基于DirectShow的无线移动视频监控系统.pdf

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1、数采与监测中文核心期刊微计算机信息(测控自动化)2 0 0 6 年第2 2 卷第1 1-1 期文章编号：1 0 0 8 0 5 7 0(2 0 0 6)1 1 10 1 3 60 3基于Dir e c t Sho w 的无线移动视频监控系统AW i r e l e s sM o b i l eV i d e oM o n i t o r i n gS y s t e mB a s e dO nD i r e c t S h o w(1 郑州I 大学；2 河南工业大学)张铮1 张元2Z h a n g，Z h e n gZ h e n g，Y u a n摘要：提出并实现了一种基于微软D i r

2、e e t S h o w 构架的无线移动视频监控系统。系统采用多路I P 组播方式通过W L A N 传输视频流，移动终端基于W i n C E 平台。视频服务器端的视频采集和移动终端的实时视频回放是采用D i r e c t S h o w 技术实现的。该系统比传统的有线监控系统具备更强的灵活性和移动性。关键词：D i r e c t S h o w；无线局域网；g t 播：视频监控；W i n C E中图分类号：T P 2 7 7文献标识码：AA b s t r a c t：T h i sp a p e ri n t r o d u c e sa n di m p l e m e n t

3、 saw i r e l e s sm o b i l ev i d e om o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do nD i r e c t S h o w T h i ss y s t e mm a k e su s eo fm u l t i-r o u t eI PM u h i c a s tt e c h n o l o g yt Ot r a n s m i t sv i d e os t r e a mb yt h eW L A N V i d e oc a p t u r eo fv i d e os e r v e ra n dv i

4、 d e op l a y b a c ko fm o b i l et e r m i n a la d o p tD i r e c t S h o wt e c h n o l o g y T h i ss y s t e mi sm u c hm o r ef l e x i b l ea n dm o b i l et h a nt r a d i t i o n a lW i r e dM o n i t o r i n gs y s t e m K e yw o r d s：D i r e c t S h o w，W L A N，M u l t i c a s t,V i d e

5、 os u r v e i l l a n c e，W i n C E引言目前视频监控技术已广泛应用于各行各业。传统的视频监控系统需要铺设线缆，且监控人员必须坐在监控台前这在某些行业会给工作和生产带来诸多不便。因此，人们期望将视频传输扩展到无线网络中，无线视频传输可以使人们可以摆脱线缆的束缚，随时随地的进行多媒体通信。D i r e c t S h o w 技术使w i n d o w s 系统下的多媒体编程变得简单。因此，本文提出了一种采用D i r e c t S h o w 构架开发的基于W L A N 和W i n C E 移动终端的无线移动视频监控系统。1 系统的构架与功能系统采用W

6、 L A N 作为多媒体流的传输平台。现在，基于I E E E 8 0 2 11 G 协议的无线网络的传输速率已达到5 4 M b i t s，完全能满足一般的多媒体传输需求，并且具有组网灵活，可跨越物理障碍，便于移动，经济实用等优点，完全可以满足人们对移动视频监控的要求。翟帮爸旦端、枣少7无线路由器无线踌由器张铮：硕士基金资助：河南省杰出人才创新基金(0 2 2 1 0 0 0 2 0 0)本系统的构架如图1 所示：(1)视频服务器视频服务器由摄像头，工控机，无线路由器等组成。工控机内置m p e 9 4 视频采集压缩卡，每张压缩卡有4 路视频输人通道与摄像头的输入信号相连，对输入的模拟视频

7、信号进行m p e 9 4 压缩编码，可根据具体情况对压缩卡的输出码率进行设置。每一路视频信号都对应一个特定的组播号和组播端口号。工控机负责将每一路压缩过的视频流，按照其对应的组播号和组播端口号通过无线路由器接人到W L A N 中。(2)移动终端移动终端为基于W i n C E 平台的P o c k e t P C 或P D A 等掌上移动设备。通过其U S B，C F 等扩展口安装无线网卡，接入到W L A N 中。本系统采用的是基于I n t e r 公司的P X A 2 7 1 处理器的P o c k e t P C 该款处理器具有强大的多媒体性能。完全可以满足m p e 9 4 视频

