1、厦门大学软件学院毕业论文 基于嵌入式数字化网络实时监控系统 本科毕业论文 (科研训练、毕业设计 ) 题 目： 基于嵌入式系统的 数字化网络实时监控系统的设计 姓 名： 学 院：软件学院 系：软件工程系 专 业：软件工程专业 年 级： 学 号： 指导教师（校内）： 职称： 指导教师（校外）： 职称： 年 月厦门大学软件学院毕业论文 基于嵌入式数字化网络实时监控系统 - I - 摘 要 近年来，网络监控 技术 已 在 银行、政府、企业、智能小区、 运输 等监控领域 蓬勃发展，逐渐成为现代化管理体系中安防监控 系统 的 有效 手段，并起到极为重要的作用。网络监控 系统是由视频采集系统，数据传输系统，
2、控制系统，处理系统等几部分组成，是依托于各种信息采集、数据传输设备，通过 TCP/IP 协议建立局域网络 ， 实现中控点、中心管理主机和客户端之间的通信，从而 利用 计算机技术完善系统对各项数据的管理和操作 的监视安防综合管理系统 。 “ 基于嵌入式数字化网络实时监控系统 ”是根据 天津某大型企业的实际项目工程开发设计的， 其特点是以网络监控技术为核心， 把摄像机输出的信息流（包括视频、音频、控制指令等）模拟信号通过嵌入式视频编码器直接转换成 IP 数字信号，从 根本上优化信息采集、传输控制、数据管理与处理等 技术 ， 完成“ 监控中心主系统 ”、“ 周界入侵报警子系统 ”、“ 门禁控制子系统
3、 ” 、 “ 车位 自检监控子系统”、“无线在线巡更子系统”的 无缝连接，实现 系统的 标准化、模块 集成化、数字化、网络化、智能化和高效化。 该系统的 设备 及 配置具有通用性强、开放性好、控制功能完善、数据处理方便、安全 、稳定、可靠等特点 。 本文以实际工程项目为依托，以视频监控信息的数据流动为主线，介绍了整个系统的设计方案、执行功能和设计原理，重点阐述了各个模块之间的通信协议和对传输数据的处理，详细分析了网络监控技 术的运用。同时也寄希望于通过本文的介绍和论述，进一步推广网络监控技术的普及和发展。 关键词： 嵌入式 数字化 网络监控 网络通信 厦门大学软件学院毕业论文 基于嵌入式数字化
4、网络实时监控系统 - II - Abstract Recently, network monitor technology has developed vigorously in some monitor fields, such as bank, governments, companies, intelligent communities, transports and so on. It gradually become an effective instrument of security defend monitor system in modern governing system
5、 and play an important role in our society. Network monitor system consist of video collection system, data transmission system, control system and managing system. It depends on many kinds of information collections and data transmission equipments. It builds local network through TCP/IP technology
6、, and consequently comes true the communication among the central control point, the side of administ rators and the side of customers. In this way, we can make the most use of data. The system will become more perfect. “The network real time monitor system of basing on insert and digitize” was desi
7、gned according a factual project that is one of a large-scale company of Tianjin. The character of it was that treats the network monitor technique as core, put the information flow analog signals which was outputted from video camera， include video, audio and control dictate, transform to IP digita
8、l signals through insert video coder and optimize information collection, transmission, data administration and disposal technology radically. It can achieve the goals that line up these monitor function to security defend system such as “the main system of monitor centre” , “perimeter alarm subsyst
9、em”, “doorkeeper subsystem”, “park monitor subsystem” and“ wireless online patrol subsystem”. Then it will become to more standard, modularize and integration, digitize, network, intelligent and efficiency. The equipment of this system has many characters, such as it has a wild use for people, has a
10、 good opening, comprehensive control function. It is convenient, safe, stabilize to data manage, etc. This paper based on the factual project and according to the clew which video monitor data stream, to introduce whole system of design programs, work functions and principles of design. The most imp
11、ortant, it tell us the communication and data transmission of every module. Moreover, it always the use of network monitor technology in detail. At the same time, I hope the paper can contribute to the fast development of society and wildly used of the network monitor technology. Keywords: insert di
12、gital network monitor network communication 厦门大学软件学院毕业论文 基于嵌入式数字化网络实时监控系统 - III - 目 录 第一章 引 言 - 1 第二章 系统的整体设计 - 2 2.1 项目概述 - 2 2.1.1 项目框架及模块简介 - 2 2.1.2 项目数据流程： - 3 2.2 技术运用与简介 - 4 2.2.1 H.264 图像压缩技术 - 4 2.2.2 TCP/IP 协议 - 6 2.2.3 winsock 编程 - 11 第三章 系统项目的详细设计 - 13 3.1 系统模块关系 - 13 3.2 监控中心主系统 - 14 3.
