體育場館視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：視頻監(jiān)控系統(tǒng)逐漸成為體育場館安防系統(tǒng)的重要因素。體育場館監(jiān)控系統(tǒng)具有監(jiān)控點靈活分散、監(jiān)控環(huán)境復(fù)雜多變的特點，根據(jù)體育場館的實際情況，提出了一套以IP網(wǎng)絡(luò)為主，輔以無線覆蓋延伸的統(tǒng)一視頻監(jiān)控管理平臺的方案。該方案具有靈活性高、投資低、功能強等優(yōu)點，對于體育場館監(jiān)控系統(tǒng)解決分散監(jiān)控、集中管理的難題具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：體育場館；視頻監(jiān)控；無線延伸

中圖分類號：TP277文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）11-0010-02

大型體育場館的特點就是規(guī)模大、檔次高，接待的來賓、運動員的等級也高，因此對安防的要求也特別高：體育場館舉辦大型比賽、開幕、閉幕以及其他大型活動時，包括了場館的訓練、比賽場地、各種休息室以及來賓、運動員出入口、通道，還有重要設(shè)備、停車場等場所，視頻監(jiān)控系統(tǒng)都是安防的重要手段。安防設(shè)施將還為體育場館平時的健身、鍛煉、休閑、信息服務(wù)、會展服務(wù)以及日常工作提供安全保障來解決場館的設(shè)施安全、物品安全、防盜等一系列問題。如果再考慮其他分散的體育場館，體育場館視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控點多覆蓋范圍廣的特點就更加明顯，因此如何充分發(fā)揮場館的安防系統(tǒng)的作用、方便管理、降低成本、簡化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的問題是場館管理人員面臨的重要問題。根據(jù)場館大型活動的同期性低的特點，采用監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)靈活可調(diào)、移動的方法，可以收到很好的效果。

一、系統(tǒng)設(shè)計

隨著計算機的普及、應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及圖像壓縮處理技術(shù)的快速發(fā)展，遠程數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)以數(shù)字視頻處理技術(shù)為核心結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)，可以實現(xiàn)視頻的遠端采集壓縮和存儲；視頻的傳輸以TCP/IP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過RTP/RTCP協(xié)議調(diào)整圖像質(zhì)量和通信速率；而工作人員可以通過聯(lián)網(wǎng)電腦實現(xiàn)對所有監(jiān)控點的全自動視頻監(jiān)控。傳統(tǒng)的遠程數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)針對每個監(jiān)控點都需要鋪設(shè)網(wǎng)線，這樣不便于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的擴容以及監(jiān)控點位置的調(diào)整，在難以鋪設(shè)網(wǎng)線的位置，還容易形成監(jiān)控盲點。因此在設(shè)計我市體育場館（含局辦公樓）的視頻監(jiān)控系統(tǒng)時，以TCP/IP網(wǎng)絡(luò)作為骨干網(wǎng)，引入WLAN(Wireless Local Area Networks)作為骨干網(wǎng)絡(luò)的無線延伸，有效改善了監(jiān)控覆蓋范圍，并實現(xiàn)了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控點位置的靈活調(diào)整（圖1）。

二、監(jiān)控前端

視頻監(jiān)控前端的硬件設(shè)計實現(xiàn)如圖2所示，前端系統(tǒng)采用Samsung 公司S3C2410 芯片作為中央處理器, 該芯片內(nèi)部集成了ARM920T處理器核的32 位微控制器，該處理器最高運行頻率可達到203MHz，它的低功耗、精簡指令和全靜態(tài)設(shè)計特別適合于低成本和低功耗設(shè)計。S3C2410還提高了豐富的片內(nèi)資源，可以支持Linux系統(tǒng)，此外主控制器還需外圍存儲單元如flash和SDRAM。flash中存放Linux的Boodloader、系統(tǒng)內(nèi)核、文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序以及環(huán)境變量和系統(tǒng)配置文件等；SDRAM讀寫速度快,系統(tǒng)運行時把它作為內(nèi)存單元使用。

Conxent公司的BT835芯片可以完成原始視頻的視頻格式解碼以及A /D轉(zhuǎn)換，BT835將攝像頭輸出的模擬視頻轉(zhuǎn)換為YCrCb格式的數(shù)字信號，并傳輸給MPEG-4 視頻編碼芯片IME6400。S3C2410是視頻監(jiān)控的核心，它控制并協(xié)調(diào)各模塊工作，提供控制信號，通過指令實現(xiàn)各模塊所需要的選通、緩沖、讀/寫使能、數(shù)據(jù)總線和地址總線的切換，等等。攝像頭控制是通過S3C2410上的RS-232 口進行，允許用戶通過調(diào)節(jié)鏡頭的景深、焦距以及光圈來調(diào)整圖像效果。由監(jiān)控后臺端的軟件通過SOCKET 網(wǎng)絡(luò)接口，把調(diào)整信息發(fā)送給S3C2410，S3C2410接收到控制指令后，進行指令識別，然后向?qū)?yīng)的RS-232 口發(fā)送指令去控制攝像頭，完成調(diào)整任務(wù)。

