客戶機_服務器架構的網絡遠程視頻監(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、云臺、云臺解碼器等組成,其主要功能是把視頻圖像采集轉換為模擬視頻電信號,同時還要實現云臺轉動、鏡頭變倍等輔助動作。模擬視頻傳輸系統(tǒng)使用視頻傳輸線路和設備直接傳輸模擬視頻信號,傳輸線路有同軸電纜、雙絞線等,傳輸設備有視頻放大器等。云臺、鏡頭的控制信號也通過模擬視頻傳輸系統(tǒng)使用RS485等通訊協議進行反向傳輸。視頻顯示及存儲回放系統(tǒng)使用視頻矩陣、監(jiān)視器等設備實時顯示視頻圖像,同時用硬盤錄像機記錄、回放視頻。隨著計算機網絡與視頻監(jiān)控技術的進步,出現了數字化、網

2、絡化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。網絡遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)由前端視頻采集系統(tǒng)、模擬視頻傳輸系統(tǒng)、網絡視頻服務器、網絡視頻傳輸系統(tǒng)、數字化視頻顯示系統(tǒng)、網絡視頻記錄回放系統(tǒng)、網絡視頻客戶端等組成,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。網絡視頻服務器把模擬視頻信號采樣壓縮成數字視頻信號,送入計算機網絡進行遠程傳輸,也可存儲在服務器本地。網絡視頻服務器還從網絡接收云臺、鏡頭的遠程控制信號,對前端攝像機進行控制。有時會省略模擬視頻傳輸系統(tǒng),在前端攝像機處集成了網絡視頻服務器,因為這樣的設備往往采用TCP /IP 協議進行網絡傳輸,因此常被稱為IP 攝像機。網絡視頻傳輸系

3、統(tǒng)使用計算機網絡來傳輸數字視頻信號,因數據量較大,對網絡的帶寬有較高要求。數字化的視頻顯示系統(tǒng)利用硬件或軟件解碼設備(稱為數字視頻矩陣,把從網絡接收到的壓縮數字視頻信號流解碼為模擬視頻,再用監(jiān)視器等設備顯示出來。網絡視頻記錄回放系統(tǒng)使用視頻文件服務器把從網絡接收到的壓縮的數字視頻信號存儲在服務器的硬盤等存儲設備上,同時還提供網絡遠程錄像檢索、回放等服務。網絡視頻客戶端可以是一臺多媒體電腦,它直接接入或通過Internet 遠程接入到視頻傳輸網絡上,使用網絡視頻客戶端軟件或直接用WEB 瀏覽器,就可以訪問網絡視頻服務器和網絡視頻記錄回放系統(tǒng)等,可觀看實時監(jiān)控畫面,也可以調取視頻監(jiān)控錄像,還可以通

4、過網絡視頻服務器操縱前端的云臺、鏡頭。2客戶機/服務器(C /S 架構客戶機/服務器(Client /Server ,簡稱C /S 在物理上是分布式系統(tǒng),但在邏輯卻是一個整體。它由客戶機、服務器和網絡連接支持部分組成。其中,客戶機是面向最終用戶的一個應用程序或接口設備,它可向別的設備或應用程序提出服務請求,并把服務返回的信息處理后顯示給最終用戶;服務器則是服務的提供者,它常包含數據庫和通信設備,為客戶機的請求提供服務;網絡連接支持部分是用來連接客戶機與服務器的部分,如網絡連接、網絡協議、應用接口等。與傳統(tǒng)的單機結構和主機/終端結構相比,C /S 結構具有實現資源共享、信息處理更快速等優(yōu)點。3C

5、 /S 架構的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于C /S 結構所具有的優(yōu)點,已經有大量的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用了C /S 結構。在C /S 結構的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,作為服務器的設備有:網絡視頻服務器,它提供攝像機實時視頻預覽服務和攝像機云臺、鏡頭遠程控制服務等;網絡視頻記錄、回放服務器,它提供數字視頻存儲服務和遠程錄像檢索、回放服務等。作為客戶機的設備有:網絡視頻顯示系統(tǒng)、多媒體視頻終端等,它們向網絡視頻服務器發(fā)出實時視頻預覽請求,然后把攝像機的實時視頻顯示給用戶;它們還可以向網絡視頻記錄、回放服務器發(fā)出錄像查詢、下載、回放等服務請求,然后顯示錄像查詢結果,下載、回放錄像。而網絡視頻傳輸線路、設備及相關的網

