應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)說明文檔.doc

1 車載監(jiān)控系統(tǒng)概述整套監(jiān)控系統(tǒng)將包括車載設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、客戶端三大組成部分?？蛻舳送ㄟ^服務(wù)器的中轉(zhuǎn)與車載設(shè)備間接通信，以實(shí)現(xiàn)從車載設(shè)備接收監(jiān)控信息和向車載設(shè)備發(fā)送控制指令等。所預(yù)計(jì)的主要功能將包括視頻音頻監(jiān)控，酒精檢測，傳感器報(bào)警，語音對(duì)講，遠(yuǎn)程云臺(tái)控制等。車載設(shè)備通過3G無線數(shù)據(jù)模塊無線接入網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)車載移動(dòng)監(jiān)控。系統(tǒng)部署圖整個(gè)系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)如圖，其中： 車載設(shè)備連接模擬攝像機(jī)，并通過3G數(shù)據(jù)模塊撥號(hào)連接網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)視頻音頻采集，可以把實(shí)時(shí)音頻視頻發(fā)送至服務(wù)器。并且可以掛接硬盤存儲(chǔ)設(shè)備，把采集的視頻和音頻存儲(chǔ)至硬盤。存儲(chǔ)的視頻可通過網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播，并可以通過模擬輸出端口直接把存儲(chǔ)的視頻音頻輸出到電視機(jī)進(jìn)行播放，播放時(shí)有圖形操作界面。 車載設(shè)備的通過帶酒精度傳感器的外接設(shè)備進(jìn)行酒精檢測。酒精檢測后將檢測數(shù)值傳到服務(wù)器，并發(fā)送提醒短信到用戶手機(jī)。在本地對(duì)酒精值進(jìn)行分析和聲音播報(bào)。 車載設(shè)備的報(bào)警傳感器安裝在需要的位置，檢測到非法入侵時(shí)，可通過3G模塊以發(fā)送手機(jī)短信的方法通知用戶。 車載設(shè)備可從服務(wù)器接收音頻數(shù)據(jù)并且進(jìn)行播放。 服務(wù)器可將車載設(shè)備的視頻音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端，可以把來自客戶端的指令信息和音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至車載設(shè)備。 客戶端可接收視頻音頻數(shù)據(jù)并進(jìn)行播放，可以控制車載設(shè)備的攝像機(jī)云臺(tái)，可以通過話筒向車載設(shè)備講話?？蛻舳伺c網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器邏輯分開，服務(wù)器可以同時(shí)連接多個(gè)車載設(shè)備和多個(gè)客戶端。并把每個(gè)客戶端與該客戶的若干設(shè)備對(duì)應(yīng)。根據(jù)實(shí)際需要，PC客戶端也可以并入服務(wù)器系統(tǒng)。4.1 1.1 系統(tǒng)功能流程1. 服務(wù)器監(jiān)聽連接請(qǐng)求，服務(wù)器分別通過針對(duì)雙方的TCP控制端口監(jiān)聽來自監(jiān)控前端和來自客戶端的TCP連接。2. 前端設(shè)備注冊(cè)，當(dāng)有監(jiān)控前端連接到服務(wù)器后，監(jiān)控前端會(huì)發(fā)送注冊(cè)指令信息到服務(wù)器，指令信息中的數(shù)據(jù)區(qū)包含設(shè)備號(hào)信息。并連接到語音流轉(zhuǎn)發(fā)TCP端口。服務(wù)器將該設(shè)備注冊(cè)為在線設(shè)備。3. 客戶端登陸，當(dāng)客戶端連接到服務(wù)器后，客戶端會(huì)發(fā)送指令信息到服務(wù)器，指令信息中的數(shù)據(jù)區(qū)包含用戶名和密碼。服務(wù)器需對(duì)登陸請(qǐng)求進(jìn)行處理，發(fā)送應(yīng)答信息，接受或者拒絕。若拒絕，應(yīng)答指令中數(shù)據(jù)區(qū)包含錯(cuò)誤信息，用戶名密碼錯(cuò)誤或者設(shè)備被占用等。登陸成功后向服務(wù)器連接視音頻流接收TCP端口，此端口校驗(yàn)成功后連接。并開啟一個(gè)UDP端口監(jiān)聽來自該客戶端的語音流。4. 用戶設(shè)備列表，用戶成功登陸后，服務(wù)器需對(duì)該用戶有權(quán)限訪問的在線設(shè)備列表，并將列表發(fā)送至客戶端。