（通信与信息系统专业论文）基站多媒体监控系统的设计与实现.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 基站多媒体监控系统的设计与实现 摘要 随着社会的发展，人类科技水平的进步，自动化水平的臼渐的提高，多媒 体监控系统得到越来越广泛的应用，监控系统给人类提供更安全、更方便的工 作、生活环境。 数字多媒体监控系统采用i n t e r n e t 中应用最为广泛的t c p i p ( r e a l - t i m e p r o t o c o l r e a l t i m ec o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 协议族，适应实时流媒体信号的特点 在u d p 之上采用r t p r t c p 做为传输协议承载现场数据，用t c p 承载控制信 息。现场采集信号主要分为连续变化的模拟量和双态的开关量。数字多媒体监 控系统采用符合i s o i e c1 4 4 9 6 标准( m p e g 4 ) 的视频编码算法。数字多媒体监 控系统对各种数据进行实时监控的同时，可以实时检测其数值是否处于正常范 围内，如果现场数据值处于异常范围内，则发出告警信息并保存告警信息，用 户还可以根据时间、数据种类、报警站号等信息对告警数据进行分类检索查询。 本文根据移动通信基站监控的需求，提出了数字多媒体监控系统的设计， 详细阐述了多媒体数字监控系统的整体构思，每个模块的功能，以及系统的主 要技术问题和软件的实现。本人设计并实现了环境数据和视频数据的采集，采 用m p e g - - 4 标准实现视频压缩，采用r t p r t c p 协议实现现场数据的合包和 流媒体信号的传输，采用运动检测技术实现图像告警，并使用c + + 实现上 述功能并把系统的每个部分良好的结合在一起。 本文所设计和实现的数字多媒体监控系统完全符合无人值守基站的要求。 通过现场的调试，证明设计和实现完全符合实际需求，是正确合理的。 关键字：视频；监控；多媒体；r t p r t c p c + + b u i l d e r 东北失学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o f m u l t i m e d i as u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o l s y s t e m o fb a s es t a t i o n a b s t r a c t s u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o ls y s t e mh a v eb e t t e ra n db e t t e ra p p l i c a t i o nw i t l lt h e d e v e l o p i n go fs o c i e t y 、s c i e n c ea n dt e c h n o l o g y a n da u t o m a t i z a t i o n i tm a k eh u m a n l i v em o r es a f e ra n dc o n v e n i e n t m u l t i m e d i as u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o ls y s t e mu s et c p i pw h i c hi sp o p u l a ri nt h e i n t e m e t t h es y s t e mu s er t p r t c pa sp r o t o c o lo f t r a n s f e r r i n gd a t ai no r d e rt of i tt h e c h a r a c t e ro f s t r e a m i n gm e d i a c o n t r o l l i n gi n f o r m a t i o n w a st r a n s f e ru s i n gt c p t h e s i g n a lo f f i e l dh a v et w ok i n d s ：s i g n a lo f a n a l o ga n ds i g n a lo fd i g “a 1 m u l t i m e d i a s u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o l s y s t e m u s em p e g - 4a sa r i t h m e t i co fv i d e o c o m p r e s s i o n t h es y s t e ms u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o la l lk i n d so fd a t a ，a n di n s p e c tt h e d a t aa tt h es a m