（計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)論文）網(wǎng)絡(luò)化攝像機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 網(wǎng)絡(luò)化攝像機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘要 視頻監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和生活中必不可少的部分，它可以廣泛應(yīng)用于 銀行、郵電、電力、水電、教育、交通、公安、監(jiān)獄法庭、大型公共設(shè)施、大型 倉庫及軍事基地等場所，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)的好壞和人民生命財(cái) 產(chǎn)的安全，而攝像機(jī)是視頻監(jiān)控中的用于圖像采集得主體部分。 傳統(tǒng)的攝像機(jī)大多是通過u s b 端口或并口與個(gè)人電腦相連進(jìn)行監(jiān)控，這種方 式的地域局限性、操作復(fù)雜性等弱點(diǎn)限制了其應(yīng)用的可能性，因此我們利用計(jì)算 機(jī)網(wǎng)絡(luò)和e i 技術(shù)，把體積很小、成本很低的嵌入式設(shè)備應(yīng)用到現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系 統(tǒng)中，來達(dá)到降低成本、簡化使用方法的目的。因?yàn)榍度胧皆O(shè)備和普通p c 機(jī)不同 所以我們需要設(shè)計(jì)開發(fā)一套專門的監(jiān)控軟件來更好的達(dá)到視頻監(jiān)控得目的。 在論文中，首先對網(wǎng)絡(luò)化攝像機(jī)進(jìn)行了介紹，簡單講述了這種網(wǎng)絡(luò)化攝像機(jī) 的工作環(huán)境以及它的基本特性。然后在上述條件的基礎(chǔ)上重點(diǎn)介紹了本論文欲實(shí) 現(xiàn)的監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)過程，通過對整個(gè)系統(tǒng)欲實(shí)現(xiàn)的功能的分析，采用模塊化方 法對視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行建模，劃分出不同功能的子模塊，然后詳細(xì)敘述了各個(gè)模 塊的功能、模塊之間的關(guān)系和協(xié)調(diào)工作的過程，并結(jié)合模塊得程序流程圖對每實(shí) 現(xiàn)的方法進(jìn)行了具體描述。 最后對實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控從功能和性能上進(jìn)行測試和評估，其中包括其功能與實(shí)用 性、圖像清晰度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 關(guān)鍵詞w e b i tm j p e g 格式e i 監(jiān)控系統(tǒng)i p c a m e r a 查! ! 壟蘭堡主蘭堡壘查 壘呈! ! 墜里! t h e d e s i g n a n dr e a l i z a t i o no f m o n i t o r i n g s o f t w a r eb a s e d o nn e t w o r kc a m e r a a b s t r a c t 1 1 1 em o n i t o r i n gs y s t e mo fv i d e oi san e c e s s a r yp a r ti nb o t ht h em o d e mi n d u s t r y a n dh u m a nl i f e i tc a nb e w i d e l ya p p l i e d i n m a n yf i e l d s ，s u c h a s b a n k , t e l e c o m m u n i c a t i o n , e l e c t r i c i t y , e d u c a t i o n ，t r a n s p o r t ，p o l i c eo f f i c e ，p r i s o n ，c o u r t ，p u b l i c e s t a b l i s h m e n t s ，b i gd e p o t s ，m i l i t a r yb a s ea n d s oo n ，i t sp e r f o r m a n c ei sc l o s e l yr e l a t e dt o t h ei n d u s t r ym a n u f a c t u r i n ga n dt h es a f e t yo f p e o p l e sp o s s e s s i o n s , t h ec a m e r ai st h e m a i n p a r tf o rc o l l e c t i n gi m a g e si nt h em o n i t o r i n gs y s t e mo f v i d e o t h em o n i t o r i n gp r o c e d u r eo ft h ec o n v e n t i o n a lc a n l e r ai s u s u a l l yo b t a i n e db y c o n n e c t i n gt h ep e r s o n a lc o m p u t e rw i t he i t h e ru s bp o r to rp a r a l l e lp o r t , h o w e v e r , t h e a p p l i c a t i o no f t h es y s t e mi sl i m i t e db yt h er e g i o n a ll i m i t a t i o n ，t h eo p e r a t i n gc o m p l e x i t y a n ds oo n i no r d e rt od e c r e a s et h ec o s ta n ds i m p l i f yt h eo p e r a t i o n ，w ee m b e d d e dt h e d e v i c e 、骯t l ls m a l lc h e a pa n dl o wc o s ti n t ot h ee x i s t i n gm o n i t o r i n gs y s t e mo fv i d e ob y u s i n gi n t e r a c ta n de it e c h n o l o g y , t h u sw e c a nr e d u c ei t sc o s ta n dc o n d e n s ei t sm e t h o d b e c a u s eo ft h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt h ee m b e d d e dd e v i c ea n dt h ec o m m o np c ，w eh a v e t od e s i g ns p e c i a lm o n i t o r i n gs o f t w a r et oa c h i e v et h eg o a lo fb e r e rv i d e om o n i t o r i n g i nt h i st h e s i s ，w e f i r s t l yb r i e f l y i n 仃o d u c et h ec h a r a c t e r i z a t i o n sa n dw o r k i n g e n v i r o n m e n to ft h en e t w o r kc a m e r a n l et h e s i si sc o n c e n t r a t e do nt h ed e s i g np r o c e d u r e o fw h i c ht h em o n i t o r i n gs o f t w a r ei sa c h i e v e d ，a f t e ra n a l y z i n gt h ef u n c t i o n so fe n t i r e l y s y s t e m ，w er e g a r dt h em o n i t o r i n gs y s t e mo f v i d e oa sam