指令信息中的數(shù)據(jù)區(qū)中存放設(shè)備列表信息。5. 用戶指令轉(zhuǎn)發(fā)，用戶對(duì)某個(gè)前端發(fā)送控制指令時(shí)，將指令轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)的監(jiān)控前端。6. 視音頻傳輸，當(dāng)服務(wù)器接收到視頻請(qǐng)求指令后，服務(wù)器開啟TCP端口監(jiān)聽來自前端的連接請(qǐng)求。前端設(shè)備通過此TCP端口連接服務(wù)器，服務(wù)器接收到來自監(jiān)控前端的音頻、視頻流時(shí)，通過視頻音頻流轉(zhuǎn)發(fā)專用TCP端口，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至對(duì)應(yīng)的客戶端。7. 用戶指令處理，當(dāng)從客戶端對(duì)服務(wù)器發(fā)送指令時(shí)，服務(wù)器接收并處理。例如用戶修改密碼，數(shù)據(jù)區(qū)會(huì)包括新的密碼，服務(wù)器需要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫更新。8. 語音對(duì)講，當(dāng)收到語音對(duì)講指令時(shí)，服務(wù)器開啟一個(gè)UDP端口監(jiān)聽來自客戶端的數(shù)據(jù)流，并通過語音流轉(zhuǎn)發(fā)專用TCP端口轉(zhuǎn)發(fā)至對(duì)應(yīng)的前端。9. 斷開連接，TCP連接斷開后，注銷設(shè)備，并通過該端口繼續(xù)監(jiān)聽。4.2 1.2 數(shù)據(jù)流程圖灰色底紋字體表示的數(shù)據(jù)服務(wù)器不做處理，只轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。監(jiān)控前端服務(wù)器設(shè)備ID 前端交互發(fā)送注冊(cè)信息接收控制指令監(jiān)控前端注冊(cè)轉(zhuǎn)發(fā)控制指令TCP轉(zhuǎn)發(fā)語音流接收語音流TCPTCP接收視頻流音頻流輸出視頻流音頻流客戶端客戶端交互登陸服務(wù)器發(fā)送用戶指令接收設(shè)備列表發(fā)送控制指令用戶校驗(yàn)登陸用戶管理發(fā)送設(shè)備列表接收控制指令TCPTCP接收視頻流音頻流轉(zhuǎn)發(fā)視頻流音頻流發(fā)送語音流UDP 接收 語音流數(shù)據(jù)庫用戶信息：用戶ID登陸密碼所有權(quán)限車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖2 車載前端方案概述車載設(shè)備配備視音頻處理芯片，可以連接最多4路攝像機(jī)，可連接GPS設(shè)備和報(bào)警傳感器等設(shè)備，在Linux系統(tǒng)上運(yùn)行車載監(jiān)控端的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)各功能模塊。通過3G無線數(shù)據(jù)模塊聯(lián)網(wǎng)，與服務(wù)器進(jìn)行連接。并通過服務(wù)器把與客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，包括音視頻流的發(fā)送，指令消息的收發(fā)，音頻數(shù)據(jù)的接收。車載設(shè)備在客戶端請(qǐng)求任一路或多路實(shí)時(shí)視頻音頻時(shí)，將視頻音頻編碼后進(jìn)行封裝，通過服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端；也可應(yīng)客戶端請(qǐng)求查找并調(diào)用本地存儲(chǔ)的視頻音頻數(shù)據(jù)，發(fā)送至客戶端。客戶端可接收來自客戶端的音頻數(shù)據(jù)并解碼播放。設(shè)備啟動(dòng)時(shí)或接受到客戶端指令時(shí)，會(huì)進(jìn)行酒精檢測。車載設(shè)備系統(tǒng)架構(gòu)圖3 前端軟件功能模塊1. 視頻處理模塊，實(shí)現(xiàn)多路實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)采集、圖像處理、基于H.264技術(shù)的編解碼壓縮與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；可進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的查找和調(diào)用。可通過模擬視頻輸出端口對(duì)存儲(chǔ)的視頻進(jìn)行播放。