13、2.1 嵌入式网络视频服务器 - 15 3.2.2 流媒体服务 - 19 3.2.3 视频监控客户端软件 - 20 3.2.4 报警管理 - 26 3.2.5 主控台 - 29 3.3 周界入侵报警监控子系统 - 31 3.4 门禁报警监控子系统 - 33 3.5 车位自检子系统 - 36 3.6 无线在线巡更子系统 - 37 第四章 系统的运行结果 - 38 第五章 结束语 - 43 致 谢 - 44 参考文献 - 45 附 录 - 46 厦门大学软件学院毕业论文 基于嵌入式数字化网络实时监控系统 - IV - Contents C hapter I Introduc ti on 1 Cha
14、pter II The unity design of project 2 2.1 projects overvi ew 2 2.1.1 projects frame and composition 2 2.1.2 projects data flow path 3 2.2 technique i ntroducti on 4 2.2.1 H.264 Image compression technology 4 2.2.2 TCP/IP 6 2.2.3 wi nsock 1 1 Chapter III The details design of project 1 3 3.1 System m
15、odule relations 1 3 3.2 the main system of monitor centre 1 4 3.2.1 Embedded Network Video Server 1 5 3.2.2 Streaming Media Service 19 3. 2 .3 M o ni t ori ng S o f t w a re 2 0 3.2.4 A larm Management 26 3.2.5 C onsole 29 3.3 perimeter alarm subsystem 3 1 3.4 doorkeeper subsystem 3 3 3.5 park monit
16、or subsystem 36 3.6 wireless onli ne patrol subsystem 37 Chapter IV The result of project 38 Chapter V C oncludi ng remarks 4 3 Acknowledgement4 4 References4 5 A ppendi x 4 6 厦门大学软件学院毕业论文 基于嵌入式数字化网络实时监控系统 - 1 - 第一章 引 言 随着 社会的发展， 视频监控系统 已在 银行、政府、企业、 邮电、运输 、智能小区等监控领 发挥着重要的作用，并得到快速的发展。 20 世纪 90 年代初以前
17、， 以模拟设备为主的闭路电视 的 监控 称为第 1 代模拟监控系统； 90 年代 中期基于 PC 机的多媒体 系统称为第 2 代数字化本地视频监控系统； 90 年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及 网络技术的快速发展和 各种视频处理技术的出现，视频监控进入了全数字化的网络时代，称为第 3 代远程视频监控系统 。 从模拟监控到本地数字化监控再到远程网络化监控，监控技术的不断更新 与发展 为现代化监控时代的到来奠定了 坚实的 技术基础。目前现代化监控技术的特点是 前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化、管理智能化 。“基于嵌入式数字化网络实时监控系统”就是在此基础
18、上孕育而生的。 “基于嵌 入式数字化网络实时监控系统” 是 根据天津某大型企业的实际项目工程开发设计的，是 以计算机技术为核心，结合先进的多媒体技术、网络通信技术、数字图像压缩技术的一种远程监控系统，它通过嵌入式技术实现各个接口的 无缝 链接，搭建整套安防监控 平台 ，其中包括 监控中心 主 系统、周界入侵报警 子 系统、门禁监控 子 系统、车位自检 子 系统以及无线在线巡更 子 系统等等，从而实现实时 、 全面 、 有效 、 可靠的安全监控和管理 。 在整套系统实现的过程中涉及到视频图像压缩、传输技术、数据库管理以及相关的 TCP/IP 网络传输协议、IP 组播技术、 Socket 编程等
