移動視頻監(jiān)控及定位系統(tǒng)的設(shè)計方案

隨著3G/4G移動通信網(wǎng)絡和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)從很多方面改善了人們傳統(tǒng)的生活方式，3G/4G移動網(wǎng)絡具有帶寬寬、廣域廣、高安全性等突出特點，能夠突破安防行業(yè)長距離數(shù)字化無線監(jiān)控一直以來難以簡單實現(xiàn)的瓶頸，為無線視頻監(jiān)控開辟了一條新的道路。

本文設(shè)計的一種移動視頻監(jiān)控及定位系統(tǒng)，采用S3C6410處理器作為硬件基礎(chǔ)，以Mediastream、Live555、VLC開源項目為核心，3G/4G移動通信網(wǎng)絡作為網(wǎng)絡傳輸媒介，采用H.264編解碼方式實現(xiàn)視頻的采集傳輸播放，并集成GPS模塊進行位置數(shù)據(jù)的采集、傳輸、顯示，實現(xiàn)移動目標的視頻監(jiān)控、定位功能，該系統(tǒng)的前端硬件設(shè)備小巧，易于使用。

系統(tǒng)原理

系統(tǒng)框圖

如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

工作原理

系統(tǒng)前端采用S3C6410處理器為核心處理器，包括了攝像頭、GPS模塊、傳輸模塊，提供了一個具有低成本、低功耗，高性能的應用處理器解決方案。它包含一個集成的多格式編解碼器（ MFC ）支持MPEG4/H.263/H.264編碼、譯碼以及VC1的解碼。前端采用Mediastream開源項目從攝像頭采集數(shù)據(jù)，然后S3C6410處理器使用其硬件編解碼器將采集到數(shù)據(jù)編碼成H.264視頻流，發(fā)送到中轉(zhuǎn)服務器，中轉(zhuǎn)服務器使用Live555開源項目對視頻流進行轉(zhuǎn)發(fā)，最后在PC端使用VLC播放器進行解碼播放，整個過程實現(xiàn)了視頻采集、編碼、傳輸、解碼和播放功能。

前端通過嵌入式程序?qū)PS模塊采集到的位置數(shù)據(jù)進行處理后，提取出其中的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，利用Socket發(fā)送到PC端軟件，PC端軟件使用電子地圖實時顯示移動前端所在的地點，實現(xiàn)對移動目標的實時定位和監(jiān)控功能，并記錄其軌跡。

網(wǎng)絡傳輸模塊則使用通過USB接口連接到開發(fā)板上的3G上網(wǎng)卡連接3G網(wǎng)絡，通過在前端腳本軟件啟動撥號上網(wǎng)，開啟數(shù)據(jù)傳輸通道。

前端軟件設(shè)計

GPS數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集

硬件設(shè)備采用的是S3C6410開發(fā)板，使用串口將GPS模塊與開發(fā)板相連接，設(shè)定好串口相關(guān)參數(shù)后便可以從串口中讀出實時的GPS數(shù)據(jù)。

圖2 前端硬件

數(shù)據(jù)處理

從串口中讀取出來的GPS數(shù)據(jù)是標準的GPS數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式之一如下：

（1）Global Positioning System Fix Data（GGA）GPS定位信息

＄GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh

<1> UTC時間，hhmmss（時分秒）格式

<2> 緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）

<3> 緯度半球N（北半球）或S（南半球）

<4> 經(jīng)度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）

<5> 經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）

<6> GPS狀態(tài)：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算

<7> 正在使用解算位置的衛(wèi)星數(shù)量（00~12）（前面的0也將被傳輸）

<8> HDOP水平精度因子（0.5~99.9）

<9> 海拔高度（-9999.9~99999.9）

<10> 地球橢球面相對大地水準面的高度

<11> 差分時間（從最近一次接收到差分信號開始的秒數(shù)，如果不是差分定位將為空

可以看出，從串口中讀出的GPS數(shù)據(jù)包含的信息量非常大，需要從其中提取出有用的部分進行處理才能得到想要的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。

考慮到實際運行可行性，每1.5秒從串口讀取一次數(shù)據(jù)，編寫一個函數(shù)從數(shù)據(jù)中提取出關(guān)鍵的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)發(fā)送

經(jīng)過處理得到經(jīng)緯度數(shù)據(jù)之后，通過Socket將經(jīng)緯度數(shù)據(jù)發(fā)送到PC端進行顯示。Socket分為客戶端和服務器端，可以根據(jù)實際的需要在前端使用Socket客戶端或者服務器端。在知道服務器域名或者IP地址的情況下可以采用服務器端建立Socket服務器，前端通過Socket客戶端去連接Socket服務器并發(fā)送數(shù)據(jù)。在給前端做域名綁定之后，前端也可以建立Socket服務器，在PC端建立Socket客戶端來訪問前端的Socket服務器來獲取GPS數(shù)據(jù)。相比之下，在PC端建立Socket服務端口監(jiān)聽前端的Socket客戶端連接的方案更加實用，在多客戶端的情況下，便于管理，不需要對前端進行域名綁定。