8、流的实时解码回放。移动终端通过加入到特定的组播组中，就能实现对视频的访问。2 系统的设计与实现2 1 实现原理(1)系统的D i r e c t S h o w 构架设计本系统是采用D i r e c t S h o w 构架开发的。D i r e c t S h o w 是一个基于C O M 的系统，由许多模块化的组件组成的技术。D i r e c t S h o w 系统使用F i l t e rG r a p h 来管理整个数据流的处理过程；参与数据处理的各个功能模块叫F i l t e r，它是一个C O M 组件，其功能可以由用户自行实现；D i r e c t S h o wS D

9、 K 还为用户提供了一些标准的一1 3 6 3 6 0 元，年邮局订阅号：8 2 9 4 6万方数据I 您的论文撼戮两院魏生鬟注I数采与监测F i l t e r 供用户使用。各个F i l t e r 在F i l t e rG r a p h 中按一定在本系统中，视频服务器与移动终端间的视频数顺序通过P i n 互相连接起来，组成一条“流水线”协同据传输采用的是多路I P 组播方式。工作。P i n 是一个C O M 对象，它相当于F i l t e r 之间的连这种方式可以充分地利用系统资源和网络带宽。结点，位于上游的F i l t e r 的输出P i n 和位于下游的F i l t

10、e r系统为视频采集卡的每一路视频分配一个网络端口的输入P i n 连结在一起。P i n 知道它们支持的媒体类型号，输出该路视频。为了实现I P 组播传输数据每台服并会在两个F i l t e r 初始连接时协商媒体类型。当媒体类务器对应一个组播组，每一路视频对应该组播组的不型协商完成后，P i n 会进一步商讨当F i l t e rG r a p h 运行时同端口号。当移动终端对某台服务器上的某一路视频如何传输数据。当原始数据被加入F i l t e rG r a p h 时，无论发出请求时，服务器查询该路视频是否接入到网络这些数据是来自视频卡还是其他数据源，都必须先被解中，如果已经接人

11、，则将该路视频的组播I P 地址和组析成有意义的数据传输单元，即S a m p l e，才能在F i l t e r播端口号及其媒体格式，传输给发出请求的移动终G r a p h 中传递。F i l t e rG r a p h 的管理是由一个更高一级的端；如果没有接入，则通过其分配的端口。将该路视频组件F i l t e rG r a p hM a n a g e r 来完成的。F i l t e rG r a p h输出到其对应的组播I P 地址和组播端口号。然后再将M a n a g e r 可以对流经过F i l t e rG r a p h 的数据流执行一些该路视频对应的组播I P

12、地址和组播端E l 号及其媒体较高级的调用，如运行、停止等。格式，传输给发出请求的移动终端，移动终端只需加 V w s o u r c e：N e f S e n d e r一、_发送视频数据接收视频数据 N 二e=t 2 R、e c e i v e r D i v X D e c o d e r V i d e o R e n d e r 图2 系统的F i l t e rG r a p h 图本系统用到的F i h e rG r a p h 如图2 所示：V w s o u r c eF i l t e r 是由视频采集卡厂商提供的，在发送端F i l t e rG r a p h 中作为

13、S o u r c eF i l t e r，为下游F i l t e r 提供压缩数据流。它使应用程序可对视频采集卡进行诸如输入视频源，视频制式，M P E G 编码参数等设置或查询。在此采用M P E G 一4 编码方式。具体参数可根据实际需要设置。N e t S e n d e rF i l t e r 和N e t R e c e i v e rF i l t e r 是作者自己开发的N e t S e n d e rF i l t e r 负责将V w s o u r c eF i l t e r输出的数据流以I P 组播方式发送到W L A N 中。N e t R e c e i

14、v e rF i l t e r 在接收端负责网络数据流的接收，并通过其输出P i n 将数据流推给下游的F i l t e r。D i v X D e c o d e rF i l t e r 是M P E G 一4 解码器，由它进行M P E G 一4 解码。最后，V i d e o R e n d e rF i l t e r 将解码后的视频图像输出到移动终端的显示屏上。(2)视频的传输控制与I P 组播的实现“组播”也称“多点传送”，是发送方有选择地向一组接收方传送数据的一种通信方式。无论有多少个目的地址在整个网络的任何一条链路上都只传送单一的数据包，因此采用组播方式，可以有效地减轻网

