基于B/S 模式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

林天亮， 邵文濤

(東北大學(xué)a. 計(jì)算中心(網(wǎng)絡(luò)中心);b. 信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110819)

0 引 言

伴隨著時(shí)代的進(jìn)步和人類生活水平的不斷提高，視頻監(jiān)控報(bào)警［1］成為了家庭安防的一個(gè)越來(lái)越廣泛的需求。傳統(tǒng)的家庭視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)法聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控端軟件操作繁瑣，查尋困難等特點(diǎn)難以贏得人們的青睞。

近些年來(lái)出現(xiàn)的C/S(Client/Server)模式［2］的視頻監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)傳統(tǒng)的監(jiān)控的一大改進(jìn)，它采用專用的客戶端軟件，可通過(guò)客戶端軟件進(jìn)行對(duì)被監(jiān)控端的監(jiān)看或者控制。但這需要專門的客戶端安裝程序，不能針對(duì)隨時(shí)隨地不同的用戶群體，兼容性差，不能夠?qū)崿F(xiàn)快速部署安裝和配置，具有較大的局限性。

本文設(shè)計(jì)了基于B/S(Browser/Server)模式［3］的嵌入式智能視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用戶不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，在使用寬帶網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上提供圖像、聲音和各種報(bào)警信號(hào)。用戶不需要特殊的軟件，只需要打開(kāi)瀏覽器就可以對(duì)監(jiān)控目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、監(jiān)督管理與錄像存儲(chǔ)，當(dāng)傳感器檢測(cè)到異常情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)也可通過(guò)事先設(shè)置好的報(bào)警模式，通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或者Internet 網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警信息傳送給定制用戶，并對(duì)異常情況進(jìn)行錄像抓拍。

1 B/S 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

B/S 結(jié)構(gòu)，即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，它是隨著Internet 技術(shù)的興起，對(duì)C/S 結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進(jìn)。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶工作界面是通過(guò)WWW 瀏覽器來(lái)實(shí)現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端(Browser)實(shí)現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端(Server)實(shí)現(xiàn)。B/S 結(jié)構(gòu)，主要是利用了不斷成熟的WWW 瀏覽器技術(shù)，結(jié)合瀏覽器的多種script 語(yǔ)言(VBscript、Javascript)和ActiveX 技術(shù)，用通用瀏覽器就實(shí)現(xiàn)了原來(lái)需要復(fù)雜專用軟件才能實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)大功能，并節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本，是一種全新的軟件系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)［4］。

B/S 結(jié)構(gòu)和C/S 結(jié)構(gòu)的區(qū)別與聯(lián)系如表1 所示。通過(guò)表1 比較可知，對(duì)于安全性要求較高、操作范圍較小的網(wǎng)絡(luò)一般采用C/S 結(jié)構(gòu)，但系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)比較困難。B/S 結(jié)構(gòu)基本上只需要管理服務(wù)器就可以了，所有的客戶端只是瀏覽器，幾乎不需要任何客戶端的維護(hù)，升級(jí)只需要在服務(wù)器端就可以了。B/S 結(jié)構(gòu)成為了以后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的潮流，由于本系統(tǒng)主要是為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控和用戶操作的簡(jiǎn)單性，擬采用B/S 結(jié)構(gòu)。

表1 B/S 結(jié)構(gòu)與C/S 結(jié)構(gòu)區(qū)別與聯(lián)系

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要是基于B/S 模式的視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，客戶端主要是采用瀏覽器的方式進(jìn)行視頻信息的監(jiān)控或者對(duì)云臺(tái)的控制。在這種結(jié)構(gòu)下，一部分事務(wù)邏輯在前端實(shí)現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，所以系統(tǒng)的整個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)部分幾乎都是在服務(wù)器端設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的。