et i m e , t h es y s t e mc a na l a r ma n ds a v et h ed a t ai ft h ed a t ae x c e e d t h r e s hh o l d u s e rc a nq u e r yt h ed a t ao fa l a r ma c c o r d i n ga st i m e ，t h ek i n do fd a t a ，t h e n u m b e ro fs t a t i o n t h i sp a p e rp u tf o r w a r dt h ed e s i g no ft h es y s t e ma c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t o fb a s es t a t i o n ，a n dd e s c r i b et h i n k i n go fd e s i g n i n gt h es y s t e m ，t h ef u n c t i o n so fa l l m o d u l e ，m a j o rp r o b l e m o ft e c h n i ca n ds o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o n id e s i g na n d i m p l e m e n t c o l l e c t i o no fa l ld a t a ，c o m p r e s sv i d e ou s i n gm p e g - 4 ，t r a n s f e rs t r e a m i n g m e d i au s i n gr t p r t c p ，a l a r mt h ev i d e ou s i n gd e t e c t i n gm o t i o n ii m p l e m e n ta l l f u n c t i o n s u s i n g c + + t h e d e s i g na n di m p l e m e n ti sr e a s o n a b l e a n dc o l l e c tt h r o u g h d e b u g g i n g i ns c e n e k e y w o r d s ：v i d e o ，s u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o l ，m u l t i m e d i a ，r t p 艘p i i 东北大学硕士学住论文声明 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得其他学位而使用过的 材料。与我共同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 本人签名：摊 日期：朋3 年i 且；f 国 i i i 东北大擘项士学位论文第一章绪话 第一章绪论 1 。1 论文研究的背景以及意义 1 1 1 基站的情况 进入2 0 世纪9 0 年代以来，全球移动通信获得了长足的发展。中国移动通信 的发展速度更加令世界瞩目。移动通信网中有相当多的移动基站，而且地理分 布很广，每个基站中的设备又都很昂贵，而且这些精密设备都需要在一定的温 度，湿度的范围内才能正常工作，为了保证这些设备都能正常工作，目前的通 信公司都是采用派指定员工定期检查基站环境的各项指标的方法了解基站的情 况并保证基站的设备能正常运行，有很多基站的地理位置偏远，检查这些基站 不仅耗费人力，而且如果不能及时的了解基站的情况( 如火灾等突发事件) ，那 么基站设备的不正常运行会造成难以预料的损失。 1 1 2 多媒体监控系统 目前的多媒体监控系统一般都包括环境信息和视频信息的监控，其中又是 以视频监控最复杂，也最有效。通常把防入侵报警、视频监控、出入控制作为 安全防范技术系统的三要素。而视频监控在安全防范技术系统中的地位和作用 日渐突出，这是因为图像具有信息量大的特点，是报警复核、动态监控、过程 控制和信息记录的有效手段。而随着社会、科技、经济的不断发展，视频监控 技术和其他信息的监控技术的应用范围在不断的扩大，从最初的银行、军事、 机要部门等特殊行业领域的应用已经延伸到今天的电业部门、邮政电信部门、 商业部门、各种工矿企业、道路交通、智能大厦等领域。从监控系统的发展过 程来看，环境信息的监控主要是作为环境信息的警报，超过域值就发出告警信 息；而视频监控系统的发展就比较复杂了，主要包括三个时期： 第一代，传统模拟视频监控系统。随着电视和摄像机的出现和发展，出现 了最早期的模拟视频监视系统。当时的系统以摄像机与髓视器一对一的监视系 统为主，开创了视频监控的先河。这种系统的连接方式是靠视频电缆把摄像机 和监视器一对一连接。但是随着近年来经验的积累，人们在实践中渐渐地发现： 在不同时间，不同情况下，人们感兴趣的对象发生变化，不一定需要同时将所 东北大学硕士学位论文第一章墙论 有监视点全部显示出来。因此，一对一监视模式对监视器是一种浪费，随之逐 渐出现了视频切换器，来弥补这一不足。