o d e la n dd i v i d ei ti n t os e v e r a l s u bm o d u l e sw i t hd i f f e r e n tf u n c t i o nb yu s i n gt h em e t h o do fm o d u l a r i z a t i o n w e d e s c r i b et h ef i a n c t i o no fe a c hs u bm o d u l e i t sr e l a t i o na n dm ec o o p e r a t i o np r o c e d u r e b e t w e e nt h e mi nd e t a i l s w h a tm o r e w ea l s oi n t e g r a t et h ef l o wc h a r ti n t oe a c hm o d u l e t od e s c r i b et h em e t h o do f r e a l i z a t i o n a tl a s t w et e s ta n de v a l u a t et h ef u n c t i o n sa n dt 1 1 ep e r f o r m a n c e so fm o n i t o r i n g s y s t e m ，i n c l u d i n gt h ef u n c t i o n s ，p r a c t i c a b i l i t y , i m a g ed e f i n i t i o na n dt h es t a b i l i t yo f t h e s y s t e m k e y w o r d sw e b i t ，m j p e gf o r m a t , e i ，m o n i t o r i n gs y s t e m ，i p c a m e r a i i i 聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論 文中所取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其 他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他 學(xué)位而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任 何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 本人簽名：奄救 h 期：炒礦、少 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章引言 第一章引言弟一旱ji 苗 1 1 課題提出的背景 隨著中國加入w t o ，企業(yè)管理的要求越來越高，管理者非常希望遠(yuǎn)程、可 視化的管理自己的單位，這樣在出差、度假或者出國訪問時(shí)，也能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控看 到自己的單位或企業(yè)的生產(chǎn)、工作情況。因此，視頻監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和 生活中必不可少的部分，它集數(shù)據(jù)、語音、視頻等功能于一身，可以廣泛應(yīng)用于 銀行、郵電、電力、水電、教育、交通、公安、監(jiān)獄法庭、大型公共設(shè)施、大型 倉庫及軍事基地等場所。其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)的好壞和人民生命財(cái) 產(chǎn)的安型”，然而隨著時(shí)間的發(fā)展很多視頻監(jiān)控技術(shù)都已經(jīng)過時(shí)，存在著許多缺 陷，如傳輸距離近、布線復(fù)雜、操作繁瑣、難以實(shí)現(xiàn)多中心控制、系統(tǒng)容量小、 擴(kuò)展困難和不能實(shí)現(xiàn)區(qū)域聯(lián)網(wǎng)等缺點(diǎn)。少數(shù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)雖然具有網(wǎng)絡(luò)功能，但 其監(jiān)控水平較低、成本昂貴，聯(lián)動(dòng)連接方式上依然只是線纜的組合，無法真正意 義的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的智能化管理，這些傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯然不適合現(xiàn)代監(jiān)控的 需要。 i n t e m e t 已經(jīng)成為社會重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施之一，是信息流通的重要渠道。 i n t e m e t 網(wǎng)絡(luò)和無線骨干網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得基于分組交換技術(shù)的通信性能、 質(zhì)量和可靠性得以穩(wěn)步提高，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的可靠性應(yīng)是可以信賴的。過去大量的浩 如煙海的8 1 6 位單片機(jī)的嵌入式設(shè)備，如儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和顯示、過程控制、 工業(yè)自動(dòng)化和家庭自動(dòng)化等的實(shí)時(shí)應(yīng)用，已經(jīng)到了享受網(wǎng)絡(luò)方便的時(shí)候了。如果 嵌入式系統(tǒng)能夠連接到i a t e m e t 上面，則可以方便、低廉地將信息傳送到幾乎世 界上的任何一個(gè)地方，同時(shí)在任何設(shè)備中嵌入w w w 服務(wù)器，就可以借助網(wǎng)絡(luò)來 訪問行為( a c t i o no v e r i p ) 1 2 1 。有人預(yù)計(jì)，將來每個(gè)家庭平均會擁有5 0 - 1 0 0 個(gè)大 規(guī)模集成電路微處理器，它們嵌入在各種設(shè)備器件之中，如手機(jī)、機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò) 終端、個(gè)人數(shù)字助手、各種家電、汽車、安全防盜系統(tǒng)和煙火報(bào)警系統(tǒng)等。在工 業(yè)控制、航天航空和軍事的應(yīng)用更是舉不勝舉。 嵌入式i n t e m e t 技術(shù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)是嵌入式技術(shù)和i n t e m e t 技術(shù)，它的出現(xiàn)使得 眾多的工業(yè)儀器、設(shè)備和家用電器連入i n t e m e t 成為可能。設(shè)備上網(wǎng)的概念不只 是簡單的指設(shè)備可以訪問i n t e m e t ，可以獲取網(wǎng)上資源，除此之外，設(shè)備也應(yīng)該能 夠被用戶或網(wǎng)上其它的設(shè)備訪問到。正是因?yàn)榍度胧郊夹g(shù)的出現(xiàn)為視頻監(jiān)控的改 革提供了前提條件，再加上近年來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，寬帶網(wǎng)絡(luò)的普 及、視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展，為數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，傳 統(tǒng)的視頻監(jiān)控模式必將被嵌入式數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控模式所替代。 查些苧芏翌主蘭些堡查 苧二主! ! 童 用嵌入式系統(tǒng)作為監(jiān)控的中心，并且把多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻技術(shù)應(yīng) 用到監(jiān)控上，已經(jīng)完全超越出傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的范疇，所引入的思想理念帶動(dòng)了高 新技術(shù)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，是一次里程碑似的飛越，很具現(xiàn)實(shí)意義。 