客戶機(jī)_服務(wù)器架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng) - 副本

1、1視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成、工作原理傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)由前端視頻采集系統(tǒng)、模擬視頻傳輸系統(tǒng)、視頻顯示及記錄回放系統(tǒng)組成。前端視頻采集系統(tǒng)一般由攝像機(jī)、云臺(tái)、云臺(tái)解碼器等組成,其主要功能是把視頻圖像采集轉(zhuǎn)換為模擬視頻電信號(hào),同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)、鏡頭變倍等輔助動(dòng)作。模擬視頻傳輸系統(tǒng)使用視頻傳輸線路和設(shè)備直接傳輸模擬視頻信號(hào),傳輸線路有同軸電纜、雙絞線等,傳輸設(shè)備有視頻放大器等。云臺(tái)、鏡頭的控制信號(hào)也通過(guò)模擬視頻傳輸系統(tǒng)使用RS485等通訊協(xié)議進(jìn)行反向傳輸。視頻顯示及存儲(chǔ)回放系統(tǒng)使用視頻矩陣、監(jiān)視器等設(shè)備實(shí)時(shí)顯示視頻圖像,同時(shí)用硬盤(pán)錄像機(jī)記錄、回放視頻。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與視頻監(jiān)控技術(shù)的進(jìn)步,出現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)

2、絡(luò)化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)由前端視頻采集系統(tǒng)、模擬視頻傳輸系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸系統(tǒng)、數(shù)字化視頻顯示系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻記錄回放系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻客戶端等組成,如圖1所示。其中前端視頻采集系統(tǒng)、模擬視頻傳輸系統(tǒng)的組成與功能和傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)是一樣的。網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器把模擬視頻信號(hào)采樣壓縮成數(shù)字視頻信號(hào),送入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸,也可存儲(chǔ)在服務(wù)器本地。網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器還從網(wǎng)絡(luò)接收云臺(tái)、鏡頭的遠(yuǎn)程控制信號(hào),對(duì)前端攝像機(jī)進(jìn)行控制。有時(shí)會(huì)省略模擬視頻傳輸系統(tǒng),在前端攝像機(jī)處集成了網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器,因?yàn)檫@樣的設(shè)備往往采用TCP /IP 協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸,因此常被稱為IP 攝像機(jī)。網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸系

3、統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸數(shù)字視頻信號(hào),因數(shù)據(jù)量較大,對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬有較高要求。數(shù)字化的視頻顯示系統(tǒng)利用硬件或軟件解碼設(shè)備(稱為數(shù)字視頻矩陣,把從網(wǎng)絡(luò)接收到的壓縮數(shù)字視頻信號(hào)流解碼為模擬視頻,再用監(jiān)視器等設(shè)備顯示出來(lái)。網(wǎng)絡(luò)視頻記錄回放系統(tǒng)使用視頻文件服務(wù)器把從網(wǎng)絡(luò)接收到的壓縮的數(shù)字視頻信號(hào)存儲(chǔ)在服務(wù)器的硬盤(pán)等存儲(chǔ)設(shè)備上,同時(shí)還提供網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程錄像檢索、回放等服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)視頻客戶端可以是一臺(tái)多媒體電腦,它直接接入或通過(guò)Internet 遠(yuǎn)程接入到視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)上,使用網(wǎng)絡(luò)視頻客戶端軟件或直接用WEB 瀏覽器,就可以訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)視頻記錄回放系統(tǒng)等,可觀看實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面,也可以調(diào)取視頻監(jiān)控錄像,還可以通

