視頻監(jiān)控程序設計說明書

1、視頻監(jiān)控系統(tǒng)程序設計說明書1引言1.1編寫目的本文主要說明視頻監(jiān)控系統(tǒng)的詳細設計與實現(xiàn)。本文詳細介紹了系統(tǒng)中 各個模塊的設計與實現(xiàn)細節(jié)以及關鍵技術(shù)的應用。其中，對每一個模塊會有相 應的文字說明以及相關設計流程圖給出。1.2項目背景本項目是對本實驗課程中所介紹的課程的綜合應用。本項目主要針對unix/linux系統(tǒng)編程和基于C+語言的GUI程序設計-QT進行針對性訓練。旨在加強學生對unix/linux系統(tǒng)編程的理解和應用，提高學生的實踐能力、編程能力以及分析問題和解決問題的能力。并且通過對本 系統(tǒng)中客戶端的設計和實現(xiàn)，讓學生體會和熟悉面向?qū)ο缶幊痰乃枷牒鸵话惴?法。1.3定義本系統(tǒng)=視頻監(jiān)控系

2、統(tǒng)本文=視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計說明書2總體設計2.1需求概述本系統(tǒng)是基于C/S架構(gòu)的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要由負責圖形采集和傳 輸?shù)腟erver端和負責監(jiān)控（顯示圖像）的 Client端構(gòu)成。本系統(tǒng)Server端是基于Linux系統(tǒng)的網(wǎng)絡服務類軟件，主要由數(shù)據(jù)采 集和網(wǎng)絡服務兩部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集部分利用v4l2 （video for linux II）對網(wǎng)絡攝像頭進行控制和訪問并且獲取由攝像頭捕獲到的視頻數(shù)據(jù)，然后再由網(wǎng) 絡服務部分將獲取到的視頻數(shù)據(jù)進行封裝成http幀并利用http協(xié)議發(fā)送到客戶端。由于本系統(tǒng)Server端的數(shù)據(jù)發(fā)送是基于http協(xié)議的，所以本系統(tǒng)客戶 端沒有平臺限制，只要支持htt

3、p1.0以上的平臺就可以訪問本系統(tǒng)的服務。而且，本系統(tǒng)服務可以直接通過 web瀏覽器訪問（對firefox 瀏覽器支持最佳）。 為了提高傳輸效率我們還需要進行客戶端軟件的開發(fā)，由于對客戶端沒有平臺 要求，所在 Win dows Li nux、An droid、等平臺都可以實現(xiàn)。本文主將以 linux 為例用Qt實現(xiàn)一個簡易的客戶端軟件。2.2軟件結(jié)構(gòu)圖視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.程序描述3.1 Server:數(shù)據(jù)采集功能配置設備并從設備中獲取圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)設備信息利用 v4I2 (video for linux II )通過ioctl 對USB攝 像頭進行配置，打開設備抓取功能開始采集并轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)，采

4、集完畢以后關閉設 備功能，最后關閉設備。技術(shù)概要本模塊涉及到大量的對于設備的I/O操作，主要通過video for linux Il(v4l2)框架對設備進行設置和控制。其中包括一些特殊的結(jié)構(gòu)體屬性的賦值 以及一些特殊控制標記的實際意義需要詳細查閱v4l2提供的API。程序邏輯本節(jié)主要以流程圖的方式介紹Server端數(shù)據(jù)采集模塊的主要程序邏輯設計。是圖3.1.1 Server端數(shù)據(jù)采集流程圖圖主要描述了服務端數(shù)據(jù)采集部分的主要流程和編程步驟。下面 將對每一個步驟進行詳細的介紹：1. 打開設備：打開視頻設備（這里指我們的 USB攝像頭）。利用linux系統(tǒng)提供的接 口函數(shù)open來對設備進行打開

5、的操作。圖對這一過程進行了詳細的描述。2. 查詢設備信息（或者叫獲取設備信息）：查詢設備驅(qū)動相關信息以及和視頻采集相關的參數(shù)，根據(jù)獲取到的信息初步判斷設備類型以及將要處理的數(shù)據(jù)類型。利用ioctl函數(shù)以及V4I2提供的v4l2_capbility 和v4l2_format兩個結(jié)構(gòu)體來保存獲取到的設備驅(qū)動信息和幀 信息。詳細流程見圖。VIDIOC_G_FMT等屬性的含義需查詢v4l2提供的API。Y圖打開設備子圖1圖獲取設備信息子圖23. 設置采集方式設置視頻設備（這里指USB攝像頭）的采集方式，例如采集圖像的分辨 率，幀的采集速率（既每秒采集幀的數(shù)量）等選項的設置。用到V4I2中的v4l2_f