这种形式仍然属于第一代的监视系统。 其系统的连接方式如图1 1 所示。 图1 1 传统模拟监视系统 这一代系统的主要优点是实现方法简单。但是，其缺点非常明显：它采用 同轴电缆传输，传输距离受限，布线复杂，设备、材料费用高，施工困难：另 外，由于视频图像是模拟的，图像所占带宽宽，录像时间短，不适合长时间的 录像；其顺序存储的方式又使得查询速度慢。 第二代，基于硬盘录像机的视频监控系统。其系统结构如图1 2 所示。伴 随着计算机多媒体技术的发展，人们开始利用计算机显示器的高解析度，将一 路视频传输到计算机，通过视频采集卡采集到计算机，进行显示、压缩和存储。 对于 国莩- 视簇 困袤 愉一- 讶删 图1 2 基于硬盘录像机的视频监视系统 视频存储部分，则需要大容量的计算机硬盘支持。这就是基于硬盘录像机的视 频监控系统。 这种系统的优点是录像时间长，图像质量好，查询速度快。随着计算机软 硬件性价比不断提升，利用硬盘录像系统采集、存储和传输视频成为目前视频 监控领域的首要选择。但是，它仍然采用同轴电缆把视频图像传输到计算机， 东北大学碛士学位论文 第章绪论 监控领域的首要选择。但是，它仍然采用同轴电缆把视频图像传输到计算机， 然后再进行压缩、存储，这只能解决存储问题，却不能解决大数据量的传输问 题。因此，第二代视频监控系统还有设备、材料费用高，旌工困难等闯题。另 外，由于监控主机的插槽有限，因此监控点的数目受限，所以这种系统只适合 于中、小规模监控。 第三代基于信源压缩的数字视频监控系统。要彻底解决视频系统传输中的 瓶颈问题，就必须在信源端对视频进行压缩，这样才能有效地减少视频传输的 数据量。所以我们提出了基于总线传输的第三代视频监控系统：基于信源压缩 的数字视频监控系统。其基本结构可以参照图1 3 。 图1 3 基于信源压缩的视频监控系统 这种系统的特点是：在视频图像的信源端对视频进行压缩，然后通过一定 的通信协议和通信介质把压缩后的视频数据传输到计算机，用计算机再对图像 进行解压和显示，这种系统采用图像数据库技术对图像进行存储便于图像的查 询和回放，所以这种系统有设备、材料费用低、施工容易、录像时间长，图像 质量好，查询速度快等优点，不过，这种系统的技术实现比较复杂。 虽然监控系统有了很大的发展，但是由于市场( 价格、历史、观念) 原因， 很多老系统依然存在，而且各种系统都有了很大发展，因此在特定场合继续存 在。从功能和实现方式上，目前视频监控系统大致可以划分为如下几种形式： 视频矩阵型。如图1 4 所示，这是最典型的闭路监控系统，采用集中式 管理，以视频矩阵为中心，有的系统可通过计算机进行管理。该系统属 于第一代的模拟监控系统。目前很多大型监控系统仍采用此方式，如 a d 、p e l c o 、p h i l i p s 、松下等，虽然功能各异，但基本采用此形式。 尽管加入了一些数字化特征，但仍然属于模拟系统。其中，大多数系统 还能对云台镜头、高速球等进行控制，有些系统还能实现矩阵的级联。 东北大学项士学位论文第一章辩论 图1 4 视频矩阵形 夺多画面型。如图1 5 所示，多画面型监控系统以多画面或多路开关为中 心，安装及设置简单，基本上无控制和管理功能，但录制的画面多，利 于案件记录。多画面有4 ，9 ，1 6 路之分。有些多画面也可以进行级联， 并可以控制云台镜头。该系统也还属于第一代的模拟监控系统。 甲 【甲甲 参鹰蕾成拳苷静共 ii 留僻吼曛电橇疆 长程荣像帆 图1 5 多画面型 冷集散式监控系统。在结构上，它是1 ，2 的结合，并以计算机为中心， 采用集散式管理，主控计算机统一整个系统，矩阵、多画面、分控计算 机也能分散一些管理功能，从而提高系统的可靠性和可扩展性，以计算 机为中心，加强了管理，具有日志、用户权限、平面图等功能，矩阵可 采用级联方式，扩展视频输入，这种系统配置灵活，一般同时兼有报警、 对讲、门禁管理等功能，能适应从d , n 大各种常规系统的需求。这种形 式的视频监控系统属于第二代视频监控系统，般多见于国内应用，满 足国内市场要求。 夺基于网络的视频监控系统。如图1 6 所示，基于网络的视频监控系统采 用发送器将任意p a l , r n t s c 视频压缩并进行t c p i p 打包，并连接到计 算机网络上。相反，接收器则把数字视频图像解压缩并显示到任意标准 东北大学硕士学位论文第一章蜻论 的p a l n t s c 监视器上。另外，有些比较完善的系统还可以通过任意 p c 机上的软件解码器接收、解码并显示监控图像，这种系统利用网络 传输视频流，其具有传输距离远、布线不重复、抗干扰能力强、查询方 便等优点，即实用、经济又可靠。这种形式的视频监控系统属于第三代 的视频监控系统。 图1 6 基于网络的视频监控系统 l 1 1 3 视频监控数字化的必然性 视频信息直观、生动，是人类获取信息的主要来源。但是，视频信息的数 据量非常大，以普通的p a l 制彩色电视信号为例：若y ：u ：v = 4 ：2 - 2 ，如 果以8 b i t 表示y 信号，则每个象素共占( 8 + 4 + 4 ) = 1 6 b i t ，此时已经利用了 人类的视觉特性对视频图像进行数据压缩了，那么数字视频信号的传输速率为 7 2 0 5 7 6 1 6 2 5 = 1 6 5 8 8 0 0 0 ( b s ) = 1 6 5 8 8 8 m b i t s 。