車載設(shè)備從攝像機(jī)采集視頻音頻數(shù)據(jù)，并將每一個(gè)攝像機(jī)獲取的視頻數(shù)據(jù)縮放為2種分辨率視頻流，一路高清視頻數(shù)據(jù)壓縮后的數(shù)據(jù)保存在本地硬盤，另外一路較低分辨率的可壓縮后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器。2. 音頻處理模塊，實(shí)現(xiàn)多路實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù)采集，基于G.711-u技術(shù)的編解碼壓縮，編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行本地存儲(chǔ)，也可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸；存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的查找和調(diào)用。可通過模擬音頻輸出端口對(duì)存儲(chǔ)的音頻進(jìn)行播放。3. 網(wǎng)絡(luò)通信模塊，設(shè)備啟動(dòng)時(shí)通過3G數(shù)據(jù)模塊使用ppp協(xié)議撥號(hào)接入網(wǎng)絡(luò)，與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行連接。把數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，通過服務(wù)器與客戶端間接通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。并可通過AT指令發(fā)送手機(jī)短信。4. 網(wǎng)絡(luò)指令處理模塊，系統(tǒng)啟動(dòng)后采用TCP協(xié)議向服務(wù)器連接，建立TCP指令通道，通道建立后先向服務(wù)器發(fā)送注冊(cè)信息。之后進(jìn)行監(jiān)聽，從服務(wù)器接收轉(zhuǎn)發(fā)自客戶端的指令，并進(jìn)行處理。5. 云臺(tái)控制模塊，接受到云臺(tái)控制指令后，進(jìn)行處理。采用RS485通信接口通信控制云臺(tái)，實(shí)現(xiàn)云臺(tái)控制。6. 酒精檢測模塊，在設(shè)備啟動(dòng)后或接到客戶端的指令后，進(jìn)行酒精檢測。酒精檢測后將檢測數(shù)值傳到服務(wù)器，并發(fā)送提醒短信到用戶手機(jī)。并在本地對(duì)酒精值進(jìn)行分析和聲音播報(bào)。7. 自動(dòng)報(bào)警模塊，紅外傳感器被觸發(fā)后，系統(tǒng)可檢測到并經(jīng)由3G模塊發(fā)送報(bào)警手機(jī)短信。8. 語音對(duì)講模塊，可接收來自客戶端的語音流，采用G.711-u算法解碼并實(shí)現(xiàn)播放。4. 軟件結(jié)構(gòu)與功能實(shí)現(xiàn)說明4.1 PC客戶端功能概述應(yīng)用軟件采用多線程實(shí)現(xiàn)，Xxx_tsk.c中包含每個(gè)獨(dú)立線程。1. int xxx_tskCreate( CAPTURE_CreatePrm *prm) 創(chuàng)建線程結(jié)構(gòu)，為線程分配內(nèi)存。OSA_cmemAlloc()申請(qǐng)內(nèi)存空間。OSA_cmemAllocCached () 申請(qǐng)內(nèi)存空間(緩存模式)。OSA_cmemGetPhysAddr() 映射物理地址。2. int xxx_tskDelete()清除線程占用的內(nèi)存。OSA_cmemFree() 釋放內(nèi)存區(qū)。3. int xxx_tskRun()線程處理入口函數(shù)Int xxx_tskMain()線程的主函數(shù)OSA_msgGetPrm()讀取指令存儲(chǔ)隊(duì)列OSA_tskWaitMsg() 監(jiān)聽線程控制指令OSA_tskAckOrFreeMsg() 清空指令存儲(chǔ)區(qū)當(dāng)前指令4. Int xxx_sendCmd()發(fā)送線程控制指令OSA_mbxSendMsg() 發(fā)送指令到指令存儲(chǔ)區(qū)5. int xxx_create(xxx_CreatePrm *prm)創(chuàng)建線程OSA_tskCreate() 創(chuàng)建線程，運(yùn)行處理主函數(shù)OSA_mbxCreate() 創(chuàng)建線程指令存儲(chǔ)隊(duì)列6. int xxx_delete()刪除線程OSA_tskDelete() 刪除線程OSA_mbxDelete() 刪除線程指令存儲(chǔ)區(qū)4.2 視頻采集視頻處理的實(shí)現(xiàn)涉及3個(gè)線程。