19、。 “基于嵌入式数字化网络实时监控系统” 的研究目的，就是利用日益完善的计算机网络和飞速发展的 Internet 技术，开发出一套实用的网络监控系统，以实现方便、灵活、有效 、准确 地对远程设备进行 信息传输、指令 控制与状态监测 以及对大型企业快捷、智能、可靠的安防管理 。 由于整套系统过于庞大，涉及内容较多较复杂，本文以数据流动和网络通信为切入点，重点论述监控中心系统和周界报警系统的组成和构造原理，详细介绍门禁管理系统的使用，简单概括车位自检系统和无线在线巡更系统的功能。 厦门大学软件学院毕业论文 基于嵌入式数字化网络实时监控系统 - 2 - 第二章 系统的整体设计 2.1 项目概述 “基
20、 于嵌入式数字化网络实时监控系统”是 以现代网络监控技术为核心， 依托于各种信息采集和数据传输的设备， 根据天津某大型企业实际工程项目 自行 开发设计的，所有组织结构与参数都是以实际数据为 依据 。 2.1.1项目框架 及模块简介 “基于嵌入式数字化网络实时监控系统”由五个部分组成，包括监控中心主系统、周界入侵报警子系统、门禁 监控 子系统、车位自检监控子系统、无线在线巡更子系统 等，其项目结构如 图 2-1 所示 。 基 于 嵌 入 式 数 字 化 网络 实 时 监 控 系 统监 控 中 心主 系 统周 界 入 侵 报 警子 系 统门 禁 监 控子 系 统车 位 自 检 监 控子 系 统无
21、线 在 线 巡 更子 系 统 考 勤 管 理 远 程 监 控 / 对 讲 视 频 存 储 回 放地 图 管 理日 志 管 理网 络 报 警视 频 监 控报 警 管 理图 像 识 别火 警 联 动入 侵 报 警入 侵 报 警视 频 监 控停 车 计 时 收 费车 位 识 别图 2 - 1 监 控 系 统 工 程 项 目 结 构 图短 信 报 警厦门大学软件学院毕业论文 基于嵌入式数字化网络实时监控系统 - 3 - 监控中心主系统： 由屏幕墙、 16 个监视屏， 16 个监控处理机、 2 个 8 路网络交换机、一台中央控制主机、两台中央控制分机、 LED 显示屏，报警警号等设施组成， 主要功能 是
22、 把前端摄像头等探测器所采集出来的视频、音频等信息传输到 监控处理机，通过对不同状态的检测和对比，从而实现远程监控和网络报警。 同时， 监控和 报警信息 将 传输到中央控制主、分机，分别进行日志管理 和报警管理 ，必要时通过短信猫所建立的短信平台将报警信息发送至相关管理员 。 周界入侵报警子系统： 由 25 摄像头、 50 对 前端探测器、 1 个 DVR 视频服务器、 1 个 报警主机、 1 个 报警控制键盘、 50 个 地址编码器等设施组成，主要功能是利用摄像头实 时监控周界安防情况，并把视频信息即时存储在 DVR 网络 视频服务器中，通过前端探测器探测入侵报警信息，通过报警主机的控制和管
23、理人员对报警控制键盘的操作实施对报警 信息 的管理 。 门禁控制子系统： 由 监视器 、门锁、读卡器、控制器和控制软件组成，其中根据门的材质和形状选择不同类型的门锁（磁力锁、电插锁、阴阳锁等）和控制器（单控制器、双控制器），用读卡器获取资料信息，摄像头随时跟踪采集视频信息，通过控制器将信息传输到中心监控系统，用门禁控制软件实施 综合 管理 。 车位自检 子 系统： 由监视器检测图像 ,用自行研发的软件根据停车位的不 同把图像划分为相应的图像块，通过图像对比技术，判断每个车位是否被占用。车位自检系统是 通过对停车位的实时监控及时了解停车位的使用情况以便及时有效的调度车辆，同时也增加了车辆的安全性
24、。 无线在线巡更子系统： 由巡更棒和一套巡更系统组成， 通过智能 编制多条巡更路线 ，对巡更乱序 、 时间不符进行 警报 ， 是对巡更工作实现自动化管理，防止巡更管理的差错和保护巡更人员的安全 ，同时也 保证了巡更管理工作的质量，保证了巡更人员发生意外时，控制中心能及时了解情况并进行处理。 2.1.2 项目数据流程： “基于嵌入式数字化网络实时监控系统”的 数据流程主要分为数据采集、数据传输以及数据存储和管理三个部分，其中数据采集是通过前端探测设备采集第一时间的真实数据，涉及到周界入侵报警、门禁管理、车位自检等子系统 ，是整个系统的数据来源和基础，没有数据采集，整个系统将成为纸上谈兵毫无意义
