基于網(wǎng)絡(luò)的智能可視對講監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
郭丙華 2010/01/20
一、引言
隨著人民生活水平的提高和智能建筑的興起，人們對居住地的安全問題也越來越重視。為了適應(yīng)現(xiàn)代化建筑的安全要求，人們開發(fā)了一些安全監(jiān)控系 統(tǒng)，如門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)等等。采用的技術(shù)主要是數(shù)字音頻處理技術(shù)、視頻處理技術(shù)和控制信息處理技術(shù)，而且三部分的處理和傳遞都是獨立分開的，這就加大了產(chǎn)品的總體成本，特別是施工安裝、布線的成本，而且也給產(chǎn)品的技術(shù)升級帶來了很大的難度。在此，我們采用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并融合計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和電子技術(shù)，將這三部分聯(lián)成一個整體，利用網(wǎng)絡(luò)將信息傳送到各個用戶終端和管理終端，從而實現(xiàn)了對這些子系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，也大大降低了施工安裝、布線的成本。
二、系統(tǒng)的組成
智能可視對講監(jiān)控系統(tǒng)主要包括可視對講部分、門禁一卡通部分和視頻監(jiān)控三部分組成。可視對講部分主要是為來訪者、用戶終端和管理終端提供一個識別和對話的通道。門禁一卡通部分則是為了方便用戶而設(shè)立的，特別是當(dāng)用戶出人具有多個安防系統(tǒng)時，一卡通系統(tǒng)將為用戶帶來非常大的方便。視頻監(jiān)控部分主要是用于監(jiān)控用戶周圍的情況，包括兩部分，一部分是可視對講的視頻監(jiān)視，另一部分是用戶周圍的公共場合如走廊、電梯和其他需要監(jiān)控的場所等。
三部分通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連成一個整體，組成一個完整的產(chǎn)品。整個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由兩套完全獨立的網(wǎng)絡(luò)組成，一套是以太網(wǎng)，一套是基于485總線的半雙工通信網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。100Mbps以太網(wǎng)主要是用于傳輸實時的視頻流數(shù)據(jù)和控制信息以及其他信息，基于485總線的通信網(wǎng)絡(luò)則用于連接門口終端與用戶終端。
三、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
系統(tǒng)采用了兩套獨立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，第一套是基于485總線半雙工網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，第二套是基于以太網(wǎng)的局域網(wǎng)。基于485總線半雙工網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用以連接門口終端、分層器和用戶終端，這主要是從成本上考慮。由于這三部分交換的信息比較少，數(shù)據(jù)交換的速度要求也不是很高而且實現(xiàn)比較簡單，故采用了這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
通信采用點對多點方式。通信方式如圖2所示。
由門口終端發(fā)送一幀信息給分層器，分層器接收到以后，被呼叫的分層器將信息分發(fā)給本層所有的用戶終端，并等待用戶終端的確認(rèn)。被呼叫的用戶終端收到信息后，立即發(fā)送確認(rèn)信息給分層器，分層器收到以后，給門口終端發(fā)送確認(rèn)信息。門口終端收到分層器的確認(rèn)后，打開攝像頭和音頻麥克風(fēng)，此時雙方可以進(jìn)行對話。
系統(tǒng)采用了分層器來轉(zhuǎn)發(fā)信息幀的目的是為了防止當(dāng)掛接在485總線上的用戶太多時出現(xiàn)超負(fù)荷而導(dǎo)致死機(jī)現(xiàn)象。信息的幀結(jié)構(gòu)由5個字節(jié)組成，第一個字節(jié)記錄層信息，第二個字節(jié)記錄用戶終端號信息，第三和第四個字節(jié)為校驗和，第五個字節(jié)為控制標(biāo)志，在這個字節(jié)中的前3位保留，后5位為標(biāo)志位，即同步標(biāo)志1、同步標(biāo)志2、確認(rèn)標(biāo)志1、確認(rèn)標(biāo)志2和錯誤標(biāo)志。門口終端在發(fā)送的同時置位SYS1=1，分層器轉(zhuǎn)發(fā)時，置位SYS2=1。同樣用戶確認(rèn)時置位ACK=1，分層器確認(rèn)時置位ACK2=1。當(dāng)出錯時系統(tǒng)置位ERR=1，以便進(jìn)行相應(yīng)的處理。
