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1、3 7 4 8 2 0 0 9，3 0(1 6)计算机工程与设计 C o m p u t e r E n g i n e e r i n g a n d D e s ig n 网络与通信技 术 移动视频监控系统的设计 曾显光，陆颖瑜，张永林(暨南大学 光电工程研 究所，广东 广州 5 1 0 6 3 2)摘 要：为 了实现视频监控的移动性、随时随地性，设计了在手机上以图片方式观看的监控系统。服务器端利用J a v a与J MF 技术进行 开发 实现视 音频 的采 集与存储。客户 端手机利 用 G P R S功 能访 问服 务器端 用 T o m c a t 构 建 的网站上定 时刷 新 的图
2、片，实现监控、云台控制及异常报警等功能。该设计适用面广，用户计费流量低，功能实用可靠。关键词：J a v a 媒体框架；手机视频监控；通用分组无线服务；T o mc a t 服务器；云台控制；报警 中图法分类号：T P 2 7 7 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 0 7 0 2 4(2 0 0 9)1 6 3 7 4 8 0 3 De s i g n f o r r e mo v a b l e v i d e o mo n i t o r s y s t e m Z E NG Xi a n g u a n g，L U Yi n g y u，Z HANG Yo n g-l i n (I
3、n s t i t u t e o f O p t o e l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g，J i n a n U n i v e r s i t y,G u a n g z h o u 5 1 0 6 3 2，C h i n a)Ab s t r a c t：I n o r d e r t o r e a l i z e v i d e o mo n i t o r i n g r e mo v a b l e a n d o n d e man d，a v i d e o mo n i t o ri n g s y s t e m wa t
4、c h i n g p i c t u r e s a r e d e s i g n e d b y h an d s e t Th e s e r v e r-s i d e u s e s t h e v i d e o mo n i t o ri n g s y s t e m b a s e d o n J a v e an d J M F t o c o l l e c t an d s a v e t h e a u d i o an d v i d e o inf o r ma t i o n An y c l i e n t c e l l p h o n e wi t h
5、GP RS f u n c t i o n C an i mp l e me n t mo n i t o r i n g，c o n t r o l l ing o f p a n t i l e and a l a r ming t h r o u g h the r e g u l a r r e f r e s h e d p i c t u r e s o n t h e we b s i t e b u i l t o n T o mc a t we b s e rv e r o f t h e s e rv e r Th i s s y s t e m i s a p p l i
6、 c a b l e，l o w-c o s t，p r a c t i c a l a n d r e l i a b l e Ke y wo r d s：J MF；mo b i l e v i d e o mo n i t o r；GP RS；T o mc a t s e r v e r；p a n t i l e c o n tro l；a l a r m 0 引 言 视频 监控作 为安全 防范主 要手段 已广泛 应用 于许 多重 要场所，对威慑 犯罪分子、保护公 民人 身财产安全、协助 公安 部 门调查 取证及侦 破案件 等起 到 了极 其重要 的作用。社会 的快速 发展使得随 时随地
7、 即时监控 凸现 重要：工作在外 需随 时了解家居安 全，交通警察 及时“掌握”各个交通 路 口的情 况，外 出的主管 需要 方便快捷 地监控 公司 的工 作情况、营业 柜 台、生产线或经 营场所 各方面是否 正常运作 等。现不仅 需 要基 于 I n t e r n e t 的视频监控，还 必须将监控 终端 发展到移动 设备 上，因而形成 了移动视频 监控领 域。移 动视频 监控成 了 当前 多媒 体通 信和无线移动 通信交叉 的研 究热点，市场需求 量逐年 增加。流媒体技术 的迅速 发展，使得其逐步与手机 视频监控相 结合。但流媒 体对移动 设备与 网络的要求 较高，由于存在多 种手机操