4、過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器操縱前端的云臺(tái)、鏡頭。2客戶機(jī)/服務(wù)器(C /S 架構(gòu)客戶機(jī)/服務(wù)器(Client /Server ,簡(jiǎn)稱C /S 在物理上是分布式系統(tǒng),但在邏輯卻是一個(gè)整體。它由客戶機(jī)、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)連接支持部分組成。其中,客戶機(jī)是面向最終用戶的一個(gè)應(yīng)用程序或接口設(shè)備,它可向別的設(shè)備或應(yīng)用程序提出服務(wù)請(qǐng)求,并把服務(wù)返回的信息處理后顯示給最終用戶;服務(wù)器則是服務(wù)的提供者,它常包含數(shù)據(jù)庫(kù)和通信設(shè)備,為客戶機(jī)的請(qǐng)求提供服務(wù);網(wǎng)絡(luò)連接支持部分是用來(lái)連接客戶機(jī)與服務(wù)器的部分,如網(wǎng)絡(luò)連接、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、應(yīng)用接口等。與傳統(tǒng)的單機(jī)結(jié)構(gòu)和主機(jī)/終端結(jié)構(gòu)相比,C /S 結(jié)構(gòu)具有實(shí)現(xiàn)資源共享、信息處理更快速等優(yōu)點(diǎn)。3C

5、 /S 架構(gòu)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于C /S 結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)有大量的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用了C /S 結(jié)構(gòu)。在C /S 結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,作為服務(wù)器的設(shè)備有:網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器,它提供攝像機(jī)實(shí)時(shí)視頻預(yù)覽服務(wù)和攝像機(jī)云臺(tái)、鏡頭遠(yuǎn)程控制服務(wù)等;網(wǎng)絡(luò)視頻記錄、回放服務(wù)器,它提供數(shù)字視頻存儲(chǔ)服務(wù)和遠(yuǎn)程錄像檢索、回放服務(wù)等。作為客戶機(jī)的設(shè)備有:網(wǎng)絡(luò)視頻顯示系統(tǒng)、多媒體視頻終端等,它們向網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器發(fā)出實(shí)時(shí)視頻預(yù)覽請(qǐng)求,然后把攝像機(jī)的實(shí)時(shí)視頻顯示給用戶;它們還可以向網(wǎng)絡(luò)視頻記錄、回放服務(wù)器發(fā)出錄像查詢、下載、回放等服務(wù)請(qǐng)求,然后顯示錄像查詢結(jié)果,下載、回放錄像。而網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸線路、設(shè)備及相關(guān)的網(wǎng)

6、絡(luò)視頻傳輸協(xié)議則構(gòu)成了C /S 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接支持部分,把網(wǎng)絡(luò)視頻客戶機(jī)和服務(wù)器連接在一起。4遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中C /S 架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)4.1音視頻數(shù)字信號(hào)的壓縮編解碼由于網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸?shù)氖菙?shù)字視頻信號(hào),因此要把模擬的視頻信號(hào)采樣為ITU -R BT.601規(guī)定的YCbCr422格式的數(shù)字視頻信號(hào)。通常用專用芯片來(lái)采樣,其關(guān)鍵部分是ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換器。因未壓縮的視頻信號(hào)的數(shù)據(jù)量極大,所以若要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)字視頻,必須對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮。視頻信號(hào)一般采用MPEG 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮,最新的H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn),是MPEG -4的PART10。4.2視頻信號(hào)的存儲(chǔ)、檢索、回放經(jīng)過(guò)了壓縮的視頻

7、信號(hào)仍為海量數(shù)據(jù),必須采用大容量、高速度、高可靠性的硬盤(pán)或磁盤(pán)陣列來(lái)記錄。用于存放數(shù)字錄像并提供錄像檢索回放服務(wù)的電腦主機(jī)稱為錄像文件服務(wù)器。為便于視頻的本機(jī)與網(wǎng)絡(luò)檢索回放,同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)高效率的自動(dòng)覆蓋錄像,在錄像文件服務(wù)器上往往有一個(gè)錄像文件索引數(shù)據(jù)庫(kù),其中保存了視頻錄像文件在磁盤(pán)上的存儲(chǔ)位置索引以及錄像的類型、時(shí)長(zhǎng)等信息。在用戶檢索錄像時(shí),客戶端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向錄像文件服務(wù)器發(fā)出錄像檢索請(qǐng)求,服務(wù)器使用錄像文件索引數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)查詢錄像文件的錄像時(shí)間等信息,然后把檢索結(jié)果返回給客戶端,客戶端把檢索結(jié)果顯示給用戶。用戶選擇要回放的錄像后,同樣由客戶端向服務(wù)器發(fā)出錄像回放請(qǐng)求,服務(wù)器收到請(qǐng)求后,使用錄像文