嵌入式Linux操作系統(tǒng)具有較好的實時性和穩(wěn)定性，而且源碼開放，因此開發(fā)較為容易，開發(fā)周期短和成本低。在嵌入式Linux系統(tǒng)中，內(nèi)核是核心部件，設(shè)備驅(qū)動程序是內(nèi)核的重要部分，它可以直接訪問硬件。對于用戶進程，設(shè)備驅(qū)動程序屏蔽了具體物理設(shè)備的操作細節(jié)，并為內(nèi)核提供了一個I/O接口，用戶進程使用這個接口實現(xiàn)對設(shè)備的操作。由于IME 6400編碼電路是全新的外圍硬件設(shè)備，Linux內(nèi)核不可能有該設(shè)備標準驅(qū)動，因此需要開發(fā)編碼電路的Linux設(shè)備驅(qū)動程序。Linux驅(qū)動程序按設(shè)備類型可分為3類：字符型設(shè)備驅(qū)動程序、塊設(shè)備驅(qū)動程序和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序。本文中IME6400編碼電路屬于字符型設(shè)備驅(qū)動程序，Linux內(nèi)核對IME 6400的訪問可以通過外圍擴展總線對IME 6400接口寄存器的訪問實現(xiàn)。

嵌入式Linux系統(tǒng)的用戶進程主要用于調(diào)度外部設(shè)備，完成視頻數(shù)據(jù)的采集、打包以及傳輸。調(diào)度算法的流程圖如圖3所示，系統(tǒng)先對所有外部硬件設(shè)備初始化，當監(jiān)控開始后，首先將指針指向空閑的緩存區(qū)，然后啟動視頻數(shù)據(jù)讀取進程從設(shè)備IME6400中讀取視頻數(shù)據(jù)，當緩存區(qū)滿后啟動視頻數(shù)據(jù)打包進程將視頻數(shù)據(jù)分組打包，最后調(diào)用視頻數(shù)據(jù)發(fā)送進程從網(wǎng)絡(luò)發(fā)送視頻數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)緩存區(qū)空為止。

三、監(jiān)控后臺

視頻圖像傳輸與傳統(tǒng)文件傳輸有明顯區(qū)別，視頻圖像傳輸在實時性、同步性上要求很高，而且要求傳輸延遲小，但允許一定的數(shù)據(jù)錯誤和丟失。UDP 協(xié)議主要用來支持計算機間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。通過使用端口號為不同的應(yīng)用保留其各自的數(shù)據(jù)傳輸通道，可以實現(xiàn)同一時刻對多項應(yīng)用同時發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。與TCP 協(xié)議不同，UDP 排除了信息可靠傳遞機制，大大降低了執(zhí)行時間，但也存在如連接不可靠，容易丟失數(shù)據(jù)包等缺點。為了提供可靠、高效的視頻數(shù)據(jù)傳輸，需要其他上層協(xié)議來彌補UDP的缺陷。

實時傳輸協(xié)議RTP（Realtime Transport Protocol）是針對Internet上多媒體數(shù)據(jù)流的一個傳輸協(xié)議。RTP被定義為在一對一或一對多的傳輸情況下工作，其目的是提供時間信息和實現(xiàn)流同步。RTP的典型應(yīng)用建立在UDP上，但也可以在TCP或ATM等其他協(xié)議之上工作。RTP本身只保證實時數(shù)據(jù)的傳輸，并不能為按順序傳送數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠RTCP提供這些服務(wù)。實時傳輸控制協(xié)議RTCP（Realtime Transport Control Protocol）負責管理傳輸質(zhì)量在當前應(yīng)用進程之間交換控制信息。在RTP會話期間，各終端周期性地傳送RTCP包，包中含有已發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計資料，因此，服務(wù)器可以利用這些信息動態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。RTP和RTCP配合使用，能以有效地反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化，故特別適合傳送網(wǎng)上的實時數(shù)據(jù)。

監(jiān)控后臺是一個安裝在PC上的Windows 應(yīng)用程序（圖4）。應(yīng)用程序通過Windos系統(tǒng)提供的API函數(shù)獲取網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的UDP包，通過UDP包解析獲得RTP包并按一定策略將分散在各個數(shù)據(jù)包中的視頻數(shù)據(jù)流恢復(fù)，然后經(jīng)過DirectShow處理在用戶界面顯示。DirectShow 是微軟公司在ActiveMovie 和Video for Windows 的基礎(chǔ)上推出的新一代基于COM的流媒體處理的開發(fā)包，與DirectX 開發(fā)包一起發(fā)布。DirectShow為多媒體流的捕捉和回放提供了強有力的支持。運用DirectShow，可以很方便地從支持WDM驅(qū)動模型的采集卡上捕獲數(shù)據(jù)，并且進行相應(yīng)的后期處理乃至存儲到文件中。因此用戶可以通過操作界面方便地設(shè)置圖像大小、幀率與波特率并通過反向控制信道發(fā)送指令視頻前端，控制監(jiān)控的開始和停止。

四、結(jié)語

建立統(tǒng)一的視頻監(jiān)控管理平臺，能很好地解決體育館、體育局辦公樓、體育場、健身廣場及其他分散的場館等視頻監(jiān)控所面臨的監(jiān)控點靈活分散、監(jiān)控環(huán)境復(fù)雜多變的問題，降低維護成本和實現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一管理控制，并成功保護現(xiàn)有的設(shè)備投資，同時還能夠與其他監(jiān)控或是報警系統(tǒng)形成聯(lián)動。本文所給出的系統(tǒng)解決方案，具有靈活合理、投資低、功能強等優(yōu)點，對于體育場館系統(tǒng)解決分散監(jiān)控、集中管理的難題具有一定的借鑒意義。

作者簡介：何志文（1951－），男，廣東五華人，中山市體育局場館管理處工程師，研究方向：企業(yè)信息系統(tǒng)集成與開發(fā)。