視頻采集線程、視頻編碼線程和存儲(chǔ)處理線程。圖 4-1 視頻處理模塊流程圖Capture_tsk.c中是視頻采集線程的實(shí)現(xiàn)，包括視頻數(shù)據(jù)采集和縮放。1. 通過MCVIP_getBuf()，MCVIP_getBufInfo()兩個(gè)函數(shù)獲取經(jīng)tvp5158芯片采集得到的yuv422圖像數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)VIDIOC_DQBUF，出隊(duì)列以取得已采集數(shù)據(jù)的幀緩沖，取得原始采集數(shù)據(jù)。2. 再通過MCVIP_putBuf()實(shí)現(xiàn)VIDIOC_QBUF，將緩沖重新入隊(duì)列尾,這樣可以循環(huán)采集。3. CAPTURE_tskProcessFrame()中做的是視頻圖像的縮放。通過ENCODE_getEmptyBuf()申請(qǐng)視頻編碼緩沖隊(duì)列中的空buffer，將輸出buffer設(shè)置為編碼壓縮的輸入?yún)^(qū)。ENCODE_putFullBuf()將存儲(chǔ)有處理后數(shù)據(jù)的buffer入視頻編碼隊(duì)列。4. 支持2路輸出縮放，可做雙碼流輸出。5. CAPTURE_tskCalcReszClkDiv()傳入?yún)?shù)。6. DRV_reszRun()進(jìn)行縮放?？s放后的數(shù)據(jù)在ENCODE_getEmptyBuf()申請(qǐng)的buffer中等待壓縮。4.3 視頻壓縮Encode_tsk.c中為視頻壓縮線程的實(shí)現(xiàn)。Encode_tsk.c中采集縮放后通過Encode_sendCmd()發(fā)送ENCODE_CMD_RUN指令，控制壓縮函數(shù)的執(zhí)行壓縮多幀圖像。1. 設(shè)置壓縮分辨率vidEncCreatePrm.width = vidEncCreatePrm.height = vidEncCreatePrm.offsetH = vidEncCreatePrm.offsetV = 2. 設(shè)置壓縮比特率，即編碼碼率pChInfo-newBitrate =3. 通過OSA_bufGetFull()和OSA_bufGetBufInfo()申請(qǐng)視頻編碼緩沖隊(duì)列內(nèi)的一個(gè)buffer出隊(duì)列，作為編碼器輸入buffer。編碼后OSA_bufPutEmpty()將緩沖區(qū)入編碼緩沖隊(duì)列。4. WRITER_getEmptyBuf()申請(qǐng)存儲(chǔ)緩沖隊(duì)列中的空buffer，將輸出buffer設(shè)置為存儲(chǔ)的輸入?yún)^(qū)。WRITER_putFullBuf()將存儲(chǔ)有處理后數(shù)據(jù)的buffer入存儲(chǔ)隊(duì)列。5. ALG_vidEncRun()進(jìn)行壓縮。壓縮后的數(shù)據(jù)在WRITER_getEmptyBuf()申請(qǐng)的buffer中等待存儲(chǔ)和網(wǎng)傳。4.4 音頻采集壓縮圖4-2 音頻處理流程圖音頻采用G.711-方式編碼。在Audio_tsk.c中為音頻采集編碼線程。1. gAUDIO_ctrl.pCreatePrm()為 MCVIP_CreatePrm()類型的結(jié)構(gòu)體，其中包含了聲音參數(shù)設(shè)置。2. AUDIO_Record()調(diào)用MCVIP_audioRecord()獲取音頻數(shù)據(jù)。3. AudioWRITER_getEmptyBuf()申請(qǐng)音頻存儲(chǔ)緩沖隊(duì)列中的空buffer，將輸出buffer設(shè)置為存儲(chǔ)的輸入?yún)^(qū)。AudioWRITER_putFullBuf()將存儲(chǔ)有處理后數(shù)據(jù)的buffer入音頻存儲(chǔ)隊(duì)列。4. AUDIO_audioEncode()壓縮音頻數(shù)據(jù)。編碼后的數(shù)據(jù)在AudioWRITER _getEmptyBuf()申請(qǐng)的buffer中等待壓縮。4.5 流媒體存儲(chǔ)Writer_tsk.c中為視頻和音頻的存儲(chǔ)線程的實(shí)現(xiàn)。Encode_tsk.c中編碼結(jié)束后通過WRITER_sendCmd()發(fā)送WRITER_CMD_RUN和AUDWRITER_CMD_RUN指令控制流媒體存儲(chǔ)線程中存儲(chǔ)函數(shù)的執(zhí)行。1. 每一幀視頻編碼后WRITER_putFullBuf()調(diào)用WRITER_sendCmd()發(fā)送指令WRITER_CMD_RUN到指令隊(duì)列。