8、件索引數(shù)據(jù)庫(kù)找到要回放的錄像文件在磁盤(pán)上的存儲(chǔ)位置,然后建立網(wǎng)絡(luò)連接把錄像文件傳送給客戶端,客戶端把錄像回放給用戶。因?yàn)殇浵窕胤艜r(shí)用戶關(guān)心的是錄像回放的流暢性,因此要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性,而并不十分強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延問(wèn)題。因此,在視頻回放時(shí)常用圖1網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)探討Jishu Tantao客戶機(jī)/服務(wù)器架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)吳文捷(云南省昆明市煤炭供銷總公司,云南昆明650011摘要:介紹了網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成及工作原理,客戶機(jī)/服務(wù)器(C /S 架構(gòu),探討了使用C /S 架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵詞:視頻監(jiān)控;網(wǎng)絡(luò);客戶機(jī)/服務(wù)器IP 攝像機(jī)攝像機(jī)云臺(tái)云臺(tái)解碼器

9、模擬視頻傳輸設(shè)備模擬視頻傳輸設(shè)備模擬視頻傳輸線路網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸系統(tǒng)前端視頻采集系統(tǒng)模擬視頻傳輸系統(tǒng)數(shù)字視頻矩陣視頻矩陣監(jiān)視器電視墻數(shù)字化視頻顯示系統(tǒng)錄像文件服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)視頻記錄回放系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)視頻客戶端Internet64所以,電動(dòng)機(jī)扭矩:M s =J s 。由已知可知I =1.5M s 。即至此已求得電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流依賴于可觀測(cè)量主軸的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)模型:I i =1.5J s (i +1-i /t(8可得電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流:I =174.6882A 。3.5問(wèn)題(4求解當(dāng)試驗(yàn)臺(tái)模擬時(shí)的初始角速度與路試時(shí)的一致時(shí),只要保證試驗(yàn)臺(tái)上每一時(shí)刻的角加速度與路試時(shí)的值一致,就可以認(rèn)為模擬的控制方法就

10、是合理的。就要求電機(jī)補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)慣量與機(jī)械慣量之和與路試時(shí)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相等。在制動(dòng)過(guò)程中,制動(dòng)器吸收的機(jī)械能為:E =1J v (22-21(9式中,1為制動(dòng)開(kāi)始時(shí)刻制動(dòng)主軸角速度;2為制動(dòng)結(jié)束時(shí)刻制動(dòng)主軸角速度。在試驗(yàn)臺(tái)上,J v 的一部分由固定飛輪得到,另一部分J s ,J s =J v -J m 由電機(jī)產(chǎn)生。即:E =t 1t 2M dt =E m +E s =t 1t 2M s dt +t 1t 2M m dt(10由于角加速度a 都相同,即:J v a =J m a +J s a (11由于:M v =M s +M m (12J s v =M sv(13整理可得:M s =(J v

11、-J m J mM m (14理想狀態(tài)下,主軸的角加速度應(yīng)與路試時(shí)的角加速度一致。因?yàn)橹鬏S和飛輪的扭矩是可觀測(cè)的,那么,我們就可以求出理想狀態(tài)下主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。根據(jù)公式14,就可得到理想狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)輸出的扭矩。根據(jù)已知,電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流與扭矩成1.5倍,就可以得到理想狀態(tài)下的輸出電流。而事實(shí)上,主軸的瞬時(shí)角加速度往往與理想值存在誤差。由于主軸的瞬時(shí)角速度是可觀測(cè)的,在采樣間隔時(shí)間極短的情況下,我們可以認(rèn)為主軸的瞬時(shí)角加速度是不變的。由此可以得到主軸實(shí)際的角加速度。又因?yàn)橹鬏S的瞬時(shí)力矩是可觀測(cè)的,由此,我們就可以得到主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由公式14,我們可以得到電機(jī)實(shí)際輸出的扭矩,也就能得到電機(jī)實(shí)

