基于3G網(wǎng)絡的汽車防盜報警系統(tǒng)視頻監(jiān)控設計

　　引言

　　隨著第三代移動通信網(wǎng)絡的成熟發(fā)展，基于移動通信網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控技術的應用越來越廣泛。本文基于3G網(wǎng)絡覆蓋率高、可靠性強、傳輸速率快的優(yōu)勢，設計實現(xiàn)汽車防盜報警系統(tǒng)的可視監(jiān)控。本設計在現(xiàn)有的電子式汽車防盜報警器的基礎上，通過擴展通用接口，實現(xiàn)了對于車體原有報警系統(tǒng)的功能擴展，其總體結構框圖如圖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，通過構建嵌入式WindowsCE操作系統(tǒng)的軟件開發(fā)實現(xiàn)上層應用。該設計以流接口方式開發(fā)攝像頭驅動，并利用攝像頭驅動提供的接口，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)的結構如圖1虛線框內所示，本文著重設計實現(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。硬件搭建結構圖如圖2所示。視頻監(jiān)控部分的硬件平臺是以InterXScale微體系結構的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技術實現(xiàn)視頻處理和圖1系統(tǒng)的總體結構框圖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，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，在保證CPU性能的情況下降低了設備的功耗;西門子公司的3G通信模塊SIM5218支持高達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，降低了設計難度;本設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)的軟件架構包括兩部分。

　　利用PlatformBuilder定制WindowsCE系統(tǒng)并開發(fā)USB攝像頭驅動和數(shù)據(jù)發(fā)送端的開發(fā)，本文詳細介紹USB攝像頭驅動的設計和發(fā)送端的程序設計。系統(tǒng)的軟件結構圖如圖3所示。

　　WindowsCE流接口驅動程序是具有定制接口的驅動程序，表現(xiàn)為在用戶一級的動態(tài)鏈接庫DLL，是一般類型的設備驅動程序。流接口驅動程序中用來實現(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)使得應用程序可以通過文件系統(tǒng)訪問這些驅動程序。流接口驅動程序幾乎支持任何類型的可以連接到基于WindowsCE.net的平臺外部設備，其中包括USB設備。

　　流接口驅動程序的主要任務是把外設的使用傳遞給應用程序，這是通過把設備表示為文件系統(tǒng)的一個特殊文件實現(xiàn)。應用程序通過文件系統(tǒng)的API函數(shù)調用流接口函數(shù)，然后流接口驅動程序調用本機驅動或者通過設備管理器與系統(tǒng)內核或外圍打交道。

　　2.1 攝像頭驅動程序的流接口函數(shù)的實現(xiàn)

　　開發(fā)攝像頭驅動程序涉及到一組標準的流接口驅動程序的函數(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)進行詳細介紹。

　　(1)CAM_Init()

　　CAM_Init()函數(shù)是通過設備管理器提供的ActiveDeviceEx()函數(shù)調用。在設備初始化時通過ActiveDeviceEx()將設備句柄信息寫入DriversActive下面，當應用程序初始化時，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設備的句柄信息等。驅動程序的部分源代碼：

　　(2)CAM_Open()

　　在對設備進行讀操作之前，首先要先通過執(zhí)行CeratFile()來調用CAM_Open()打開設備，CAM_Open()所需的第一個參數(shù)是應用程序初始化時由CAM_Init()返回的設備句柄等信息，然后將設備關閉的事件設為無信號狀態(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)內所有被訪問的資源不被其他線程訪問，直到當前線程執(zhí)行完臨界區(qū)代碼。EnterCriticalSection()和LeaveCriticalSection()分別表示為進入臨界區(qū)和退出臨界區(qū)。

　　(3)CAM_IOControl()

　　程序設計中通過CreatFile()函數(shù)調CAM_Open()打開攝像頭設備，通過ReadFile()將返回值傳給CAM_IOControl()流接口函數(shù)，而CAM_IOControl()則調用OV51xReadOneFrame()對USB設備數(shù)據(jù)進行讀取。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用到不同的USB設備。其中實時傳輸適用于以固定速率或特定時間內傳輸，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)_始標記，如果查找到，則復制剩余的所有數(shù)據(jù)到應用程序的緩沖中。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，這里都設置為961。圖4為Ov51ReadFrame()軟件流程圖。

　　2.2 通信發(fā)送端的設計實現(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包內通過3G網(wǎng)絡傳送給接收端，同時發(fā)送和接收RTCP包進行反饋控制，以期達到最佳效果?；赪indowsCE平臺通過調用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)絡層來實現(xiàn)，它采用應用層組幀的理念，作為應用程序代碼的一部分，本文針對一個具體媒體的應用通過應用程序實現(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：一個負責聲音傳送;另一個負責視頻傳送。

　　發(fā)送端的部分主程序如下：

　　3 結語

　　本文在現(xiàn)有的汽車防盜報警系統(tǒng)的基礎上，通過接口的擴展，實現(xiàn)了基于3G網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控功能，并詳細闡述了攝像頭的流接口函數(shù)和通信發(fā)送端的設計。此外，通過該系統(tǒng)的通用接口的擴展，該系統(tǒng)還可與具體行業(yè)或家庭應用相結合，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)絡的可視化監(jiān)控的發(fā)展提供了良好的應用前景。