所以数据量极大，不便于 视频图像的传输和存储。因此，在信源端对原始视频图像进行压缩编码、用数 字监控系统代替模拟监控系统成为视频监控系统发展的必然趋势。 与传统的模拟监控相比，数字监控系统具有许多优点： 夺便于计算机处理。由于视频图像进行了数字化，所以可以充分利用计算 机的快速处理能力，对其进行压缩、分析、存储和显示。通过视频分析， 可以及时发现异常情况并进行联动报警，从而实现无人值守。 夺适合远距离传输。数字信息抗干扰能力强，不易受传输线路信号衰减的 影响，而且能够进行加密传输，因而可以在数千公里之外实时监控现场， 特别是在现场环境恶劣或不便于直接深入现场的情况下，数字视频监控 能达到亲l 临现场的效果。即使现在遭到破坏，也照样能在远处得到现场 的真实记录。 东北大学硕士学位论文 第一章外论 夺便于查找。在传统的模拟监控系统中，当出现问题时需要花大量时间观 看录像带才能找到现场记录，而在数字视频监控系统中，利用计算机建 立索引，在极短的时间内就能找到相应的现场记录。 夺提高了图像的质量与监控效率。利用计算机可以对不清晰的图像进行去 噪、锐化等处理，通过调整图像大小，借助显示器的高分辨率，可以观 看到清晰的高质量图像。此外，可以在一台显示器上同时观看1 6 路甚 至3 2 路视频监控图像。 夺系统易于管理和维护。数字视频监控系统主要由电子设备组成，集成度 高，视频传输可利用有线或无线信道。这样，整个系统是模块化结构， 体积小，易于安装、使用、维护。 正是由于数字视频监控系统具有传统模拟监控系统无法比拟的优点，而且 符合当前信息社会中数字化、网络化和智能化的发展趋势，所以数字视频监控 正在逐步取代模拟监控系统，广泛应用于各行各业。 1 2 论文的组织结构 本文主要对设计并使用b o r l a n dc + + b u i l d e r 开发平台和多媒体压缩、传输、 视频检测等技术实现基于基站的多媒体数据监视、控制系统。第一章介绍论文 的研究背景以及意义和论文的结构。第二章介绍了系统中用到的工具和技术， 如：b o r l a n dc + + b u i l d e r 开发平台、v f w ( v i d e of o r w i n d o w s ) 开发包、数据采 集卡、环境数据的前端采集技术。第三章介绍系统的组成以及系统的性能，包 括环境数据采集模块和图像采集模块，视频显示模块，视频压缩模块，环境数 据和视频数据的打包、发送模块，以及接收端的数据处理，图像保存等模块。 第四章介绍了各种压缩标准并详细阐述了系统如何采用m p e g - 4 压缩标准对视 频图像进行压缩和解压缩的。第五章介绍了r t p r t c p 协议并对系统如何利用 r t p r t c p 流媒体传输协议对系统的数据进行传输的问题进行了详细的说明。 第六章主要介绍了运动检测技术和如何运用运动检测技术实现图像报警功能。 结束语对论文进行总结并对监控系统未来的发展提出自己的看法。 东北大学硕士学位论文第二章款字多媒体监控系统中使用的工具和技术曩其在系统中的应用 第二章数字多媒体监控系统中使用的工具 和技术及其在系统中的应用 2 1b o r l a n dc + + b u i l d e r 开发环境 b o r l a n dc + + b u i l d e r 是由著名的b o r l a n d 公司开发的，是w i n d o w s 环境下 功能最强大的c + + 开发环境，它全面实现了a n s ic + + 标准，提供了自己的扩 展，并且兼容p c 计算机上的两种最常用的c + + 编译器，即b o r l a n dc + + 和 v i s u a lc + + 。b o r l a n dc + + 和v i s u a lc + + 的程序几乎不用修改就可以在c + + b u i l d e r 下编译通过。c + + b u i l d e r 最显著的特点是它实现了c 十+ 语言完全可视 化的开发，将c + + 的面向对象和可视化紧密地结合起来，提供了一个功能强大、 开发效率高的集成开发环境。 以下是c + + b u i l d e r 的主要特点： 夺真正可视化的c + + 开发环境。c + + b u i l d e r 提供符合a n s i i s o 标准、 功能强大的c + + 编辑器，并集成功能完整、高效的可视化开发环境， c + + b u i l d e r 运用面向对象技术构造以组件为基础的开发结构，软件组 件让程序代码可重复使用的能力大幅提高，缩短了整个软件开发周期 的时间。c + + b u i l d e r 采用获得市场验证的v i s u a lc o m p o n e n tl i b r a r y ( v c l ) 组件结构，提供2 0 0 多个软件组件，辅助开发人员轻松开发 w i n d o w s 应用程序。 夺运用x m l 的i n t e m e t e x p r e s s 技术。