移動(dòng)視頻監(jiān)控及定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

隨著3G/4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，移動(dòng)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)具有帶寬寬、廣域廣、高安全性等突出特點(diǎn)，能夠突破安防行業(yè)長(zhǎng)距離數(shù)字化無(wú)線監(jiān)控一直以來(lái)難以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的瓶頸，為無(wú)線視頻監(jiān)控開(kāi)辟了一條新的道路。

本文設(shè)計(jì)的一種移動(dòng)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(kāi)源項(xiàng)目為核心，3G/4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)作為網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介，采用H.264編解碼方式實(shí)現(xiàn)視頻的采集傳輸播放，并集成GPS模塊進(jìn)行位置數(shù)據(jù)的采集、傳輸、顯示，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)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(gè)具有低成本、低功耗，高性能的應(yīng)用處理器解決方案。它包含一個(gè)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(kāi)源項(xiàng)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(wù)器，中轉(zhuǎn)服務(wù)器使用Live555開(kāi)源項(xiàng)目對(duì)視頻流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，最后在PC端使用VLC播放器進(jìn)行解碼播放，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了視頻采集、編碼、傳輸、解碼和播放功能。

前端通過(guò)嵌入式程序?qū)PS模塊采集到的位置數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)時(shí)顯示移動(dòng)前端所在的地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)定位和監(jiān)控功能，并記錄其軌跡。

網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊則使用通過(guò)USB接口連接到開(kāi)發(fā)板上的3G上網(wǎng)卡連接3G網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)在前端腳本軟件啟動(dòng)撥號(hào)上網(wǎng)，開(kāi)啟數(shù)據(jù)傳輸通道。

前端軟件設(shè)計(jì)

GPS數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集

硬件設(shè)備采用的是S3C6410開(kāi)發(fā)板，使用串口將GPS模塊與開(kāi)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(shí)時(shí)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(lái)的GPS數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間，hhmmss（時(shí)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(duì)大地水準(zhǔn)面的高度

<11> 差分時(shí)間（從最近一次接收到差分信號(hào)開(kāi)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(jìn)行處理才能得到想要的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。

考慮到實(shí)際運(yùn)行可行性，每1.5秒從串口讀取一次數(shù)據(jù)，編寫一個(gè)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(guò)處理得到經(jīng)緯度數(shù)據(jù)之后，通過(guò)Socket將經(jīng)緯度數(shù)據(jù)發(fā)送到PC端進(jìn)行顯示。Socket分為客戶端和服務(wù)器端，可以根據(jù)實(shí)際的需要在前端使用Socket客戶端或者服務(wù)器端。在知道服務(wù)器域名或者IP地址的情況下可以采用服務(wù)器端建立Socket服務(wù)器，前端通過(guò)Socket客戶端去連接Socket服務(wù)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(wù)器，在PC端建立Socket客戶端來(lái)訪問(wèn)前端的Socket服務(wù)器來(lái)獲取GPS數(shù)據(jù)。相比之下，在PC端建立Socket服務(wù)端口監(jiān)聽(tīng)前端的Socket客戶端連接的方案更加實(shí)用，在多客戶端的情況下，便于管理，不需要對(duì)前端進(jìn)行域名綁定。

視頻采集

視頻采集方案有兩套：

（1）開(kāi)源項(xiàng)目Linphone中的Mediastream,這是一款點(diǎn)對(duì)點(diǎn)采集傳輸?shù)囊曨l采集方案，從攝像頭采集到圖像后能進(jìn)行常用的MJPEG、H.263、H.264等編碼進(jìn)行視頻壓縮，其優(yōu)點(diǎn)是支持多種視頻壓縮方式，能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況挑選適宜的編解碼方式來(lái)進(jìn)行視頻壓縮傳輸及播放。

（2）開(kāi)源項(xiàng)目mjpg-streamer,從攝像頭采集到圖像后使用。jpeg格式進(jìn)行壓縮，傳送到前端后可在網(wǎng)頁(yè)，插件，播放器中進(jìn)行播放觀看，其優(yōu)點(diǎn)是采用jpeg圖像壓縮，網(wǎng)絡(luò)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(jì)

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

電子地圖

使用網(wǎng)絡(luò)電子地圖對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行定位顯示。在網(wǎng)絡(luò)上的幾種常見(jiàn)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(shí)際地圖定位存在一定誤差，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)還加入了一個(gè)校正算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，修正后的結(jié)果與實(shí)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(duì)應(yīng)也有兩套方案如下：

（1）Mediastream+Live555+VLC,其中Mediastream負(fù)責(zé)視頻的采集及傳輸，Live555負(fù)責(zé)進(jìn)行視頻流的轉(zhuǎn)發(fā)，VLC進(jìn)行視頻的播放。Mediastream是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸，雙方商定好端口之后進(jìn)行傳輸及播放，但是VLC播放時(shí)使用的是RTSP流，還有RTSP的控制協(xié)議，因此采用Live555進(jìn)行一個(gè)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(jìn)行播放。

（2）使用MJPEG開(kāi)源項(xiàng)目自帶的播放控件及方式，可以在網(wǎng)頁(yè)及VLC中進(jìn)行播放顯示。

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

　　PC端界面

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

系統(tǒng)運(yùn)行情況

前端硬件如圖2所示。

PC端監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)的界面如圖3所示。

采用不同方案進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1,分析表1,可見(jiàn)：

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

（2）終端和PC端均為3G時(shí)，Mediastream對(duì)傳和Mediastream+Live555+VLC效果都不好，丟包嚴(yán)重，Mediastream對(duì)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(duì)傳比Mediastream+Live555+VLC延遲小1-2秒，在PC端運(yùn)行Live555比在終端運(yùn)行延遲小約1秒，

（4）終端使用3G運(yùn)行Mediastream+Live555,PC端使用局域網(wǎng)用VLC訪問(wèn)時(shí)（由于外網(wǎng)數(shù)據(jù)不能主動(dòng)發(fā)送到內(nèi)網(wǎng)，只能這么運(yùn)行），CIF格式效果還不錯(cuò)，有些許延時(shí)，當(dāng)設(shè)置比特率達(dá)到512kbps時(shí)，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(shí)運(yùn)行效果還可以，但運(yùn)行不穩(wěn)定，在其它比特率下運(yùn)行，效果均不好。主觀感覺(jué)CIF下的視頻效果并不明顯差于VGA.

結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)視頻監(jiān)控及定位系統(tǒng)，前端可實(shí)現(xiàn)GPS、圖片、視頻的采集和上傳，后端可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、視頻監(jiān)控和定位，并通過(guò)電子地圖顯示前端的實(shí)時(shí)位置和歷史運(yùn)動(dòng)軌跡。本系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合了計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以應(yīng)用于多種行業(yè)的具體業(yè)務(wù)之中，可提高業(yè)務(wù)的信息化程度和人員的工作效率。

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