15、络通信的负担。避免资源的无谓浪费。组播I P 地址是一个D 类I P 地址，范围在2 2 4 0 0 0 到2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 5之间(其中2 2 4 0 0 0 2 2 4 0 0 2 5 5 是被保留的地址)。发送者只需向这样一个组地址发送数据，所有加人该组的接收者都可以接收到该数据。组中的成员是动态的可以根据自己的意愿随时加入或退出。每台主机可以同时加人到多个组中，同时每个组播地址也可以在不同的端口上有多个不同的数据流。人该组播组并绑定组播端口号。即可实现对指定视频的访问。2 2 系统的软件设计W i n d o w s 环境下组播通信是基于W i n d o w

16、 sS o c k e t的。W i n d o w sS o c k e t 提供两种不同的I P 组播的实现方法：W i n s o c k l 与W i n s o c k 2。由于W i n C E 平台不支持W i n s o c k 2，所以本系统是基于W i n s o c k l 实现组播通信编程的。本系统的服务器端程序采用V C+6 0 编写。移动终端是基于W i n C E n e t 平台的因此采用E V C+4 0 来编写终端程序。在开发前，先安装D i r e c t XS D K，并对开发环境进行相应的配置使其支持D i r e c t S h o w的开发。f 1

17、)服务器端程序服务器端首先在对话框初始化函数O n l n i t D i M o g中建立一个S o c k e t，当某移动终端对服务器的某一路视频发出请求时，主程序调用G e t S t a t e 获取该路状态，如果还未接入网络，则创建一个线程，在该线程函数O n S e n d e r 中，构建负责该路视频采集和发送的F i l t e rG r a p h，其相关代码如下：I G r a p h B u i l d e rp G r a p h=N U L L；C o C r e a t e l n s t a n c e(C L S I D F i h e r G r a p h

18、，N U L L，C L S C-T X _ I N P R O C，I I D _ I G r a p h B u i l d e r，(v o i d*)&p G r a p h),创建F i l t e rG r a p hM a n a g e r 实例p G r a p h 一 A d d F i h e r(p S r c，L“V w S o u r c eF i l t e r”)；将V w S o u r c eF i l t e r 实例加入到p G r a p h F i l t e rG r a p hp G r a p h 一 A d d F i l t e r(p S

19、 e n d e r，L“N e t S e n d e rF i l t e r”)；将N e t S e n d e rF i l t e r 实例加入到p G r a p h F i l t e rG r a p h运行F i l t e rG r a p h，开始该路视频的采龠国自控潮邮局订阅号：8 2 9 4 63 6 0，L-o F _ 1 3 7 万方数据数采与监测中文核心期刊微计算机信息(测控自动化)2 0 0 6 年第2 2 卷第1 1 1 期集和组播传输。程序中保存有每路视频的连接计数，当某一路的计数值为零时，就停止并销毁该路的F i l t e rG r a p h 并终

20、止负责该路的线程。这样可以有效地利用系统资源，节省网络带宽。N e t S e n d e rF i l t e r 实现了视频数据向W L A N 的组播传输，它是一个R e n d e r e rF i l t e r(没有输出P i n)。在开发过程中。选择D i r e c t S h o wS D K 提供的C B a s e F i l t e r 类作为其父类，其输入P i n 选择C R e n d e r e d I n p u t P i n 为父类。相关代码如下：c l a s sC I n p u t P i n：p u b l i cC R e n d e r e d

21、 l n p u t P i nf 用于发送数据的S o c k e t，由外部设人S O C K E Tr e _ S o c k e t；重写基类P i n 中的R e c e i v e 函数。从上一级F i l t e r 接收S a m p l e 数据直接发送S a m p l e 到相应的I P组播地址R e c e i V e(I M e d i a S a m p l e 冰p S a m p l e)；c l a s sC N e t S e n d e r：p u b l i cC B a s e F i l t e r 在C N e t S e n d e r 中定义输

22、入P i n 指针C I n p u t P i n丰m _ I n p u t p i n；JR e c e i v e 函数的关键代码：R e c e i v e(I M e d i a S a m p l e 半p S a m p l e)f 股类的R e c e i v e 函数，从上游F i l t e r，获取S a m p l e 数据C R e n d e r d l n p u t P i n：R e c e i v e(p S a m p l e)；，从S a m p l e 中获得媒体数据指针p S a m p l e-G e t P o i n t e r(&p M d

23、 a t a)；S O C K A D D RI Na d d r；a d d r s i n _ f a m i l y=A F _ I N E T；_ 股置组播I P 地址端口号a d d r s i n _ p o r t=h t o n s(m _ M u h i c a s t P o r t)；a d d r s i n _ a d d r Su n s _ a d d l=h t o n l(mM u h i c a s t l P)；向该路对应的组播I P 地址，端口号发送媒体数据h r=s e n d t o(ms o c k e t，(c h a r 水)p M d a t