1 2 課題的提出 目前，我國的現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)正在不斷向前推進(jìn)，工業(yè)和電力等部門為了能 長期高效的工作都購買了大量的高檔設(shè)備，支持著部門中所有的工作，任何一個(gè) 故障和人為的失誤都會給單位乃至更大范圍內(nèi)帶來巨大的損失。面對這種情況， 為了減少這種損失，國家相關(guān)部門已下令機(jī)房改造的規(guī)定，一些大型的機(jī)房已慢 慢成為無人職守型。有關(guān)人員要實(shí)時(shí)的監(jiān)控到設(shè)備的運(yùn)行情況，機(jī)房環(huán)境的溫濕 度，電流電壓的變化，即便是工作人員的日常維護(hù)，也要對其的工作環(huán)節(jié)進(jìn)行記 錄，方便隨時(shí)的工作檢查，杜絕人為的誤操作所帶來的損失。為了保證上述機(jī)房 的安全運(yùn)行要求，該系統(tǒng)必須能夠隨時(shí)觀察到機(jī)房的運(yùn)行情況，并能得到相關(guān)的 錄像資料，還有多種設(shè)備和環(huán)境的各種參數(shù)進(jìn)行遙測、遙信和遙控，實(shí)時(shí)監(jiān)測其 運(yùn)行參數(shù)，診斷和處理故障，記錄和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，以及對告警信息的及時(shí)反應(yīng)， 在一定范圍內(nèi)聯(lián)動(dòng)的警示設(shè)備，通知有關(guān)人員做出反應(yīng)，采取補(bǔ)救措施，從而實(shí) 現(xiàn)機(jī)房的少人或無人值守的目的，并對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控、集中維護(hù)和集中管 理，這其中視頻監(jiān)控是一大主要部分。另外，隨著人們生活水平的提高，人們的 安全意識也在不斷的加強(qiáng)，家庭防盜、防火日益受到人們的重視，而這也要借助 于視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控需求的不斷增加與目前我國相對落后的視頻監(jiān)控系統(tǒng) 現(xiàn)狀構(gòu)成了尖銳的矛盾。 嵌入式i n t e m e t 技術(shù)的發(fā)展為提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控水平創(chuàng)造了條件。國 內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展勢頭雖然是好的，但監(jiān)控水平仍然不高，提高視頻監(jiān)控系 統(tǒng)的監(jiān)控水平包括許多方面，例如系統(tǒng)能否具有網(wǎng)絡(luò)功能即能否進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、 能否實(shí)時(shí)地得到遠(yuǎn)方被監(jiān)控環(huán)境圖像等等，另外，系統(tǒng)硬件體積的大小、安裝的 方便性、成本的高低及用戶界面的友好程度也是值得考慮的問題。 如何適應(yīng)視頻監(jiān)控的需求，利用i n t e m e t 網(wǎng)絡(luò)和嵌入式i n t e m e t 技術(shù)提高視頻 監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控水平是擺在我們面前的一大課題。 東北大學(xué)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所所研究的網(wǎng)絡(luò)化攝像機(jī)( 為了和傳統(tǒng)的攝像機(jī)區(qū) 別，以后論文中用i p c k m e r a 來代替) 監(jiān)控系統(tǒng)，就是為了解決諸如此類遠(yuǎn)程可視 化的管理的問題而研究、開發(fā)的。它是一種基于嵌入式i n t e m e t 技術(shù)的視頻監(jiān)控 系統(tǒng)，主要是為解決傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控距離受限、不具備網(wǎng)絡(luò)功能、成本高、 不利于大范圍推廣應(yīng)用等問題，使傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有新的意義，真正能夠廣 泛地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)和家庭生活中去。用戶身邊只要有i n t e m e t 即可在任何時(shí)間、 任何地點(diǎn)遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控現(xiàn)場環(huán)境。 2 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章引言 i p c a m e r a 是集視頻壓縮技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式技術(shù)等眾多先 進(jìn)的i t 技術(shù)于一體的數(shù)字?jǐn)z像設(shè)備。i p c a m e r a 內(nèi)置了c c d 晶片、視頻壓縮卡、 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和網(wǎng)卡等設(shè)備，采用嵌入式操作系統(tǒng)，無需計(jì)算機(jī)的協(xié)助便可獨(dú)立工 作。 i p c a m e r a 有它的自己i p 地址，可直接與以太網(wǎng)連接。它支持很多網(wǎng)絡(luò)通信 協(xié)議，如t c p i p 協(xié)議等，局域網(wǎng)上的用戶以及i n t e m e t 上的用戶可以根據(jù)i p 地址 對i p c a m e r a 進(jìn)行訪問，觀看通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)圖像，還可通過對鏡頭、云臺的 控制對目標(biāo)進(jìn)行全方位的監(jiān)控。 i p c a m e m 是專為面向i o i o o m 以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架而設(shè)計(jì)的數(shù)字化視頻壓縮傳輸設(shè) 備，其采用嵌入式i n t e m e t 技術(shù)，具有強(qiáng)大的即時(shí)圖像捕捉和壓縮功能，并可將 壓縮的圖像通過如i n t e m e t 、i n t r a n e t 或普通點(diǎn)對點(diǎn)的線路傳送到你需要的任何地 方。i p c a m e r a 可廣泛應(yīng)用于安防監(jiān)控領(lǐng)域，如軍隊(duì)、交通監(jiān)控、銀行安全監(jiān)控系 統(tǒng)、電力和無人值守系統(tǒng)等許多方面，用以取代傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是一 個(gè)先進(jìn)、高效的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控解決方案。 因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)不同于普通的p c 機(jī)，并且視頻系統(tǒng)不僅僅是顯示現(xiàn)場圖像 而已，它還包括很多控制功能。所以本文提出了該i p c a m e m 的配套軟件，使用戶 能更方便快捷的使用本i p c a m e r a 達(dá)到監(jiān)控目的。 1 3 論文的組織 本論文的內(nèi)容共分為六章。第一章是引言，簡要介紹了本課題的提出及背景； 第二章簡要描述了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展、目前的狀況及其發(fā)展的趨勢，同時(shí)介紹 了軟件設(shè)計(jì)的基本原則；第三章和第四章是本文的核心，在第三章中詳細(xì)介紹了 監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)過程，在第四章中詳細(xì)介紹了軟件的具體實(shí)現(xiàn)；第五章是對本系 統(tǒng)的測試和分析；最后第六章是對全文的總結(jié)和對未來視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的展望。