WRITER_tskRun()中通過OSA_bufGetFull()和OSA_bufGetBufInfo()申請(qǐng)視頻存儲(chǔ)緩沖隊(duì)列內(nèi)的一個(gè)buffer出隊(duì)列，存儲(chǔ)后調(diào)用OSA_bufPutEmpty()將存儲(chǔ)緩沖區(qū)入視頻存儲(chǔ)隊(duì)列。2. 每一幀視頻編碼后AudioWRITER_putFullBuf()調(diào)用WRITER_sendCmd()發(fā)送指令A(yù)UDWRITER_CMD_RUN到指令隊(duì)列。AudWRITER_tskRun()中通過OSA_bufGetFull()和OSA_bufGetBufInfo()申請(qǐng)音頻存儲(chǔ)緩沖隊(duì)列內(nèi)的一個(gè)buffer出隊(duì)列，存儲(chǔ)后調(diào)用OSA_bufPutEmpty()將存儲(chǔ)緩沖區(qū)入音頻存儲(chǔ)隊(duì)列。3. WRITER_fileSaveRun()進(jìn)行流媒體存儲(chǔ)。在存儲(chǔ)的同時(shí)，調(diào)用函數(shù)videostreamFunc()進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸，audiostreamFunc()進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸。4.6 網(wǎng)絡(luò)通信圖5-4 指令通信處理流程圖Rawsockio.c中是網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)現(xiàn)。LSOCK為指令通信通道。CSOCK為語音接收通道。DSOCK為流媒體發(fā)送通道。1. MainSocketConnect()中創(chuàng)建了3個(gè)TCP套接字。設(shè)置3個(gè)套接字的參數(shù)。connect_to_server()中實(shí)現(xiàn)了本地向服務(wù)器的連接。2. ReadSocketData()為建立連接后對(duì)數(shù)據(jù)接收處理的實(shí)現(xiàn)。LSOCK對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過*msgfunccmd函數(shù)指針調(diào)用指令處理函數(shù)。CSOCK調(diào)用AUDIO_tskTalkBack()對(duì)語音流數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)接收，解碼播放。DSOCK不做接受，建立后等待通過該通道發(fā)送流媒體數(shù)據(jù)。4.7 指令處理Msghandler.c中定義了網(wǎng)絡(luò)指令與指令處理入口函數(shù)的映射表。通過*msgfunccmd調(diào)用指令對(duì)應(yīng)的指令處理函數(shù)。Process.c中是各指令處理函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。4.8 流媒體傳輸1. Vstream.c文件中videostreamFunc()為視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)。SystemInfo.StreamEnable為視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臉?biāo)識(shí)開關(guān)。當(dāng)接受到視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹噶畈⒔鬏斖ǖ揽冢冮_啟視頻傳輸。2. Astream.c文件中audiostreamFunc()為音頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)。SystemInfo.aStreamEnable為音頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臉?biāo)識(shí)開關(guān)。當(dāng)接受到音頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹噶畈⒔鬏斖ǖ揽?，便開啟音頻傳輸。3. 數(shù)據(jù)包格式數(shù)據(jù)包頭為3字節(jié)：typedef struct _TEST_PACK_HEADunsigned char FrameType;/幀格式 視頻I幀、P幀、音頻幀unsigned short PackLoadLength;/載荷數(shù)據(jù)長度TEST_PACK_HEAD;載荷數(shù)據(jù)長度最大為1024字節(jié)。載荷數(shù)據(jù)超過1021字節(jié)的話進(jìn)行幀切割操作。4