基于LabVIEW的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

丁涌 蘇瑀浵 王鑫 王慧敏

摘要：該視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過LabVIEW和IP攝像頭實現(xiàn)視頻監(jiān)察功能。它的設(shè)計思路主要分為圖像處理，視頻播放以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)的生成。圖像處理部分又分為圖像采集，壓縮保存和優(yōu)化處理。其中壓縮保存是重點，選用AVI編碼與解碼進行視頻文件壓縮，最終實現(xiàn)一個具有視頻的實時監(jiān)控與播放的功能的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：LabVIEW;視頻監(jiān)控;圖像采集;壓縮保存

中圖分類號：TP3 ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）31-0117-03

當今社會，視頻監(jiān)控行業(yè)作為國家安全防范領(lǐng)域的核心產(chǎn)業(yè)，其利潤可觀，從2010年的新興產(chǎn)業(yè)，年利潤達300億元，到現(xiàn)如今的主要產(chǎn)業(yè)，年利潤突破千億元，并且，該行業(yè)的發(fā)展還在邁向新的高度，智能化的發(fā)展已經(jīng)是發(fā)展的必然趨勢。就目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)在各行各業(yè)中應(yīng)用來分析，其使用范圍廣泛，大至大型的活動商場與車站，小至個人的店鋪或定點實驗研究;其研究方向?qū)崟r更新，例如近年來興起的人臉識別，車牌識別等技術(shù)[1]?？梢哉f，視頻監(jiān)控已經(jīng)已融入人們的生產(chǎn)生活當中，并且其作用還在持續(xù)更新，已經(jīng)成為人們財產(chǎn)與利益的強力保障。

本文設(shè)計一個視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過采用LabVIEW的運動與視覺模塊進行編程，開發(fā)出一個以計算機虛擬儀器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，完成基本的視頻圖像采集，處理與播放功能。

1 總體設(shè)計方案

本論文是基于LabVIEW的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，利用LabVIEW完成視頻監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)計，結(jié)合IP網(wǎng)絡(luò)攝像頭[2]，達到軟硬件相結(jié)合的目標，進而實現(xiàn)整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是視頻圖像處理和視頻播放，其中，圖像處理包括視頻圖像的采集，視頻圖像的壓縮，視頻圖像的時間文本添加。最后生成系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)設(shè)計流程圖如圖1所示：

2 視頻圖像處理

2.1 視頻圖像采集

本次設(shè)計選擇IP網(wǎng)絡(luò)攝像頭作為圖像采集的硬件，基于LabVIEW視覺與運動模塊，進行圖像采集軟件部分的編程。分析視頻圖像是一幀一幀的錄入，選擇while循環(huán)語句;圖像信息經(jīng)過緩存處理后，最終顯示到Image Display面板上。該部分的重點是視頻采集，因此，選擇IMAQdx Open Camera VI函數(shù)控件進行攝像頭的選擇。其具體功能程序面板及前面板如圖2所示。端口Session In進行常量選擇，選擇cam0，代表調(diào)用IP網(wǎng)絡(luò)攝像頭。Error In用于描述此VI或函數(shù)運行時的錯誤狀態(tài)。正常運行時是顯示無錯誤狀態(tài)，發(fā)生錯誤時，該函數(shù)控件會輸出報錯警示;只有在VI或函數(shù)運行前無錯誤時此VI或函數(shù)才能正常運行。Error Out即錯誤出包含錯誤信息。

2.2 視頻圖像壓縮

經(jīng)過視頻圖像采集后，由于圖像數(shù)據(jù)的內(nèi)容過大，無法進行后續(xù)的播放處理，因此，要對視頻圖像進行壓縮處理，基于LabVIEW的平臺，選擇AVI編碼與解碼處理，壓縮視頻圖像信息。在此過程中，還要注意壓縮圖像獲得的編碼器名稱，目的是方便后期解碼播放，編碼器輸入不正確，整個壓縮處理就會失敗。因此，選擇IMAQ AVI2 Get CodecNames VI，記錄每次壓縮圖像數(shù)據(jù)所需的編碼器名稱。

