拟的视频信号,系统的网络结构主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络,介质专用的特点,因此系统尽管已发展到很高的水平,已无太多潜力可挖,其局限性依然存在,要满足更高的要求,数字化是必由之路。
1.2.2  数字视频监控系统
    90年代末,随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展、数字视频监控系统迅速崛起,现今市场上有两种数字视频监控系统类型,一种是以数字录像设备为核心的视频监控系统,另一种是以嵌入式视频Web服务器为核心的视频监控系统。
  数字监控录像系统通常分为两类:一类是基于PC机组合的计算机多媒体工作方式;另一类是嵌入式数字监控录像系统。
1. 计算机多媒体方式的数字监控录像系统
  数字视频压缩编码技术日益成熟,计算机的普及化,为基于PC机的多媒体监控创造了条件。这种新型视频监控系统的迅速崛起,部分地取代了以视频矩阵图像分割器、录像机为核心,辅以其它传送器的模拟视频监控模式,其优越性主要表现在:
  PC机的多媒体监控主机综合了视频矩阵、图像分割器、录像机等的众多功能,使系统结构大为简化;由于采用计算机网络技术,数字多媒体远程网络监控不受距离限制;由于采用大容量磁盘阵列存盘器或光盘存储器,可以节省大量的磁带介质,同时有利于系统实现多媒体信息查询。
   但随着基于PC机的视频监控录像系统的发展,在实际工程使用过程中,也暴露出一些不足,主要是系统工作的不稳定性。
基于PC的视频监控录像系统的组成结构为:兼容/工控PC机+视频采集卡+普通/较可靠的操作平台+应用软件。从系统的组成结构来分析,它主要包括:
① PC机 ;② 操作系统;③ 应用软件;④ 视频采集卡;
2. 嵌入方式的视频监控系统
  嵌入式系统是以应用为中心,软硬件可裁减的,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积等综合性严格要求的专用计算机系统,亦即为监控系统量体裁衣的专用计算机系统。
  嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成,它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。
  嵌入式操作系统是一种实时的,支持嵌入式系统应用的操作系统软件,它是嵌入式系统极为重要的组成部分,通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等,嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依靠性、软件固态化及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
1.3  视频可移动监控系统的主要设计任务
本系统是基于网络的一个远程视频监控系统,该系统是传统的监控系统与现代计算机网络技术,计算机多媒体技术,计算机图形图像技术的有机结合。在系统的实现过程中涉及到的技术包括视频图像的采集,压缩,视频传输技术以及相关的网络协议TCP/IP,Socket编程,VFW编程,DX编程,计算机图像处理等。
本课题是基于数据流传输,硬件系统二次开发的设计。通过毕业设计可以让自己熟悉网络化信息系统开发平台的开发及其搭建,掌握计算机图像处理,掌握一种网络程序设计技术和硬件的二次开发技术。

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