6、絡視頻傳輸協議則構成了C /S 系統(tǒng)的網絡連接支持部分,把網絡視頻客戶機和服務器連接在一起。4遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中C /S 架構的關鍵技術4.1音視頻數字信號的壓縮編解碼由于網絡遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸的是數字視頻信號,因此要把模擬的視頻信號采樣為ITU -R BT.601規(guī)定的YCbCr422格式的數字視頻信號。通常用專用芯片來采樣,其關鍵部分是ADC (模數轉換器。因未壓縮的視頻信號的數據量極大,所以若要在網絡上傳輸數字視頻,必須對視頻信號進行壓縮。視頻信號一般采用MPEG 標準進行壓縮,最新的H.264壓縮標準,是MPEG -4的PART10。4.2視頻信號的存儲、檢索、回放經過了壓縮的視頻

7、信號仍為海量數據,必須采用大容量、高速度、高可靠性的硬盤或磁盤陣列來記錄。用于存放數字錄像并提供錄像檢索回放服務的電腦主機稱為錄像文件服務器。為便于視頻的本機與網絡檢索回放,同時為了實現高效率的自動覆蓋錄像,在錄像文件服務器上往往有一個錄像文件索引數據庫,其中保存了視頻錄像文件在磁盤上的存儲位置索引以及錄像的類型、時長等信息。在用戶檢索錄像時,客戶端通過網絡向錄像文件服務器發(fā)出錄像檢索請求,服務器使用錄像文件索引數據庫來查詢錄像文件的錄像時間等信息,然后把檢索結果返回給客戶端,客戶端把檢索結果顯示給用戶。用戶選擇要回放的錄像后,同樣由客戶端向服務器發(fā)出錄像回放請求,服務器收到請求后,使用錄像文

8、件索引數據庫找到要回放的錄像文件在磁盤上的存儲位置,然后建立網絡連接把錄像文件傳送給客戶端,客戶端把錄像回放給用戶。因為錄像回放時用戶關心的是錄像回放的流暢性,因此要保證數據傳輸的穩(wěn)定性,而并不十分強調網絡時延問題。因此,在視頻回放時常用圖1網絡遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術探討Jishu Tantao客戶機/服務器架構的網絡遠程視頻監(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:介紹了網絡遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成及工作原理,客戶機/服務器(C /S 架構,探討了使用C /S 架構的網絡遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術。關鍵詞:視頻監(jiān)控;網絡;客戶機/服務器IP 攝像機攝像機云臺云臺解碼器

9、模擬視頻傳輸設備模擬視頻傳輸設備模擬視頻傳輸線路網絡視頻服務器網絡視頻傳輸系統(tǒng)前端視頻采集系統(tǒng)模擬視頻傳輸系統(tǒng)數字視頻矩陣視頻矩陣監(jiān)視器電視墻數字化視頻顯示系統(tǒng)錄像文件服務器網絡視頻記錄回放系統(tǒng)網絡視頻客戶端Internet64所以,電動機扭矩:M s =J s 。由已知可知I =1.5M s 。即至此已求得電動機驅動電流依賴于可觀測量主軸的瞬時轉速的數學模型:I i =1.5J s (i +1-i /t(8可得電機的驅動電流:I =174.6882A 。3.5問題(4求解當試驗臺模擬時的初始角速度與路試時的一致時,只要保證試驗臺上每一時刻的角加速度與路試時的值一致,就可以認為模擬的控制方法就