視頻采集

視頻采集方案有兩套：

（1）開源項目Linphone中的Mediastream,這是一款點對點采集傳輸?shù)囊曨l采集方案，從攝像頭采集到圖像后能進行常用的MJPEG、H.263、H.264等編碼進行視頻壓縮，其優(yōu)點是支持多種視頻壓縮方式，能根據(jù)網(wǎng)絡狀況挑選適宜的編解碼方式來進行視頻壓縮傳輸及播放。

（2）開源項目mjpg-streamer,從攝像頭采集到圖像后使用。jpeg格式進行壓縮，傳送到前端后可在網(wǎng)頁，插件，播放器中進行播放觀看，其優(yōu)點是采用jpeg圖像壓縮，網(wǎng)絡好的情況下圖像清晰，并且支持多種播放方式。

　　PC端軟件設(shè)計

PC端系統(tǒng)包含以下幾個部分：電子地圖，視頻顯示及PC端界面三個部分。

電子地圖

使用網(wǎng)絡電子地圖對GPS數(shù)據(jù)進行定位顯示。在網(wǎng)絡上的幾種常見地圖中選擇谷歌地圖作為顯示地圖。谷歌地圖提供了一套成熟的JavaScript的API,根據(jù)其提供的API實現(xiàn)實時的定位顯示以及歷史軌跡的回放功能。由于GPS提供的數(shù)據(jù)與實際地圖定位存在一定誤差，在進行數(shù)據(jù)處理時還加入了一個校正算法對數(shù)據(jù)進行修正，修正后的結(jié)果與實際結(jié)果誤差在10m內(nèi)，在可以接受的范圍之內(nèi)。

圖3 PC端監(jiān)控軟件界面

　　視頻顯示

根據(jù)前端視頻采集的兩套方案，PC端的視頻顯示對應也有兩套方案如下：

（1）Mediastream+Live555+VLC,其中Mediastream負責視頻的采集及傳輸，Live555負責進行視頻流的轉(zhuǎn)發(fā)，VLC進行視頻的播放。Mediastream是一種點對點的傳輸，雙方商定好端口之后進行傳輸及播放，但是VLC播放時使用的是RTSP流，還有RTSP的控制協(xié)議，因此采用Live555進行一個中間的轉(zhuǎn)發(fā)，將Mediastream采集的視頻流發(fā)送到Live555,Live555將視頻流打包成RTSP流，然后使用VLC進行播放。

（2）使用MJPEG開源項目自帶的播放控件及方式，可以在網(wǎng)頁及VLC中進行播放顯示。

以上兩種方案都可以使用VLC進行播放，于是可以在網(wǎng)頁中內(nèi)嵌VLC的控件進行視頻顯示，電子地圖和視頻都可以在網(wǎng)頁中進行展示了。

　　PC端界面

使用C#語言編寫，將Socket服務器，地圖顯示以及視頻顯示綜合在一個界面里邊。Socket服務器接收到GPS數(shù)據(jù)后，存放在一個XML文件中供回放歷史軌跡時使用。

系統(tǒng)運行情況

前端硬件如圖2所示。

PC端監(jiān)控軟件實現(xiàn)的界面如圖3所示。

采用不同方案進行對比，測試的數(shù)據(jù)見表1,分析表1,可見：

（1）終端和PC端均為局域網(wǎng)條件時，Mediastream對傳和Mediastream+Live555+VLC效果均不錯

（2）終端和PC端均為3G時，Mediastream對傳和Mediastream+Live555+VLC效果都不好，丟包嚴重，Mediastream對傳效果基本上決定Mediastream+Live555+VLC的效果，PC端下行速率只有100多kbps,明顯少于終端上行速率

（3）Mediastream對傳比Mediastream+Live555+VLC延遲小1-2秒，在PC端運行Live555比在終端運行延遲小約1秒，

（4）終端使用3G運行Mediastream+Live555,PC端使用局域網(wǎng)用VLC訪問時（由于外網(wǎng)數(shù)據(jù)不能主動發(fā)送到內(nèi)網(wǎng)，只能這么運行），CIF格式效果還不錯，有些許延時，當設(shè)置比特率達到512kbps時，效果變差，不穩(wěn)定，視頻出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象。VGA格式效果在384kbps左右時運行效果還可以，但運行不穩(wěn)定，在其它比特率下運行，效果均不好。主觀感覺CIF下的視頻效果并不明顯差于VGA.

結(jié)束語

本文設(shè)計并實現(xiàn)的移動視頻監(jiān)控及定位系統(tǒng)，前端可實現(xiàn)GPS、圖片、視頻的采集和上傳，后端可進行遠程控制、視頻監(jiān)控和定位，并通過電子地圖顯示前端的實時位置和歷史運動軌跡。本系統(tǒng)有機結(jié)合了計算機多媒體技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以應用于多種行業(yè)的具體業(yè)務之中，可提高業(yè)務的信息化程度和人員的工作效率。

本文的設(shè)計思路可廣泛用于車載監(jiān)控、無線視頻監(jiān)控、城管執(zhí)法等等領(lǐng)域，具有較廣泛的實用價值和推廣的意義。