c + + b u i l d e r 5e n t e r p r i s e 的i n t e m e t e x p r e s s 技术帮助用户建立以w e b 浏览器为基础的瘦客户端 ( t h i n c l i e n t ) 应用程序，全新h t m l x m lw e bp a g e 编辑器以可视化 方式设计客户端应用程序外观，并运用标准的x m l 传送数据包，遵 循业界标准c o m ，c o r b a ，m t s ，并能负载大量用户及数据的m i d a s 多层分布式结构，可平稳地将现有系统导入电子商务与i n t e m e t 相关应 用。 夺简化分布式应用系统的开发。c + + b u i l d e r 是唯一完美集成c o r b a 与 c o m c o m + 的c + + 集成开发环境，c + + b u i l d e r5e n t e r p r i s e 版中内建 全球c o r b a o r b 分发数量最多的v i s i b r o k e r 4 0 ，并内含e v e n t s e r v i c e - 7 - 东北大学项士学住论文第二章教丰多媒体监拄系统中使用的工具牵技术反其在系统中的应用 等标准c o r b a 服务，c + + b u i l d e r 5e n t e r p r i s e 将c o r b ai d l 编译器 集成于开发环境中，配合各种全新向导快速生成c o r b ac l i e n t 与 s e r v e r 源程序框架。对于m i c r o s o f tc o m 的支持，c + + b u i l d e r 采用 m i c r o s o f t a t l3 0 提供一步生成c o m 对象以及a c t i v e x 组件的能力， 可视化t y p el i b r a r y 编辑器可同时生成m i c r o s o f ti d l 。c + + b u i l d e r 5 e n t e r p r i s e 帮助您轻松构建跨平台、跨程序语言的分布式系统。 夺高效存取数据库。c + + b u i l d e r5e n t e r p r i s e 版提供o r a c l e8 i ，m i c r o s o f t s q l s e r v e r 7 ，i n f o r m i x9 ，s y b a s er 1 1 ，i b md b 2u n i v e r s a ls e r v e r5 5 ， i n t e r b a s e5 6 等企业级数据库高速驱动程序，并对o r a c l e8 i 对象关联 延伸功能，如a b s t r a c t d a t a t y p e ，n e s t e d t a b l e s ，v a r i a b l e l e n g t h a r r a y s ， o b j e c tp o i n t e r s ( r e f s ) 及e x t e r n a l f i l er e f e r e n c e s 等提供最完整的支 持。c + + b u i l d e r 5 还提供m i c r o s o f ta c c e s s ，f o x p r o ，v i s u a ld b a s e 和p a r a d o x 等单机个人数据库存取能力。 夺快速开发高效w e b 及i n t e m e t 应用程序。a c t i v e f o r r r d a t l 及w e b d e p l o y 技术通过w e b 分发a c t i v e x 组件，以构建零配件、w e b 浏览器为基础 的t h i n c l i e m 应用程序。w e b b r i d g e 透明性结构让用户以单一源程序 同时支持c g i ，w i n c g i ，i s a p i 及n s a p i 标准，开发人员可以利用 现有开发技术，以可视化方式开发跨平台的w e b 客户机服务器结构应 用程序，不必考虑标准取舍问题。此外2 0 多个i n t e r n e t 通信协议组件 加速了i n t e r n e t 应用程序开发过程。 夺强大的调试功能。c + + b u i l d e r 增加了断点管理的功能，并在w i n d o w s n t 2 0 0 0 环境中增强了多线程调试能力，能够对c o m + 对象进行调试。 内建c o d e g u i d e 向导自动监测内存泄露的错误程序，c + + b u i l d e r5 e n t e r p r i s e 版针对多层分布式开发环境提供远程调试的能力，让开发人 员通过网络直接对远程的应用程序服务器进行调试，使复杂的多层应 用系统调试变得更容易。 夺a d o e x p r e s s 组件存取各类异质数据。i t 部门所面对的企业数据类型 日渐复杂，数据来源已不仅限于关系型数据库。c + + b u i l d e r5 e n t e r p r i s e 版全面支持m i c r o s o f tu m v e 酬d a t aa c c e s s 结构，能够使用m i c r o s o f t a c t i v e xd a t ao b j e c t ( a d o ) 以及o l ed b 驱动程序，配合c + + b u i l d e r 5 各种方便数据感知组件( d a t aa w a r ec o m p o n e n t ) ，访问传统关系型 数据库及非关系型数据。