ispy在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

吳常清

摘要：分析了基于IP Camera的ispy網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)掃描出局域網(wǎng)中用戶設(shè)定的IP和端口號的IP Camera，利用AForge. net提供的API與IP Camera之間建立連接，然后ispy將IP Camera收集來的圖片發(fā)送www.ispyconnect.com,注冊用戶可以使用PC、IPad、手機(jī)等終端設(shè)備上的瀏覽器觀看到IP Camera傳送過來的視頻。ispy還提供了自動報警功能，當(dāng)IP Camera通過相應(yīng)算法監(jiān)測到異常信息時，會通過sms、email等方式將異常信息發(fā)送給客戶。

關(guān)鍵詞：ispy；IP Camera；視頻監(jiān)控

中圖分類號：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)21-5227-04

1 ispy簡介

視頻監(jiān)控在我們?nèi)粘Ｉ钪衅鸬搅酥匾饔谩Ｋ鼜V泛應(yīng)用于機(jī)器設(shè)備看護(hù)、家庭保護(hù)、老人監(jiān)護(hù)、寵物照顧等等。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（IP Camera）的迅速發(fā)展也使得視頻監(jiān)控變得更加方便與簡捷。IP Camera除了具備一般的傳統(tǒng)攝像機(jī)的所有圖像捕捉功能外，機(jī)內(nèi)還內(nèi)置了數(shù)字化壓縮控制器和基于WEB的操作系統(tǒng)，使得視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮加密后，通過局域網(wǎng)，internet或無線網(wǎng)絡(luò)送至終端用戶。IP Camera可以直接接入到TCP/IP的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)中，因此這種系統(tǒng)主要的功能就是聯(lián)網(wǎng)上面，通過互聯(lián)網(wǎng)或者局域網(wǎng)進(jìn)行視頻和音頻的傳輸。ispy是一種C#編寫的開源視頻監(jiān)控軟件，它將局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的視頻信息收集起來，進(jìn)行集中式管理。用戶可以用ispy對視頻進(jìn)行管理，它可以將視頻流發(fā)送到ispy的官方網(wǎng)站，注冊用戶登錄后可以在個人電腦或手機(jī)上觀看到視頻信息，可以播放原來錄制的視頻，也可以遠(yuǎn)程控制云臺，它使人們做到了真正的遠(yuǎn)程監(jiān)控。ispy不僅可以用來進(jìn)行監(jiān)控，它還具有自動報警的功能，一旦監(jiān)測到危險時就會將危險信息發(fā)送到用戶的郵件或通過sms發(fā)送。

1 ispy中利用的技術(shù)簡介

1）ispy利用了AForge.net這個框架。AForge.net[1]是一個專門為開發(fā)者和研究者基于C#框架設(shè)計的，這個框架提供了不同的類庫和關(guān)于類庫的資源，還有很多應(yīng)用程序例子，包括計算機(jī)視覺與人工智能，圖像處理，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，遺傳算法，機(jī)器學(xué)習(xí)，機(jī)器人等領(lǐng)域。

2）Web Service[2]也叫XML Web Service WebService是一種可以接收從Internet或者Intranet上的其它系統(tǒng)中傳遞過來的請求，輕量級的獨立的通訊技術(shù)。

Web Service的主要目標(biāo)是跨平臺的可互操作性。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，Web Service完全基于XML（可擴(kuò)展標(biāo)記語言）、XSD（XML Schema）等獨立于平臺、獨立于軟件供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)，是創(chuàng)建可互操作的、分布式應(yīng)用程序的新平臺。因此使用Web Service有許多優(yōu)點，其中最大的優(yōu)點是跨防火墻的通信。

如果應(yīng)用程序有成千上萬的用戶，而且分布在世界各地，那么客戶端和服務(wù)器之間的通信將是一個棘手的問題。因為客戶端和服務(wù)器之間通常會有防火墻或者代理服務(wù)器。傳統(tǒng)的做法是，選擇用瀏覽器作為客戶端，寫下一大堆ASP頁面，把應(yīng)用程序的中間層暴露給最終用戶。這樣做的結(jié)果是開發(fā)難度大，程序很難維護(hù)。要是客戶端代碼不再如此依賴于HTML表單，客戶端的編程就簡單多了。如果中間層組件換成Web Service的話，就可以從用戶界面直接調(diào)用中間層組件，從而省掉建立ASP頁面的那一步。要調(diào)用Web Service，可以直接使用Microsoft SOAP Toolkit或.net這樣的SOAP客戶端，也可以使用自己開發(fā)的SOAP客戶端，然后把它和應(yīng)用程序連接起來。不僅縮短了開發(fā)周期，還減少了代碼復(fù)雜度，并能夠增強(qiáng)應(yīng)用程序的可維護(hù)性。同時，應(yīng)用程序也不再需要在每次調(diào)用中間層組件時，都跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的"結(jié)果頁"。

