体育场馆视频监控系统的设计与实现

摘要：视频监控系统逐渐成为体育场馆安防系统的重要因素。体育场馆监控系统具有监控点灵活分散、监控环境复杂多变的特点，根据体育场馆的实际情况，提出了一套以IP网络为主，辅以无线覆盖延伸的统一视频监控管理平台的方案。该方案具有灵活性高、投资低、功能强等优点，对于体育场馆监控系统解决分散监控、集中管理的难题具有一定的借鉴意义。

关键词：体育场馆；视频监控；无线延伸

中图分类号：TP277文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）11-0010-02

大型体育场馆的特点就是规模大、档次高，接待的来宾、运动员的等级也高，因此对安防的要求也特别高：体育场馆举办大型比赛、开幕、闭幕以及其他大型活动时，包括了场馆的训练、比赛场地、各种休息室以及来宾、运动员出入口、通道，还有重要设备、停车场等场所，视频监控系统都是安防的重要手段。安防设施将还为体育场馆平时的健身、锻炼、休闲、信息服务、会展服务以及日常工作提供安全保障来解决场馆的设施安全、物品安全、防盗等一系列问题。如果再考虑其他分散的体育场馆，体育场馆视频监控系统的监控点多覆盖范围广的特点就更加明显，因此如何充分发挥场馆的安防系统的作用、方便管理、降低成本、简化网络设备的问题是场馆管理人员面临的重要问题。根据场馆大型活动的同期性低的特点，采用监控网络灵活可调、移动的方法，可以收到很好的效果。

一、系统设计

随着计算机的普及、应用，网络通信技术及图像压缩处理技术的快速发展，远程数字视频监控系统以数字视频处理技术为核心结合网络技术、多媒体技术，可以实现视频的远端采集压缩和存储；视频的传输以TCP/IP网络为基础，通过RTP/RTCP协议调整图像质量和通信速率；而工作人员可以通过联网电脑实现对所有监控点的全自动视频监控。传统的远程数字视频监控系统针对每个监控点都需要铺设网线，这样不便于监控网络的扩容以及监控点位置的调整，在难以铺设网线的位置，还容易形成监控盲点。因此在设计我市体育场馆（含局办公楼）的视频监控系统时，以TCP/IP网络作为骨干网，引入WLAN(Wireless Local Area Networks)作为骨干网络的无线延伸，有效改善了监控覆盖范围，并实现了监控网络和监控点位置的灵活调整（图1）。

二、监控前端

视频监控前端的硬件设计实现如图2所示，前端系统采用Samsung 公司S3C2410 芯片作为中央处理器, 该芯片内部集成了ARM920T处理器核的32 位微控制器，该处理器最高运行频率可达到203MHz，它的低功耗、精简指令和全静态设计特别适合于低成本和低功耗设计。S3C2410还提高了丰富的片内资源，可以支持Linux系统，此外主控制器还需外围存储单元如flash和SDRAM。flash中存放Linux的Boodloader、系统内核、文件系统、应用程序以及环境变量和系统配置文件等；SDRAM读写速度快,系统运行时把它作为内存单元使用。

Conxent公司的BT835芯片可以完成原始视频的视频格式解码以及A /D转换，BT835将摄像头输出的模拟视频转换为YCrCb格式的数字信号，并传输给MPEG-4 视频编码芯片IME6400。S3C2410是视频监控的核心，它控制并协调各模块工作，提供控制信号，通过指令实现各模块所需要的选通、缓冲、读/写使能、数据总线和地址总线的切换，等等。摄像头控制是通过S3C2410上的RS-232 口进行，允许用户通过调节镜头的景深、焦距以及光圈来调整图像效果。由监控后台端的软件通过SOCKET 网络接口，把调整信息发送给S3C2410，S3C2410接收到控制指令后，进行指令识别，然后向对应的RS-232 口发送指令去控制摄像头，完成调整任务。

