基于WLAN的移動視頻監控系統
介紹基于WLAN的移動視頻監控系統,描述了視頻捕獲、視頻再現、無線視頻傳輸等組成模塊的原理和工作過程。附錄中討論了解決無線視頻傳輸QoS的帶寬自適應流量控制、環形緩沖區處理、守護線程等三種方法。
關鍵詞:移動視頻監控系統;視頻通信;QoS?
Mobile Supervisory System Based on WLAN
CHEN Qimei, YUYao, YANGZhou
(Nanjing University, Nanjing 210093, China)
Abstract: The paper gives the structure of the mobile video supervisory system under WLAN, describes its theory and procedures of the modules of video picture capture and represent, mobile transmission. In appendix, the solution of QoS by using networks bandwidth adaptiverate control, ring buffer management, and daemon thread is disscussed.
Keywords: mobile video survcilance system; video communication; QoS
Keywords: mobile video survcilance system; video communication; QoS
手持移動終端通過無線網絡調看遠程數字視頻圖像可廣泛用于工業控制、小區安全防范,以及新聞媒體服務等場合。文中給出符合IEEE802.11b的基于無線局域網WLAN并以Intel XScale架構的移動終端為表現形式的移動視頻監控系統技術方案。?
1.1系統架構
移動視頻監控系統框架如圖1所示,位于多處的網絡攝像機通過LAN或VPN提供IP視頻源,移動視頻終端通過WLAN,經視頻發布服務器的認證后,控制攝像機并調看實時圖像。
系統支持基于一點到多點IP組播協議(Multicast)。網絡中,可定義224.0.0.0到239.255.255.255范圍的多點IP組播地址。多點組播的優點在于滿足網絡規模較大時,可同時向眾多終端用戶同時提供多路圖像。但須注意視頻源負擔的降低是以增加路由器負擔為代價的,這可由視頻發布服務器加以限定。
移動視頻監控系統框架如圖1所示,位于多處的網絡攝像機通過LAN或VPN提供IP視頻源,移動視頻終端通過WLAN,經視頻發布服務器的認證后,控制攝像機并調看實時圖像。
系統支持基于一點到多點IP組播協議(Multicast)。網絡中,可定義224.0.0.0到239.255.255.255范圍的多點IP組播地址。多點組播的優點在于滿足網絡規模較大時,可同時向眾多終端用戶同時提供多路圖像。但須注意視頻源負擔的降低是以增加路由器負擔為代價的,這可由視頻發布服務器加以限定。
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視頻監控系統采用主從(Client/Server)模式。主機端為視頻流發布源,基于Windows操作系統,完成原始視頻圖像的采集、壓縮編碼和網絡數據發送;從機端為播放移動終端,基于嵌入式Linux操作系統,完成網絡數據接收、反向流量控制、云臺遠程控制、上層用戶界面、視頻解碼與再現等功能。主要技術有:
(1)選用Osprey-100圖像采集卡,實現多路視頻捕獲。在編碼器性能允許條件下,可實現多路視頻傳輸。(2)視頻編解碼采用MPEG4編碼標準,并協同網絡對QoS進行處理。(3)視頻流經基于IEEE802.11b的WLAN,通過UDP通道傳輸;由于WLAN無線信道特性,須加以必要的流量控制和QoS處理。(4)TCP反饋控制及其他數據交互通過TCP通道交互。
圖2系統由視頻源端、WLAN、嵌入式移動終端組成。其中視頻源端可分為:視頻捕獲、MPEG4編碼、無線網絡傳輸三模塊;嵌入式移動終端可分為:嵌入式移動終端、MPEG4解碼、視頻再現三模塊;WLAN與雙方無線網絡傳輸模塊實現信息的交互。?