12、際輸出的電流。為得到下一時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)電流值,可以采用PID 參數(shù)模糊自整定算法對(duì)電流值進(jìn)行調(diào)整。P 為比例系數(shù),I 為積分系數(shù),D 為微分系數(shù),PID 算法就是實(shí)驗(yàn)調(diào)整PID 3個(gè)參數(shù)。將給定a 0(t 轉(zhuǎn)換為理想J 0(t ,將實(shí)際a (t 轉(zhuǎn)換為實(shí)際電機(jī)補(bǔ)償轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J s (t ,其差值e (t =J 0(t -J s (t 。經(jīng)過(guò)PID 控制器調(diào)整后輸出電流控制信號(hào)I (t ,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)改變其補(bǔ)償轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。4結(jié)語(yǔ)本文給出了制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)控制方法的數(shù)學(xué)模型?？紤]到剎車(chē)過(guò)程中汽車(chē)的機(jī)械慣量變化和摩擦阻力等問(wèn)題,計(jì)算出所需補(bǔ)償?shù)碾姂T量,并得到電流與試驗(yàn)臺(tái)主軸轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系。再通過(guò)PID 算法,可以根

13、據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋到輸入端,控制驅(qū)動(dòng)電流,保證與路試過(guò)程盡可能一致。此方法對(duì)實(shí)際汽車(chē)制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)制動(dòng)力矩控制方法具有重要的指導(dǎo)意義。參考文獻(xiàn)1姜啟源,謝金星,葉俊.數(shù)學(xué)模型M.第3版.北京:高等教育出版社,20032張三慧.大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)(上冊(cè)M.北京:清華大學(xué)出版社,20033何克忠,李偉.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)M.北京:清華大學(xué)出版社,19984張國(guó)良,曾靜.模糊控制及其MATLAB 應(yīng)用M.西安:西安交通大學(xué)出版社,2002收稿日期:2010-05-04作者簡(jiǎn)介:金子瑜(1989-,女,浙江人,研究方向:電子信息工程。Jishu Tantao 技術(shù)探討TCP 協(xié)議來(lái)進(jìn)行錄像文件數(shù)據(jù)的傳輸。4.3實(shí)

14、時(shí)視頻的網(wǎng)絡(luò)傳輸在用戶觀看實(shí)時(shí)視頻時(shí),視頻客戶端向網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器發(fā)出視頻預(yù)覽請(qǐng)求,然后視頻服務(wù)器與視頻客戶端建立實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)傳輸連接,視頻服務(wù)器直接把采集壓縮得到的壓縮視頻信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到視頻客戶端,視頻客戶端解壓縮后把視頻實(shí)時(shí)播放出來(lái)。由于觀看的是實(shí)時(shí)視頻,所以用戶對(duì)視頻的時(shí)延要求很高。在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,視頻的時(shí)延主要是由視頻壓縮、網(wǎng)絡(luò)傳輸、視頻解壓縮3個(gè)環(huán)節(jié)中的時(shí)延組成的,其中主要是網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。為了盡量減少網(wǎng)絡(luò)時(shí)延,同時(shí)又能保證視頻的穩(wěn)定傳輸,常采用RTP (實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議協(xié)議進(jìn)行傳輸。4.4云臺(tái)控制信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器可以控制前端攝像機(jī)的云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)與鏡頭的變倍等。云臺(tái)鏡頭與網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器之間一般使用RS485或RS422通訊協(xié)議傳遞控制信號(hào)。云鏡控制信號(hào)的格式目前并不統(tǒng)一,各大攝像機(jī)云臺(tái)廠家有各自的云鏡控制信號(hào)協(xié)議。但所有的云鏡控制信號(hào)協(xié)議都可以視為與云鏡動(dòng)作一一對(duì)應(yīng)的一組二進(jìn)制字節(jié)流,網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器只需把云鏡動(dòng)作翻譯成對(duì)應(yīng)的字節(jié)流,然后使用通訊端口把這些數(shù)據(jù)發(fā)送給攝像機(jī)即可。在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,如果客戶要從客戶端遠(yuǎn)程控制攝像機(jī),則客戶端會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送云鏡遠(yuǎn)程控制請(qǐng)求到網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器,網(wǎng)