嵌入式視頻監(jiān)控組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0．引言

隨著數(shù)字視頻壓縮技術(shù)的日益成熟，嵌入式視頻監(jiān)控成為當(dāng)今監(jiān)控技術(shù)的主流，但由于系統(tǒng)功能不斷增加、編程環(huán)境不斷改變以及前期需求分析和設(shè)計(jì)不完善，導(dǎo)致系統(tǒng)升級和維護(hù)的難度不斷增大^[1]，每一處小小的改動都可能造成整個系統(tǒng)的重新編譯、鏈接和調(diào)試，耗費(fèi)大量的人力、物力和時間。因此需要進(jìn)行組件化設(shè)計(jì)，而為了簡化組件的開發(fā)過程，需要有一組標(biāo)準(zhǔn)的方法來建立、管理和維護(hù)組件。針對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)視頻應(yīng)用程序的開發(fā)過程中，遇到的軟件的可重用性不強(qiáng)、IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟环€(wěn)定性及網(wǎng)絡(luò)帶寬的多樣性等問題，最好的解決問題的辦法是把應(yīng)用程序構(gòu)建在組件基礎(chǔ)上。

現(xiàn)在通用的組件模型（主要有COM/DCOM、CORBA、JavaBeans等）在運(yùn)行時需要大量底層基礎(chǔ)的支持，主要運(yùn)行于非嵌入式平臺^[2]。而目前國外流行的嵌入式組件模型主要有比利時IWT協(xié)會贊助的CCOM模型，飛利浦公司用于消費(fèi)電子的Koala組件模型和國內(nèi)處于起步階段的科銀京成公司的Delta System平臺，這些模型都是不公開的限于公司內(nèi)部使用的技術(shù)，并需要相應(yīng)的CASE工具支持^[3]。

針對以上分析，本文進(jìn)行了監(jiān)控組件化的設(shè)計(jì)，選用ABB公司的用于現(xiàn)場設(shè)備的組件模型PECOS作為組件化標(biāo)準(zhǔn)，對整個系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。

1.PECOS技術(shù)簡介

PECOS組件模型中的元素包括組件、接口和連接器。組件有3種：具有自己的控制線程的活動組件；不具有自己的控制線程，由活動組件調(diào)度的被動組件^[4]；其功能由一個事件觸發(fā)的事件組件。這3種組件能夠組合使用。接口表明組件提供給其他組件或需要其他組件的數(shù)據(jù)。包括要傳遞的數(shù)據(jù)的類型（如浮點(diǎn)）、方向（in、out、in/out）和范圍。連接器負(fù)責(zé)連接兼容的類型、方向和范圍的接口。

1.1 PECOS構(gòu)件行為

一個應(yīng)用可以通過CoCo和目標(biāo)語言類來綜合描述，被連接的對象稱為RTE運(yùn)行時刻環(huán)境。RTE是PECOS提供的標(biāo)準(zhǔn)庫。RTE的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用無關(guān)性，PECOS的構(gòu)件也是平臺無關(guān)性的，可以在不同的項(xiàng)目中共享。一個具體的應(yīng)用可以分為以下四層：RTOS、RTE、Generated Classes 、User classes。

1.2 PECOS組件模型的特點(diǎn)

用戶語言無關(guān)性 采用接口定義語言（IDL）和組件定義語言（CDL）描述接口和組件，使模型和具體實(shí)現(xiàn)分離，理論上可以映射到多種語言C、C++、Java等。

可移植性 嵌入式系統(tǒng)硬件環(huán)境多樣，所以組件模型的可移植性非常重要，在本模型中通過封裝底層接口獲得很好的移植性。

組件的易維護(hù)性 通過接口繼承和可選接口實(shí)現(xiàn)組件的易維護(hù)性。

同其它組件編程技術(shù)相比,PECOS具有很好地跨平臺性能且與編程語言無關(guān),其較好的開放性、擴(kuò)展性和實(shí)時性. 所以,我們選擇以CORBA 作為組件化標(biāo)準(zhǔn),對整個系統(tǒng)進(jìn)行組件化編程。

2．嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)主要功能組件

基于嵌入式Web的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由3部分組成：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備，嵌入式Web服務(wù)器和遠(yuǎn)端監(jiān)控主機(jī)^[5]?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集并以某種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)傳遞數(shù)據(jù)；嵌入式Web服務(wù)器負(fù)責(zé)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的收集和發(fā)布，監(jiān)控主機(jī)則通過以太網(wǎng)實(shí)時地得到數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目標(biāo)。

對整個系統(tǒng)而言，按照功能上的要求，本著全局性擴(kuò)展性、重用性、先進(jìn)性和可靠性的原則，把系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為Web Server組件，CGI組件，串行通信組件，數(shù)據(jù)存儲組件、報(bào)警組件等幾個組件模塊。按服務(wù)劃分接口，按功能封裝在組件內(nèi)部，力求系統(tǒng)組件清晰、簡潔、便于維護(hù)。這些組件之間的關(guān)系如圖1所示：

圖1 嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)主要功能組件

Web Server組件是指實(shí)現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議的基本內(nèi)容(如HTTP協(xié)議)、能夠響應(yīng)和處理用戶請求、實(shí)現(xiàn)對立通信的程序模塊，通過對TCP/IP相關(guān)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，Web服務(wù)器具有與瀏覽器交互的能力，能夠處理客戶端用戶請求、傳遞網(wǎng)絡(luò)消息并向?yàn)g覽器返回結(jié)果，同時能夠與其他應(yīng)用程序協(xié)同工作。由于Boa是一個單任務(wù)的小型HTTP服務(wù)器，其源代碼開放，穩(wěn)定性好，實(shí)時性強(qiáng)，因此本系統(tǒng)中選用Boa作為WebServer。