24、 a，l e n，0，(s o c k a d d r 木)&a d d r，s i z e o f(a d d r)；)(2)移动终端程序移动终端对某路视频发出请求，当收到该路视频所对应的组播I P 地址，组播端口号和媒体类型时，开始构建F i l t e rG r a p h，其方法与服务器端程序基本一致，在F i l t e rG r a p h 中加入依次N e t R e c e i v e rF i l t e r。D i v x D e c o d e rF i l t e r，V i d e o R e n d e rF i l t e r。然后运行F i l t e rG r

25、 a p h，就可以观看实时图像了。N e t R e c e i v e rF i l t e r 用于接收网络数据。然后再将数据从输出P i n 传给下一级F i l t e r。其开发方法与N e t S e n d e rF i l t e r 类似，其父类选择C B a s e F i h e r 类，输出P i n 的父类选择C B a s e O u t p u t P i n 类。在N e t R e c e i v e rF i l t e r 内部专f-j f f J 一个子线程接收视频数据其部分代码如下：-N 定S o c k e t 到组播端口号上a d d r s i

26、 n _ p o r t=h t o n s(m _ M u l t i c a s t P o r t)；b i n d(m _ R e c S o c k e t，(s t n l c ts o c k a d d r*)&a d d r，s i z e o f(a d d r)；i p _ m r e qm r e q；设置组播I P 地址m r e q i m r _ m u h i a d d r S u n S a d d r=h t o n l(m _ M u h i c a s-t i P)；m r e q i m r _ i n t e r f a e e S u n S a

27、 d d r=h t o n l(I N A D D R A N Y)；将s o c k e t 加入到组播组s e t s o c k o p t(m _ R e c s o c k e t，I P P R O T O _ I P，I P _ D R O P _ M E M B E R S H I P，c h a r 木)&m r e q，s i z e o f(m r e q)；w h i l e(p a s s&m _ I s R e c e i v i n g)f 接收该组播组和组播端1：3 号对应的视频数据r e c v f r o m(m _ R e c S o c k e t，p

28、 S a m p l e b u f，b u n e n，0，(S O C K A D D R 木)&a d d s o c k，&l e n)；13 结束语本文给出了一种基于D i r e c t S h o w 构架的无线移动视频监控系统的实现方法，将传统的有线视频传输，扩展到无线移动系统中；视频传输采用了多路I P组播的方式，使每一个移动终端都能实时观看每一路视频。基于这种构架所实现的监控系统非常适合于布线困难。无法布线或有移动视频监控需求的场合具有较好的应用前景。本文创新点：本系统采用D i r e c t s h o w 技术以W L A N 为网络传输平台。P o c k e t

29、P C 为移动终端，数据传输采用了多路I P 组播的方式。将传统的有线视频传输，扩展到无线移动系统中。该系统比传统的有线监控系统具备更强的灵活性和移动性应用范围十分广泛。项目产生的经济效益：该系统可用于交通，工业生产，安全防范等许多场合，具有良好的应用前景。假设以每年仅生产2 0 0 套为例，年产值可达2 0 0 0 万，利润估计可得8 0 0 万左右。(下转第4 7 页)一1 3 8 3 6 0 元，年邮局订阅号：8 2-9 4 6万方数据控制系统用于该厂取得了满意的效果，在正常工况下，集气管压力基本能控制在8 0 2 0 P a，在装煤、加氨水等大扰动情况下，压力能在很短时间内恢复正常。如

30、图5、图6所示。网5 在正常T 况下集气管压力和器前吸力曲线图6 在大扰动工况下集气管压力和器前吸力曲线4 结论本文针对集气管压力系统的工艺特点提出一种改进的单神经元自适应P I D 控制算法，该控制器实质上为一变系数的比例、积分、微分复合控制器，其输入与常规P I D 控制器的输人类似，物理意义明确，单神经元的作用在于通过在线学习获得P I D 控制器的参数。神经元网络控制器的结构简单，计算量小，易于实现。仿真实验和实际应用结果表明，由于神经元具有自学习特性，能够适应被控对象较大范围内的变化，具有较强的自适应能力和鲁棒性其控制品质优于常规的P I D 控制器。本文的创新点是：1 对单神经元自

