舞臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)云臺控制方法的研究

蘇志斌，安宇潔，李真，任慧

(1.中國傳媒大學(xué) 信息工程學(xué)院，北京 100024；2.視聽技術(shù)與智能控制系統(tǒng)文化部重點實驗室，北京 100024；3.現(xiàn)代演藝技術(shù)北京市重點實驗室，北京 100024)

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舞臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)云臺控制方法的研究

蘇志斌1，安宇潔2，3，李真1，任慧1

(1.中國傳媒大學(xué) 信息工程學(xué)院，北京 100024；2.視聽技術(shù)與智能控制系統(tǒng)文化部重點實驗室，北京 100024；3.現(xiàn)代演藝技術(shù)北京市重點實驗室，北京 100024)

為方便舞臺監(jiān)督對舞臺運行進行有效監(jiān)管，在基于onvif協(xié)議的舞臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，本文重點研究攝像機云臺的控制及功能優(yōu)化方法。通過使用多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及計算機控制技術(shù)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)點擊屏幕識別攝像頭、云臺方位調(diào)節(jié)和焦距變動等功能，改善了整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的性能。本文的研究為網(wǎng)絡(luò)化舞臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的云臺便捷控制實現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，具有很大的實用價值和應(yīng)用前景。

舞臺監(jiān)督；視頻監(jiān)控；云臺控制；ONVIF協(xié)議

1 引言

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控以優(yōu)異的視訊效果和廣泛的地域構(gòu)建優(yōu)點，已經(jīng)漸漸成為了視頻監(jiān)控行業(yè)的主力軍[1]。在網(wǎng)絡(luò)化舞臺監(jiān)督視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，能夠進行攝像頭的云臺控制，并且優(yōu)化其功能同時變得很重要。在劇場演出過程中，為了幫助舞臺監(jiān)督實時清晰地觀看視頻，能夠更好地對現(xiàn)場進行監(jiān)督，則需要方便控制攝像機云臺，及時調(diào)整攝像機，以便清晰地觀察劇院可視區(qū)域和不同角度發(fā)生的狀況。本文基于ONVIF協(xié)議對舞臺視頻監(jiān)控云臺控制性能進行了改進，便于舞臺監(jiān)督使用。

2 舞臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)云臺控制架構(gòu)

舞臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)云臺控制架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 舞臺視頻監(jiān)控云臺控制架構(gòu)圖

攝像頭云臺中最重要的部分是云臺控制器，它可以將舞臺監(jiān)督平臺發(fā)來的控制信號解碼轉(zhuǎn)化為控制電機的信號，之后再根據(jù)信號驅(qū)動電機進行相應(yīng)的操作。一般云臺攝像機內(nèi)置解碼器，遵循云臺控制標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，根據(jù)外部控制信號，可以完成指定速度的水平、垂直運動，光圈、焦距調(diào)節(jié)，攝像機關(guān)閉、開啟等功能[2]。舞臺視頻監(jiān)控軟件在實現(xiàn)云臺控制的基礎(chǔ)上，進一步將控制功能集成到監(jiān)控視頻界面中，完成鼠標(biāo)點擊屏幕進行云臺控制，更加便捷操作。

3 ONVIF協(xié)議與WEB服務(wù)

3.1 ONVIF協(xié)議

ONVIF(Open Network Video Interface Forum)協(xié)議是用來定義網(wǎng)絡(luò)視頻客戶端與視頻傳輸設(shè)備的通信協(xié)議。它的誕生不僅可以實現(xiàn)視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化，而且能夠讓不同廠商生產(chǎn)的視頻產(chǎn)品通過統(tǒng)一的接口被同一個軟件所兼容。不同品牌攝像頭的云臺也能夠?qū)崿F(xiàn)在同一個軟件監(jiān)控平臺被控制。ONVIF使用的是Web Service的架構(gòu)，用WSDL對其進行描述。

