3G網(wǎng)絡(luò)：汽車防盜報警視頻監(jiān)控“新助手
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引言
隨著第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)的成熟發(fā)展，基于移動通信網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。本文基于3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高、可靠性強、傳輸速率快的優(yōu)勢，設(shè)計實現(xiàn)汽車防盜報警系統(tǒng)的可視監(jiān)控。本設(shè)計在現(xiàn)有的電子式汽車防盜報警器的基礎(chǔ)上，通過擴(kuò)展通用接口，實現(xiàn)了對于車體原有報警系統(tǒng)的功能擴(kuò)展，其總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。本文著重闡述該系統(tǒng)視頻監(jiān)控部分的設(shè)計實現(xiàn)。
本系統(tǒng)視頻監(jiān)控部分是在InterPXA270為核心的硬件平臺上，通過構(gòu)建嵌入式WindowsCE操作系統(tǒng)的軟件開發(fā)實現(xiàn)上層應(yīng)用。該設(shè)計以流接口方式開發(fā)攝像頭驅(qū)動，并利用攝像頭驅(qū)動提供的接口，實現(xiàn)嵌入式WindowsCE下實時圖像的數(shù)據(jù)采集，對原始圖像進(jìn)行MPEG-4格式的編碼壓縮，同時在WindowsCE端利用SOCKET編程，實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸。
1 硬件平臺
現(xiàn)有的汽車防盜報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1虛線框內(nèi)所示，本文著重設(shè)計實現(xiàn)的是此系統(tǒng)的視頻監(jiān)控部分。視頻監(jiān)控部分的硬件包括三個部分，采集監(jiān)控數(shù)據(jù)的攝像頭、多媒體處理器和通信模塊。硬件搭建結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。視頻監(jiān)控部分的硬件平臺是以InterXScale微體系結(jié)構(gòu)的InterPXA270處理芯片為核心，選用SIM5218模塊作為3G通信模塊，采用雙端口RAM技術(shù)實現(xiàn)視頻處理和圖1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖3G通信模塊的雙CPU之間通信。其中，InterPXA270芯片的主頻為520Hz，同時加入WirelssMMX技術(shù)，大大提高了多媒體處理能力。此外PXA270的InterSpeedStep動態(tài)電源管理技術(shù)，在保證CPU性能的情況下降低了設(shè)備的功耗；西門子公司的3G通信模塊SIM5218支持高達(dá)7.2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率，并且提供UART、USB2.0、GPIO和I2C等豐富的外圍接口，降低了設(shè)計難度；本設(shè)計中攝像頭選擇了網(wǎng)眼2000，它采用OV511芯片為核心，具有COMS35萬像素的清晰度，并采用USB方式通信，可以采用流接口的方式實時采集監(jiān)控數(shù)據(jù)。
2 軟件功能
基于WindowsCE操作系統(tǒng)的軟件架構(gòu)包括兩部分。
利用PlatformBuilder定制WindowsCE系統(tǒng)并開發(fā)USB攝像頭驅(qū)動和數(shù)據(jù)發(fā)送端的開發(fā)，本文詳細(xì)介紹USB攝像頭驅(qū)動的設(shè)計和發(fā)送端的程序設(shè)計。系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
WindowsCE流接口驅(qū)動程序是具有定制接口的驅(qū)動程序，表現(xiàn)為在用戶一級的動態(tài)鏈接庫DLL，是一般類型的設(shè)備驅(qū)動程序。流接口驅(qū)動程序中用來實現(xiàn)一組固定的函數(shù)稱為流接口函數(shù)，這些流接口函數(shù)使得應(yīng)用程序可以通過文件系統(tǒng)訪問這些驅(qū)動程序。流接口驅(qū)動程序幾乎支持任何類型的可以連接到基于WindowsCE.net的平臺外部設(shè)備，其中包括USB設(shè)備。