3）利用瀏覽器來訪問IP Camera。需要解決的問題是NAT穿透[3]。解決的方法是，利用一個具有公網(wǎng)IP的計算機(jī)，將它作為中介。在ispy上設(shè)置局域網(wǎng)中的每臺IP Camera的IP地址和端口。位于不同私網(wǎng)的兩臺主機(jī)，在與另一臺主機(jī)通信時，通過NAT的地址轉(zhuǎn)換，將私網(wǎng)地址和端口映射為公網(wǎng)地址和端口，利用此地址相互通信。

4）UPnP是各種各樣的智能設(shè)備、無線設(shè)備和個人電腦等實現(xiàn)遍布全球的對等網(wǎng)絡(luò)連接（P2P）的結(jié)構(gòu)。UPnP是一種分布式的，開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。UPnP是獨立的媒介。在任何操作系統(tǒng)中，利用任何編程語言都可以使用UPnP設(shè)備。

NAT穿越技術(shù)[3]允許網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序?qū)λ鼈兪欠裎挥谝粋€具有UPnP能力的NAT設(shè)備之后進(jìn)行檢測。然后，這些程序?qū)@得共享的全球可路由IP地址，并且配置端口映射以將來自NAT外部端口的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到應(yīng)用程序使用的內(nèi)部端口上--所有這一切都是自動完成的，用戶無需手動映射端口或者進(jìn)行其它工作。NAT穿越技術(shù)允許網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者點對點應(yīng)用程序通過動態(tài)開啟和閉合與外部服務(wù)之間的通信端口穿過NAT網(wǎng)關(guān)與外界通信。

5）P2P是英文Peer-to-Peer（對等）的簡稱，又被稱為“點對點”，P2P結(jié)構(gòu)如下圖1所示。“對等”技術(shù)，是一種網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)，依賴網(wǎng)絡(luò)中參與者的計算能力和帶寬，而不是把依賴都聚集在較少的幾臺服務(wù)器上。

圖1

簡單的說，P2P直接將人們聯(lián)系起來，讓人們通過互聯(lián)網(wǎng)直接交互。P2P使得網(wǎng)絡(luò)上的溝通變得容易、更直接共享和交互，真正地消除中間商。P2P就是人可以直接連接到其他用戶的計算機(jī)、交換文件，而不是像過去那樣連接到服務(wù)器去瀏覽與下載。P2P另一個重要特點是改變互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在的以大網(wǎng)站為中心的狀態(tài)、重返"非中心化"，并把權(quán)力交還給用戶。

ispy中應(yīng)用到了P2P技術(shù)[4]，當(dāng)用戶從遠(yuǎn)端的瀏覽器對局域網(wǎng)中的攝像頭進(jìn)行訪問時，ispy官網(wǎng)的服務(wù)器會和作為一個Server，而遠(yuǎn)端的瀏覽器所用客戶端作為一個peer，網(wǎng)絡(luò)攝像頭作為一個peer，它們之間通過P2P技術(shù)進(jìn)行通信。

2 ispy的應(yīng)用

2.1ispy的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

如圖2所示。

圖2

2.2網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的監(jiān)測

由于每個IPCamera內(nèi)置有操作系統(tǒng)和WEB服務(wù)器，所以我們可以把它設(shè)想成一臺小型電腦。ispy是通過命令arp–a的方法來獲取所在局域網(wǎng)內(nèi)的所有ip camera的IP地址和所開放的端口號。這部分的代碼在FindCamera.cs，以下代碼是將局域網(wǎng)中所有的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)都掃描出來。

foreach (string s1 in nb.GetNetworkComputers())

{

var ipEntry = Dns.GetHostEntry(s1.Trim(\));

var addr=ipEntry.AddressList.Where(p=>p.AddressFamily==AddressFamily.InterNetwork);

foreach (var t in addr)

{

DnsEntries.Add(t.ToString().Trim());

}

}

2.3視頻的捕獲模塊與存儲

很多嵌入式WEB服務(wù)器提供公共網(wǎng)關(guān)接口（cgi），它能使WEB的客戶端和服務(wù)器之間進(jìn)行交互操作，完成一些如遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫查詢、參數(shù)更新等功能。CGI有3種可以從HTTP服務(wù)器獲取用戶輸入的數(shù)據(jù)；通過環(huán)境變量（GET）；通過命令行參數(shù)方式；通過CGI程序的標(biāo)準(zhǔn)輸入方式（POST）。當(dāng)從服務(wù)器上獲得數(shù)據(jù)并且不改變服務(wù)器端原有數(shù)據(jù)、且數(shù)據(jù)量較小時，可以采用GET方式，GET方式常被用于獲取靜態(tài)文檔。由于不同IP Camera的CGI是不同的，所以ispy將不同IP Camera的CGI存放到一個Sources.xml文件中，以達(dá)到可以連接多種IP Camera的目的。