8、作系统，移 动监控开 发难度较 大。针对一款 或几款 手机 的移 动监控 系统，应用面 窄，推 广较难。现阶段 开发 的 基于 J 2 ME(J a V a 2 mo b i l e e d i t i o n)的移动视 频监控，只 适合用 于智 能手 机、P D A等移 动终端“埘。当手机不 支持流媒 体播放 或 网络太 慢时(这往往是 大多数用 户所面 临的情况)，我们设 计 了在手机上 以图片方式观看监 控现场，只要 图片的刷新频 率合适，也 接近于 实时监控 的要求，适 用于各 款带 G P R S功 能的手机。这种设计与大众 的消费水平相符，功能实用可靠，系统较 为简单。1 基于 J
9、 a v a与J MF的视频监控系统 t J a v a是被 广泛支持 的编程语 言。通过 它实现的程序能在 多种支 持 J a v a 虚拟 机(J a v a v i r t u a l ma c h i n e，J )的操作系统上 运行。真正实现 了“Wr i t e O n c e，R u n A n y wh e r e”的承诺阱。网络 视频监控 系统设计 时使用 J a v a，就使得该 系统的跨平台性得 以实现，安全性 也得到 了提高。J a v a 媒体框架(J a v a m e d i a fi a me wo r k，J MF)是一个把音频、视频和其 它基 于时 间的媒体
10、 结合到 J a v a 程序和 A p p l e t 中 的应 用程序接 口。它使 J a v a 程序具 有许多新功能：捕捉视音频信 号，存 储、播放 并处理媒体数据，并能够传 输媒 体数据和对多 媒体格式进行 编解码。基于 J a v a 与 J MF实现 P C终端 的视频监控系统 脚是本设 计的基础。服 务器端实现 了视音 频采集，云台控制，报警与 录像，还利用H 2 6 3 G 7 2 3 1 技术和 R T P R T C P 协议等来实现视 音频 的编解码 与网络传输。客户 端不需安装任何软件，可 以 通过任何一 台 P C上 网监控。该系统具有跨 平台性、低 带宽性、低时延
11、性和使用通用设 备等优点，而且使用方便和 成本低。基于 J a v a开发 的视 频监 控系统有望扩展到手机客户端，因为手机客户端通常利用 收稿 日期：2 0 0 8。0 9 1 0；修订 日期：2 0 0 8 1 2 1 0。基金项 目：广东省科技计划重点引导基金项 目(2 0 0 4 B1 0 1 0 1 0 1 1)。作者简介：曾显光(1 9 8 4 一)，男，福建三明人，硕士研究生，研究方向为光通信与光 电信息系统；陆颖瑜(1 9 8 2 一)，女，硕士，研究方 向为光 通信与光 电信息系统：张永林(1 9 4 6-)，女，教授，博士生导师，研究方 向为光电信息技术。E-ma i l：
12、c l 0 1 z x g 1 6 3 e o m 曾显光，陆颖瑜，张永林：移动视频监控 系统的设计 2 0 0 9，3 0(1 6)3 7 4 9 J 2 ME(s U N 公司联合 了摩 托罗拉、诺基亚、西 门子等 O E M(设 备制造商)共同推出的无线设备标准化应用开发平 台)来实现，而 J 2 ME正是 J a v a 2袖珍版。2 移动视频监控 系统结构 本设 计实现移动视 频监控，是 基于 J a v a 与 J MF的视 频监 控 系统基础上将 监控终端 从 P C发展 到手机上。系统包 括手 机 客户端、传输 网络、服 务器、现场监控 前端 4个 部分。图 l 为 手机移动监
13、控 原理 图。手机 利用 GP R S 上 网，通过移动 网关 接入 I n t e me t 来访 问服 务器。移动网关 图 1 移 动监 控 原 理 手机 上以 图片方式监 控是对监控现场 P C端进行 了扩展，主要包括 以下 几点：(1)利用 E c l i p s e 开 发系统 的 J a v a 主 程序 构架和 实现 监控 各功能模块；(2)利用Ht ml 语言把采集 的 图片及 云台控制、报警等 嵌入 到网页；(3)利用 J a v a S c r i p t 来 实现 网页按 时 自动刷新；(4)监控 P C端架设 T o m c a t 服 务器 是扩展 的关键。服 务器端
14、 的系 统结构如 图 2所示。监 服务器构建l 控 现 场 P C 服务器 l r 端 图 2 服 务器端的 系统结构 手机 客户端只 要带 GP R S功能，就能通 过移动 网关与 l n t e me t 相连，通过 I n t e r n e t 就 能访 问服务器 网页，从 而实现监控。这样就不需要利用 J 2 ME来 开发 手机软件，解决一些 手机能上 网却没有播放 器的 问题，系统的复 杂度 也大大 降低。3 各功能模 块的实现 3 1 图像采集 图像 采集是监控 系统 中的重要部分，一般情况 下 由 C C D 摄像 头、视频 采集卡和驱动程序 组成，图像 捕捉、量化、编码形 成
