基于3G網(wǎng)絡(luò )的汽車(chē)防盜報警系統視頻監控設計

　　引言

　　隨著(zhù)第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的成熟發(fā)展，基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的視頻監控技術(shù)的應用越來(lái)越廣泛。本文基于3G網(wǎng)絡(luò )覆蓋率高、可靠性強、傳輸速率快的優(yōu)勢，設計實(shí)現汽車(chē)防盜報警系統的可視監控。本設計在現有的電子式汽車(chē)防盜報警器的基礎上，通過(guò)擴展通用接口，實(shí)現了對于車(chē)體原有報警系統的功能擴展，其總體結構框圖如圖1所示。本文著(zhù)重闡述該系統視頻監控部分的設計實(shí)現。

　　本系統視頻監控部分是在InterPXA270為核心的硬件平臺上，通過(guò)構建嵌入式WindowsCE操作系統的軟件開(kāi)發(fā)實(shí)現上層應用。該設計以流接口方式開(kāi)發(fā)攝像頭驅動(dòng)，并利用攝像頭驅動(dòng)提供的接口，實(shí)現嵌入式WindowsCE下實(shí)時(shí)圖像的數據采集，對原始圖像進(jìn)行MPEG-4格式的編碼壓縮，同時(shí)在WindowsCE端利用SOCKET編程，實(shí)現監控數據的傳輸。

　　1 硬件平臺

　　現有的汽車(chē)防盜報警系統的結構如圖1虛線(xiàn)框內所示，本文著(zhù)重設計實(shí)現的是此系統的視頻監控部分。視頻監控部分的硬件包括三個(gè)部分，采集監控數據的攝像頭、多媒體處理器和通信模塊。硬件搭建結構圖如圖2所示。視頻監控部分的硬件平臺是以InterXScale微體系結構的InterPXA270處理芯片為核心，選用SIM5218模塊作為3G通信模塊，采用雙端口RAM技術(shù)實(shí)現視頻處理和圖1系統的總體結構框圖3G通信模塊的雙CPU之間通信。其中，InterPXA270芯片的主頻為520Hz，同時(shí)加入WirelssMMX技術(shù)，大大提高了多媒體處理能力。此外PXA270的InterSpeedStep動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)，在保證CPU性能的情況下降低了設備的功耗;西門(mén)子公司的3G通信模塊SIM5218支持高達7.2Mb/s的數據傳輸率，并且提供UART、USB2.0、GPIO和I2C等豐富的外圍接口，降低了設計難度;本設計中攝像頭選擇了網(wǎng)眼2000，它采用OV511芯片為核心，具有COMS35萬(wàn)像素的清晰度，并采用USB方式通信，可以采用流接口的方式實(shí)時(shí)采集監控數據。

　　2 軟件功能

　　基于WindowsCE操作系統的軟件架構包括兩部分。

　　利用PlatformBuilder定制WindowsCE系統并開(kāi)發(fā)USB攝像頭驅動(dòng)和數據發(fā)送端的開(kāi)發(fā)，本文詳細介紹USB攝像頭驅動(dòng)的設計和發(fā)送端的程序設計。系統的軟件結構圖如圖3所示。

　　WindowsCE流接口驅動(dòng)程序是具有定制接口的驅動(dòng)程序，表現為在用戶(hù)一級的動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL，是一般類(lèi)型的設備驅動(dòng)程序。流接口驅動(dòng)程序中用來(lái)實(shí)現一組固定的函數稱(chēng)為流接口函數，這些流接口函數使得應用程序可以通過(guò)文件系統訪(fǎng)問(wèn)這些驅動(dòng)程序。流接口驅動(dòng)程序幾乎支持任何類(lèi)型的可以連接到基于WindowsCE.net的平臺外部設備，其中包括USB設備。

　　流接口驅動(dòng)程序的主要任務(wù)是把外設的使用傳遞給應用程序，這是通過(guò)把設備表示為文件系統的一個(gè)特殊文件實(shí)現。應用程序通過(guò)文件系統的API函數調用流接口函數，然后流接口驅動(dòng)程序調用本機驅動(dòng)或者通過(guò)設備管理器與系統內核或外圍打交道。

　　2.1 攝像頭驅動(dòng)程序的流接口函數的實(shí)現

　　開(kāi)發(fā)攝像頭驅動(dòng)程序涉及到一組標準的流接口驅動(dòng)程序的函數，如CAM_Init()、CAM_Deinit()、CAM_Open()、CAM_Read()等，這些函數是接口驅動(dòng)程序的DLL接口，其中CAM_Init()、CAM_Open()、CAM_Read()和CAM_IOControl()最為重要。下面對這些重要函數進(jìn)行詳細介紹。

　　(1)CAM_Init()

　　CAM_Init()函數是通過(guò)設備管理器提供的ActiveDeviceEx()函數調用。在設備初始化時(shí)通過(guò)ActiveDeviceEx()將設備句柄信息寫(xiě)入DriversActive下面，當應用程序初始化時(shí)，注冊表的地址將以Context參數形式傳給CAM_Init()，利用RegOpenKeyEx()、RegQueryValueEx()等函數執行打開(kāi)和讀寫(xiě)注冊表操作，等執行成功后返回USB設備的句柄信息等。驅動(dòng)程序的部分源代碼：

