網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)動(dòng)態(tài)字符疊加器研制

劉神佳+楊正理

摘 要：為了提高網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)動(dòng)態(tài)字符疊加的可靠性，需要設(shè)計(jì)出一套智能設(shè)備，該設(shè)備能夠與網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)固件所開放的專門用于字符疊加的SOCKET接口進(jìn)行直接網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)的圖像上疊加動(dòng)態(tài)字符的功能。由于該方法的通信數(shù)據(jù)量很小，且網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采用專門的模塊完成字符疊加功能，因此可以解決網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)由于采用軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)字符疊加可能產(chǎn)生的“死機(jī)”現(xiàn)象，從而提高網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)字符疊加的可靠性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：高清攝像機(jī);動(dòng)態(tài)字符疊加;網(wǎng)絡(luò)通信

中圖分類號(hào)： TN919.85 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1673-1069（2016）33-163-2

1 ?概述

網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)全數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，因此在高清監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域得到十分廣泛的應(yīng)用。在應(yīng)用過程中，如果需要在監(jiān)控圖像上增加實(shí)時(shí)的事件注釋時(shí)，就需要在監(jiān)控圖像上疊加動(dòng)態(tài)字符。所謂動(dòng)態(tài)字符疊加是指將網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)或其他智能設(shè)備相連接，在高清攝像機(jī)輸出的圖像上疊加現(xiàn)場(chǎng)情況變化的數(shù)據(jù)信息、字符信息，這些信息與現(xiàn)場(chǎng)的視頻信息相結(jié)合，為監(jiān)控者提供較為詳細(xì)的信息和依據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)動(dòng)態(tài)字符疊加技術(shù)得到普遍關(guān)注。

目前，在網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)輸出圖像上疊加動(dòng)態(tài)字符的方法為：由于每個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)有自己的IP網(wǎng)址和內(nèi)置應(yīng)用軟件，可以當(dāng)成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器使用;并且每個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以直接連接到現(xiàn)有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中通過以太網(wǎng)得到應(yīng)用，圖像可用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)行讀取。所以，通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的終端設(shè)備（PC機(jī)）給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)）發(fā)送HTTP指令（指令中包含有字符信息），由網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)內(nèi)置應(yīng)用軟件完成字符疊加功能，這種方法稱為動(dòng)態(tài)字符的“軟件疊加”。但這種方法在特定的應(yīng)用場(chǎng)所存在很大的不足：當(dāng)同一局域網(wǎng)內(nèi)有多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)時(shí)（如高速公路收費(fèi)站，同一站區(qū)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)數(shù)量往往有幾十甚至上百臺(tái)），實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)字符疊加時(shí)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)需要處理的外部指令較大，往往會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)“死機(jī)”。

該現(xiàn)象可能會(huì)引起以下不良情況：

①造成網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)自動(dòng)重啟;

②網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)“死機(jī)”造成圖像丟失，且無法重啟，只能人為啟動(dòng)。

③網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)“死機(jī)”造成圖像丟失，且造成整個(gè)所處局域網(wǎng)癱瘓。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，這種“死機(jī)”現(xiàn)象在有50臺(tái)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的局域網(wǎng)內(nèi)，平均3-4小時(shí)就會(huì)有一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)出現(xiàn)“死機(jī)”現(xiàn)象。

本文主要設(shè)計(jì)一套智能設(shè)備，該設(shè)備能夠與網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的固件所開放的專門用于字符疊加的SOCKET接口進(jìn)行直接通信，在網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)的監(jiān)控圖像上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)疊加動(dòng)態(tài)字符的功能。由于該方法的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)量很小，且網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采用專門的模塊完成字符疊加功能，因此可以解決上述的“死機(jī)”現(xiàn)象。

2 ?字符疊加器硬件設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)動(dòng)態(tài)字符疊加器基于微處理器STM32F103RC構(gòu)成，其功能模塊構(gòu)成如圖1所示。

[圖1 ?網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)動(dòng)態(tài)字符疊加器的功能模塊圖]<E：＼123＼中小企業(yè)管理與科技·下旬刊201611＼1-197＼40-1.jpg>

各模塊的功能如下：

①以太網(wǎng)控制器模塊?；赪5500全硬件TCP/IP嵌入式以太網(wǎng)控制器構(gòu)成，W5500集成了TCP/IP協(xié)議棧，10/100M以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層（MAC）及物理層（PHY），使得用戶使用單芯片就能夠在他們的應(yīng)用中拓展網(wǎng)絡(luò)連接。只需要簡(jiǎn)單的Socket編程就能實(shí)現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)間以太網(wǎng)應(yīng)用，可以同時(shí)使用8個(gè)硬件Socket實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)間通信。