15、 数字信息 的过程 都 由硬件 及驱动来 实现，这 种方式编 程起 来相对 比较简单，只要设 定一些图像参数，通过 调用J MF 中的 J a v a x me d i a中一些方法 就能实现 图像 的捕 获。本系统用 普通 的 US B摄像头及 其驱动程序，编 写 J a v a图像采 集程序。J MF 主要利用 j a v a a w t I ma g e 类生成静 态图像，每隔 1 秒采 集图像 的过程 如下：，把视 频流放在 缓冲区 B u ff e r b u ff e r F r a me=c o n t r o l Gr a b b e r g r a b F r a m e 0
16、；访 问缓冲 区的视 频流 Buffe r To l ma g e b uffe r To l ma g e=ne w Buffe r To l ma g e (V i d e o F o r ma t)b u ff e r F r a me g e t F o r ma t O)；，根 据缓冲 区的视频流产 生一幅 图像 j a v a a wt I ma g e i ma g e=b u ff e r T o l m a g e c r e a t e I ma g e(b u ff e r-F r a me)；b i l=(B u ff e r e d l ma g e)i ma g e
17、；将 图像 存放 到文件中 fi l e l：n e w F i l e(”绝对 路径 相对路 径”)；t r y I ma g e l O w r i t e(b i 1，f o r ma t，fi l e D；c a t c h(I O E x c e p t i o n i o e)以上 图像采集程 序，将 图像保存在 服务器 的硬盘。由于 手机连接 网络 比较慢，为 了手机观看 图像，在 服务器硬盘中另 设一个 路径，每 l 0 秒保存 一幅 图像，后面每保 存一幅 图像，将 前面 的图像覆盖。由于手 机只通过 GP R S 上 网，下载图片速度慢，所 以采用 尽量 小的图片，本 系统
18、定义 图像 为 1 6 0 x 1 2 0，J P E G格 式。每隔 l 0秒刷新 一幅 图像 的程 序如下：t i m e r s c h e d u l e(n e w T i me r T a s k 0 p u b l i c v o i d r u n()进行 图像采 集 B u ff e r b u ff e r F r a me=c o n t r o l G r a b b e r g r a b F r am e 0；Buffe r To l ma g e b uffe r To l ma g e=ne w Bu ffe r To l ma g e (V i d e o F
19、 o r ma t)b u ff e r F r am e g e t F o r ma t 0)；j a v a a w t I ma g e i ma g e=b u ff e r T o l m a g e c r e a t e l ma g e (b u ff e r F r am e)；把 采集到 的图像写入缓 冲区 b i l=(B u ff e r e d l ma g e)i ma g e；t r y I ma g e l Owr i t e(b i 1，f o r ma t,fi l e 1)；如果 图片写入失败，将捕 获异常)c a t c h(I OE x c e p
20、t i o n i o e)i o e p r i n t S t a c k T r a c e 0；)，O，1 0 0 0 0)；每 隔 1 O 秒保存 一幅 3 2 用 Ht ml 语言将 图像嵌在网页上，并用J a v a S c r i p t 自动刷新 本 设计采用 J a v a S c r i p t写 网页 的 自动刷 新部分。自动刷 新 不能过于频 繁，过 于频繁 的刷 新不但对手 机显示 图像有 影 响，还 使用户 G P R S流量增 大，会加重用 户的上 网成本。鉴于 手机 上 网速度较 慢，设计 网页上 的刷 新速 度为 1 0 秒。3 7 5 0 2 0 0 9，
21、3 0(1 6)计算机工程与设计 C o m p u t e r E n g i n e e r i n g a n d D e s i g n 每隔 1 O 秒 自动刷 新图片 t=w i n d o w s e t l n t e r v a l(”a()”，1 0 0 0 0)；f u n c t i o n a O w i n d o w 1 o c a t i o n r e l o a d()；3 3 云台控 制 以网页形 式观 看监控场点，同样可 以以网页形式控制云 台，将监视与控制都集成于 同一 网页，用户使用 方便。用户用 手机登录网页，通过 网页上 的按钮进行控制，既可看到