(1)選用Osprey-100圖像采集卡,實現多路視頻捕獲。在編碼器性能允許條件下,可實現多路視頻傳輸。(2)視頻編解碼采用MPEG4編碼標準,并協同網絡對QoS進行處理。(3)視頻流經基于IEEE802.11b的WLAN,通過UDP通道傳輸;由于WLAN無線信道特性,須加以必要的流量控制和QoS處理。(4)TCP反饋控制及其他數據交互通過TCP通道交互。
圖2系統由視頻源端、WLAN、嵌入式移動終端組成。其中視頻源端可分為:視頻捕獲、MPEG4編碼、無線網絡傳輸三模塊;嵌入式移動終端可分為:嵌入式移動終端、MPEG4解碼、視頻再現三模塊;WLAN與雙方無線網絡傳輸模塊實現信息的交互。?
2.2IPP優化視頻編解碼
IPP(Integrated Performance Primitive)是Intel個人互聯網用戶架構中的重要組成部分,它在操作系統之上向應用程序提供功能調用,同時又直接立足于硬件,穿越了操作系統。IPP的最大優勢在于對各個函數進行了匯編級上的優化;根據CPU的流水線和總線特性采取措施,可提高訪問速度和處理速度。
IPP庫函數具有多層處理功能。對功能較弱的,可選擇IPP庫的底層函數;對于較強功能,可選用一個合適的高層IPP函數;用底層“原子”函數的組合也可替代高層函數,應算法要求還能作出改動,這使得對編解碼算法優化有著很大的靈活性。
該系統對編解碼的具體優化過程見圖3,按照MPEG4編碼規范,在Micro Block層和Block層,用IPP作出算法優化,達到了大幅度提高編解碼效率和提升系統實時性的目的。?
IPP(Integrated Performance Primitive)是Intel個人互聯網用戶架構中的重要組成部分,它在操作系統之上向應用程序提供功能調用,同時又直接立足于硬件,穿越了操作系統。IPP的最大優勢在于對各個函數進行了匯編級上的優化;根據CPU的流水線和總線特性采取措施,可提高訪問速度和處理速度。
IPP庫函數具有多層處理功能。對功能較弱的,可選擇IPP庫的底層函數;對于較強功能,可選用一個合適的高層IPP函數;用底層“原子”函數的組合也可替代高層函數,應算法要求還能作出改動,這使得對編解碼算法優化有著很大的靈活性。
該系統對編解碼的具體優化過程見圖3,按照MPEG4編碼規范,在Micro Block層和Block層,用IPP作出算法優化,達到了大幅度提高編解碼效率和提升系統實時性的目的。?
視頻再現指移動終端LCD顯示屏對解壓視頻信號的實時播放。要求播放器盡可能快的與顯示緩存交互。幀緩沖是Linux嵌入式系統中顯存,它是一個提供顯示內存和顯示芯片寄存器從物理內存映射到進程地址空間中的部件。宜采用DMA通道不斷地刷新LCD緩沖區數據。其實現流程如圖4所示:將幀緩沖映射到進程地址空間之后,就可以直接進行讀寫操作,而寫操作可立即反應在LCD屏幕上。具體實現是,打開/dev/fb0設備,并通過mmap系統調用進行地址映射,即可通過改寫緩沖達到視頻的實時播放。采用幀緩沖技術的優點在于高度的移植性、較低的系統資源占用率,以及穩定性,以滿足實時播放視頻的需要。
4.1無線網絡搭建