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章視額監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展與軟件設(shè)計(jì)原則 第二章視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展與軟件設(shè)計(jì)原 則 目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)從本地模擬信號的視頻監(jiān)視、基于p c 多媒體卡的視 頻監(jiān)視這兩個(gè)傳統(tǒng)監(jiān)控時(shí)期發(fā)展到了基于嵌入式的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)。隨著計(jì)算技術(shù) 的不斷發(fā)展，未來的視頻監(jiān)控系統(tǒng)更將會朝著普適計(jì)算的方向發(fā)展。 2 1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)意義 用計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控的中心，同時(shí)把多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻技術(shù)應(yīng)用到 監(jiān)控上，已經(jīng)完全超越出傳統(tǒng)監(jiān)控的范疇，這種思想理念帶動(dòng)了高新技術(shù)的發(fā)展 和社會的進(jìn)步，是一次里程碑似的飛越，很具現(xiàn)實(shí)意義。 1 可觀的經(jīng)濟(jì)效益 最先進(jìn)的防范理論加上高新科技成果，結(jié)合功能強(qiáng)大的立體交叉防護(hù)網(wǎng)，將 可破壞程度降低到零點(diǎn)，為監(jiān)控現(xiàn)場提供最安全的保證，使人身和財(cái)產(chǎn)免受不必 要的損失，是一個(gè)企業(yè)發(fā)展和社會進(jìn)步的根本。由于采用計(jì)算機(jī)管理控制，只要 事先設(shè)置好，就可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化管理，從根本上實(shí)現(xiàn)無人職守，以便更好地分 配人力資源，直接或間接帶來的經(jīng)濟(jì)效益是不可估量的。 2 強(qiáng)大的威懾力 安全可靠的監(jiān)控系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)智能化管理，使報(bào)警布局更加趨于合理。計(jì) 算機(jī)將安防工作做得有條不紊，避免了任何疏漏，并充分利用多媒體特性，結(jié)合 實(shí)時(shí)捕捉、視頻報(bào)警、硬盤錄像等技術(shù)，使防范工作更安全，更周到，更方便， 對罪犯起到了強(qiáng)大的威懾力，更能有效地防止犯罪。嚴(yán)密的計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，跨 越地域時(shí)空，實(shí)時(shí)跟蹤每一個(gè)監(jiān)控現(xiàn)場。迅速的反映能力，能更有效地打擊犯罪。 3 減輕保衛(wèi)強(qiáng)度 保衛(wèi)工作看似簡單，但很繁瑣，艱巨，責(zé)任重大。利用視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)的 高度智能化，進(jìn)一步把保衛(wèi)人員從枯燥無味的工作中解脫出來，在提高安全性的 同時(shí)，減輕了工作強(qiáng)度；其獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)功能，免去了領(lǐng)導(dǎo)安全檢查的辛勞。結(jié)合 可視化編程技術(shù)，良好的操作界面，提高操作員的操作興趣，更加有利于人機(jī)配 合監(jiān)視，提高安全性。 4 進(jìn)一步奠定發(fā)展的基礎(chǔ) 二十一世紀(jì)是監(jiān)控系統(tǒng)全面進(jìn)入到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代，廢棄傳統(tǒng)系統(tǒng)，選擇 以計(jì)算機(jī)為核心的多媒體監(jiān)控管理系統(tǒng)，為今后向更高、更遠(yuǎn)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 基于計(jì)算機(jī)，我們可以不斷地將最新、最好的科技引進(jìn)來，更有利于與時(shí)代接軌。 4 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展與軟件設(shè)計(jì)原則 將目前監(jiān)控僅用于安防的目的，向更高更遠(yuǎn)的方面發(fā)展，融合環(huán)境監(jiān)測、消防安 全、自動(dòng)化控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、智能管理等多方面，使之成為一個(gè)整體，相互依托， 勢必會創(chuàng)造出強(qiáng)大的生產(chǎn)力，促進(jìn)企業(yè)的不斷發(fā)展。 2 2 傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng) 傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)和基于p c 多媒體卡的視頻監(jiān)視 的監(jiān)控系統(tǒng)1 3 - 4 1 。 2 2 1 閉路電視監(jiān)控系統(tǒng) 最早期的產(chǎn)品，多以攝像機(jī)與監(jiān)視器( 電視) 一對一的監(jiān)視系統(tǒng)為主，連接 方式是靠視頻電纜一對一直接相連，有多少個(gè)攝像機(jī)就有多少個(gè)監(jiān)視器，沒有任 何技術(shù)含量，攝像機(jī)等監(jiān)視設(shè)備種類比較單一，功能也有限。視頻的傳輸模式基 本采用模擬方式傳輸，一般采用一條電纜連接到中心控制室的方式。在控制方面 大多采用模擬電路與中、小規(guī)模數(shù)字集成電路制成的控制器，通過手動(dòng)方式對鏡 頭和云臺進(jìn)行各種控制。 傳統(tǒng)的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)存在許多局限性：有線模擬視頻信號的傳輸對距離 十分敏感，當(dāng)傳輸距離大于1 0 0 0 米時(shí)，信號容易產(chǎn)生衰耗、畸變、群延時(shí)，并且 易受干擾，使圖像質(zhì)量下降：其次，有線模擬視頻監(jiān)控只能以點(diǎn)對點(diǎn)的方式監(jiān)視 現(xiàn)場，這使得布線工程量極大；模擬視頻信號數(shù)據(jù)的存儲會耗費(fèi)大量的存儲介質(zhì) ( 如錄像帶) ，而且錄像資料的保存和查詢工作十分煩瑣；由于監(jiān)控距離嚴(yán)格受限， 因此監(jiān)控管理員必須在專用的監(jiān)控臺前監(jiān)視現(xiàn)場，對于工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵部分的監(jiān)控， 必須安排多名監(jiān)控管理員2 4 小時(shí)輪流值班，一步也不能離開，這就耗費(fèi)了大量人 員的精力，閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)如圖2 1 所示。 圖2 1 閉路電視監(jiān)控系統(tǒng) f i g ，2 1t h ec l o s e dc i r c u i tt e l e v i s i o no f m o n i t o rs y s t e m 設(shè)備成本十分昂貴，無法大范圍推廣應(yīng)用，個(gè)人家庭更是無力承擔(dān)；技術(shù)含 量較少，不具備網(wǎng)絡(luò)功能，無法利用i n t e m e t 網(wǎng)的巨大便利實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，用戶 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展與軟件設(shè)計(jì)原月一 只能被動(dòng)地接收監(jiān)控報(bào)警信息，無法與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行交互，即無法主動(dòng)地監(jiān)控設(shè) 備，無法根掘?qū)嶋H的需要?jiǎng)討B(tài)地配置設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)。