嵌入式視頻監(jiān)控組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控；CGI； 嵌入式Web；組件；PECOS；串口通信
0．引言
隨著數(shù)字視頻壓縮技術(shù)的日益成熟，嵌入式視頻監(jiān)控成為當(dāng)今監(jiān)控技術(shù)的主流，但由于系統(tǒng)功能不斷增加、編程環(huán)境不斷改變以及前期需求分析和設(shè)計(jì)不完善，導(dǎo)致系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)的難度不斷增大[1]，每一處小小的改動(dòng)都可能造成整個(gè)系統(tǒng)的重新編譯、鏈接和調(diào)試，耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間。因此需要進(jìn)行組件化設(shè)計(jì)，而為了簡(jiǎn)化組件的開(kāi)發(fā)過(guò)程，需要有一組標(biāo)準(zhǔn)的方法來(lái)建立、管理和維護(hù)組件。針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)視頻應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，遇到的軟件的可重用性不強(qiáng)、IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟环€(wěn)定性及網(wǎng)絡(luò)帶寬的多樣性等問(wèn)題，最好的解決問(wèn)題的辦法是把應(yīng)用程序構(gòu)建在組件基礎(chǔ)上。
現(xiàn)在通用的組件模型（主要有COM/DCOM、CORBA、JavaBeans等）在運(yùn)行時(shí)需要大量底層基礎(chǔ)的支持，主要運(yùn)行于非嵌入式平臺(tái)[2]。而目前國(guó)外流行的嵌入式組件模型主要有比利時(shí)IWT協(xié)會(huì)贊助的CCOM模型，飛利浦公司用于消費(fèi)電子的Koala組件模型和國(guó)內(nèi)處于起步階段的科銀京成公司的Delta System平臺(tái)，這些模型都是不公開(kāi)的限于公司內(nèi)部使用的技術(shù)，并需要相應(yīng)的CASE工具支持[3]。
針對(duì)以上分析，本文進(jìn)行了監(jiān)控組件化的設(shè)計(jì)，選用ABB公司的用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的組件模型PECOS作為組件化標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
1.PECOS技術(shù)簡(jiǎn)介
PECOS組件模型中的元素包括組件、接口和連接器。組件有3種：具有自己的控制線(xiàn)程的活動(dòng)組件；不具有自己的控制線(xiàn)程，由活動(dòng)組件調(diào)度的被動(dòng)組件[4]；其功能由一個(gè)事件觸發(fā)的事件組件。這3種組件能夠組合使用。接口表明組件提供給其他組件或需要其他組件的數(shù)據(jù)。包括要傳遞的數(shù)據(jù)的類(lèi)型（如浮點(diǎn)）、方向（in、out、in/out）和范圍。連接器負(fù)責(zé)連接兼容的類(lèi)型、方向和范圍的接口。
1.1 PECOS構(gòu)件行為
一個(gè)應(yīng)用可以通過(guò)CoCo和目標(biāo)語(yǔ)言類(lèi)來(lái)綜合描述，被連接的對(duì)象稱(chēng)為RTE運(yùn)行時(shí)刻環(huán)境。RTE是PECOS提供的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。RTE的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用無(wú)關(guān)性，PECOS的構(gòu)件也是平臺(tái)無(wú)關(guān)性的，可以在不同的項(xiàng)目中共享。一個(gè)具體的應(yīng)用可以分為以下四層：RTOS、RTE、Generated Classes 、User classes。
1.2 PECOS組件模型的特點(diǎn)
用戶(hù)語(yǔ)言無(wú)關(guān)性 采用接口定義語(yǔ)言（IDL）和組件定義語(yǔ)言（CDL）描述接口和組件，使模型和具體實(shí)現(xiàn)分離，理論上可以映射到多種語(yǔ)言C、C++、Java等。
可移植性 嵌入式系統(tǒng)硬件環(huán)境多樣，所以組件模型的可移植性非常重要，在本模型中通過(guò)封裝底層接口獲得很好的移植性。
組件的易維護(hù)性 通過(guò)接口繼承和可選接口實(shí)現(xiàn)組件的易維護(hù)性。
同其它組件編程技術(shù)相比,PECOS具有很好地跨平臺(tái)性能且與編程語(yǔ)言無(wú)關(guān),其較好的開(kāi)放性、擴(kuò)展性和實(shí)時(shí)性. 所以,我們選擇以CORBA 作為組件化標(biāo)準(zhǔn),對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行組件化編程。
2．嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)主要功能組件
基于嵌入式Web的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由3部分組成：現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，嵌入式Web服務(wù)器和遠(yuǎn)端監(jiān)控主機(jī)[5]?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集并以某種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)傳遞數(shù)據(jù)；嵌入式Web服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的收集和發(fā)布，監(jiān)控主機(jī)則通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)地得到數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目標(biāo)。
對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言，按照功能上的要求，本著全局性擴(kuò)展性、重用性、先進(jìn)性和可靠性的原則，把系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為Web Server組件，CGI組件，串行通信組件，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組件、報(bào)警組件等幾個(gè)組件模塊。按服務(wù)劃分接口，按功能封裝在組件內(nèi)部，力求系統(tǒng)組件清晰、簡(jiǎn)潔、便于維護(hù)。這些組件之間的關(guān)系如圖1所示：
