基于计算机网络的智能可视对讲监控系统设计

0 引 言  

    随着人民生活水平的提高和智能建筑的兴起，人们对居住地的安全问题也越来越重视。为了适应现代化建筑的安全要求，人们开发了一些安全监控系统，如门禁系统、视频监控系统、一卡通系统等等。采用的技术主要是音频处理技术、视频处理技术和控制信息处理技术，而且三部分的处理和传递都是独立分开的，这就加大了产品的总体成本，特别是施工安装、布线的成本，而且也给产品的技术升级带来了很大的难度。在此，我们采用了网络技术，并融合计算机技术、自动控制技术和电子技术，将这三部分联成一个整体，利用网络将信息传送到各个用户终端和管理终端，从而实现了对这些子系统的统一控制，也大大降低了施工安装、布线的成本。 
  
1 智能可视对讲监控系统的组成  

    智能可视对讲监控系统主要包括可视对讲部分、门禁一卡通部分和视频监控三部分组成。可视对讲部分主要是为来访者、用户终端和管理终端提供一个识别和对话的通道。门禁一卡通部分则是为了方便用户而设立的，特别是当用户出入具有多个安防系统时，一卡通系统将为用户带来非常大的方便。视频监控部分主要是用于监控用户周围的情况，包括两部分，一部分是可视对讲的视频监视，另一部分是用户周围的公共场合如走廊、电梯和其他需要监控的场所等。三部分通过计算机网络连成一个整体，组成一个完整的产品。整个计算机网络是由两套完全独立的网络组成，一套是以太网，一套是基于485总线的半双工通信网络，其结构如图1所示。lOOMbps以太网主要是用于传输实时的视频流数据和控制信息以及其他信息，基于485总线的通信网络则用于连接门口终端与用户终端。  

图1 系统组成结构图 

2 计算机网络技术  

    系统采用了两套独立的网络系统，第一套是基于485总线半双工网络系统，第二套是基于以太网的局域网。  

    基于485总线半双工网络系统用以连接门口终端、分层器和用户终端，这主要是从成本上考虑。由于这三部分交换的信息比较少，数据交换的速度要求也不是很高而且实现比较简单，故采用了这种网络系统，通信采用点对多点方式。通信方式如图2所示。 

图2 485总线通信方式 

    由门口终端发送一帧信息给分层器，分层器接收到以后，被呼叫的分层器将信息分发给本层所有的用户终端，并等待用户终端的确认。被呼叫的用户终端收到信息后，立即发送确认信息给分层器，分层器收到以后，给门口终端发送确认信息。门口终端收到分层器的确认后，打开摄像头和音频麦克风，此时双方可以进行对话。  

    系统采用了分层器来转发信息帧的目的是为了防止当挂接在485总线上的用户太多时出现超负荷而导致死机现象。 

    信息的帧结构由5个字节组成，第一个字节记录层信息，第二个字节记录用户终端号信息，第三和第四个字节为校验和，第五个字节为控制标志，在这个字节中的 位保留，后5位为标志位，即同步标志l、同步标志2、确认标志l、确认标志2和错误标志。门口终端在发送的同时置位SYSI=1，分层器转发时，置位SYS2=1。同样用户确认时置位ACK=1，分层器确认时置位ACK2=1。当出错时系统置位ERR=l，以便进行相应的处理。  

    第二套网络系统是基于以太网的局域网，主要完成监控系统的通信功能，如图l所示。该系统采用RTP协议对视频数据(采用H．261编码)进行封装，利用H．225建议来打包和传送这些信息流(视频流和其他的控制信息流)，用RTCP协议来保证服务的质量。  

3 智能可视对讲监控系统硬件和软件 

3．1 智能可视对讲监控系统硬件  

    在这里我们主要给出比较复杂的门口终端，其硬件的组成原理如图3所示。  

图3 门口终端的硬件组成原理图

    当门口终端检测到有键按下时，按键信息被合成帧格式并通过485总线发送到分层器上。同时门口终端的并通过485总线发送到分层器上。同时门口终采样并送到DSP芯片进行压缩。压缩后的视频流按照RTP和H．225协议打包，最后通过以太网端口发送到网络上。  

    连接在485总线上的所有分层器都会接收到门口终端发来的信号，但只有被呼ⅡU的层会处理收到的信息，经CPU处理后转发到相应的用户终端。 

3．2 软件实现  

    在软件设计方面包括两部分，一部分是监控终端的监控软件，另一部分是各便件的底层软件。监控终端采用了多线程的软件设计方法，系统对连接的每一个监控点共采用了6个线程，即网络监听线程、发送线程、接受线程、H．263图像解码显示线程、图像保存线程和记录信息(门口终端的拨号、门禁一卡通等记录信息)检测线程，如图4所示。 

图4 监控终端的多线程机制 

    监控终端线程的启动由门口终端所触发。当门口终端检测到按键按下时，立即向网络发送广播命令；当监控终端监听到广播消息后，启动接受线程，开始接受视频数据流，并且相应启动显示线程和图像保存线程。  

    对于底层软件，主要是门口终端的控制软件，其工作流程如图5所示。门口终端上电后，先进行初始化工作，然后开始扫描按键和一卡通信息，当确认有变化时，微处理器CPUI先给分层器发送一帧信息，并且监听分层器的反馈信息，同时启动DSP通过网络端口发送广播消息给监控终端，以便启动监控终端的接受线程接受视频流和访问信息或一卡通信息。当时间超过Imin或终止键按下时，双方终止通信，门口终端与监控终端之间由CPUI触发DSP中断，使其停止发送视频流数据。 

图5 门口终端工作流程图 

4 结束语 

    智能可视对讲监控系统是集计算机技术、自动控制技术、网络技术、电子技术于一体的高技术产品，是现代智能楼宇建筑不可缺少的一部分。本系统采用了网络技术将可视对讲部分、视频监控部分和门禁一卡通部分连接成一个完整的产品，经过调试运行良好。当然系统还有待于进一步完善和扩充，如安防系统、远程控制等，未来产品的方向将会朝着更加完善、更加智能化和自动化方面发展，如图像的自动识别、更先进的无线远程控制等。 

参考文献  
[1]蒋步军．智能小区设备自动控制系统的设计与研究[J]．自动化与仪器仪表，2003，17(2)：7—11．  
[2]刘中伟．远程监控系统的设计与实现[J]．飞行器测控学报，2002，21(1)：44—49．  
[3]曹志刚．现代通信原理[M]．北京：清华大学出版社，1992．

作者简介：
郭丙华1966年生，博士，肇庆学院电子信息工程系 ，副教授。主要研究方向为智能控制、非完整系统等。