导弹阵地视频监控系统的设计与研究

李成新，赵鑫，李爽

（中国人民解放军91004部队，辽宁 大连116031）

0 引言

随着改革开放的不断深入，部队周边环境受到越来越多的影响，如何有效保证部队营房、导弹阵地等军事禁区不受外界干扰，成为急需解决的问题。本文设计了导弹阵地视频监控系统，实现阵地周围环境全天候不间断监控，有效保证了导弹阵地武器装备的安全，减少了巡逻值勤兵力。

针对导弹阵地环境特点，本文提出了采用基于 C/S（Client/Server）和 B/S（Browser/Server）[1]混合模式构建视频监控系统，其中监控中心到应急作战分队值班室间采用C/S模式，增加音视频传输的实时性，保证应急作战分队能够在出现突发情况时，快速出击和处置。监控中心到作战中心及首长办公室间采用B/S模式，突出易于接入、远程、节省成本等特点。

1 监控系统组成与结构

监控系统由硬件及软件两部分组成，采用C/S和 B/S混合模式，C/S结构主要考虑视频传输的实时性，B/S结构主要考虑成本因素。硬件部分包括视频监控服务器、视频监控终端、Web监控终端、视频采集设备、视频交换网络、视频转换设备、摄像机、云台、解码器等。软件部分主要由视频监控服务端、监控客户端、Web客户端软件组成。监控系统拓扑结构[1,2]如图1所示。

图1 监控系统拓扑结构图

2 监控系统软件设计

2.1 软件总体设计

监控系统软件主要由登录注册、视频监控、监控管理、录像管理四个模块组成，如图2所示。

图2 监控系统模块结构图

2.2 公共类设计

为提高代码复用，方便软件管理，将程序中常用的方法、事件组织封装起来，创建公共类[3,4]。以SDKFunction类为例，以下代码分别定义了视频预览、捕获的显示属性枚举，以及调用API函数的视频捕获方法：

2.3 云台控制设计

云台控制主要通过云台解码器与计算机串并口连接，按照 Pelco-D2400协议[4]编码实现云台各种姿态控制。

2.3.1 Pelco-D2400协议

Pelco-D2400协议主要用于矩阵和其它设备之间的通信，其数据格式：1位起始位、8位数据位、1位停止位，无校验位；波特率：2400B/S；命令格式由7个字节构成，如表1所示。同步字节始终为0xFF；地址码为摄像机逻辑地址号，范围：0x00–0xFF；指令码表示不同的动作；数据码1、2分别表示水平垂直方向速度(0x00-0x3F)，0xFF表示“turbo”速度；校验码 = MOD[(Byte2+Byte3+Byte4+Byte5+Byte6)/ 100H]。

表1 Pelco-D2400命令格式表

2.3.2 串口通信技术

云台控制和方向控制主要通过串口通信技术实现。C#中提供了 SerialPort类来实现串口通信[3,4]，它位于System.IO.Ports命名空间下，主要用于控制串行端口文件资源，提供同步I/O和事件驱动 I/O，提供对管脚状态、中断状态、串行驱动程序属性的访问。

2.3.3 云台控制方法

协议类PelcoD中封装了控制云台的Pelco-D协议，通过将Pelco-D协议中的7个字节返回为串口消息值实现对云台的控制，以下方法用于光圈控制[4]：

3 监控网络设计

3.1 监控设备选型

监控设备选型[4,5]要遵循功能完备、经久耐用、易于维护的原则，兼顾价格因素，这里根据导弹阵地环境特点，拟在室外阵地周边选择KV-C8807R-A1型红外夜视一体化多功能摄像机，室内选择KV-C3053-A1普通红外夜视摄像机+云台+解码器的方式。视频采集卡选择8路天敏VC8000E + 4路VC4000型，共12路视频监控通道。光端机选用3对具有4路视频+1路双向音频+1路反向数据+以太网口功能的设备。

3.2 监控网络结构设计

监控网络采取C/S和B/S混合的模式设计，满足实时性和日常查询需求[6,7]。二者共用 SQL Server数据库平台。监控网络结构如图3所示。

3.3 监控网络传输方式

网络传输方式与网络通信通道和通信协议密切相关[3]。TCP是面向连接的协议，提供可靠流服务，提供确认与超时重传机制、滑动窗口机制等，但这些机制增加了网络开销，不宜传输音视频流。UDP是无连接的传输协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，具有资源消耗小，处理速度快的优点，所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用UDP较多。为解决UDP自身不可靠性带来的问题，使用RTP和RTCP协议来弥补。RTP为数据提供具有实时特征的端对端传送服务，应用程序通常在 UDP 上运行 RTP 以便使用其多路结点和校验服务。RTCP是和 RTP一起工作的控制协议。

图3 监控网络结构图

4 视频监控关键技术的应用

4.1 视频压缩编码技术

视频压缩编码技术主要有 MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.264 等[8,9]，其中 MPEG-4是目前流行的也是最成熟的视频压缩编解码技术。MPEG-4是基于第二代压缩编码技术制定的标准，以视听媒体对象为基本单元，采用基于内容的压缩编码技术，把编码对象从图像帧拓展到任意形状视频对象，实现了从基于像素传统编码到基于对象现代编码的转变，具有压缩率高，对传输速率要求低，占用网络传输带宽小，支持开放编码等优点。

4.2 IP组播技术

IP组播技术[8,10]是一种允许一个或多个发送者（组播源）发送单一的数据包到多个接收者（一次的，同时的）的网络技术。本系统使用套接字（Socket）实现IP组播技术。Socket接口是TCP/IP网络的API接口函数，Socket数据传输是一种特殊的 I/O。引用命名空间“System.Net.Sockets”中的Socket类来实现Socket，并创建Socket实例，通过Bind()方法绑定，或Connect()方法建立与指定终结点的连接。连接创建完毕，使用Send()或SendTo()方法将数据发送到Socket，使用Receive()或 ReceiveFrom()方法从 Socket中读取数据。在Socket使用完毕后，调用 Shutdown()方法禁用Socket和Close()方法关闭Socket。

5 结论

基于C/S和B/S混合架构构建的导弹阵地视频监控系统，运用了MPEG-4视频编码技术保证视频压缩和编解码的质量；采用了Socket技术实现IP组播，选择UDP+RTP+RTCP协议，保证视频传输的实时性、容错率，提高视频传输效率。系统经过实际运行，达到了预期效果，军事和经济效益显著。

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