流接口驅(qū)動程序的主要任務(wù)是把外設(shè)的使用傳遞給應(yīng)用程序，這是通過把設(shè)備表示為文件系統(tǒng)的一個特殊文件實現(xiàn)。應(yīng)用程序通過文件系統(tǒng)的API函數(shù)調(diào)用流接口函數(shù)，然后流接口驅(qū)動程序調(diào)用本機驅(qū)動或者通過設(shè)備管理器與系統(tǒng)內(nèi)核或外圍打交道。
2.1 攝像頭驅(qū)動程序的流接口函數(shù)的實現(xiàn)
開發(fā)攝像頭驅(qū)動程序涉及到一組標(biāo)準(zhǔn)的流接口驅(qū)動程序的函數(shù)，如CAM_Init（）、CAM_Deinit（）、CAM_Open（）、CAM_Read（）等，這些函數(shù)是接口驅(qū)動程序的DLL接口，其中CAM_Init（）、CAM_Open（）、CAM_Read（）和CAM_IOControl（）最為重要。下面對這些重要函數(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。
?。?）CAM_Init（）
CAM_Init（）函數(shù)是通過設(shè)備管理器提供的ActiveDeviceEx（）函數(shù)調(diào)用。在設(shè)備初始化時通過ActiveDeviceEx（）將設(shè)備句柄信息寫入DriversActive下面，當(dāng)應(yīng)用程序初始化時，注冊表的地址將以Context參數(shù)形式傳給CAM_Init（），利用RegOpenKeyEx（）、RegQueryValueEx（）等函數(shù)執(zhí)行打開和讀寫注冊表操作，等執(zhí)行成功后返回USB設(shè)備的句柄信息等。驅(qū)動程序的部分源代碼：
?。?）CAM_Open（）
在對設(shè)備進(jìn)行讀操作之前，首先要先通過執(zhí)行CeratFile（）來調(diào)用CAM_Open（）打開設(shè)備，CAM_Open（）所需的第一個參數(shù)是應(yīng)用程序初始化時由CAM_Init（）返回的設(shè)備句柄等信息，然后將設(shè)備關(guān)閉的事件設(shè)為無信號狀態(tài)。
下面是部分源碼：
程序中涉及的EnterCriticalSection（）和LeaveCriticalSection（）兩個函數(shù)的作用是保證在臨界區(qū)內(nèi)所有被訪問的資源不被其他線程訪問，直到當(dāng)前線程執(zhí)行完臨界區(qū)代碼。EnterCriticalSection（）和LeaveCriticalSection（）分別表示為進(jìn)入臨界區(qū)和退出臨界區(qū)。
（3）CAM_IOControl（）
程序設(shè)計中通過CreatFile（）函數(shù)調(diào)CAM_Open（）打開攝像頭設(shè)備，通過ReadFile（）將返回值傳給CAM_IOControl（）流接口函數(shù)，而CAM_IOControl（）則調(diào)用OV51xReadOneFrame（）對USB設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。下面是部分源碼：
對于USB總線上的數(shù)據(jù)傳輸，一共有四種傳輸類型，分別是控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸和實時傳輸，這四種傳輸類型分別應(yīng)用到不同的USB設(shè)備。其中實時傳輸適用于以固定速率或特定時間內(nèi)傳輸，可以容忍偶爾錯誤的流數(shù)據(jù)情況，對于USB攝像頭這種實時性要求比較高的設(shè)備一般選用實時傳輸，所以在CAM_Read（）中就需要用到實時傳輸函數(shù)IssueIsochTransfer（）來讀取攝像頭采集的數(shù)據(jù)。如果IssueIsochTransfer（）執(zhí)行后返回一個標(biāo)示句柄，則代表執(zhí)行成功，如果無返回值，則表示執(zhí)行失敗。
下面是部分源碼：
程序中涉及的EnterCriticalSection（）和LeaveCriticalSection（）兩個函數(shù)的作用是保證在臨界區(qū)內(nèi)所有被訪問的資源不被其他線程訪問，直到當(dāng)前線程執(zhí)行完臨界區(qū)代碼。EnterCriticalSection（）和LeaveCriticalSection（）分別表示為進(jìn)入臨界區(qū)和退出臨界區(qū)。
?。?）CAM_IOControl（）