嵌入式Linux操作系统具有较好的实时性和稳定性，而且源码开放，因此开发较为容易，开发周期短和成本低。在嵌入式Linux系统中，内核是核心部件，设备驱动程序是内核的重要部分，它可以直接访问硬件。对于用户进程，设备驱动程序屏蔽了具体物理设备的操作细节，并为内核提供了一个I/O接口，用户进程使用这个接口实现对设备的操作。由于IME 6400编码电路是全新的外围硬件设备，Linux内核不可能有该设备标准驱动，因此需要开发编码电路的Linux设备驱动程序。Linux驱动程序按设备类型可分为3类：字符型设备驱动程序、块设备驱动程序和网络设备驱动程序。本文中IME6400编码电路属于字符型设备驱动程序，Linux内核对IME 6400的访问可以通过外围扩展总线对IME 6400接口寄存器的访问实现。

嵌入式Linux系统的用户进程主要用于调度外部设备，完成视频数据的采集、打包以及传输。调度算法的流程图如图3所示，系统先对所有外部硬件设备初始化，当监控开始后，首先将指针指向空闲的缓存区，然后启动视频数据读取进程从设备IME6400中读取视频数据，当缓存区满后启动视频数据打包进程将视频数据分组打包，最后调用视频数据发送进程从网络发送视频数据，直到数据缓存区空为止。

三、监控后台

视频图像传输与传统文件传输有明显区别，视频图像传输在实时性、同步性上要求很高，而且要求传输延迟小，但允许一定的数据错误和丢失。UDP 协议主要用来支持计算机间传输数据的网络应用。通过使用端口号为不同的应用保留其各自的数据传输通道，可以实现同一时刻对多项应用同时发送或接收数据。与TCP 协议不同，UDP 排除了信息可靠传递机制，大大降低了执行时间，但也存在如连接不可靠，容易丢失数据包等缺点。为了提供可靠、高效的视频数据传输，需要其他上层协议来弥补UDP的缺陷。

实时传输协议RTP（Realtime Transport Protocol）是针对Internet上多媒体数据流的一个传输协议。RTP被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。RTP的典型应用建立在UDP上，但也可以在TCP或ATM等其他协议之上工作。RTP本身只保证实时数据的传输，并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务。实时传输控制协议RTCP（Realtime Transport Control Protocol）负责管理传输质量在当前应用进程之间交换控制信息。在RTP会话期间，各终端周期性地传送RTCP包，包中含有已发送数据包的数量、丢失数据包的数量等统计资料，因此，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。RTP和RTCP配合使用，能以有效地反馈和最小的开销使传输效率最佳化，故特别适合传送网上的实时数据。

监控后台是一个安装在PC上的Windows 应用程序（图4）。应用程序通过Windos系统提供的API函数获取网络传输过来的UDP包，通过UDP包解析获得RTP包并按一定策略将分散在各个数据包中的视频数据流恢复，然后经过DirectShow处理在用户界面显示。DirectShow 是微软公司在ActiveMovie 和Video for Windows 的基础上推出的新一代基于COM的流媒体处理的开发包，与DirectX 开发包一起发布。DirectShow为多媒体流的捕捉和回放提供了强有力的支持。运用DirectShow，可以很方便地从支持WDM驱动模型的采集卡上捕获数据，并且进行相应的后期处理乃至存储到文件中。因此用户可以通过操作界面方便地设置图像大小、帧率与波特率并通过反向控制信道发送指令视频前端，控制监控的开始和停止。

四、结语

建立统一的视频监控管理平台，能很好地解决体育馆、体育局办公楼、体育场、健身广场及其他分散的场馆等视频监控所面临的监控点灵活分散、监控环境复杂多变的问题，降低维护成本和实现全网统一管理控制，并成功保护现有的设备投资，同时还能够与其他监控或是报警系统形成联动。本文所给出的系统解决方案，具有灵活合理、投资低、功能强等优点，对于体育场馆系统解决分散监控、集中管理的难题具有一定的借鉴意义。

作者简介：何志文（1951－），男，广东五华人，中山市体育局场馆管理处工程师，研究方向：企业信息系统集成与开发。