圖1 嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)主要功能組件
Web Server組件是指實(shí)現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議的基本內(nèi)容(如HTTP協(xié)議)、能夠響應(yīng)和處理用戶(hù)請(qǐng)求、實(shí)現(xiàn)對(duì)立通信的程序模塊，通過(guò)對(duì)TCP/IP相關(guān)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，Web服務(wù)器具有與瀏覽器交互的能力，能夠處理客戶(hù)端用戶(hù)請(qǐng)求、傳遞網(wǎng)絡(luò)消息并向?yàn)g覽器返回結(jié)果，同時(shí)能夠與其他應(yīng)用程序協(xié)同工作。由于Boa是一個(gè)單任務(wù)的小型HTTP服務(wù)器，其源代碼開(kāi)放，穩(wěn)定性好，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，因此本系統(tǒng)中選用Boa作為WebServer。
CGI組件是指按照CGI標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的具有獨(dú)立功能的程序模塊，是嵌入式web服務(wù)器與外部擴(kuò)展應(yīng)用程序交互的一種標(biāo)準(zhǔn)接口。通過(guò)它把現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳遞給嵌入式web服務(wù)器我。從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端客戶(hù)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交互。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組件是指能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，并為其它功能組件提供讀寫(xiě)方法的功能模塊。報(bào)警組件是指能提供報(bào)警功能的程序模塊。
在這些組件中，WebServer組件和CGI程序組件分別與串行通信組件、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組件和報(bào)警組件相結(jié)合完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警等功能。
3．串行通信組件實(shí)例
下面以串口通信組件模塊為例，說(shuō)明如何用PECOS實(shí)現(xiàn)其功能。
串行通信組件是指完成串行通信功能的獨(dú)立程序模塊，這個(gè)模塊主要包括云臺(tái)攝像機(jī)等硬件設(shè)備。攝像機(jī)控制主要包括控制其焦距、透鏡凹凸、光圈；云臺(tái)控制主要包括控制其自動(dòng)旋轉(zhuǎn)和方向，由其完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即云臺(tái)攝像機(jī)到CGI組件的數(shù)據(jù)傳送[6]，它與CGI程序組件相互配合，共同完成對(duì)嵌入式web服務(wù)器的數(shù)據(jù)更新。
下面是串口通信組件模塊的接口定義語(yǔ)言IDL定義，這里省略了常量、數(shù)據(jù)定義，只提供整個(gè)模塊的總統(tǒng)框架。
Module SerialPort{
interface Camera{
SetFocus(in int FocusValue,out int Result);// 設(shè)置焦距值
SetLens（in int LensValue，out int Result）;//設(shè)置透鏡匯聚和發(fā)散值
SetAperture（in int ApertureValue，out int Result）；//設(shè)置光圈值
}
interface Console //云臺(tái)接口
{
SetAuto（in Boolean isAuto，out int Result）；//設(shè)置云臺(tái)是否自動(dòng)旋轉(zhuǎn)
SetDirection（in int Direction，out int Result）；//傳入方向值從1-8，分別代表上下左右、左上、左下、右上、右下4個(gè)方向
….
} 在設(shè)計(jì)好IDL以后，用IDL編譯器把它們編譯成服務(wù)器框架，并插入到工程中，聲明好類(lèi)，就可以編寫(xiě)服務(wù)器的程序了。
串口通信組件模塊可以很容易地進(jìn)行拆卸和擴(kuò)展，如果要添加新的硬件設(shè)備，只要在其中再添加一個(gè)新的接口，定義其中的函數(shù)即可，無(wú)需改動(dòng)整個(gè)程序，大大提高了編程效率，使整個(gè)程序便于維護(hù)。
4．組件化設(shè)計(jì)中注意的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題
運(yùn)用組件化的設(shè)計(jì)方法需要處理好如下幾個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題：
（1）建立合理的系統(tǒng)模型及組件模型是組件化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)系統(tǒng)功能模型進(jìn)行合理分解，以相對(duì)獨(dú)立的功能模塊為基礎(chǔ)來(lái)定義組件，組件之間邊界要清晰。
（2）標(biāo)準(zhǔn)化是保證組件具有兼容性的前提。對(duì)每種組件的接口和操作定義應(yīng)盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化，包括對(duì)組件的屬性訪(fǎng)問(wèn)和對(duì)組件的操作都需要標(biāo)準(zhǔn)化。
（3）組件應(yīng)該易于重用。組件技術(shù)和它的支持工具應(yīng)該為組件版本管理提供支持，因?yàn)樵诮榻B一個(gè)基于組件的開(kāi)發(fā)模型時(shí)重用性是一個(gè)很重要的方面。
5．結(jié)語(yǔ)
本文作者的創(chuàng)新觀點(diǎn)是視頻監(jiān)控組件的模型設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的功能，下一步的工作重點(diǎn)是進(jìn)一步完善其功能，利用現(xiàn)有的嵌入式組件定義視頻監(jiān)控組件或在現(xiàn)有的組件的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種新的組件化的模型。
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