6、ormat 和 v4l2_streamparm 兩個結(jié)構(gòu)體以及 VIDIOC_S_PARM和 VIDIOC_SFMT兩個標記，相關介紹請查閱 v4l2框架的API信息。實現(xiàn)步驟詳見 圖 。4. 申請緩存向驅(qū)動申請幾塊緩沖區(qū)（此處緩沖區(qū)是由內(nèi)核管理的，所以需要申請），用來存放設備采集到的數(shù)據(jù)。用到v4I2中的v4l2_requestbuffer 結(jié)構(gòu)體和VIDIOC_REQBU標記來向設備驅(qū)動申請緩沖區(qū)。實現(xiàn)步驟詳見圖 。圖申請緩存子圖5. 設置緩存屬性對申請到的緩存進行設置，包括設置緩存的訪問方式（使用內(nèi)存映射訪 問方式），對緩存進行映射，建立緩存隊列。struct v4I2 buffer b

7、uf unsigned char * memis,tmemist = (uchar *)calloc(NB_BUFFER, sizeof(uchar);int i = 0;5.處理數(shù)據(jù)通過對設備設置VIDIOC_STREAMONVIDIOC_STREAMO來控制設備開 始/停止采集數(shù)據(jù)，在設置開始和停止之間通過對緩存的輪換讀取獲得設備采集 到的數(shù)據(jù)并對其進行處理（這里的數(shù)據(jù)處理主要做對圖像壓縮和傳輸兩部分工 作會在后面做詳細介紹）。通過利用VIDIOC_QBU和VIDIOC_DQBU兩個控制位 來對緩沖隊列進行入/出隊列的控制，從而獲得設備采集到的數(shù)據(jù)。詳見圖。3.2 Server:數(shù)據(jù)處理功

8、能完成圖像壓縮，建立web服務供客戶端訪問。對攝像頭采集到的數(shù)據(jù)進行一次 huffman編碼把圖片轉(zhuǎn)換成jpeg或者 jpg格式（這個步驟也可以在客戶端完成，但是瀏覽器不支持此種實現(xiàn)）。建立一個基于TCP/IP的web服務器，當有客戶端連接本服務時利用 HTTP協(xié)議發(fā)送轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)。322技術(shù)概要本模塊主要涉及到對原始圖像數(shù)據(jù)的壓縮以及基于C語言的網(wǎng)絡和多線程的編程。關于圖像壓縮的部分在本項目中不做研究所以只是簡單的調(diào)用已有接口。 對于網(wǎng)絡服務功能以及多任務的處理功能的實現(xiàn)都是本項目要涉及到的重要內(nèi) 容，這里需要對基于C語言的TCP編程和多線程編程比較熟悉，可以參考UNIX環(huán)境高級編程。程序邏

9、輯本模塊的作用實際是上一個模塊中的“數(shù)據(jù)處理”部分。由于設備采集 到到的每一幀數(shù)據(jù)經(jīng)過 huffman編碼以后會變成一張完整的圖片，所以我們在 下面發(fā)送數(shù)據(jù)的部分要做一個簡單的封裝，下面分別給出程序流程圖（圖 ） 和數(shù)據(jù)封裝格式（圖3.2.2 ）。圖321數(shù)據(jù)處理typelen gth空行獲取數(shù)據(jù)圖322服務端幀封裝結(jié)構(gòu)3.3 Clie nt:功能向服務器發(fā)送請求， 與服務器建立基于根據(jù)服務器的響應信息接收數(shù)據(jù)。TCP的連接，向服務器發(fā)送http請求，接收服務器返回的響應信息，并根據(jù)響應信息按照一定的格式接收數(shù)據(jù)技術(shù)概要本模塊主要涉及到基于TCP的客戶端編程，關于各戶端編程的方法比較 靈活，在

10、語言框架選擇方面也比較廣泛，像 在這里我們一程序邏輯這里主要涉及到TCP客戶端編程和對服務器數(shù)據(jù)分割， 程比較程式化 送情況的來確3.3.2）.QT為例來實現(xiàn)客戶端程序。Java GUI、MFC QT等都可以實現(xiàn)。TCP客戶端的編 匕有統(tǒng)一的編程步驟和一般流程，數(shù)據(jù)分割需要根據(jù)服務端數(shù)據(jù)發(fā) 甬定。下面給出 TCP網(wǎng)絡編程流程（圖3.3.1 ）和數(shù)據(jù)分割步驟（圖SERVERCLIENT圖3.3.2 TCP網(wǎng)絡編程流程NY圖客戶端 數(shù)據(jù)分割流程3.4 Client:顯示功能通過信號控制QT控件刷新圖片。我們看到連續(xù)的圖像是由一張一張的單獨的圖片不斷刷新形成的，所以 本模塊主要功能是接收上一模塊的數(shù)據(jù)準備好信號后將新的圖像數(shù)據(jù)加載到控 件并刷新控件，從而形成連續(xù)的圖像。技術(shù)概要本模塊主要涉及到QT的編程和使用，包括對一些控件的控制和線程控 制。由于循環(huán)顯示圖像時候會阻塞圖形界面，所以用一個單獨的線程來完成刷 新圖像工作。對于QT相關一些知識請詳細參考QT官方提供的API。程序邏輯頁