移動(dòng)視頻監控及定位系統的設計方案

　　隨著(zhù)3G/4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )和計算機技術(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(cháng)距離數字化無(wú)線(xiàn)監控一直以來(lái)難以簡(jiǎn)單實(shí)現的瓶頸，為無(wú)線(xiàn)視頻監控開(kāi)辟了一條新的道路。

　　本文設計的一種移動(dòng)視頻監控及定位系統，采用S3C6410處理器作為硬件基礎，以Mediastream、Live555、VLC開(kāi)源項目為核心，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)現視頻的采集傳輸播放，并集成GPS模塊進(jìn)行位置數據的采集、傳輸、顯示，實(shí)現移動(dòng)目標的視頻監控、定位功能，該系統的前端硬件設備小巧，易于使用。

　　系統原理

　　系統框圖

　　如圖1所示。

　　圖1 系統框圖

　　工作原理

　　系統前端采用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)源項目從攝像頭采集數據，然后S3C6410處理器使用其硬件編解碼器將采集到數據編碼成H.264視頻流，發(fā)送到中轉服務(wù)器，中轉服務(wù)器使用Live555開(kāi)源項目對視頻流進(jìn)行轉發(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)嵌入式程序將GPS模塊采集到的位置數據進(jìn)行處理后，提取出其中的經(jīng)緯度數據，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)現對移動(dòng)目標的實(shí)時(shí)定位和監控功能，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)撥號上網(wǎng)，開(kāi)啟數據傳輸通道。

　　前端軟件設計

　　GPS數據采集

　　數據采集

　　硬件設備采用的是S3C6410開(kāi)發(fā)板，使用串口將GPS模塊與開(kāi)發(fā)板相連接，設定好串口相關(guān)參數后便可以從串口中讀出實(shí)時(shí)的GPS數據。

　　圖2 前端硬件

　　數據處理

　　從串口中讀取出來(lái)的GPS數據是標準的GPS數據，數據格式之一如下：

　　(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星數量(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(shí)間(從最近一次接收到差分信號開(kāi)始的秒數，如果不是差分定位將為空

　　可以看出，從串口中讀出的GPS數據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)緯度數據。

　　考慮到實(shí)際運行可行性，每1.5秒從串口讀取一次數據，編寫(xiě)一個(gè)函數從數據中提取出關(guān)鍵的經(jīng)緯度數據。

　　數據發(fā)送

　　經(jīng)過(guò)處理得到經(jīng)緯度數據之后，通過(guò)Socket將經(jīng)緯度數據發(fā)送到PC端進(jìn)行顯示。Socket分為客戶(hù)端和服務(wù)器端，可以根據實(shí)際的需要在前端使用Socket客戶(hù)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(hù)端去連接Socket服務(wù)器并發(fā)送數據。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(hù)端來(lái)訪(fǎng)問(wèn)前端的Socket服務(wù)器來(lái)獲取GPS數據。相比之下，在PC端建立Socket服務(wù)端口監聽(tīng)前端的Socket客戶(hù)端連接的方案更加實(shí)用，在多客戶(hù)端的情況下，便于管理，不需要對前端進(jìn)行域名綁定。　　視頻采集

　　視頻采集方案有兩套：

　　(1)開(kāi)源項目Linphone中的Mediastream,這是一款點(diǎn)對點(diǎn)采集傳輸的視頻采集方案，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(guān)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端軟件設計

　　PC端系統包含以下幾個(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GPS數據進(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,根據其提供的API實(shí)現實(shí)時(shí)的定位顯示以及歷史軌跡的回放功能。由于GPS提供的數據與實(shí)際地圖定位存在一定誤差，在進(jìn)行數據處理時(shí)還加入了一個(gè)校正算法對數據進(jìn)行修正，修正后的結果與實(shí)際結果誤差在10m內，在可以接受的范圍之內。

　　圖3 PC端監控軟件界面

　　視頻顯示

　　根據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(jìn)行視頻流的轉發(fā)，VLC進(jìn)行視頻的播放。Mediastream是一種點(diǎn)對點(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(xiě)，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數據后，存放在一個(gè)XML文件中供回放歷史軌跡時(shí)使用。

　　系統運行情況

　　前端硬件如圖2所示。

　　PC端監控軟件實(shí)現的界面如圖3所示。

　　采用不同方案進(jìn)行對比，測試的數據見(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對傳和Mediastream+Live555+VLC效果均不錯

　　(2)終端和PC端均為3G時(shí)，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(fǎng)問(wèn)時(shí)(由于外網(wǎng)數據不能主動(dòng)發(fā)送到內網(wǎng)，只能這么運行)，CIF格式效果還不錯，有些許延時(shí)，當設置比特率達到512kbps時(shí)，效果變差，不穩定，視頻出現斷續現象。VGA格式效果在384kbps左右時(shí)運行效果還可以，但運行不穩定，在其它比特率下運行，效果均不好。主觀(guān)感覺(jué)CIF下的視頻效果并不明顯差于VGA.

　　結束語(yǔ)

　　本文設計并實(shí)現的移動(dòng)視頻監控及定位系統，前端可實(shí)現GPS、圖片、視頻的采集和上傳，后端可進(jìn)行遠程控制、視頻監控和定位，并通過(guò)電子地圖顯示前端的實(shí)時(shí)位置和歷史運動(dòng)軌跡。本系統有機結合了計算機多媒體技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以應用于多種行業(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。

　　本文的設計思路可廣泛用于車(chē)載監控、無(wú)線(xiàn)視頻監控、城管執法等等領(lǐng)域，具有較廣泛的實(shí)用價(jià)值和推廣的意義。