3.2 WEB服務(wù)

Web Service是基于可編程的Web應(yīng)用程序，它具有平臺獨立且低耦合的優(yōu)點。它由三個重要的部分組成，分別為SOAP(Simple Object Access Protocol)、WSDL(Web Services Description Language)、UDDI(Universal Description Discovery and Integration)。SOAP定義了一個框架用來描述消息是什么以及如何傳輸。WSDL是基于XML(可擴展標(biāo)記語言)語法的對于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)描述的語言。UDDI是Web Service注冊中心。在Web服務(wù)提供者和Web請求者之間是通過SOAP進行消息往來，其中Web服務(wù)提供者將注冊信息提供到UDDI進行注冊并同時給予WSDL自我描述，在此前提下，Web請求者向UDDI提出申請查找Web服務(wù)提供者的位置。Web Service 體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 Web Service 體系結(jié)構(gòu)

4 攝像機云臺控制功能軟件開發(fā)

4.1 ONVIF協(xié)議中的云臺控制

在ONVIF協(xié)議，一個完整的媒體配置文件中一定會有PTZ配置。一個PTZ配置是一個配置實體，一個媒體配置文件由全部或者幾個配置實體組成。通過Set來設(shè)置配置實體，通過Get 來讀取配置實體。媒體服務(wù)通過Profile來實現(xiàn)，其中PTZ配置所屬Profile S。一個媒體配置文件描述的是，在媒體流中如何給予和給予什么給客戶端，同時怎樣處理PTZ的輸入和分析[3]。在PTZ控制中，一個PTZ節(jié)點是最低級的實體，由它來確定具體的PTZ功能。一個PTZ節(jié)點可以是多種PTZ驅(qū)動中的一個，它可以是機械PTZ驅(qū)動、上傳到視頻編碼器上的PTZ驅(qū)動或是數(shù)字PTZ驅(qū)動。

在WSDL中，四種訪問入口調(diào)用模式被支持，它們是單請求、單響應(yīng)、請求后響應(yīng)、響應(yīng)后請求。舞臺監(jiān)督視頻監(jiān)控中，請求指的是從舞臺監(jiān)督客戶端到Web服務(wù)端，響應(yīng)指的是從Web服務(wù)端到舞臺監(jiān)督客戶端。云臺控制通訊流程圖如圖3所示。

圖3 云臺控制通訊流程圖

4.2 點擊屏幕實現(xiàn)云臺控制

本文的舞臺視頻監(jiān)控軟件采用的是多畫面顯示，將高清4K顯示屏分為九個相同大小的窗口，一個窗口為一個通道，每個監(jiān)控通道可以實時播放不同的監(jiān)控畫面，每個通道都集成云臺控制功能。

點擊屏幕實現(xiàn)云臺控制分為三個部分，首先要識別攝像頭，之后可實現(xiàn)八個方位(上下、左右、左上、左下、右上、右下)移動操作和焦距變動操作。識別攝像頭，需要獲得設(shè)備連接即攝像頭的URL(統(tǒng)一資源定位符)，有些設(shè)備還需要用到設(shè)備認(rèn)證即用戶名和密碼，通過GetCamera來執(zhí)行。

云臺移動操作有三種類型，絕對移動(AbsoluteMove)，相對移動(RelativeMove)以及連續(xù)移動(ContinuousMove)。絕對移動是指將云臺移動到指定的位置，相對移動指在不用知道現(xiàn)有位置情況下進行相對移動，連續(xù)移動則是在某方向和速度下持續(xù)移動。選擇MouseDownMove時，可在鼠標(biāo)按下時實現(xiàn)連續(xù)移動，同時要選擇MouseUpMove即可在松開鼠標(biāo)時停止移動。所有的移動操作都是非阻塞的，不用等最后一個命令，最后的操作指示會替代前面的操作。云臺焦距調(diào)節(jié)操作，有焦距放大與縮小兩個種類，通過Zoom來執(zhí)行，焦距放大為In，焦距縮小為Out。