22、图像又 可同时控制云 台。此种方式 不需用户 在手机上另外安装软件，即不 需要采 用 J 2 ME开发手机软件。通过 网页提交指令 给 J a v a 程序，但要 用到 J a v a B e a n和 J S P，这 就需要搭建支持 J S P的服务器。目前 支持 J S P的服务器有 A p a c h e T o m c m、Ma c r o me d i a J R u n和 C an c h o R e s i n，由于 T o mc 是官方推荐 的 J S P服务器，本设计采 用 了 T o mc 服务器。在 s e r v e r x ml 配置文件 中加入：语句，则服务器 会
23、以 F：U a v a p r o c e s s s u n 4 0 7 j ms e r v e we b a p p路径下 的 in d e x j s p文件 作为 网页 的主入 口。T o mc 默认端 口为 8 0 8 0，只要在 T o m c M的s e r v e r x ml 里 设置好 端 口参 数，网页可 以顺 利被访 问。使用 J a v a B e a n，将 网页数据提 交给 J a v a 程序。以下语 句 为在页面中添加按钮，利用F o r m转到存有“上”、“下”、“左”、“右”相应指令的 J S P页面，分别 为 b e a n u p j s p、b e
24、 a n d o w n j s p、b e a n l e f t j s p、b e a n r i g h t j s p。i n p u t t y p e=”s u b mi t”v a l u e=”上”n a me=”B1”在 b e a n u p j s p中，采用 J a v a B e an，利用 s e s s i o n将指令传递 给相应 的J a v a 程序 T x s u r v u p O，T x j a v a 为控制云 台上、下、左、右 的 J a v a 程序，mo n i t o r 为 T x所在 的包：j s p：u s e B e a n i d
25、=”s u r v e i l l a n c e”s c o p e=”s e s s i o n”c l a s s=”mo ni t o LTx”在 T x J a v a中的 s u r v u p O 方法：p u b l i c v o i d s u r v u p O 仃 y 向服务器的地址和端 口写入 向上 的指令 So c k e t my s o c k e t=n e w S o c k e t(I n e t A d d r e s s g e t L o c a l H o s t 0，3 1 3 1 3)；m y s o c k e t g e t O u t p
26、 u t S t r e a m 0 w r i t e(”u p g e t B y t e s 0)；my s o c k e t c l o s e()；)c a t c h(I OE x c e p t i o n i o e)i o e p r i n t S t a c k T r a c e 0；云台控制程序中用到的是流行的 P e l c o D协议。向服务 器发送一个指 令动 作时，服 务器 就会 向云 台发 出 7个字节的 指令动作代码。3 4 报警 报警 是移动视频监控 一个重要部分。当用 户外出，家中 或办公室没有人，用户需要在监控 场点有异常 的时候得 知异 常情况，
27、则需要在监控场 点设置报警功 能。在基 于 J a v a 与 J MF的视频 监控系统 中，是通过前后 图像 比较异常来启动报警 的。已经在硬 盘中保存 了前一秒和后 一 秒 两幅图像。当后 一幅图与前一 幅图比较超过 阈值时，服 务 器 会启动报警并进行 异常情况 的录像，如 图 3所示。图 3 启动报警录像流程 当用手机监控 时，在 网站上设 置一个网页 d i ff e r e n t j s p放 置后一幅 图像，用户登录该 网页，即可看到系统进行 图像 比较 的第二 幅图。当没有异常情 况发生，用 户登录 d i ff e r e n t j s p所 看到 的是监 控正常时 的图
28、像，也是 设定 l 0 秒刷新一 次；当有 异常情 况发生，系 统报 警后，就会 停止图像 比较，那么第二幅 图就会被保 留，若此 时用 户登录到 d i ff e r e n t j s p所看到的就是 出现异 常的图像。4测试 手机登录 P C服 务器：在手机端输入计算 机服务器地址，如 h t t p：2 0 2 1 1 6 5 1 8 9，申请域名后 可采用域名代替 I P地址。登录后，手机可直接观看监 控场景 的图片，并会 自动刷新，每 次刷新 的图片都是最新 的监控场 景。测试 l，P C服务器每隔 1 0 秒保 存一幅监控 图像，网页上 也每隔 l O 秒 进行 自动刷新。让手机