這種系統(tǒng)的落后性顯然與 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和生活中多媒體監(jiān)控要求標(biāo)準(zhǔn)的不斷增加構(gòu)成了尖銳的矛盾，隨著 時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，這種監(jiān)控系統(tǒng)將逐漸退出歷史舞臺。 2 2 2 以p c 機(jī)作為監(jiān)控設(shè)備的前置設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng) 在嵌入式i n t e r n e t 技術(shù)出現(xiàn)以前，有些傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控設(shè)備根據(jù)應(yīng)用的需要 在內(nèi)部嵌入了的微控制器芯片，有些則沒有。但是，即使是嵌入了微控制器芯片 的設(shè)備也沒有網(wǎng)絡(luò)接口。為了擴(kuò)充這些沒有網(wǎng)絡(luò)接口的視頻監(jiān)控設(shè)備的功能，使 它們能夠獲得i p 并接入到i n t c m e t 上，研究人員常采用一臺前置的p c 機(jī)作為 i n t e r n e t 網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器，由它來完成i n t e r a c t 網(wǎng)絡(luò)中t c p i p 協(xié)議和現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備 遠(yuǎn)程監(jiān)控協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，此時(shí)這臺前置p c 機(jī)的作用相當(dāng)于設(shè)備網(wǎng)關(guān)，所有接 入到i n t e m e t 的各種監(jiān)控設(shè)備都是通過這臺前置p c 機(jī)來統(tǒng)一管理的。 這種基于通用p c 機(jī)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以為兩種類型的設(shè)備提供i n t e m e t 接 口，一種是直接連接到前置p c 機(jī)i 0 端口上的設(shè)備；另一種是通過專用接口卡 與前置p c 機(jī)i o 端口連接的設(shè)備口j 。 在第一種情況下，設(shè)備直接連接到前置p c 機(jī)的i o 端口，如r s 4 8 5 接口、 r s 2 3 2 接口、r f 接口、并行口甚至是u s b 接口上，這時(shí)前置p c 機(jī)不需要提供 設(shè)備的專用驅(qū)動(dòng)程序，而只要能夠在通信過程中將客戶端傳送的數(shù)據(jù)幀中的命令 轉(zhuǎn)換成設(shè)備可以識別的格式并寫入到相應(yīng)的端口即可：另一方面能夠?qū)⒍丝诘臓?態(tài)以客戶端可以識別的格式傳送到相應(yīng)的客戶端即可，其基本結(jié)構(gòu)如圖2 2 所示。 圖2 2 設(shè)備直接連接到前置計(jì)算機(jī)的i o 端口 f i g 2 2d e v i c e sa r ed i r e c t l yc o n n e c t e dt oi op o r t so f 1 1 c 但是，由于p c 機(jī)的i o 端口資源是很有限的，對于復(fù)雜的設(shè)備，只利用p c 機(jī)固有的i o 端1 3 是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而且這種做法是不能進(jìn)行控制擴(kuò)展的，有多少 臺設(shè)備上網(wǎng)就需要有多少臺p c 機(jī)作i n t e m e t 接入服務(wù)器，這樣會使成本增加到令 人難以接受的程度。 在第二種情況下，通過專用接口卡將多個(gè)設(shè)備與前置p c 機(jī)連接的方法能在 一定程度上解決這一問題。與前一種情況相比，該技術(shù)相對復(fù)雜一些。與前置p c 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 g _ - 章視額監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展與軟件設(shè)計(jì)原則 機(jī)連接的設(shè)備不僅需要設(shè)備網(wǎng)關(guān)，同時(shí)還需要相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，這樣當(dāng)用戶 端的命令通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換成設(shè)備能夠識別的格式后，通過該驅(qū)動(dòng)程序才能夠正確的 在設(shè)備中執(zhí)行，其基本結(jié)構(gòu)如圖2 3 所示。 圖2 3 設(shè)備通過專用接口卡與葡置p c 機(jī)連接 f i g 2 3d e v i c e sm c o n n e c t e dt oi op o r t so f p cb yas p e c i a li n t e r f a c ec a r d 利用專用接口卡，可以把i n t e r a c t 技術(shù)嵌入到多個(gè)現(xiàn)場的設(shè)備中，只要寫出 嵌入設(shè)備在相應(yīng)平臺下的驅(qū)動(dòng)程序，再根據(jù)該驅(qū)動(dòng)程序完成相應(yīng)的嵌入網(wǎng)關(guān)，這 樣就可以通過i n t e m e t 遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備了。 這種以p c 機(jī)作為監(jiān)控設(shè)備的前置設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)與閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)相比 可以說是有了很大的進(jìn)步，具備了網(wǎng)絡(luò)功能，因此監(jiān)控的距離得到了擴(kuò)大，監(jiān)控 水平有了較大的提高，但在這種方式中，由于有前置p c 機(jī)的存在而使設(shè)備成本 仍然較高、體積較大，不利于大范圍的推廣，而且在某些場合，如現(xiàn)場中的干擾 比較嚴(yán)重時(shí)p c 機(jī)可能無法正常工作，畢竟p c 機(jī)不是為適應(yīng)視頻監(jiān)控任務(wù)而專門 設(shè)計(jì)的，而此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、可用性都將大打折扣。 2 3 嵌入式i n t e r n e t 技術(shù)及其在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 嵌入式i n t c r n e t 技術(shù)是一種設(shè)備接入技術(shù)，借助于該技術(shù)，用戶可以對接入 到i n t e m e t 上的各種非i n t e r n e t 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理及維護(hù)等操作，從 而使各種非i n t e m e t 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備具有上網(wǎng)的能力。 從某種意義上說，嵌入式i n t e m e t 技術(shù)放大了人們的感知，它將使得我們的 地球變成了一個(gè)“地球村”，一個(gè)具有電子化皮膚的“地球生物”。 嵌入式系統(tǒng)的研究主要有三個(gè)方向：( 1 ) 嵌入式應(yīng)用的研究；( 2 ) 嵌入式操 作系統(tǒng)的研究；( 3 ) 嵌入式軟件開發(fā)平臺的研究。