第二套網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是基于以太網(wǎng)的局域網(wǎng)，主要完成監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能，如圖1所示。該系統(tǒng)采用RTP協(xié)議對視頻數(shù)據(jù)（采用H.26 1編碼）進(jìn)行封裝，利用H.22 5建議來打包和傳送這些信息流（視頻流和其他的控制信息流），用RTCP協(xié)議來保證服務(wù)的質(zhì)量。
四、系統(tǒng)硬件和軟件
1、系統(tǒng)硬件
在這里我們主要給出比較復(fù)雜的門口終端，其硬件的組成原理如圖3所示。
當(dāng)門口終端檢測到有鍵按下時，按鍵信息被合成幀格式并通過485總線發(fā)送到分層器上。同時門口終端的攝像頭被門口終端的按鍵所啟動，其視頻信號被采樣并送到DSP芯片進(jìn)行壓縮。壓縮后的視頻流按照RTP和H.225協(xié)議打包，最后通過以太網(wǎng)端口發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。
連接在485總線上的所有分層器都會接收到門口終端發(fā)來的信號，但只有被呼叫的層會處理收到的信息，經(jīng)CPU處理后轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的用戶終端。
2、軟件實現(xiàn)
在軟件設(shè)計方面包括兩部分，一部分是監(jiān)控終端的監(jiān)控軟件，另一部分是各便件的底層軟件。監(jiān)控終端采用了多線程的軟件設(shè)計方法，系統(tǒng)對連接的每一個監(jiān)控點共采用了6個線程，即網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽線程、發(fā)送線程、接受線程、H.26 3圖像解碼顯示線程、圖像保存線程和記錄信息（門口終端的撥號、門禁一卡通等記錄信息）檢測線程，如圖4所示。
監(jiān)控終端線程的啟動由門口終端所觸發(fā)。當(dāng)門口終端檢測到按鍵按下時，立即向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送廣播命令;當(dāng)監(jiān)控終端監(jiān)聽到廣播消息后，啟動接受線程，開始接受視頻數(shù)據(jù)流，并且相應(yīng)啟動顯示線程和圖像保存線程。
對于底層軟件，主要是門口終端的控制軟件，其工作流程如圖5所示。門口終端上電后，先進(jìn)行初始化工作，然后開始掃描按鍵和一卡通信息，當(dāng)確認(rèn)有變化時，微處理器CPU l先給分層器發(fā)送一幀信息，并且監(jiān)聽分層器的反饋信息，同時啟動DSP通過網(wǎng)絡(luò)端口發(fā)送廣播消息給監(jiān)控終端，以便啟動監(jiān)控終端的接受線程接受視頻流和訪問信息或一卡通信息。當(dāng)時間超過l min或終止鍵按下時，雙方終止通信，門口終端與監(jiān)控終端之間由CPU1觸發(fā)DSP中斷，使其停止發(fā)送視頻流數(shù)據(jù)。
五、結(jié)束語
智能可視對講監(jiān)控系統(tǒng)是集計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子技術(shù)于一體的高技術(shù)產(chǎn)品，是現(xiàn)代智能樓宇建筑不可缺少的一部分。本系統(tǒng)采用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將可視對講部分、視頻監(jiān)控部分和門禁一卡通部分連接成一個完整的產(chǎn)品，經(jīng)過調(diào)試運行良好。當(dāng)然系統(tǒng)還有待于進(jìn)一步完善和擴(kuò)充，如安防系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制等，未來產(chǎn)品的方向?qū)油晟�、更加智能化和自動化方面發(fā)展，如圖像的自動識別、更先進(jìn)的無線遠(yuǎn)程控制等。
安防科技
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