此夕 c + + b u i l d e r5e m e r p f i s e 版中还支持 东北太学硕士学位论文第二章数字多媒体监控系统中使用的工具和技术及其在系统中的应用 m i c r o s o f tr e m o t ed a t as e r v i c e s ( r d s ) ，以建立不需配置设定的瘦客户 端应用程序。 令运用m i d a s 开发( m u l t i t i e rd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o ns e r v i c e s ) 是运用 c o m ，c o m + ，c o r b a 等分布式对象规范，辅助c + + b u i l d e r 与d e l p h i 开发多层分布式数据库应用程序的一组组件及服务。使用m i d a s 技 术可以运用现有数据感知组件，快速开发复杂的多层应用程序，新版 本的m i d a sd a t a b r o k e r 采用无状态( s t a t e l e s s ) 的设计思想，能够更 完美地配合m t s 和w i n d o w s 2 0 0 0c o m + 适应低带宽环境下考虑错误 恢复的多层分布式应用。全新的w e b c o n n e c t i o n 组件可利用h t t p 通 信协议，存取企业防火墙内的m i d a s 应用程序服务器，并配合s s l 加密传送数据。 2 1 1c + + b u i l d e r5 中的a d o 数据访问技术 a d o ( a c t i v ed a t ao b j e c t ) 是微软公司基于o l ed b 的数据库模型。它实 现了一系列c o m 接口，通过数据提供者( d a t a p r o v i d e r ) 和数据使用者( d a t a c o n s u m e r ) 来实现广义的数据存取。a d o 模型一方面简化了数据存取，例如 使用j e to l ed bp r o v i d e r 可以实现a c c e s s 数据库的无d s n 连接；另一方面， 在a s p 等i n t e r n e t 应用中也得到了广泛的使用。 在c + + b u i l d e r 5 d e l p h i5 中诸多新增特性中，a d o 数据控件的引入是比较 引人注目的，它使a d o 编程和在v i s u a l b a s i c6 中一样容易。由于v c l 类库对 a d o 的封装更加合理，旧的数据控件可以很容易地升级到a d o 支持，而不象 在v b 中某些d a o 或r d o 控件无法兼容a d o 。 在c + + b u i l d e r5 中，a d o 控件实质上是一种数据访问组件。如果读者有过 c + + b u i l d e r 先前版本的数据库开发经验，就会发现与数据访问组件相连的数据 源组件( t d a t a s o u r c e ) 和数据感知组件( 如t d b g r i d ) 的使用方法和以前一 样，只需把t d a t a s o u r c e 连到a d o 控件上即可。如果要实现简单的表操作或 查询，可以使用t a d o t a b l e 或t a d o q u e r y ；更一般地，可以使用t a d o d a t a s e t 控件。使用a d o 技术与数据库建立连接时，应用程序具有一定结构，如图2 1 所示。 东北大擘硕士擘住论文第二章数字多垛体监控系统中馊用的工具乖技术芨其在系统中的应用 太 a 连 地 j 或 接 者 远 j dj 程 叫- v 对 数 据 象 库 0 图2 1 基于a d o 数据库连接技术的应用程序结构简图 2 2v f w ( v i d e of o rw i n d o w s ) 微软的v f w 提供能使程序灵活方便的处理视频数据的函数库。v f w 的文 档主要包括以下几个方面： 夺a v i 文件的函数和宏。 夺视频压缩管理器c m - v i d e oc o m p r e s s i o nm a n a g e r ) 。 夺视频捕获。 夺d r a w d i b 。 2 2 1a v i 文件的函数和宏 a v i f i l e 函数和宏提供访问以时间为基础的使用资源信息文件格式 ( r i f f r e s o u r c ei n f o r m a t i o nf o r m a tf i l e ) 的文件( 例如波形音频文件和音频视 频无关文件) 的方法，通过这些函数和宏可以管理r j f f 文件，这样就不必通过 r i f f 的结构来管理、控制r i f f 文件。a v l f i l e 函数和宏把以时间为基础的文件 作为一个或者更多的数据流而不是作为数据块来处理的，数据流是以时间为基 础的文件的组成成分。a v i f i l e 能包含几个不同类型的数据，例如可以包含视频 序列、英语音轨、法语音轨。