該模塊借助CF無線網卡,通過基于IEEE802.11b標準的無線局域網(WLAN),與固定的無線AP(Access Point接入點),架構多點到多點的模式,完成實時視頻的數據傳輸。該標準采用ISM(Industrial Scientific Medical)無線廣播2.45GHz頻段,最大速率為11Mbps,采用直接序列擴頻(DSSS)傳輸技術,AP的覆蓋半徑為100~500m的微蜂窩區域。
4.2CF無線網卡驅動
該工作重點在無線網卡驅動的改寫與移植上,可選用基于Intersil Prism芯片組(Version3.0)的ET?CWB1000無線CF網卡,采用Linux Spectum24 PCMCIA驅動。如圖5,Linux網絡驅動程序結構可劃分為四層:設備驅動/網絡設備層、網絡協議層、用戶應用層。CF卡與PCMCIA兼容,PCMCIA控制器將卡連接到系統總線,將卡內存映射到主I/O和內存窗口,并將卡產生的中斷路由到自由處理器中斷線。
該模塊借助CF無線網卡,通過基于IEEE802.11b標準的無線局域網(WLAN),與固定的無線AP(Access Point接入點),架構多點到多點的模式,完成實時視頻的數據傳輸。該標準采用ISM(Industrial Scientific Medical)無線廣播2.45GHz頻段,最大速率為11Mbps,采用直接序列擴頻(DSSS)傳輸技術,AP的覆蓋半徑為100~500m的微蜂窩區域。
4.2CF無線網卡驅動
該工作重點在無線網卡驅動的改寫與移植上,可選用基于Intersil Prism芯片組(Version3.0)的ET?CWB1000無線CF網卡,采用Linux Spectum24 PCMCIA驅動。如圖5,Linux網絡驅動程序結構可劃分為四層:設備驅動/網絡設備層、網絡協議層、用戶應用層。CF卡與PCMCIA兼容,PCMCIA控制器將卡連接到系統總線,將卡內存映射到主I/O和內存窗口,并將卡產生的中斷路由到自由處理器中斷線。
1帶寬自適應的流量控制
寬帶視頻的實時傳輸需要一定的網絡帶寬。尤其當有多個用戶同時訪問同一視頻發布服務器的時候,容易產生并發擁塞瓶頸。這時輸出碼流需動態調整,以適應網絡狀況的變化。圖1所示為基于帶寬自適應的傳輸網絡結構,在流發布服務端和瀏覽用戶端之間構造閉環的負反饋系統,發布服務端通過實時的探測網絡傳輸狀況,根據相關的控制策略實時的調整輸出流碼率,從而實現系統對帶寬的動態自適應。其具體作法:目的端根據接收的視頻流緩沖區的狀況,實時管理環形緩沖區,力圖使輸出節奏均勻,并實時反饋相應的信息;發送端根據來自目的端的反饋信息調整發送的數據流量,調節媒體流的帶寬。
碼率控制是基于網絡可用帶寬確定視頻通信發送碼率的技術。在系統自適應網絡傳輸過程中,用戶端不斷檢測碼流傳輸質量因素,已發送的數據包的數量、丟失的數據包的數量等統計資料,經其處理后將信息交決策控制器;決策控制器根據相應策略控制相關組件,完成該發送碼流的動態整合,并交發送端UDP發送組件,完成多媒體流的傳輸;瀏覽用戶端UDP接收多媒體數據并交后續的網絡播放器進行解碼播放。
為實現基于帶寬自適應的傳輸,首先需要進行網絡帶寬的動態探測和評估,然后采用合適的調整策略來整合碼流。網絡狀態的評估中,質量因素可以是丟包率、包延遲、緩沖區空間等參數。該系統采用數據包丟失率指標。接收用戶終端不斷測量丟包率,并通過TCP傳回發送端,決策控制器通過丟包率與規定的閾值進行比較,來確定是增加還是減少碼率。當丟包率大于上限閾值時,則減少碼流速率;當丟包率小于閾值下限時,則增加碼流速率。?