該部分的核心是AVI壓縮技術(shù)，它包括AVI編碼與解碼，分別對應(yīng)IMAQ AVI2 Write Frame VI和IMAQ AVI2CreateVI控件[3]。IMAQ AVI2 Write Frame VI控件功能是幀寫入，相當于AVI編碼技術(shù)，其功能端口如圖4所示，AVI Refnum是從IMAQ AVI2 Create VI中獲得視頻相關(guān)設(shè)置，將每一幀的圖像寫入創(chuàng)建視頻所設(shè)置的位置，Image是將圖像采集部分IMAQdx Grab2 VI輸出每一幀的圖像按順序逐個傳入到該函數(shù)，使監(jiān)控畫面按順序?qū)⒚繋嬅鎸懭胗脖P中。IMAQ AVI2CreateVI控件的作用是對AVI文件進行路徑保存與訪問。其功能端口如圖5所示，AVI Path是AVI壓縮文件的訪問指令單元，包括文件的完整路徑和名稱。此路徑可以由用戶或從文件對話框VI的LabVIEW提供。Frames Per Second是所選擇每秒的幀數(shù)以用播放AVI。

2.3 視頻圖像優(yōu)化處理

由于采集和壓縮，保存后的視頻圖像過于單調(diào)，結(jié)合以往視頻監(jiān)控的實例，進行了給視頻圖像添加時間文本的簡單優(yōu)化處理，使保存的視頻文件能夠同時記錄視頻拍攝的時間。使用IMAQ Draw Text VI 控件將獲取的時間添加至圖像上。其功能端口如圖5所示。創(chuàng)建color常量，本次設(shè)計選擇Black on White。

2.4 視頻播放設(shè)計

視頻圖像的壓縮和保存以及添加時間文本后，在LabVIEW中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中添加一個播放器，打開播放器就可以選擇保存的監(jiān)控錄像進行播放。在本環(huán)節(jié)中我選擇了LabVIEW中自帶的WindowsMediaPlayer播放器完成視頻的播放任務(wù)，同時又下載了相應(yīng)的視頻解碼軟件，使得AVI格式的視頻文件可以正常播放出來。

該部分核心是播放機器的建立，選擇LabVIEW自帶的播放器WindowsMediaPlayer，它的創(chuàng)建可有兩種方式，一種是直接在Net和ActivesX模塊中直接選擇WindowsMediaPlayer，另一種是通過選擇ActivesX容器模塊，右鍵單擊并選擇“插入ActivesX事件”，選擇WindowsMediaPlayer。

2.5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)生成

為方便每次的視頻監(jiān)控，進行了視頻監(jiān)控的labview的軟件生成，方便每次視頻監(jiān)控的打開與檢測。具體流程如下：生成EXE文件→SETUP安裝文件。生成安裝圖標如圖8所示。

3 實驗結(jié)果

生成視頻監(jiān)控程序軟件后，打開軟件即可進行視頻監(jiān)控。分為兩個窗口，視頻采集窗口是進行視頻圖像信息的采樣與壓縮保存，視頻播放窗口是進行視頻的播放，根據(jù)選擇的路徑不同，可以播放不同的視頻文件，也可以對同一個視頻文件進行刷新處理，記錄最近時間段的視頻內(nèi)容。

視頻圖像采集時，自動生成相應(yīng)的AVI編碼，并由IMAQ AVI2 Get CodecNames VI控件將生成的編碼列表記錄下來，點擊停止按鈕就可以結(jié)束視頻采集部分，如下圖9所示。視頻播放時，由于WindowsMediaPlayer的功能較為齊全，只需選擇不同路徑的文件就可以實現(xiàn)不同視頻播放的目的。

參考文獻：

[1] 楊慧聞，張嘉琪.基于LabVIEW的實時監(jiān)控視頻調(diào)用的三種模型研究[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（36）：238-242.

[2] 張?zhí)m勇.LabVIEW 程序設(shè)計基礎(chǔ)與提高[M].：，2012.

[3] 詹程城.基于Linux的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[D].桂林：廣西師范大學(xué)，2018.

【通聯(lián)編輯：朱寶貴】

收稿日期：2021-05-25

作者簡介：丁涌（1999—），本科在讀;蘇瑀浵（2001—），本科在讀;王鑫（2001—），本科在讀;通信作者：王慧敏，女，講師。