本文中的系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)在 視頻監(jiān)控領(lǐng)域中的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，嵌入式i n t e m e t 技術(shù)應(yīng)用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可 以提高傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控水平，使其具備網(wǎng)絡(luò)功能，即用戶可以遠(yuǎn)程可視 化監(jiān)控現(xiàn)場中的各種情況。 基于前置p c 機(jī)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)之所以不能廣泛的被應(yīng)用，很大的原因在于 它的控制模塊( 即p c 機(jī)) 的體積太大，在一些大型的設(shè)備監(jiān)控上還可以發(fā)揮作 用，但如果只是簡單的監(jiān)控一些小型的設(shè)備，就給人一種大炮打蚊子的感覺，不 僅成本不能夠接受，而且在有些場合下這種監(jiān)控方式是根本應(yīng)用不了的。 7 董苧苧蘭型堡笙查 墨三主墊塹些墊墨竺塑壟墾量墊竺堡鹽墾型 由于嵌入式i n t e m e t 技術(shù)的應(yīng)用，控制模塊的體積可以做得很小，例如象火 柴盒或一枚一元硬幣那樣的大小，完全可以嵌入到現(xiàn)場的視頻監(jiān)控設(shè)備中去，而 且基于嵌入式i n t e m e t 技術(shù)的嵌入式控制模塊是針對具體應(yīng)用場合的專用系統(tǒng)， 因此，可以完全適應(yīng)某些現(xiàn)場的惡劣環(huán)境條件，不易受干擾的影響，可以長期穩(wěn) 定的工作?？梢?，嵌入式i n t e m e t 技術(shù)在促進(jìn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)性能提高方面是功不 可沒的。 2 4 目前國內(nèi)外嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 國外一些發(fā)達(dá)國家由于嵌入式i n t e m e t 技術(shù)起步較早，發(fā)展時(shí)間較長，因此 基于嵌入式i n t e m e t 技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控水平相對較高。 典型的產(chǎn)品有瑞典a x i s 公司的a x i s 系列多媒體監(jiān)控系統(tǒng)。作為網(wǎng)絡(luò)周邊 設(shè)備發(fā)展的領(lǐng)導(dǎo)者，a x i s 公司把在瘦服務(wù)器( t h i ns e r v e r ) 方面的領(lǐng)先技術(shù)應(yīng)用 到多媒體監(jiān)控領(lǐng)域，向客戶提供了簡單易用，穩(wěn)定可靠的a x i s 2 1 0 0 、a x i s 2 4 0 0 等基于w e b 服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控產(chǎn)品。每個(gè)a x i s 多媒體監(jiān)控產(chǎn)品都是一個(gè)高性能 的w e b 服務(wù)器。該系列多媒體監(jiān)控產(chǎn)品為在網(wǎng)絡(luò)上遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備提供了 一條簡捷之路。與傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控不同( 需要專用的監(jiān)視器和花費(fèi)昂貴的同軸電 纜) ，a x i s 可將視頻監(jiān)控設(shè)備直接連入以太網(wǎng)、i n t r a n e t ，甚至是i n t e m e t 。被授 權(quán)的用戶通過w e b 瀏覽器就可以在任何地方監(jiān)控現(xiàn)場。a x i s 是一種既容易安裝 又容易使用的產(chǎn)品，它相對低廉的投資花費(fèi)使得它在加強(qiáng)用戶的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中 成為一個(gè)全能的角色。 國內(nèi)嵌入式i n t e m e t 技術(shù)起步較晚，發(fā)展時(shí)間較短，但發(fā)展速度較快。 北京黃金眼科技有限公司研制的黃金眼系列視頻監(jiān)控系統(tǒng)它是集圖像數(shù)據(jù)采 集和控制系統(tǒng)于一體的軟、硬件平臺，客戶可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求，利用嵌入式 組態(tài)軟件和硬件板卡快速組建視頻監(jiān)控系統(tǒng)，滿足視頻監(jiān)控要求。它的硬件使用 模塊化、產(chǎn)品化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軟件使用嵌入式組態(tài)軟件，保障系統(tǒng)的安全性和可靠 性，真正達(dá)到以應(yīng)用為中心，軟硬件可升級和擴(kuò)展。 本文中的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以部隊(duì)項(xiàng)目為背景而研制開發(fā)的，部隊(duì)項(xiàng)目 要求產(chǎn)品可靠性，安全性等等，因而具有一些獨(dú)自的功能和特點(diǎn)，這將在后文中 作詳細(xì)的介紹。 2 5 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)勢分析 1 實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控 該系統(tǒng)毋需專用的監(jiān)控主機(jī)或p c 機(jī)，直接接入l a n 或通過a d s l 接入即可 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的本地監(jiān)控或遠(yuǎn)程監(jiān)控；網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性使得監(jiān)控的實(shí)時(shí)性成為可能。便 捷的遠(yuǎn)程訪問圖像和視頻流，節(jié)省時(shí)間和專程往返的費(fèi)用，基于方便和或安全的 - 8 查! ! 壟蘭絲主芏堡壘查 苧三主墊塑些苧墨墊魚叁墾皇鑒堡堡堡堡型 考慮，圖像可以進(jìn)行自動(dòng)遠(yuǎn)程存儲。 2 卓越的性價(jià)比 該系統(tǒng)具備傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的功能，同時(shí)可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)控，而價(jià) 格與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)相比具有很大的優(yōu)勢。到目前為止，普通網(wǎng)絡(luò)圖像解決方案通 常都需要復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到p c ，附加軟件和硬件，工作站，有時(shí)還有視頻電纜 系統(tǒng)。i p c a m e r a 令人稱道的是它的視頻監(jiān)控能力和其獨(dú)特的高性能的r i s c 芯片， 能夠在1 0 1 0 0 m 網(wǎng)絡(luò)上以每秒3 0 幀( 目前為1 5 幀秒) 的速度傳送高質(zhì)量的動(dòng)態(tài) 圖像。此系統(tǒng)所需設(shè)備極其簡單，系統(tǒng)的控制全由后端的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，省去了 傳統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)中的大量設(shè)備，如昂貴的矩陣、畫面分割器、切換器等。由于 圖像的傳輸通過綜合布線網(wǎng)絡(luò)，省去了大量的視頻同軸電纜，降低了費(fèi)用。 3 簡捷安裝和管理方式 該系統(tǒng)配備網(wǎng)絡(luò)饋電盒，直接通過網(wǎng)線為攝像頭饋電，無須布電源線，極大 地簡化了安裝程序和施工難度。統(tǒng)功能強(qiáng)大、使用靈活，使用計(jì)算機(jī)硬盤全數(shù)字 化錄像方便于保存和檢索。