②微處理器模塊。一方面，W5500提供了SPI（外設(shè)串行接口）從而能夠更加容易與微處理器進(jìn)行連接，而且W5500使用高效SPI協(xié)議支持80MHz速率，從而能夠更好地實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)通信。另一方面，微處理器通過RS232串行接口接收字符疊加內(nèi)容。將需要疊加的字符內(nèi)容按預(yù)定的協(xié)議通過RS232串行接口發(fā)送給微處理器，微處理器接收到字符疊加指令后，微處理器控制W5500與攝像機(jī)進(jìn)行握手連接，握手成功后將字符內(nèi)容按TCP/IP協(xié)議發(fā)送給攝像機(jī)，攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)字符疊加并輸出到圖像上。

③RS232串行接口模塊。提供該產(chǎn)品與其他外設(shè)進(jìn)行通信的標(biāo)準(zhǔn)串行接口。網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)動(dòng)態(tài)字符疊加器通過RJ45接口和攝像機(jī)連接，并通過RS232串行接口配置網(wǎng)關(guān)、IP地址、MAC地址、端口等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

3 ?TCP通信的實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、計(jì)算機(jī)及交換機(jī)、路由器、防火墻等）之間通信規(guī)則的集合，它規(guī)定了通信時(shí)信息必須采用的格式和這些格式的意義。分層的體系結(jié)構(gòu)被大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)所采用，每一層都是建立在擁有比其水平較低的層之上，并為它比其水平高的層提供一定的服務(wù)。在一個(gè)設(shè)備上的第A+1層和另一個(gè)設(shè)備上的第A+1層之間進(jìn)行通信，其規(guī)則就是第A+1層協(xié)議。在網(wǎng)絡(luò)中，每一層都有很多協(xié)議，同一層協(xié)議的發(fā)送者和接收者必須是一致的，否則一方就無法確定另一方發(fā)出的信息。一些我們所常見的協(xié)議有：TCP/IP協(xié)議、IPX/SPX協(xié)議、NetBEUI協(xié)議等。

TCP協(xié)議屬于傳輸層協(xié)議，其功能是實(shí)現(xiàn)從一個(gè)應(yīng)用程序到另一個(gè)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳輸。TCP協(xié)議保證數(shù)據(jù)的傳輸成功，它需要在數(shù)據(jù)傳輸之前先與對(duì)方建立傳輸?shù)耐ǖ溃龠M(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，即使傳輸失敗也保證發(fā)送方知道情況。TCP協(xié)議在數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸之前需要經(jīng)過三次握手，這樣為進(jìn)行通信的雙方建立了更加穩(wěn)定的連接，為通信人員提供了驗(yàn)證，同時(shí)也確保了通信過程的安全性。首先發(fā)送一個(gè)序列號(hào)給對(duì)方，等待對(duì)方確認(rèn);對(duì)方確認(rèn)后回復(fù)一個(gè)確認(rèn)信號(hào)，同時(shí)發(fā)送一個(gè)新的請(qǐng)求給發(fā)送方;當(dāng)你收到對(duì)方的回復(fù)信號(hào)和新的請(qǐng)求消息時(shí)，再給對(duì)方發(fā)送一個(gè)確認(rèn)信號(hào)表明已收到消息，此時(shí)雙方完成三次握手。我們可以將TCP協(xié)議看作一家做事認(rèn)真負(fù)責(zé)的快遞公司，盡責(zé)地完成每一次的快遞發(fā)送，保證貨物的成功送達(dá)。

在TCP建立連接的過程中，先發(fā)送請(qǐng)求的一方被稱為“TCP客戶端”，另一方被稱為“TCP服務(wù)端”。建立了連接之后就可以相互傳送數(shù)據(jù)了，TCP協(xié)議是一種字節(jié)流服務(wù)，它不關(guān)心所發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容，只是單純地接收數(shù)據(jù)，然后將它打成一個(gè)TCP包然后發(fā)送給對(duì)方。之后TCP Socket把最后的包存在內(nèi)存里并等待對(duì)方的回應(yīng)，若超出規(guī)定的時(shí)間仍未收到回復(fù)，則再次向?qū)Ψ桨l(fā)送該包，直到收到回復(fù)或Socket連接失敗為止，在這之前將一直重復(fù)該過程。當(dāng)TCP包被響應(yīng)之后，系統(tǒng)將釋放內(nèi)存空間。

4 ?結(jié)論

該網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)動(dòng)態(tài)字符疊加器的研制，解決了目前采用軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)字符疊加的弱點(diǎn)，解決了網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)應(yīng)用過程中的“死機(jī)”現(xiàn)象，保證了圖像的連續(xù)性;并且不再需經(jīng)人為啟動(dòng)攝像機(jī)，即保證了圖像的連續(xù)性，又大大節(jié)省了人力;最后，還保證了網(wǎng)絡(luò)通信的連續(xù)通暢，按高了數(shù)據(jù)安全性。

參 考 文 獻(xiàn)

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