当使用a v i f i l e 的时候，一个应用程序可以访问 每一个不同的组成部分。a v i 文件的函数和宏主要用于完成a v i 文件的操作， 包括创建、打开、读写等操作。 1 0 一 东北大学硕士学位论文第二章数字多垛体监控系统中使用的工吴和技术夏其在系统十的应用 2 2 2 视频压缩管理器 视频压缩管理器f v c m ) 通过使用可以安装的压缩器提供处理实时数据的接 口。应用程序使用可安装的压缩器执行下列任务： 夺压缩和解压缩视频数据。 夺发送一个渲染的压缩视频数据并且把它画出来并且显示出来。 夺用应用程序定义的渲染器压缩、解压缩或者在屏幕上显示视频数据。 夺使用渲染器纹理和自定义数据。 正常情况下，安装的压缩器可以对存储在a v i 文件中的视频图像数据进行 操作。 2 2 3 视频捕获 我们通过使用a v i c a p 窗口类可阻在程序中很容易的实现视频的捕捉功 能。a v l c a p 为应用程序提供连接到视频或者波形声音捕获硬件的简单的、以 消息为基础的接口，并且可以控制捕捉的视频流的处理。a v i c a p 支持视频流的 和单帧的实时捕捉。另外，a v l c a p 提供对媒体控制接d ( m c l ) 设备视频源的控 制，因此可以通过应用程序控制视频源的开始和结束，并且可以增加视频的捕 捉操作。 可以通过使用a v i c a p 窗口类可以执行下面的任务： 夺捕捉视频和音频流到a v i 文件中。 夺动态的断开和连接视频和音频输入设备。 夺可以通过使用重载和预览方法浏览生动的视频信号。 夺可以把指定文件拷贝到另一个文件或者捕获视频到一个指定的文件。 夺设置捕获的速率。 夺显示控制视频源和格式的对话框。 夺创建、保存和加载调色板。 夺拷贝图像和调色板到剪贴板。 夺捕获并且保存一幅图像作为设备无关位图( d m ) 。 视频捕获把视频和音频数据流数字化，并且把处理后的数据存储到硬盘或 者其他类型的连续存储设备。 东北犬学硕士学位论文第二章数字多媒体监拉系境中使用的工具和技术度其在系统中的应用 2 2 4d r a w d i b d r a w d i b 函数库提供高质量的绘制设备无关位图( d i b ) 的能力。d r a w d i b 函数库支持8 比特、1 6 比特、2 4 比特、3 2 比特图像深度的设备无关位图。d r a w d i b 函数库直接向视频内存写数据。他们不依靠图形设备接i ( g d i ) 。通过d r a w d i b 函数库可以提供图像拉伸和颤抖等效果，而且d r a w d i b 函数库可以图像的解压 缩和数据流化等操作，它也支持大量的显示适配器。 2 3 数据采集卡 2 3 1 数据采集卡的特点 p c l 一8 1 8 l 数据采集卡可以有1 6 路数字信号的输入，1 6 路数字信号的输出 以及1 6 路模拟信号的输入。数字输入和数字输出口都是2 0 针，模拟输出口是 3 7 针的。它还可以支持不同的采样频率，可以软件控制，可以通过软件控制模 拟输入的电压的范围。我们可以通过采集卡的模拟输入接口把温度、湿度等模 拟信号采集到计算机中，通过数字输入端口可以把门禁等数字信号采集到计算 机中，通过数字输出端口可以输出控制信号，从而控制云台的转动和其他的现 场设备。 2 3 2 数据采集卡的驱动 数据采集卡驱动软件提供了完整的硬件函数从而提供了强大的功能。安装 了数据采集卡的d l l 驱动以后，不必使用特殊的硬件注册命令，它就能提供给 你强大的可编程的a p i 函数，可以在目前流行的多种语言和平台中使用。而且 它在后台执行，适用比较少的c p u 时间，驱动使用双缓冲技术以支持连续不断 的大量数据传输。通过这些d l l 函数，系统就能方便，安全，高效的采集数据 和控制设备。 2 3 3 数字多媒体监控系统中数据采集卡的使用 多媒体数字监控系统通过数据采集卡把温度传感器、湿度传感器、门禁传 感器、云台控制器这些外围设备和计算机连接成为一个整体。温度传感器、湿 度传感器连接到数据采集卡的模拟输入端，根据实际的需求。还可以增加到1 6 东北大学硕士学位论文第二章数字多媒体监控系统中使用的工县和技术及其在系统中的应用 路模拟信号的输入。门禁传感器是连接到数据采集卡的数字输入端，根据实际 的需求还可以增加至1 6 路数字量的输入。云台控制器连接到数字输出端，根据 实际需求，最多可以输出1 6 路信号，本系统只用了其中的4 路，分别传给云台 控制器上、下、左、右的信号，再通过云台控制器控制云台的转动。 2 4 环境数据的测量 2 4 1 测量仪器 测量是人们认识和改造自然的重要方法。以电子技术、计算机技术为基础 的对各种电量和非电量的测量，在现代显然是最重要的测量方法。在现代自动 测量系统中，其各个组成部分常常以信息流的过程来划分：信息的获取，信息 的交换，信息的显示，信息的处理。首先要获得被测量的信息，把它变换成电 量，然后通过信息的转换，把获得信息变换、放大，再用指示仪将信息显示出 来，有的还需要把信息加以处理。测量系统包括传感器( 信息的获得) 、测量电 路、转换器、数据处理器、信息传输、指示器、记录仪( 信息的显示) 等几部 分。 测量仪器一般如图2 2 所示。由信号检出器件和信号处理两部分组成。