25、；数据传输是通过各种传输设备， 主要运用 winsock编程、 TCP/IP 协议以及硬件接口、地址编码 等网络通信技术 ，使整个系统一体化、网络化，是整个系统的技术支持和保证 ，也是体现现代化监控系统的价值所在，没有数据传输，整个厦门大学软件学院毕业论文 基于嵌入式数字化网络实时监控系统 - 4 - 系统功能将大打折扣，势必又将回到单一化、复杂化的原始状态； 数据存储与管理是通过中心控制系统和数据管理软件对整个系统的数据进行综合性管理， 体现了“系统司令员”和“指挥部”的作用， 是整个系统智能化、高效化的前提和保障，是现代化管理技术的核心，体现了整个系统的实际运用价值。 系统的数据流图如 图
26、 2-2 所示 数 据 传 输数 据 采 集数 据 的 前 端 采 集 设 备数 据 流 向电 线 电 缆 等 传 输 设 备周 界 报 警 采 集门 禁 控 制 采 集车 位 自 检 采 集数 据 流 向数 据 存 储数 据 流 向数 据 管 理监 控 中 心中 心 控 制 系 统 和 数 据 管 理 软 件依 据 网 络 通 信 技 术图 2 - 2 项 目 数 据 流 图2.2 技术运用与简介 “基于嵌入式数字化网络实时监控系统” 根据不同 的 集成模块， 主要 采用 c、 c+等不同编程语言， 涉及到图像压缩技术、 IP/TCP 协议、 IP 组播技术、 winsock 编程技术 以及
27、数据库管理技术 等 。为更好的理解本系统的架构、原理以及技术层面的运用，有必要对核心技术的概念作以简要的介绍。 2.2.1 H.264图像压缩技术 H.264 是一种视频高压缩技术，全称是 MPEG-4 AVC，即 “ 活动图像专家组 -4 的高等视频编码 ” ，或称为 MPEG-4 Part10。它是由 ITU-T（ International Telecommunications Union，厦门大学软件学院毕业论文 基于嵌入式数字化网络实时监控系统 - 5 - 国际电信标准化部门 ） 的 VCEG（ Video Coding Experts Group， 视频编码专家组） 和 ISO/
28、IEC（ International Organization for Standardization， 国际标准化组织 /International Electrotechnical Commission， 国际电工协会 ） 的 MPEG（ Moving Picture Experts Group,活动图像编码专家组） 共同制订的一种活动图像编码方式的国际标准格式 。 H.264 与 MPEG-2 和 MPEG-4 相比， 引入层次化运算 , 把在矩阵数据块变成小块运算 ， 减少运算量 ， 如 图 2-3 所示 。 除此之外， H.264 采取 了 以 44 像素块为单位 的 整数变换，比
29、88 像素 块的噪声少，画质高。在 DCT（ Discrete Cosine Transform，离散余弦变换） 中采用时， 88 像素块层次化到 22 像素块，变换就 更 快捷。当检出到有动作的部分调入小模块 再 分析。 H.264 进行运动预测的模板多，一旦先进 行 全面检索，需要的时间就很长，运算量 就 大。 所以 用层次化处理，先进行模板的收缩，接着小范围检索，就能减少计算量。在帧内预测中利用层次化后，残差计算范围就能变小，同样有利于减少计算量。 在纠错编码块中， H.264 的纠错编码为内容自适应可变长度码（ Context-Adaptive Variable-Length Coding ,CAVLC）和内容自适应二进制算法编码（ Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding ,CABAC），能提高纠错能力。而 MPEG-2 和 MPEG-4 的纠错编码则 采用 哈 夫曼编码。另外， H.264 还加入了 MPEG-2 和 MPEG-4没有 的 环路滤波器， 可 降低噪声。 H.264 与 MPEG-2/MPEG-4 主要技术比较如 表 2-1 所示 。
