嵌入式視頻監(jiān)控組件的設計與實現(xiàn)

0．引言

隨著數(shù)字視頻壓縮技術的日益成熟，嵌入式視頻監(jiān)控成為當今監(jiān)控技術的主流，但由于系統(tǒng)功能不斷增加、編程環(huán)境不斷改變以及前期需求分析和設計不完善，導致系統(tǒng)升級和維護的難度不斷增大^[1]，每一處小小的改動都可能造成整個系統(tǒng)的重新編譯、鏈接和調試，耗費大量的人力、物力和時間。因此需要進行組件化設計，而為了簡化組件的開發(fā)過程，需要有一組標準的方法來建立、管理和維護組件。針對當前網(wǎng)絡視頻應用程序的開發(fā)過程中，遇到的軟件的可重用性不強、IP網(wǎng)絡傳輸?shù)牟环€(wěn)定性及網(wǎng)絡帶寬的多樣性等問題，最好的解決問題的辦法是把應用程序構建在組件基礎上。

現(xiàn)在通用的組件模型（主要有COM/DCOM、CORBA、JavaBeans等）在運行時需要大量底層基礎的支持，主要運行于非嵌入式平臺^[2]。而目前國外流行的嵌入式組件模型主要有比利時IWT協(xié)會贊助的CCOM模型，飛利浦公司用于消費電子的Koala組件模型和國內處于起步階段的科銀京成公司的Delta System平臺，這些模型都是不公開的限于公司內部使用的技術，并需要相應的CASE工具支持^[3]。

針對以上分析，本文進行了監(jiān)控組件化的設計，選用ABB公司的用于現(xiàn)場設備的組件模型PECOS作為組件化標準，對整個系統(tǒng)進行開發(fā)。

1.PECOS技術簡介

PECOS組件模型中的元素包括組件、接口和連接器。組件有3種：具有自己的控制線程的活動組件；不具有自己的控制線程，由活動組件調度的被動組件^[4]；其功能由一個事件觸發(fā)的事件組件。這3種組件能夠組合使用。接口表明組件提供給其他組件或需要其他組件的數(shù)據(jù)。包括要傳遞的數(shù)據(jù)的類型（如浮點）、方向（in、out、in/out）和范圍。連接器負責連接兼容的類型、方向和范圍的接口。

1.1 PECOS構件行為

一個應用可以通過CoCo和目標語言類來綜合描述，被連接的對象稱為RTE運行時刻環(huán)境。RTE是PECOS提供的標準庫。RTE的優(yōu)點是應用無關性，PECOS的構件也是平臺無關性的，可以在不同的項目中共享。一個具體的應用可以分為以下四層：RTOS、RTE、Generated Classes 、User classes。

1.2 PECOS組件模型的特點

用戶語言無關性 采用接口定義語言（IDL）和組件定義語言（CDL）描述接口和組件，使模型和具體實現(xiàn)分離，理論上可以映射到多種語言C、C++、Java等。

可移植性 嵌入式系統(tǒng)硬件環(huán)境多樣，所以組件模型的可移植性非常重要，在本模型中通過封裝底層接口獲得很好的移植性。

組件的易維護性 通過接口繼承和可選接口實現(xiàn)組件的易維護性。

同其它組件編程技術相比,PECOS具有很好地跨平臺性能且與編程語言無關,其較好的開放性、擴展性和實時性. 所以,我們選擇以CORBA 作為組件化標準,對整個系統(tǒng)進行組件化編程。

2．嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)主要功能組件

基于嵌入式Web的遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要由3部分組成：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設備，嵌入式Web服務器和遠端監(jiān)控主機^[5]?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設備負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集并以某種協(xié)議標準傳遞數(shù)據(jù)；嵌入式Web服務器負責對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的收集和發(fā)布，監(jiān)控主機則通過以太網(wǎng)實時地得到數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控的目標。

對整個系統(tǒng)而言，按照功能上的要求，本著全局性擴展性、重用性、先進性和可靠性的原則，把系統(tǒng)設計分為Web Server組件，CGI組件，串行通信組件，數(shù)據(jù)存儲組件、報警組件等幾個組件模塊。按服務劃分接口，按功能封裝在組件內部，力求系統(tǒng)組件清晰、簡潔、便于維護。這些組件之間的關系如圖1所示：