29、登录 h t t p：2 0 2 1 1 6 5 1 8 9,手机可 以每 隔 1 0秒看到定 时刷 新的 图像，当然，会 有几秒的 延时。图4为在 诺基 亚 N7 2 所 看到的监控 图像。测试 2，通过P C和 N 7 2 手机登录h t t p：2 0 2 1 1 6 5 1 8 9：3 2 2 2 2 mo n i t o r ，均可看 到监控场景并 可以转动云 台。图 5为分别用 手机和P C登录网站所看到的监控图像。(下转第 3 7 5 4页)3 7 5 4 2 0 0 9，3 0(1 6)计算机工程与设计 C o m p u t e r E n g i n e e r i n g
30、 a n d D e s i g n N MM 发起拒绝本 次寻呼消息，然 后给主叫设备发 出被叫设备不可 用的提示音 MM 收到寻呼消息 MM发消息查询 被叫在 HL R记录 位置和状态信息 被叫设备状态可用 I Y ：!I：一 MM 到查询到位置区 VL R数据库查询被叫 设 备具 体 位置 定位被叫设备，发起连接 图 5 寻呼被 叫用户流程 置更新和呼叫 中被叫用户定位 问题，这也是移动管 理的核心 操作，系统 中的交换机 MS C位于核 心网的控制层，是核心网 的控 制功 能实体，为整个系统提供移动性管理、呼叫和其它控 制功能。限于篇幅等，还有 不少值得研究和分析 的问题 有待 于进一
31、步完善和解决。参考文献：【1】曹玉林，胡飞 F T&ME D B系统总体结构设计 J 计算机工程与 设计，2 0 0 7，2 8(2)：4 9 5-4 9 7 2 胡宇，秦家银 WC D MA综合室内分布系统设计【J 电信科学，2 0 0 6，2 2(9)：8 1-8 4 3】裴艳琴，杨寿保 一种基于网格环境的服务合成模型【M】计算 机科学，2 0 0 6，3 3(1)：9 1 9 4 【4】曹玉林，马建萍F T&ME DB 服务器的工作模式设计 J】计算机 工程与设计，2 0 0 6，2 7(2)：3 3 8 3 4 1 一 【5 赵瑞琴，杨君刚，刘增基 无线移动 自组织网路由协议性能研究
32、J】_计算机科学，2 0 0 7，3 4(7)：5 5 5 7 【6 王舆轩，祝跃飞对移动可信模块安全体制的研究【J 计算机工 程与设计，2 0 0 7，2 8(1 9)：3 4 3 7 【7】周戈，蔡勇利 用信令仪实现移动通信系统寻呼问题的分析明 电信科学，2 0 0 6，2 2(1 1)：7 8 8 0 【8】Wu Xi a o x i n，Bh a r g a v a BAO2 P：Ad Ho e o n 2 d e ma n d p o s i t i o n 2 b a s e d p r i v a t e r o u t i n g p r o t o c o l J I E E
33、 E T r a n s a c t i o n s O n Mo b i l e C o m p u t ing，2 0 0 5，4(4)：3 3 5 3 4 8 (上接 第 3 7 5 0页)5 结束语(a)手机监控(b)P C监控 图 5 手机与 P C上的监控 图片形式 的移动监控系统 的开发，完成用手机 以图片形 式观看监控场景 的功能，用户手机通过 G P R S登录 网页，即可 看到定时刷新的监控场景 图片。虽然离观看流 畅的监控 场景 视频 依然有一定的距离，但用 户可以接受。而且观看 图片较 观看 视频 流量少，成本低廉，能够 满足一部分用户 的需要。可 以通 过因特 网控制
34、 云台转动，以观 察不同 的视角。通过 登录 网页，用户可以随时查看监控异常的记录图片。在手机上经 过多次测试，图片形式的移动监控系统实用可靠。此种方式 不需要在 手机 客户 端上安装任何软件，不受手机型号 限制，因 此适 应性较广。参考文献：1 贾振堂，吕海莲，韩艳芳 手机视频监控系统及其性能【J】V i d e o E n g i n e e ri n g，2 0 0 7，3 1(1 1)：8 1 8 3 2 王伟，张正兰 基于 J 2 ME平 台的手机实时监视系统的设计【J】计算机技术与发展，2 0 0 7，1 7(1 2)：1 8 1 1 8 3 【3】陆颖瑜，张永林 基于 J a v
35、 a 与 J MF的视频监控系统 J】计算机 工程与设计，2 0 0 7，2 8(1 1)：2 7 4 0-2 7 6 1 【4】陆颖瑜，张永林 利用J a v a 实现对云台和镜头的远程控制【J】。工 程设计学报，2 0 0 7，1 4(4)：3 2 4 3 2 8 5】齐鸿儒，童任，韩鹏 移动视频监控系统的设计与实【J 计算机仿 真，2 0 0 7，2 4(8)：1 0 9-1 1 1 6】刘斌 J a v a ME实用详解用 E c l i p s e 进行移动开发 棚 北 京：电子工业出版社，2 0 0 7 【7】张文君，应绍栋，贺伟平，等 基于 G P R S的景区监控系统【J】电 工技术，2 0 0 6(2)：5 4-5 6 【8】郭春雷，李祥 基于 J 2 ME平台的手机远程监控软件分析与实 现【J 计算机系统应用，2 0 0 5，1 5(1 1)：8 6 8 8