31、适应P I D 控制算法作了改进，并应用到实际项目中；2 对集气管压力控制系统而言，一般的做法是先稳定机前吸力，进而控制压力，我们这里的做法是先稳定器前吸力，进而控制压力。参考文献：【1】方康玲，王新民，刘彦春过程控制系统 M 武汉：武汉理工大学出版社2 0 0 2：2 5 2 7 2 王永骥，涂健神经元网络控制 M 北京：机械工业出版社，1 9 9 8：1 0 6-1 1 0 3】陶永华，尹怡欣，葛芦生新型P I D 控制及其应用 M】北京：机械工业出版社。1 9 9 8：5 0 5 3 4】刘金琨先进P I D 控制及其M A T L A B 仿真 M 北京：电子工业出版社2 0 0 3：

32、8 0-8 5 5】姚昭章炼焦学 M 北京：冶金工业出版社，1 9 9 7：2 0-2 5 6】孙伟，杨东平，岳东等焦炉集气管压力系统智能控制策略 J 中国矿业大学学报，第2 9 卷第5 期。2 0 0 0 年9 月 7】赖旭芝，向齐良，唐朝晖P L C 在筛焦过程控制中的应用 J】微计算机信息，2 0 0 4。4作者简介：易以锋(1 9 7 7 一)，男，湖北武汉人，硕士研究生，主要研究方向：计算机控制、智能控制，E m a i l：y i y i f e n 9 2 0 0 1 1 6 3 c o m；方康玲(1 9 4 5 一)，女，湖北武汉人，教授，博士生导师，主要研究方向：计算机控制

33、、智能控制。(4 3 0 0 6 4 湖北武汉市中船重工第7 0 1 研究所)易以锋(武汉科技大学信息科学与工程学院)方康玲(武汉钢铁集团轧辊有限责任公司)李威(C S I CN O 7 0 1R e s e a r c hI n s t i t u t e，W u h a n4 3 0 0 6 4，C h i n a)Y i，Y i f e n g(T h eC o l l e g eo fI n f o r m a t i o nS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g，W u h a nU n i v e r s i t yo fS c i e n

34、c ea n dT e c h n o l o g y)F a n g，K a n g l i n g(T h er o l lC o，L t do fW u h a nI r o na n dS t e e lC o r p o r a t i o n)L i，W e i通讯地址：(4 3 0 0 8 0 武汉市青山区红钢城四街武钢科技人才园4 4 4 0 7)李威(收稿日期：2 0 0 6 2 9)(修稿日期：2 0 0 6 3 8)C 上接第1 3 8 页)参考文献：1 陆其明D i r e c t S h o w 开发指南 M 北京：清华大学出版社，2 0 0 3【2 黄超W i n

35、d o w s 网络编程 M】北京：人民邮电出版社，2 0 0 3 3 汪兵李存斌陈鹏E V C 高级编程及其应用开发 M I 中国水利水电出版社，2 0 0 5 4 田辉王伟明基于D i r e c t S h o w 实现视频图像捕捉的方法 J 微计算机信息，2 0 0 2，11：7 4 7 5，7 8 5 徐常春，邹建华基于D i r e c t S h o w 的多媒体监测系统软件的设计与实现 J 电视技术，2 0 0 3(2)：7 1 7 2【6 何铁军，黄卫，陈里得数字视频无线远传系统的实现及应用 J】交通与计算机，2 0 0 4，2(2 2)：7 2 7 4作者简介：张铮(1 9

36、 8 1 一)，男，硕士，研究方向：嵌入式系统，多媒体通信；张元(1 9 6 1 一)，男，教授，博士，研究方向：人工智能，计算机网络，多媒体通信。(4 5 0 0 5 2 河南郑州郑州大学物理工程学院)张铮(4 5 0 0 5 2 河南郑州河南工业大学)张元(C o H e g eo fP h y s i c a lE n g i n e e r i n g，Z h e n g z h o uU n i v e r s i t y，Z h e n g z h o u4 5 0 0 5 2，C h i n a)Z h a n g，z h e n g(H e n a nI n d u s t r yU n i v e r s i t y，Z h e n g z h o u4 5 0 0 5 2，C h i n a)Z h e n g，y u a n通讯地址：(4 5 0 0 5 2 郑州市大学路7 5 号物理工程学院2 0 0 4 级研究生)张铮(收稿日期：2 0 0 6 3 1 2)(修稿日期：2 0 0 6 4 1 0)吣局订冁8 2-9 4 63 6 0 元_ 4 7 万方数据