本系統(tǒng)是在整個(gè)Linux［5］的基礎(chǔ)上構(gòu)建的，主要包括兩部分:Linux 操作系統(tǒng)模塊軟件和應(yīng)用程序模塊軟件。Linux 操作系統(tǒng)除了系統(tǒng)Bootloader、內(nèi)核、文件系統(tǒng)外主要是攝像頭驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)、USB 驅(qū)動(dòng)［6］等驅(qū)動(dòng)程序和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議程序;而應(yīng)用軟件則主要是由圖像視頻采集、視頻存儲(chǔ)、Web 服務(wù)器［7］應(yīng)用軟件、SQlite 數(shù)據(jù)庫(kù)［8］應(yīng)用軟件、CGI 程序、視頻流網(wǎng)絡(luò)發(fā)送程序、網(wǎng)站的搭建、網(wǎng)頁(yè)的編寫以及報(bào)警信號(hào)處理程序等組成。整個(gè)系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)圖

2.1 Java applet 程序設(shè)計(jì)

Java Applet 就是用Java 語(yǔ)言編寫的一些小應(yīng)用程序，它可以直接嵌入到網(wǎng)頁(yè)中產(chǎn)生特殊的效果［9］。本論文的設(shè)計(jì)是基于B/S 模式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要在瀏覽器下觀看視頻信息。但所有的網(wǎng)頁(yè)并不具備視頻播放的功能，所以必須加上相應(yīng)的Flash player［10］等具有播放功能的軟件協(xié)議才可實(shí)現(xiàn)視頻觀看。而Java applet 就是嵌入到網(wǎng)頁(yè)中具有視頻播放功能的應(yīng)用程序。當(dāng)用戶在瀏覽器端通過(guò)HTTP 協(xié)議訪問(wèn)Web 服務(wù)器時(shí)，Applet 小程序被下載到用戶計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，這樣就使得用戶端簡(jiǎn)單方便，只要安裝瀏覽器就可實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控。

2.2 表單的程序設(shè)計(jì)

在HTML 中，表單(Form)［11］是最主要的傳遞信息的手段，它的元素包括按鈕、輸入文本框、單選框、復(fù)選框、多選框等［12］。用戶的所有操作均是在瀏覽器的網(wǎng)頁(yè)中進(jìn)行，用戶除了觀看視頻外還可通過(guò)頁(yè)面進(jìn)行控制，比如通過(guò)控制云臺(tái)的移動(dòng)來(lái)調(diào)整視頻的監(jiān)控范圍。這些表單通過(guò)CGI 程序連接到后臺(tái)去執(zhí)行。

2.3 嵌入式Web 服務(wù)器設(shè)計(jì)

嵌入式Web 服務(wù)器以TCP/IP 協(xié)議棧［13］為基礎(chǔ)構(gòu)建，需要實(shí)現(xiàn)HTTP、TCP 和UDP 等協(xié)議，賦給服務(wù)器相應(yīng)的IP 地址，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就可以將設(shè)備接入Internet。任何一個(gè)客戶機(jī)，都可以通過(guò)HTTP 協(xié)議與嵌入式Web 服務(wù)器建立連接［14］。在嵌入式Linux 環(huán)境下，主要有3 個(gè)Web 服務(wù)器:httpd、thttpd 和Boa。httpd 是最簡(jiǎn)單的一個(gè)Web 服務(wù)器，它的功能最弱，不支持認(rèn)證，不支持CGI。如果Web 服務(wù)器僅需提供一些靜態(tài)頁(yè)面，例如簡(jiǎn)單的在線幫助、系統(tǒng)介紹等，完全可以用靜態(tài)服務(wù)器httpd 來(lái)實(shí)現(xiàn)。thttpd 和Boa 都支持認(rèn)證、CGI 等，功能都比較全。若需提高系統(tǒng)的安全性，或需要與用戶進(jìn)行交互，例如數(shù)據(jù)查詢、實(shí)時(shí)狀態(tài)查詢等，則必須使用動(dòng)態(tài)Web 技術(shù)，Boa 相比thttpd 而言，功能比較齊全，更支持以后的擴(kuò)展［15］。本系統(tǒng)中采用Boa 來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式Web 服務(wù)器。本系統(tǒng)嵌入式Web 服務(wù)器的體系框圖設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 嵌入式Web 服務(wù)器系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.4 應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)