圖1 嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)主要功能組件

Web Server組件是指實現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議的基本內容(如HTTP協(xié)議)、能夠響應和處理用戶請求、實現(xiàn)對立通信的程序模塊，通過對TCP/IP相關協(xié)議的實現(xiàn)，Web服務器具有與瀏覽器交互的能力，能夠處理客戶端用戶請求、傳遞網(wǎng)絡消息并向瀏覽器返回結果，同時能夠與其他應用程序協(xié)同工作。由于Boa是一個單任務的小型HTTP服務器，其源代碼開放，穩(wěn)定性好，實時性強，因此本系統(tǒng)中選用Boa作為WebServer。

CGI組件是指按照CGI標準設計的具有獨立功能的程序模塊，是嵌入式web服務器與外部擴展應用程序交互的一種標準接口。通過它把現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)實時地傳遞給嵌入式web服務器我。從而實現(xiàn)遠端客戶與現(xiàn)場設備之間的動態(tài)數(shù)據(jù)交互。

數(shù)據(jù)存儲組件是指能夠對現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)進行保存，并為其它功能組件提供讀寫方法的功能模塊。報警組件是指能提供報警功能的程序模塊。

在這些組件中，WebServer組件和CGI程序組件分別與串行通信組件、數(shù)據(jù)存儲組件和報警組件相結合完成對數(shù)據(jù)的采集、存儲、顯示、報警等功能。

3．串行通信組件實例

下面以串口通信組件模塊為例，說明如何用PECOS實現(xiàn)其功能。

串行通信組件是指完成串行通信功能的獨立程序模塊，這個模塊主要包括云臺攝像機等硬件設備。攝像機控制主要包括控制其焦距、透鏡凹凸、光圈；云臺控制主要包括控制其自動旋轉和方向，由其完成現(xiàn)場設備即云臺攝像機到CGI組件的數(shù)據(jù)傳送^[6]，它與CGI程序組件相互配合，共同完成對嵌入式web服務器的數(shù)據(jù)更新。

下面是串口通信組件模塊的接口定義語言IDL定義，這里省略了常量、數(shù)據(jù)定義，只提供整個模塊的總統(tǒng)框架。

Module SerialPort{

interface Camera{

SetFocus(in int FocusValue,out int Result);// 設置焦距值

SetLens（in int LensValue，out int Result）;//設置透鏡匯聚和發(fā)散值

SetAperture（in int ApertureValue，out int Result）；//設置光圈值

}

interface Console //云臺接口

{

SetAuto（in Boolean isAuto，out int Result）；//設置云臺是否自動旋轉

SetDirection（in int Direction，out int Result）；//傳入方向值從1-8，分別代表上下左右、左上、左下、右上、右下4個方向

….

} 在設計好IDL以后，用IDL編譯器把它們編譯成服務器框架，并插入到工程中，聲明好類，就可以編寫服務器的程序了。

串口通信組件模塊可以很容易地進行拆卸和擴展，如果要添加新的硬件設備，只要在其中再添加一個新的接口，定義其中的函數(shù)即可，無需改動整個程序，大大提高了編程效率，使整個程序便于維護。

4．組件化設計中注意的幾個關鍵問題

運用組件化的設計方法需要處理好如下幾個關鍵性問題：

（1）建立合理的系統(tǒng)模型及組件模型是組件化設計的基礎。對系統(tǒng)功能模型進行合理分解，以相對獨立的功能模塊為基礎來定義組件，組件之間邊界要清晰。

（2）標準化是保證組件具有兼容性的前提。對每種組件的接口和操作定義應盡量做到標準化，包括對組件的屬性訪問和對組件的操作都需要標準化。

（3）組件應該易于重用。組件技術和它的支持工具應該為組件版本管理提供支持，因為在介紹一個基于組件的開發(fā)模型時重用性是一個很重要的方面。

5．結語

本文作者的創(chuàng)新觀點是視頻監(jiān)控組件的模型設計，并實現(xiàn)了簡單的功能，下一步的工作重點是進一步完善其功能，利用現(xiàn)有的嵌入式組件定義視頻監(jiān)控組件或在現(xiàn)有的組件的基礎上設計出一種新的組件化的模型。

參考文獻

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[2] 張移山 CGI程序設計指南[M] 中國水利水電出版社 1998

[3] 陳從生 、朱名日、馬學文基于uCliunx的CGI接口設計與應用[J] 桂林工學院學報 2005

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[5] 求是科技，譚思亮 Visual c++串口通信開發(fā)實例導航[M] 人民郵電出版社 2003年 132-189

[6] 豐洪才，鄧華來，劉年波用Active X控件實現(xiàn)對云臺和鏡頭的遠程控制[J] 計算機應用研究 2004年(6)234-236