5 云臺控制開發(fā)流程與測試

軟件開發(fā)流程如圖4所示，首先請求并獲取設(shè)備管理功能，之后獲取設(shè)備的PTZ控制功能和流媒體服務(wù)地址。在創(chuàng)建播放窗口和生成VLC實例后，接收播放器媒體播放地址數(shù)據(jù)開始播放。

圖4 云臺控制軟件運行流程圖

舞臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖5所示，共九個窗口，即九個通道。在監(jiān)控過程當(dāng)中，舞臺監(jiān)督可以對攝像機進行云臺控制。在每個通道內(nèi)，將顯示區(qū)域又分為三大功能部分。在正中心的部分，當(dāng)鼠標(biāo)變成抓手圖標(biāo)時，點擊可識別當(dāng)前攝像頭，如圖6所示。正中心偏上部和偏下部，當(dāng)鼠標(biāo)變成擴張或收縮的圖標(biāo)時，點擊可調(diào)節(jié)焦距，如圖7所示。其他周邊的八個部分，當(dāng)鼠標(biāo)變成指示不同方向的箭頭時，點擊可調(diào)節(jié)攝像頭的方位，如圖8所示。

圖5 ONVIF軟件監(jiān)控界面

圖6 識別攝像頭圖標(biāo)

圖7 調(diào)節(jié)焦距圖標(biāo)

圖8 調(diào)節(jié)方位圖標(biāo)

6 結(jié)論

舞臺視頻監(jiān)控云臺控制是基于ONVIF協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控平臺下開發(fā)的，符合現(xiàn)代視頻監(jiān)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、實時化、便捷化等發(fā)展方向。在舞臺監(jiān)督實際操作中，能夠及時調(diào)整攝像頭的方位以及畫面的遠(yuǎn)近等功能。經(jīng)過長期的實驗和測試，系統(tǒng)運行效果良好。由于云臺控制操作集成視頻畫面中，相應(yīng)位置點擊鼠標(biāo)，就可完成各種功能，更加便于舞臺監(jiān)督操作，節(jié)省時間，也趨向人性化。本文研究對于舞臺監(jiān)督調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化云臺控制的實現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，具有很大的應(yīng)用價值和使用前景。

[1]AXIS Communications Limited.IP Video Monitoring System How to “Control” the Future[J].智能建筑，2010(10)：30-31.

[2]權(quán)立偉，石江宏，薛財鋒.IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)中云臺控制模塊的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2006，11.

[3]ONVIF Core Specification Version 2.4.1[EB/OL].http：//www.onvif.org/specs/core/ONVIF-Core-Specification-v241.

(責(zé)任編輯：宋金寶)

Research on PTZ Control Method of Stage Video Monitoring System

SU Zhi-bin，AN Yu-jie，LI Zhen，REN Hui

(1.Information Engineering School，Communication University of China，Beijing 100024，China；2.Key Laboratory of Acoustic Visual Technology and Intelligent Control System，Ministry of Culture，Beijing 100024，China；3.Beijing Key Laboratory of Modern Entertainment Technology，Beijing 100024，China)

In order to provide effective supervision for stage manager conveniently，this paper mainly focused on the research of camera PTZ control and method to optimize its functions in the stage video monitoring system based on ONVIF protocol.Through the technology of multimedia，network communication and computer control，the system could realize the enhanced functions of camera identifying，PTZ control that includes orientation adjustment and focal length changing and other functions by clicking on the screen.Our research has provided the technical basis of convenient PTZ control for the networked video monitoring system，which has great practical value and application prospect.

stage surveillance；video monitoring；PTZ control；ONVIF protocol

2016-09-02

“十二五”國家科技支撐計劃重大項目(2012BAH38F00)

蘇志斌(1987-)，女(漢族)，新疆烏魯木齊人，中國傳媒大學(xué)講師，E-mail：suben@cuc.edu.cn.

TN919

A

1673-4793(2016)05-0025-04