寬帶視頻的實時傳輸需要一定的網絡帶寬。尤其當有多個用戶同時訪問同一視頻發布服務器的時候,容易產生并發擁塞瓶頸。這時輸出碼流需動態調整,以適應網絡狀況的變化。圖1所示為基于帶寬自適應的傳輸網絡結構,在流發布服務端和瀏覽用戶端之間構造閉環的負反饋系統,發布服務端通過實時的探測網絡傳輸狀況,根據相關的控制策略實時的調整輸出流碼率,從而實現系統對帶寬的動態自適應。其具體作法:目的端根據接收的視頻流緩沖區的狀況,實時管理環形緩沖區,力圖使輸出節奏均勻,并實時反饋相應的信息;發送端根據來自目的端的反饋信息調整發送的數據流量,調節媒體流的帶寬。
碼率控制是基于網絡可用帶寬確定視頻通信發送碼率的技術。在系統自適應網絡傳輸過程中,用戶端不斷檢測碼流傳輸質量因素,已發送的數據包的數量、丟失的數據包的數量等統計資料,經其處理后將信息交決策控制器;決策控制器根據相應策略控制相關組件,完成該發送碼流的動態整合,并交發送端UDP發送組件,完成多媒體流的傳輸;瀏覽用戶端UDP接收多媒體數據并交后續的網絡播放器進行解碼播放。
為實現基于帶寬自適應的傳輸,首先需要進行網絡帶寬的動態探測和評估,然后采用合適的調整策略來整合碼流。網絡狀態的評估中,質量因素可以是丟包率、包延遲、緩沖區空間等參數。該系統采用數據包丟失率指標。接收用戶終端不斷測量丟包率,并通過TCP傳回發送端,決策控制器通過丟包率與規定的閾值進行比較,來確定是增加還是減少碼率。當丟包率大于上限閾值時,則減少碼流速率;當丟包率小于閾值下限時,則增加碼流速率。?
基于環形緩沖區的多線程技術如圖2所示,較好的達到了視頻連續、平滑碼流、節約內存空間的目的。此外,借助這里的環形緩沖區和互斥鎖,可以完全解決線程的同步問題。
在內存區采用地址線性映射,開辟連續的內存塊,保證了線程的訪問速度,有效提高了解碼效率。?
在內存區采用地址線性映射,開辟連續的內存塊,保證了線程的訪問速度,有效提高了解碼效率。?
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在移動終端程序中,特地引入守護線程負責流量管理,它不屬視頻程序的核心部分,而是獨立地、周期性地在后臺為視頻各個線程執行監視任務。守護線程的原理類似于單片機的看門狗,定時檢測運行情況,并作出分析,判斷各個緩沖和線程運行狀態;發現異常情況即時處理,避免線程崩潰,畫面停滯。具體作法是,以輪詢間隔(Poll Interval,PI)來確定輪詢時需要等待的時間,這里PI設定值為1秒,負責監視環形緩沖的容量及各個線程的運行情況。當偵測緩沖量超過閾值或某一線程崩潰時,將根據各個線程的運行情況維持或重啟線程。
- 監控系統(168243)
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2019-06-14 08:06:39
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傳統的視頻監控系統一般采用PC服務器的C/S(Client/Server)結構,視頻服務器由計算主機和許多存放視頻的磁盤陳列組成,專門用于視頻的存儲和傳輸。流式傳輸采用的是邊接收邊播放的原則,這需要
2019-10-10 08:04:59
遠程手機實時監控視頻
深圳市中現科技有限公司研制的專業軟件、硬件可廣泛用于手機直播、手機實時監控視頻、手機遠程監控系統
2010-02-03 10:26:40
高清視頻監控離我們有多遠
,形成了多種體系構架,適用于不同領域。那么,在當今時代,視頻監控對高清技術有何需求,高清視頻離我們有多遠、未來會如何發展,敬請關注2103年全國圖像圖像技術應用大會,中國電子學會期待您的參加。網絡視頻監控系統 視頻監控系統方案數字圖形圖像技術應用 視頻監控系統 圖像圖形處理方法 傳感器與檢測技術視頻
2013-09-26 15:18:59
基于GPRS的視頻監控系統的設計
移動視頻監控改變了原有視頻監控的實現方式,擴展了視頻監控市場的應用領域。本文基于GPRS 設計了針對移動端和特定場所的視頻監控體系結構,在監控前端和終端實現GPRS
2010-01-15 16:19:5840
移動視頻監控系統的設計與實現