CGI組件是指按照CGI標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的具有獨(dú)立功能的程序模塊，是嵌入式web服務(wù)器與外部擴(kuò)展應(yīng)用程序交互的一種標(biāo)準(zhǔn)接口。通過它把現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)實(shí)時地傳遞給嵌入式web服務(wù)器我。從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端客戶與現(xiàn)場設(shè)備之間的動態(tài)數(shù)據(jù)交互。

數(shù)據(jù)存儲組件是指能夠?qū)ΜF(xiàn)場采集數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，并為其它功能組件提供讀寫方法的功能模塊。報(bào)警組件是指能提供報(bào)警功能的程序模塊。

在這些組件中，WebServer組件和CGI程序組件分別與串行通信組件、數(shù)據(jù)存儲組件和報(bào)警組件相結(jié)合完成對數(shù)據(jù)的采集、存儲、顯示、報(bào)警等功能。

3．串行通信組件實(shí)例

下面以串口通信組件模塊為例，說明如何用PECOS實(shí)現(xiàn)其功能。

串行通信組件是指完成串行通信功能的獨(dú)立程序模塊，這個模塊主要包括云臺攝像機(jī)等硬件設(shè)備。攝像機(jī)控制主要包括控制其焦距、透鏡凹凸、光圈；云臺控制主要包括控制其自動旋轉(zhuǎn)和方向，由其完成現(xiàn)場設(shè)備即云臺攝像機(jī)到CGI組件的數(shù)據(jù)傳送^[6]，它與CGI程序組件相互配合，共同完成對嵌入式web服務(wù)器的數(shù)據(jù)更新。

下面是串口通信組件模塊的接口定義語言IDL定義，這里省略了常量、數(shù)據(jù)定義，只提供整個模塊的總統(tǒng)框架。

Module SerialPort{

interface Camera{

SetFocus(in int FocusValue,out int Result);// 設(shè)置焦距值

SetLens（in int LensValue，out int Result）;//設(shè)置透鏡匯聚和發(fā)散值

SetAperture（in int ApertureValue，out int Result）；//設(shè)置光圈值

}

interface Console //云臺接口

{

SetAuto（in Boolean isAuto，out int Result）；//設(shè)置云臺是否自動旋轉(zhuǎn)

SetDirection（in int Direction，out int Result）；//傳入方向值從1-8，分別代表上下左右、左上、左下、右上、右下4個方向

….

} 在設(shè)計(jì)好IDL以后，用IDL編譯器把它們編譯成服務(wù)器框架，并插入到工程中，聲明好類，就可以編寫服務(wù)器的程序了。

串口通信組件模塊可以很容易地進(jìn)行拆卸和擴(kuò)展，如果要添加新的硬件設(shè)備，只要在其中再添加一個新的接口，定義其中的函數(shù)即可，無需改動整個程序，大大提高了編程效率，使整個程序便于維護(hù)。

4．組件化設(shè)計(jì)中注意的幾個關(guān)鍵問題

運(yùn)用組件化的設(shè)計(jì)方法需要處理好如下幾個關(guān)鍵性問題：

（1）建立合理的系統(tǒng)模型及組件模型是組件化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對系統(tǒng)功能模型進(jìn)行合理分解，以相對獨(dú)立的功能模塊為基礎(chǔ)來定義組件，組件之間邊界要清晰。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化是保證組件具有兼容性的前提。對每種組件的接口和操作定義應(yīng)盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化，包括對組件的屬性訪問和對組件的操作都需要標(biāo)準(zhǔn)化。

（3）組件應(yīng)該易于重用。組件技術(shù)和它的支持工具應(yīng)該為組件版本管理提供支持，因?yàn)樵诮榻B一個基于組件的開發(fā)模型時重用性是一個很重要的方面。

5．結(jié)語

本文作者的創(chuàng)新觀點(diǎn)是視頻監(jiān)控組件的模型設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了簡單的功能，下一步的工作重點(diǎn)是進(jìn)一步完善其功能，利用現(xiàn)有的嵌入式組件定義視頻監(jiān)控組件或在現(xiàn)有的組件的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種新的組件化的模型。

參考文獻(xiàn)

[1] 房紅征 趙貴根 柳克俊 嵌入式組件模型研究[J] 微計(jì)算機(jī)應(yīng)用 2005年 26(6)521-523

[2] 張移山 CGI程序設(shè)計(jì)指南[M] 中國水利水電出版社 1998

[3] 陳從生 、朱名日、馬學(xué)文基于uCliunx的CGI接口設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J] 桂林工學(xué)院學(xué)報(bào) 2005

[4].Bastiaan Schonhaage Model mapping to C++ or Java-based ultra-light environment Technical Report Deliveralbe D2.2.9-1.Pecos,2001.www.pecos-project.org.

[5] 求是科技，譚思亮 Visual c++串口通信開發(fā)實(shí)例導(dǎo)航[M] 人民郵電出版社 2003年 132-189

[6] 豐洪才，鄧華來，劉年波用Active X控件實(shí)現(xiàn)對云臺和鏡頭的遠(yuǎn)程控制[J] 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究 2004年(6)234-236