程序設(shè)計中通過CreatFile（）函數(shù)調(diào)CAM_Open（）打開攝像頭設(shè)備，通過ReadFile（）將返回值傳給CAM_IOControl（）流接口函數(shù)，而CAM_IOControl（）則調(diào)用OV51xReadOneFrame（）對USB設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。下面是部分源碼：
對于USB總線上的數(shù)據(jù)傳輸，一共有四種傳輸類型，分別是控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸和實時傳輸，這四種傳輸類型分別應(yīng)用到不同的USB設(shè)備。其中實時傳輸適用于以固定速率或特定時間內(nèi)傳輸，可以容忍偶爾錯誤的流數(shù)據(jù)情況，對于USB攝像頭這種實時性要求比較高的設(shè)備一般選用實時傳輸，所以在CAM_Read（）中就需要用到實時傳輸函數(shù)IssueIsochTransfer（）來讀取攝像頭采集的數(shù)據(jù)。如果IssueIsochTransfer（）執(zhí)行后返回一個標(biāo)示句柄，則代表執(zhí)行成功，如果無返回值，則表示執(zhí)行失敗。
在每次得到一包數(shù)據(jù)時，查找?guī)_始標(biāo)記，如果查找到，則復(fù)制剩余的所有數(shù)據(jù)到應(yīng)用程序的緩沖中。在程序的Ov51xReadOneFrame（）函數(shù)中，pDataBuff申請了9610B空間，dwFrameLen為10次傳輸每次的長度，這里都設(shè)置為961。圖4為Ov51ReadFrame（）軟件流程圖。
2.2 通信發(fā)送端的設(shè)計實現(xiàn)
通信發(fā)送端主要完成RTP/RTCP協(xié)議封裝和解封裝、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送與數(shù)據(jù)獲取。本文所實現(xiàn)的是基于RTP/UDP/IP協(xié)議棧的MPEG-4實時流媒體傳輸，是移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)傳輸部分的子模塊。采用JRTPLIB庫函數(shù)來實現(xiàn)RTP的實時傳輸。傳輸部分的系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。
該發(fā)送端的主要功能是將音視頻流封裝到RTP包內(nèi)通過3G網(wǎng)絡(luò)傳送給接收端，同時發(fā)送和接收RTCP包進(jìn)行反饋控制，以期達(dá)到最佳效果?；赪indowsCE平臺通過調(diào)用JRTPLIB函數(shù)庫來編程實現(xiàn)實時流媒體傳輸。
由于RTP協(xié)議并不作為獨立的網(wǎng)絡(luò)層來實現(xiàn)，它采用應(yīng)用層組幀的理念，作為應(yīng)用程序代碼的一部分，本文針對一個具體媒體的應(yīng)用通過應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)RTP封裝分組，然后將RTP分組交給UDP接口，采用JTHREAD作為線程庫，完成多線程的操作。利用RTP來做視頻傳輸分2個session來完成：一個負(fù)責(zé)聲音傳送；另一個負(fù)責(zé)視頻傳送。
發(fā)送端的部分主程序如下：
3 結(jié)語
本文在現(xiàn)有的汽車防盜報警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過接口的擴(kuò)展，實現(xiàn)了基于3G網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控功能，并詳細(xì)闡述了攝像頭的流接口函數(shù)和通信發(fā)送端的設(shè)計。此外，通過該系統(tǒng)的通用接口的擴(kuò)展，該系統(tǒng)還可與具體行業(yè)或家庭應(yīng)用相結(jié)合，實現(xiàn)手機對于小范圍環(huán)境的可視化監(jiān)控。該系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)不但對于汽車防盜產(chǎn)品的發(fā)展有著重要的意義，同時對于基于3G網(wǎng)絡(luò)的可視化監(jiān)控的發(fā)展提供了良好的應(yīng)用前景。
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