無需更換磁帶。提供回放和搜索功能，優(yōu)于模擬系統(tǒng) 中相應(yīng)功能。在網(wǎng)絡(luò)中的每一臺計(jì)算機(jī)，只要安裝了客戶端的軟件，給予相應(yīng)的 權(quán)限就可成為監(jiān)控工作站。 4 優(yōu)秀擴(kuò)展能力 該系統(tǒng)可在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境許可下，極大限度的擴(kuò)充攝像頭的數(shù)量，而無須煩瑣的 配套工作。用戶可以在任何時(shí)候方便快捷地將新的i p c a r n e r a 添加到網(wǎng)絡(luò)中。 只要有網(wǎng)絡(luò)的地方增加監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備就可擴(kuò)展新的監(jiān)控點(diǎn)。 5 先進(jìn)性 該系統(tǒng)利用現(xiàn)有的綜合布線網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)所需的前 端設(shè)備少，連線簡潔；后端僅需套軟件系統(tǒng)即可。 6 可靠性 該系統(tǒng)的主要設(shè)備i p c 鋤, m 和網(wǎng)絡(luò)攝像服務(wù)器都采用了嵌入式實(shí)時(shí)操作系 統(tǒng)，所需設(shè)備簡單，而圖像的傳輸是通過綜合布線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)的可靠性是 相當(dāng)高的。 7 安全性 該系統(tǒng)設(shè)置了不同等級的使用者權(quán)限，僅有最高級權(quán)限的用戶才可對整個(gè)系 統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置或更改。圖像數(shù)據(jù)的存儲是專有的格式。 8 使用及維護(hù)性 該系統(tǒng)的安裝極其簡單，軟件系統(tǒng)的安裝及使用也非常易懂。在維護(hù)性方面， 系統(tǒng)的接線十分簡潔，而主要設(shè)備的可靠性很高，維護(hù)性能好，維護(hù)費(fèi)用低，而 且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)由網(wǎng)絡(luò)提供商維護(hù)，前端設(shè)備是即插即用、免維護(hù) 查! ! 壟生堡主蘭堡壘查 苧三主墊塑些墨墨墊塑查墾皇整堡墾莖墨型 系統(tǒng)。 2 6 未來視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向 i b m 在1 9 9 9 年創(chuàng)造了一個(gè)名詞“普適計(jì)算”( 又叫“普及計(jì)算”， u b i q u i t o u sc o m p u t i n g ) ?！捌者m計(jì)算”指的就是，“無論何時(shí)何地，只要您需要， 就可以通過某種設(shè)備訪問到所需的信息”，即把計(jì)算機(jī)嵌入到環(huán)境或日常工具中 去，讓計(jì)算機(jī)本身從人們的視線中消失，讓人們的注意力回歸到要完成的任務(wù)本 身。有人預(yù)言，在不遠(yuǎn)的將來普適計(jì)算必將得到廣泛的應(yīng)用，那時(shí)，各種具有計(jì) 算和聯(lián)網(wǎng)能力的設(shè)備將變得像現(xiàn)在的水、電、紙、筆一樣，隨手可得，人與計(jì)算 機(jī)的關(guān)系將發(fā)生革命性的改變，變成一對多、一對數(shù)十甚至數(shù)百，同時(shí)，使用計(jì) 算機(jī)的人既有具備一定計(jì)算機(jī)知識的專業(yè)人員，同時(shí)也包括普通的老百姓。那時(shí) 的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)必將是基于普適計(jì)算的系統(tǒng)，其監(jiān)控水平將更高，使用起來將 更方便。 那么，什么是普適計(jì)算呢? 通俗來講，普適計(jì)算的含義十分廣泛，所涉及到 的技術(shù)包括移動(dòng)通信技術(shù)、小型計(jì)算設(shè)備制造技術(shù)、小型計(jì)算設(shè)備上的操作系統(tǒng) 技術(shù)及軟件技術(shù)等。普適計(jì)算是指無所不在的、隨時(shí)隨地可以進(jìn)行計(jì)算的一種方 式：主要針對移動(dòng)設(shè)備，比如信息家電或某種嵌入式設(shè)備，如掌上電腦、b p 機(jī)、 車載智能設(shè)備、筆記本計(jì)算機(jī)、手表、智能卡、智能手機(jī)( 具有掌上電腦的一部 分功能) 、機(jī)頂盒、p o s 銷售機(jī)、屏幕電話( 除了普通話機(jī)的功能還可以瀏覽因 特網(wǎng)) 等新一代智能設(shè)備。普適計(jì)算設(shè)備可以一直或間斷地連接著網(wǎng)絡(luò)。與 i n t e m e t 、i n t r a n e t 及e x t r a n e t 連接，使用戶能夠隨時(shí)隨地獲取相關(guān)的各種信息，并 做出回應(yīng)。用戶可以通過使用各種各樣的普適計(jì)算設(shè)備訪問后臺數(shù)據(jù)、應(yīng)用和服 務(wù)。無論使用何種普適計(jì)算設(shè)備，用戶將能輕易地訪問信息，得到服務(wù)。普適計(jì) 算降低了設(shè)備使用的復(fù)雜性，幫助提高在外辦公人員的效率和人們的日常生活水 平【6 1 。 普適計(jì)算是一種新興的計(jì)算模式，與傳統(tǒng)的計(jì)算模式相比有很大的不同，對 設(shè)備硬件、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等的要求均有別于以往的計(jì)算模式。普適計(jì)算最 顯著的特點(diǎn)是計(jì)算的不可視性。以往的計(jì)算模式注重的是計(jì)算本身，人們的注意 力往往集中在計(jì)算機(jī)上而不是任務(wù)本身上，這是不正確的方向。普適計(jì)算的不可 視性把人們的注意力又重新拉回到任務(wù)本身上，計(jì)算是嵌入在任務(wù)里面的，對用 戶體現(xiàn)出不可視性，這樣，用戶可以更好地集中精力去完成任務(wù)，這才是正確的 方向。 嵌入式i n t e m e t 技術(shù)的發(fā)展使普適計(jì)算的深度和廣度不斷擴(kuò)大，為提高視頻 監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控水平提供了巨大的可能性。 未來的基于普適計(jì)算的監(jiān)控系統(tǒng)由于成本大幅度的下降而得到廣泛的應(yīng)用， 一1 0 塑! 查蘭翌圭蘭堡壘墨 塹三主墊塑些絲墨竺塑叁墾量竺竺堡莖墾型 不僅在工業(yè)、電力、金融等部門中得到大量的使用，而且也將大范圍的應(yīng)用在智 能樓宇、個(gè)人家庭中，使普通老百姓也能從中受益。 2 7 軟件模型設(shè)計(jì)原則 開發(fā)軟件是為了供別人使用，沒有人使用的軟件只是沒有意義的數(shù)據(jù)的集合 而已。許多在軟件方面很有成就的行家在他們事業(yè)的初期卻表現(xiàn)平平，因?yàn)樵谀?個(gè)時(shí)候?qū)⒅饕Χ技性诩夹g(shù)上。顯然，構(gòu)件( c o m p o n e n t s ) ，e j b ( e n t e r p r i s e j a v ab e a n s ) 和代理( a g e n t ) 是很有趣的東西。但是對于用戶來說，如果設(shè)計(jì)的 軟件很難使用或者不能滿足他們的需求，后臺用再好的技術(shù)也于事無補(bǔ)。多花點(diǎn) 時(shí)間到軟件需求和設(shè)計(jì)一個(gè)使用戶能很容易理解的界面上。好的軟件設(shè)計(jì)人員把 大多數(shù)時(shí)間花費(fèi)在建立系統(tǒng)模型上，偶爾寫一些源代碼，但那只不過是為了驗(yàn)證 設(shè)計(jì)過程中所遇到的問題。這將使設(shè)計(jì)方案更加可行，如果沒有任何需求，就不 要?jiǎng)邮珠_發(fā)任何軟件。成功的軟件取決于時(shí)間( 在用戶要求的時(shí)間內(nèi)完成) 、預(yù)算 和是否滿足用戶的需求。如果不能確切知道用戶需要的是什么，或者軟件的需求 定義，那么工程注定會失敗。o b j e c tt o o l s m i t h s 公司的d o u gs m i t h 說：“分析是 一門科學(xué)，設(shè)計(jì)是一門藝術(shù)”，意思是說在眾多的“正確”分析模型中只存在一個(gè) 最“正確”分析模型可以完全滿足解決某個(gè)具體問題的需要。