　　(2)CAM_Open()

　　在對設備進(jìn)行讀操作之前，首先要先通過(guò)執行CeratFile()來(lái)調用CAM_Open()打開(kāi)設備，CAM_Open()所需的第一個(gè)參數是應用程序初始化時(shí)由CAM_Init()返回的設備句柄等信息，然后將設備關(guān)閉的事件設為無(wú)信號狀態(tài)。

　　下面是部分源碼：

　　程序中涉及的EnterCriticalSection()和LeaveCriticalSection()兩個(gè)函數的作用是保證在臨界區內所有被訪(fǎng)問(wèn)的資源不被其他線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)，直到當前線(xiàn)程執行完臨界區代碼。EnterCriticalSection()和LeaveCriticalSection()分別表示為進(jìn)入臨界區和退出臨界區。

　　(3)CAM_IOControl()

　　程序設計中通過(guò)CreatFile()函數調CAM_Open()打開(kāi)攝像頭設備，通過(guò)ReadFile()將返回值傳給CAM_IOControl()流接口函數，而CAM_IOControl()則調用OV51xReadOneFrame()對USB設備數據進(jìn)行讀取。下面是部分源碼：

　　對于USB總線(xiàn)上的數據傳輸，一共有四種傳輸類(lèi)型，分別是控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸和實(shí)時(shí)傳輸，這四種傳輸類(lèi)型分別應用到不同的USB設備。其中實(shí)時(shí)傳輸適用于以固定速率或特定時(shí)間內傳輸，可以容忍偶爾錯誤的流數據情況，對于USB攝像頭這種實(shí)時(shí)性要求比較高的設備一般選用實(shí)時(shí)傳輸，所以在CAM_Read()中就需要用到實(shí)時(shí)傳輸函數IssueIsochTransfer()來(lái)讀取攝像頭采集的數據。如果IssueIsochTransfer()執行后返回一個(gè)標示句柄，則代表執行成功，如果無(wú)返回值，則表示執行失敗。

　　在每次得到一包數據時(shí)，查找幀開(kāi)始標記，如果查找到，則復制剩余的所有數據到應用程序的緩沖中。在程序的Ov51xReadOneFrame()函數中，pDataBuff申請了9610B空間，dwFrameLen為10次傳輸每次的長(cháng)度，這里都設置為961。圖4為Ov51ReadFrame()軟件流程圖。

　　2.2 通信發(fā)送端的設計實(shí)現

　　通信發(fā)送端主要完成RTP/RTCP協(xié)議封裝和解封裝、網(wǎng)絡(luò )發(fā)送與數據獲取。本文所實(shí)現的是基于RTP/UDP/IP協(xié)議棧的MPEG-4實(shí)時(shí)流媒體傳輸，是移動(dòng)視頻監控系統中網(wǎng)絡(luò )傳輸部分的子模塊。采用JRTPLIB庫函數來(lái)實(shí)現RTP的實(shí)時(shí)傳輸。傳輸部分的系統架構如圖5所示。

　　該發(fā)送端的主要功能是將音視頻流封裝到RTP包內通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò )傳送給接收端，同時(shí)發(fā)送和接收RTCP包進(jìn)行反饋控制，以期達到最佳效果?；赪indowsCE平臺通過(guò)調用JRTPLIB函數庫來(lái)編程實(shí)現實(shí)時(shí)流媒體傳輸。

　　由于RTP協(xié)議并不作為獨立的網(wǎng)絡(luò )層來(lái)實(shí)現，它采用應用層組幀的理念，作為應用程序代碼的一部分，本文針對一個(gè)具體媒體的應用通過(guò)應用程序實(shí)現RTP封裝分組，然后將RTP分組交給UDP接口，采用JTHREAD作為線(xiàn)程庫，完成多線(xiàn)程的操作。利用RTP來(lái)做視頻傳輸分2個(gè)session來(lái)完成：一個(gè)負責聲音傳送;另一個(gè)負責視頻傳送。

　　發(fā)送端的部分主程序如下：

　　3 結語(yǔ)

　　本文在現有的汽車(chē)防盜報警系統的基礎上，通過(guò)接口的擴展，實(shí)現了基于3G網(wǎng)絡(luò )的視頻監控功能，并詳細闡述了攝像頭的流接口函數和通信發(fā)送端的設計。此外，通過(guò)該系統的通用接口的擴展，該系統還可與具體行業(yè)或家庭應用相結合，實(shí)現手機對于小范圍環(huán)境的可視化監控。該系統的設計實(shí)現不但對于汽車(chē)防盜產(chǎn)品的發(fā)展有著(zhù)重要的意義，同時(shí)對于基于3G網(wǎng)絡(luò )的可視化監控的發(fā)展提供了良好的應用前景。