10、是合理的。就要求電機補償的轉動慣量與機械慣量之和與路試時的等效轉動慣量相等。在制動過程中,制動器吸收的機械能為:E =1J v (22-21(9式中,1為制動開始時刻制動主軸角速度;2為制動結束時刻制動主軸角速度。在試驗臺上,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 由電機產生。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,主軸的角加速度應與路試時的角加速度一致。因為主軸和飛輪的扭矩是可觀測的,那么,我們就可以求出理想狀態(tài)下主軸的轉動慣量。根據公式14,就可得到理想狀態(tài)下電動機輸出的扭矩。根據已知,電動機的驅動電流與扭矩成1.5倍,就可以得到理想狀態(tài)下的輸出電流。而事實上,主軸的瞬時角加速度往往與理想值存在誤差。由于主軸的瞬時角速度是可觀測的,在采樣間隔時間極短的情況下,我們可以認為主軸的瞬時角加速度是不變的。由此可以得到主軸實際的角加速度。又因為主軸的瞬時力矩是可觀測的,由此,我們就可以得到主軸的實際轉動慣量。由公式14,我們可以得到電機實際輸出的扭矩,也就能得到電機實

12、際輸出的電流。為得到下一時刻的驅動電流值,可以采用PID 參數模糊自整定算法對電流值進行調整。P 為比例系數,I 為積分系數,D 為微分系數,PID 算法就是實驗調整PID 3個參數。將給定a 0(t 轉換為理想J 0(t ,將實際a (t 轉換為實際電機補償轉動慣量J s (t ,其差值e (t =J 0(t -J s (t 。經過PID 控制器調整后輸出電流控制信號I (t ,驅動電動機改變其補償轉動慣量。4結語本文給出了制動試驗臺控制方法的數學模型?？紤]到剎車過程中汽車的機械慣量變化和摩擦阻力等問題,計算出所需補償的電慣量,并得到電流與試驗臺主軸轉速的變化關系。再通過PID 算法,可以根

13、據實際轉速反饋到輸入端,控制驅動電流,保證與路試過程盡可能一致。此方法對實際汽車制動試驗臺系統(tǒng)制動力矩控制方法具有重要的指導意義。參考文獻1姜啟源,謝金星,葉俊.數學模型M.第3版.北京:高等教育出版社,20032張三慧.大學基礎物理學(上冊M.北京:清華大學出版社,20033何克忠,李偉.計算機控制系統(tǒng)M.北京:清華大學出版社,19984張國良,曾靜.模糊控制及其MATLAB 應用M.西安:西安交通大學出版社,2002收稿日期:2010-05-04作者簡介:金子瑜(1989-,女,浙江人,研究方向:電子信息工程。Jishu Tantao 技術探討TCP 協議來進行錄像文件數據的傳輸。4.3實

14、時視頻的網絡傳輸在用戶觀看實時視頻時,視頻客戶端向網絡視頻服務器發(fā)出視頻預覽請求,然后視頻服務器與視頻客戶端建立實時視頻數據傳輸連接,視頻服務器直接把采集壓縮得到的壓縮視頻信號通過網絡傳送到視頻客戶端,視頻客戶端解壓縮后把視頻實時播放出來。由于觀看的是實時視頻,所以用戶對視頻的時延要求很高。在網絡遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,視頻的時延主要是由視頻壓縮、網絡傳輸、視頻解壓縮3個環(huán)節(jié)中的時延組成的,其中主要是網絡時延。為了盡量減少網絡時延,同時又能保證視頻的穩(wěn)定傳輸,常采用RTP (實時傳輸協議協議進行傳輸。4.4云臺控制信號的遠程傳輸網絡視頻服務器可以控制前端攝像機的云臺的轉動與鏡頭的變倍等。云臺鏡頭與網絡視頻服務器之間一般使用RS485或RS422通訊協議傳遞控制信號。云鏡控制信號的格式目前并不統(tǒng)一,各大攝像機云臺廠家有各自的云鏡控制信號協議。但所有的云鏡控制信號協議都可以視為與云鏡動作一一對應的一組二進制字節(jié)流,網絡視頻服務器只需把云鏡動作翻譯成對應的字節(jié)流,然后使用通訊端口把這些數據發(fā)送給攝像機即可。在網絡遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,如果客戶要從客戶端遠程控制攝像機,則客戶端會通過網絡發(fā)送云鏡遠程控制請求到網絡視頻服務器,網