提出一種基于3G無線網絡平臺實時傳輸MPEG-4流媒體的策略,結合移動視頻監控系統,給出總體設計框圖,并對嵌入式移動視頻監控系統的軟件設計進行了闡述。在3G網絡平臺上的運
2010-01-27 14:17:4722
基于ARM的移動視頻監控系統
基于ARM的移動視頻監控系統
摘要:將嵌入式Linux和無線網絡引入到視頻監控系統,闡述了系統的硬件組成;介紹了USB無線網卡驅動實現的過程;從嵌入式Linux開發環境的
2010-03-27 10:24:07816
基于WiMAX的移動視頻監控系統
提出一個基于無線城域網( WiMAX )的移動視頻監控系統設計方案,給出系統監控前端的硬件設計、采用的芯片及無線接口的設計,采用雙緩存機制和自適應碼流策略保證WiMAX 網絡扇區切換
2011-07-27 15:59:2341
基于無線傳輸的移動視頻監控系統的設計
介紹了一種基于3G無線網絡傳輸的 移動視頻監控 系統的設計和實現方法。首先分析了本視頻監控系統的優點,并簡單介紹了系統的總體設計,然后重點介紹了前端采集終端、傳輸部分和
2011-07-27 17:58:2288
一種3G移動視頻監控系統設計與實現
文針對3G 移動視頻監控系統面臨實時性高、運算量大、帶寬低的要求,提出了一種基于DaVinci 技術和3G 網絡傳輸為基礎的解決方案。該方案完成了系統硬件詳細設計和軟件模塊化詳細設計
2012-08-28 16:11:46909
視頻監控系統方案分類與設計
本專題為你篩選并整理常見的視頻監控系統方案及其設計方法。包括遠程視頻監控系統、網絡視頻監控系統、3g無線視頻監控系統、手機視頻監控系統等等,以及視頻監控系統相關基礎知識與技術講解。
2012-11-08 16:25:00
一種新的WLAN企業視頻無線傳輸優化
從IPTV流到FaceTime視頻,企業視頻通過連接企業無線局域網的移動設備發送和接收。現在網絡管理員必須實施了一種新的WLAN設計來優化無線視頻傳輸,避免其性能下降。
2012-11-26 11:37:37746
移動視頻監控技術的介紹及其在智能家居領域的應用前景
監控系統已經經過了第一代模擬視頻監控系統、第二代數字視頻監控系統,已經發展到了第三代網絡視頻監控系統,監控系統管理也經過了從人防到人防技防相結合、從單點到集中聯網管理的過程。數字監控作為繼模擬監控
2017-09-25 15:11:153
基于Zynq的移動視頻監控系統的電機控制設計
針對傳統固定監控架設成本高、監控有死角且需要布置的視頻采集端個數太多的情況,提出一種基于ARM和FPGA相結合架構的移動視頻監控系統及其軟硬件實現方法,在減少視頻采集端節點的前提下,能夠全方位實時
2017-11-17 11:23:012021
Wi-Fi視頻傳輸優化WLAN設計
從IPTV流到FaceTime視頻,企業視頻應用快速增長。通常這些視頻通過連接企業無線局域網的移動設備發送和接收。現在網絡管理員必須實施一種新的WLAN設計來優化無線視頻傳輸,避免其性能下降。 視頻
2017-12-08 01:28:23182
隨著技術的發展,移動視頻監控系統未來市場廣闊
隨著視頻監控技術的飛速發展,使用戶在滿足有線監控的同時,對移動監控的需求及要求越來越高,特別是政府機關、企事業單位以及長期戶外作業的特殊行業,傳統有線監控已無法滿足對戶外突發、特殊事件的處理。雖然
2018-09-30 09:37:40685
基于Sprite的手機移動視頻監控系統設計
關鍵詞:Sprite , 監控系統 , 手機 , 移動視頻 1 引言 隨著社會的發展, 視頻監控技術在各行各業得到了廣泛的應用。如何讓用戶實現隨時隨地進行監控, 手機 移動監控系統提供了一個很好
2018-10-17 14:40:01205
視頻監控系統的作用
本視頻首先介紹了視頻監控系統在公安工作中的作用,分別有實時監控直接抓獲或鎖定犯罪嫌疑人、從監控錄像中提取嫌疑人信息、為準確重建現場提供客觀依據、利用多個視頻監控系統追蹤嫌疑人等,其次介紹了視頻監控系統在醫院安全管理中的作用。
2018-12-04 16:17:3635918
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