基于B/S 模式的視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)主要是通過(guò)啟動(dòng)嵌入式Web 服務(wù)器中的CGI 應(yīng)用程序［16］來(lái)實(shí)現(xiàn)的。開(kāi)啟Web 服務(wù)器后，服務(wù)器會(huì)等待客戶端的連接請(qǐng)求，如果有客戶端連接請(qǐng)求，服務(wù)端系統(tǒng)將不斷進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)采集、壓縮處理等其他操作，將相應(yīng)的視頻信息傳送給客戶端進(jìn)行觀看。并且當(dāng)傳感器檢測(cè)到有報(bào)警觸發(fā)信號(hào)時(shí)，傳感器將會(huì)通過(guò)外部中斷啟動(dòng)視頻錄制程序，錄制的視頻數(shù)據(jù)將會(huì)自動(dòng)保存在U 盤中。該應(yīng)用程序主要包含:登陸界面的驗(yàn)證、圖像采集、圖像傳輸、視頻的錄制、云臺(tái)的控制等。為了使這幾部分能同時(shí)運(yùn)行，提高效率，本系統(tǒng)采用了多線程編程實(shí)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)軟件調(diào)試

軟件部分調(diào)試主要分為:底層系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序調(diào)試，其中底層軟件調(diào)試主要是為各硬件電路提供驅(qū)動(dòng)，應(yīng)用程序則是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

由于嵌入式系統(tǒng)本身資源的缺乏，Linux 通常采用宿主機(jī)+目標(biāo)機(jī)的交叉調(diào)試方式。在主機(jī)上編輯、編譯軟件，然后在目標(biāo)板上運(yùn)行驗(yàn)證程序。宿主機(jī)是安裝有嵌入式Linux 開(kāi)發(fā)環(huán)境的PC 機(jī)，可以利用它強(qiáng)大的功能資源高效地完成目標(biāo)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。在前面的硬件調(diào)試好之后，就可以將我們制作好的Bootloader、Linux 內(nèi)核以及包含應(yīng)用程序的跟文件系統(tǒng)下載到目標(biāo)板上。用交叉網(wǎng)線把目標(biāo)板通過(guò)交換機(jī)連到互聯(lián)網(wǎng)上。用戶要在遠(yuǎn)程的PC 機(jī)上的瀏覽器上實(shí)現(xiàn)視頻圖像數(shù)據(jù)控制。

調(diào)試好整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用程序后，把之前所設(shè)置好的網(wǎng)頁(yè)放入嵌入式Web 服務(wù)器中，運(yùn)行應(yīng)用程序，在PC上打開(kāi)瀏覽器輸入所設(shè)置的目標(biāo)板的IP 地址:202.118.11.10，就可以進(jìn)入視頻監(jiān)控主頁(yè)，點(diǎn)擊“歡迎進(jìn)入東北大學(xué)視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)”并輸入用戶名“NEU_HARD”和密碼“123456”就可瀏覽視頻監(jiān)控頁(yè)面，如圖3 所示。

圖3 監(jiān)控頁(yè)面

4 結(jié) 語(yǔ)

本文根據(jù)目前家庭安防行業(yè)的需求和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展，提出并設(shè)計(jì)出了一種基于B/S 模式的視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，客戶端主要是采用瀏覽器的方式進(jìn)行視頻信息的監(jiān)控或者對(duì)云臺(tái)的控制。本系統(tǒng)具有體積小巧、性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單、可維護(hù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了在瀏覽器端就可對(duì)家庭環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以及報(bào)警觸發(fā)視頻錄像的功能。

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