信 号检出器件的任务是检测出测量环境下的被测信号。例如在测量面包烤箱( 测 量环境) 的温度( 被测信号) 时，将热敏电阻( 信号检出器件) 插入烤箱中， 热敏电阻的阻值便随着温度的变化而变化。这种能感应被测量的变化并将其转 换为其它 物理量变化的器件，被称为狭义的传感器( s e n s o r ) 。也就是说信号检出器件就 是传感器。 测量环境 捌信号囡- 区亘卜困i 狭义传感器 l 图2 2 测量仪器的构成 出 对于各种各样的被测量，有各种各样的传感器与之相对应，其输出信号的 东北大学硕士学位论文第二章数丰多蝶体蓝拉系统中使用的工具和技术度其在系统中的应用 形式因传感器而异。但检测仪器所输出的信号形式一般为直流电流、直流电压 和数字信号等标准形式，信号处理部分的作用就是将各种传感器的不同输出信 号形式转换成所希望的信号形式。检测仪器的输出或者送至控制器用以调节控 制，或者送至计算机作进一步的信息处理。所以从广义的角度来说，信号检出 器件和信号处理部分总称为传感器。 2 4 2 传感器 根据传感器应用的对象、测量的范围、周围的环境等不同，需要使用的传 感器大不相同，因而有各式各样的传感器。按被测量分类，可以有以下几类： 夺热工量传感器：温度、热量、比热、热流、热分布；压力、压差、真 空度；流量、流速、风速、物位等传感器。 机械量传感器：位移、尺寸( 长度、厚度、 力矩、应力、重量、质量、转速、线速度、 感器。 夺物性和成分量传感器：成分量( 化学成分、 浓度、黏度、：密度、比重等传感器。 宽度、角度) 、形状；力、 振动、加速度、噪声等传 浓度等) ；酸碱度、盐度、 夺状态量：颜色、透明度、磨损量、裂纹、缺陷、泄露、表面质量等传感器。 2 5 测量信号的处理 传感器的输出有各种形式，如热电偶、p h 电极等输出为直流电压，光电二 极管输出为直流电流，差动变压器或电磁流量计数出为交流电压，热敏电阻或 应变计、半导体气体传感器输出为电阻值，电感式位移传感器输出为电感，水 晶厚度传感器则为振动频率的交化。 测量仪器的输出信号必须转化成电压、电流或者数字量中的一种。信号处 理就是通过信号的转换、放大、解调、a d 转换得到所希望的输出信号的处理 过程。这是在测量中使用的共同技术。 2 5 1 差动法 下面介绍一种在输入端对信号进行处理的方法：差动法。数字多媒体监控 系统使用的是电阻式传感器，现以电阻式传感器为例来说明差动法的原理。传 东北大学硕士学位论文第二章敷半多媒体监控系统十使用曲工具和技术及其在系统中的应用 感器的输出假设为下列线性关系 r x = k x + r 口( 2 1 ) 式中，x 是输入信号，k 是比例系数，r x 是输入电阻。胁是当x 为0 时的电阻。 由电阻转换为电压最简单的电路如图2 _ 3 所示，输出电压由下式表示： n ：土e ( 2 2 ) ” r 。+ r i 但在x = 0 时，存在零位电压：e r o ( r o + r t ) 。 r 1 ： 传感器 1 r x 图2 3 最简单的电阻电压变换电路 若增加抵消零电位的电路，如图2 4 所示，则输出电压为； 州熹一志姬 他， 并且，r 2 和r 3 的选择应该满足式( 2 4 ) 土：土( 2 4 ) r o + r lr 3 + 吃 这样，r x = r o 时输出电阻为0 。零位电压被抵消，这就是我们熟悉的电桥电路。 图2 4 利用电桥进行电阻电压变换 r 3 东北大学硕士学位论文第二章数字多媒体监控系统申使用的工具和技术及其在系统中的应用 2 5 2 信号放大 传感器的输出电压一般来说都很小( 毫伏级) ，通常需要放大到伏级。传感 器的输出电压在未达到测量仪器的输出水平时皆需要进行信号放大。 首先看看放大信号的性质。图2 5 为信号源电压与内阻串联的情况，同图 2 4 一样。热电偶的等效电路属于此类型。图2 5 ( b ) 是电流源的等效电路，电流 源i s 和内部电阻黜并联，如不短路输出端子就不能正确测出i s 。光电二极管 就是典型的例子。 在电压信号的情况下，往往使用如图2 5 ( c ) 所示的等效电路。这种等效电路 有两个电压源，电压信号v s 对地有一电位v c 。因为v c 同时加在两个输出端 故称为共模( c o m m o nm o d e ) 电压；对应地。v s 称为差模或常模( n o r m a lm o d e ) 电压。 在心电或脑电波的测量中，电极间的电压或磁流量计的信号就是这种情况。高 温电炉使用的热电偶由于存在来自电源的漏电，因此也用图2 5 ( 0 表示其等效电 路。l ，c ，r 式的传感器，采用差动方式得到输出电压，它们的等效电路也如 2 5 ( c ) 所示。 r o f j 0 r 七 v o 【，、， ( a ) 电压等效电路 ( ”电流等效电路 士 v s ( c ) 存在共模电压时的电压源等效电路 图2 5 放大器输入信号等效电路 测量用放大器的放大倍裂妥汞j i 甚任裂牛冈维待但艇，频率特性要求从零至 东北大学硕士学位论文第二章数字多媒体监控系统中使用的工县和技术及其在系统中的应用 某截至频率的范围内保持平坦，姑且不论半导体放大器的频率特性，放大倍数 要长期保持恒定还有很大难度。高质量的放大器可通过对高增益半导体放大器 加深度负反馈来完成。集成化的运算放大器( o p e r a