視頻的捕獲是利用AForge.net中提供的DirectShow視頻開發(fā)技術(shù)。代碼在CameraVideo.cs中。以下是獲取本地USB攝像頭的代碼，主要是利用DirectShow提供的VideoCaptureDevice。

string moniker = Camobject.settings.videosourcestring;

var videoSource = new VideoCaptureDevice(moniker);

string[] wh = Camobject.resolution.Split(x);

videoSource.DesiredFrameSize=newSize(Convert.ToInt32(wh[0]),Convert.ToInt32(wh[1]));

videoSource.DesiredFrameRate = Camobject.settings.framerate;

OpenVideoSource(videoSource, true);

break;

獲取到攝像頭后，會捕獲攝像頭傳來的每一幅圖片，并將圖片封裝成幀，然后再以一定的壓縮算法將圖片轉(zhuǎn)成視頻流。如下代碼取于WindowCamera.cs中的BmpToBytes_MemStream方法，它是將圖片轉(zhuǎn)換成視頻流。

var ms = new MemoryStream();

// Save to memory using the Jpeg format

bmp.Save(ms, MainForm.Encoder, MainForm.EncoderParams);

// read to end

byte[] bmpBytes = ms.GetBuffer();

bmp.Dispose();

bmp = null;

ms.Close();

return bmpBytes;

每天錄制的視頻會存放在一個隨機(jī)命名的文件下。

2.4在外部網(wǎng)絡(luò)中利用瀏覽器訪問

在LocalServer.cs中有一個_myListener進(jìn)程，它在指定的IP地址和端口上偵聽是否有傳入的連接嘗試，它將IP Camera傳送過來的一幀幀圖片封裝成數(shù)據(jù)流。在ispy與網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時，ispy作為服務(wù)器，攝像機(jī)作為客戶端。而當(dāng)在ispy與瀏覽器端建立了連接時，ispy是作為客戶端與ispy官網(wǎng)作為服務(wù)器進(jìn)行交換數(shù)據(jù)的。在LocalServer.cs的StartListen

方法中String sRequestedFile;

String sErrorMessage; String sLocalDir; String sDirName;

ParseRequest(sMyWebServerRoot, sBuffer, out sRequest, out sRequestedFile, out sErrorMessage, out sLocalDir, out sDirName, out sPhysicalFilePath, out sHttpVersion,

out sFileName, out sMimeType, out bServe, out bHasAuth, ref mySocket);

if (!bServe)

{

resp = "Denied(Access this server through ispyconnect.com)";

SendHeader(sHttpVersion, "text/html", resp.Length, " 200 OK", 0, ref mySocket);

SendToBrowser(resp, mySocket);

goto Finish;

}

2.4.1處理瀏覽器發(fā)出的云臺命令

當(dāng)用戶用瀏覽器對遠(yuǎn)程的攝像機(jī)進(jìn)行訪問時，還可以使用命令的方式對攝像機(jī)的云臺進(jìn)行控制。主要代碼在LocalServer.cs的ProcessCommandInternal中

case "ptz":

if (value != "")

cw.CalibrateCount = 0;

cw.Calibrating = true;

if(value.StartsWith("ispydir_"))cw.PTZ.SendPTZCommand((

Enums.PtzCommand)Convert.ToInt32(value.Replace("ispydir_", "")));

else

cw.PTZ.SendPTZCommand(value,true);

}

2.4.2運動監(jiān)測算法

Ispyconnect中的運動監(jiān)測算法都是調(diào)用AForge.net中的類，程序員不需要知道具體算法的如何實現(xiàn)的，只要知道算法的功能就可以。如以下是比較前后兩幀之間差異的算法

if (_camera.MotionDetector.MotionDetectionAlgorithm isCustomFrameDifferenceDetector)

{ ((CustomFrameDifferenceDetector)_camera.MotionDetector.MotionDetectionAlgorithm).SetBackgroundFrame(_camera.LastFrame);

}

3結(jié)束語

該文分析了基于IP Camera的ispy在視頻監(jiān)控中的實現(xiàn)。由于IP Camera中采用了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，支持多種傳輸協(xié)議，綜合考慮成本和性能等方面。ispy適合于家庭、企業(yè)、政府等視頻監(jiān)控的實現(xiàn)。

參考文獻(xiàn):

[1]龔成瑩,何輝.基于AForge.NET的車輛運動視頻檢測方法[J].電腦知識與技術(shù),2011(1):187-188,196.

[2] webservice百度百科[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/837392.htm.

[3]歐陽軍林,李中凱,李章兵.大學(xué)生宿舍視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J].微計算機(jī)應(yīng)用,2011(1):60-67

[4] ispyconnect官方網(wǎng)站[EB/OL].http://www.ispyconnect.com.