如果需求經(jīng)常改動(dòng)， 很可能是沒有作好需求分析，并不是需求真的改變了，需求真正改變的情況很少， 但是沒有做好需求分析工作的理由卻很多。 高耦合度的系統(tǒng)是很難維護(hù)的。一處的修改引起另一處甚至更多處的變動(dòng)。 可以通過以下方法降低程序的耦合度：隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，強(qiáng)制構(gòu)件接口定義，不使 用公用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不讓應(yīng)用程序直接操作數(shù)據(jù)庫。耦合度低的軟件可以很容易被 重用、維護(hù)和擴(kuò)充。如果一個(gè)軟件的模塊只實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，那么該模塊具有高內(nèi) 聚性。高內(nèi)聚性的軟件更容易維護(hù)和改進(jìn)。判斷一個(gè)模塊是否有高的內(nèi)聚性，看 一看是否能夠用一個(gè)簡單的句子描述它的功能就行了。如果用了一段話或者需要 使用類似“和”、“或”等連詞，則說明需要將該模塊細(xì)化。只有高內(nèi)聚性的模塊 才可能被重用。 移植是軟件開發(fā)中一項(xiàng)具體而又實(shí)際的工作，不要相信某些軟件工具的廣告 宣傳。即使僅僅對軟件進(jìn)行常規(guī)升級，也要把這看得和向另一個(gè)操作系統(tǒng)或數(shù)據(jù) 庫移植一樣重要。記得從1 6 位w i n d o w s 移植到3 2 位w i n d o w s 的“樂趣”嗎? 當(dāng)使用了某個(gè)操作系統(tǒng)的特性，如它的進(jìn)程問通信( i p c ) 策略，或用某數(shù)據(jù)庫 專有語言寫了存儲過程。軟件和那個(gè)特定的產(chǎn)品結(jié)合度就已經(jīng)很高了。好的軟件 設(shè)計(jì)者把那些特有的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)打包隱藏起來，所以當(dāng)那些特性該變的時(shí)候，僅僅 需要更新那個(gè)包就可以了。將所有系統(tǒng)將可能發(fā)生的變化以及潛在需求記錄下來， 以便將來能夠?qū)崿F(xiàn)通過在建模期間考慮這些假設(shè)的情況，就有可能開發(fā)出足夠強(qiáng) 1 1 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展與軟件設(shè)計(jì)原則 壯且容易維護(hù)的軟件，設(shè)計(jì)強(qiáng)壯的軟件是最基本的目標(biāo)。 i n t e m e t 帶給最大的教訓(xùn)是必須在軟件開發(fā)的最初階段就考慮軟件規(guī)模的可 擴(kuò)充性。今天只有1 0 0 人的部門使用的應(yīng)用程序，明天可能會被有好幾萬人的組 織使用，下個(gè)月通過因特網(wǎng)可能會有幾百萬人使用它。在軟件設(shè)計(jì)的初期，根據(jù) 在用例模型中定義的必須支持的基本事務(wù)處理，確定軟件的基本功能。然后，在 建造系統(tǒng)的時(shí)候再逐步加入比較常用的功能。在設(shè)計(jì)的開始考慮軟件的規(guī)模需求， 避免在用戶群突然增大的情況下，重寫軟件。 關(guān)注軟件設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素性能，這好像也是用戶最關(guān)心的事情。 一個(gè)性能不佳的軟件將不可避免被重寫，設(shè)計(jì)還必須具有可靠性，可用性，便攜 性和可擴(kuò)展性。應(yīng)該在工程開始就應(yīng)該定義并區(qū)分好這些因素，以便在工作中恰 當(dāng)使用。性能可以是，也可以不是優(yōu)先級最高的因素，給每個(gè)設(shè)計(jì)因素應(yīng)有的考 慮【7 1 。 “u m lu s e rg u i d e ”中指出，在開發(fā)階段的早期就定義軟件模塊之間的接口。 這有助于開發(fā)人員全面理解軟件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)并取得一致意見，讓各模塊開發(fā)小組 相對獨(dú)立的工作。一旦模塊的接口確定之后，模塊怎樣實(shí)現(xiàn)就不是很重要了。從 根本上說，如果不能夠定義模塊“從外部看上去會是什么樣子”，肯定也不清楚模 塊內(nèi)要實(shí)現(xiàn)什么。 在軟件開發(fā)中沒有捷徑可以走?？s短在需求分析上花的時(shí)間，結(jié)果只能是開 發(fā)出來的軟件不能滿足用戶的需求，必須被重寫。在軟件建模上每節(jié)省一周，在 將來的編碼階段可能會多花幾周時(shí)間，因?yàn)樵谌嫠伎贾熬蛣?dòng)手寫程序。為了 節(jié)省一天的測試時(shí)間而漏掉了一個(gè)b u g ，在將來的維護(hù)階段，可能需要花幾周甚 至幾個(gè)月的時(shí)間去修復(fù)。與其如此，還不如重新安排一下項(xiàng)目計(jì)劃。避免走捷徑， 只做一次做對。在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)先建立一個(gè)技術(shù)原型，或者稱為“端到端”原 型，以證明設(shè)計(jì)是能夠工作的。應(yīng)該在開發(fā)工作的早期做這些事情，因?yàn)?，如?軟件的設(shè)計(jì)方案是不可行的，在編碼實(shí)現(xiàn)階段無論采取什么措施都于事無補(bǔ)。技 術(shù)原型將證明設(shè)計(jì)的可行性，從而將更容易獲得支持。 目前，有大量現(xiàn)成的分析和設(shè)計(jì)模式以及問題的解決方案可以使用。一般來 說，好的模型設(shè)計(jì)和開發(fā)人員，都會避免重新設(shè)計(jì)已經(jīng)成熟的并被廣泛應(yīng)用的東 西。目前有很多種類的模型可以使用，用例捕獲的是系統(tǒng)行為需求，數(shù)據(jù)模型則 描述支持一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)構(gòu)成?？赡軙噲D在用例中加入實(shí)際數(shù)據(jù)描 述，但是，這對開發(fā)者不是非常有用。同樣，數(shù)據(jù)模型對描述軟件需求來說是無 用的。每個(gè)模型在建模過程中有其相應(yīng)的位置，但是需要明白在什么地方，什么 時(shí)候使用它們。當(dāng)收集需求的時(shí)候，考慮使用用例模型，用戶界面模型和領(lǐng)域級 的類模型。當(dāng)設(shè)計(jì)軟件的時(shí)候，應(yīng)該考慮制作類模型，順序圖、狀態(tài)圖、協(xié)作圖 1 2 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展與軟件設(shè)計(jì)原即 和最終的軟件實(shí)際物理模型。程序設(shè)計(jì)人員應(yīng)該慢慢意識到，僅僅使用一個(gè)模型 而實(shí)現(xiàn)的軟件要么不能夠很好地滿足用戶的需求，要么很難擴(kuò)展。 如果測試對軟件來說是無所謂的，那么軟件多半也沒什么必要被開發(fā)出來。 建立一個(gè)技術(shù)原型供技術(shù)評審使用，以檢驗(yàn)軟件模型。在軟件生命周期中，越晚 發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤越難修改，修改成本越昂貴。盡可能早的做測試是很值得的。不值得 歸檔的工作往往也不值得做。歸檔設(shè)想，以及根據(jù)設(shè)想做出的決定；歸檔軟件模 型中很重要但不很明顯的部分。給每個(gè)模型一些概要描述以使別人很快明白模型 所表達(dá)的內(nèi)容。如果有人說“使用某種開發(fā)語言、某個(gè)工具或某某技術(shù)，就不需 要再做需求分析，建模，編碼或測試”。不要相信，這只說明他還缺乏經(jīng)驗(yàn)。拋開 技術(shù)和人的因素，實(shí)際上軟件開發(fā)的基本原理自2 0 世紀(jì)7 0 年代以來就沒有改變 過，必須還定義需求、建模、編碼、測試、配置、面對風(fēng)險(xiǎn)、發(fā)布產(chǎn)品和管理工 作人員等等。 1 3 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章網(wǎng)絡(luò)化攝像機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì) 第三章