基于GPRS的移动视频监控系统的设计与应用—智能

论文摘要：本文在智能手机和移动公司GPRS的前提下，设计了一个基于GPRS的移动视频监控系统并采用MEPG-4算法来压缩视频进行传送；由于智能手机在本系统中既作为监控前端，又作为监控者，还兼有手机的基本功能，本文重点解决了手机响应这些服务时的优先级、相互切换以及重连问题（利用中断技术）；最后，把本系统应用于校园的安全中，结果证明此系统在很少投资的条件下能达到理想的效果，并预测智能手机终将有一天会集成移动视频监控技术。
论文关键词：智能手机,中断技术
　　移动通信系统发展迅速，到目前已经历三代。第一代移动通信系统(IG)为模拟系统，现己经淘汰。第二代移动通信系统(2G)始于上世纪90年代，系统中使用数字语音编码技术代替了原有的模拟系统，根据标准不同主要采用了频分、码分、时分等多种多址接入技术。2G系统典型代表包括:欧洲的GSM、日本的PDC以及美国的IS-95。2G系统中数据传输采用电路交换方式，链路传输速率低。为了在移动通信系统中达到更高的数据速率、更快的接入速度，按数据流量而不是连接时间收费的目标，现今，移动通信系统己经发展到了2.5G系统(GPRS，EDGE，PDC-P)和3G(UMTS，CDMA2OOO)系统。
　　基于分组无线业务GRPS的视频监控系统以其永远在线、数话兼容、按流量计费、快速传输、短消息功能等特点具有其他监控信息传输方式无可比拟的优势。
　　主要特点：高速数据传输、永远在线、仅按数据流量计费。
　　最主要的是现在对学生手机卡，新入网的用户都会有每月5M的免费流量，且GPRS服务会随卡一起开通，而无需再重新开通。
　　具备普通手机的全部功能，能够进行正常的通话，发短信等手机应用；具备无线接入互联网的能力；具备PDA的功能；具备一个具有开放性的操作系统，在这个操作系统平台上，可以安装更多的应用程序，从而使智能手机的功能可以得到无限的扩充；具有人性化的一面，可以根据个人需要扩展机器的功能；功能强大，扩展性能强，第三方软件支持多。
　　本文采用的为NOKIAN73，它使用的操作系统是Symbian，且有着良好的操作界面，采用内核与界面分离技术，对硬件的要求比较低，支持C++，VB和J2ME，兼容性很好。
　　1系统总体结构
　　移动视频监控系统主要由前端监控设备（采集端）、传输网络(GPRS网络与公共数据网)、监控终端（客户端）组成。如图1所示。
　　图1系统结构图
　　Fig.1ChartoftheSystem
　　其中:端监控设备主要由摄像头、主控模块以及通信模块构成，完成现场视频的采集处理以及传送工作。在重要的场合终端内部还要有存储设备，用来保证在网络中断或监控中心故障时数据的安全。本系统中的视频采集端为固定式摄像头。
　　通信网主要指承担数据传输任务的GPRS网络,有线网和公共数据网(Internet)。
　　监控者可以是监控中心或单独的监控台。监控中心实际上是一个局域网(LAN)，主要由路由器、代理服务器、监控台、数据服务器以及相应的监控软件、查询软件和数据库管理程序等构成。单独的监控制台则是一台安装了监控软件的在线计算机。在此为安装了监控软件的智能手机NOKIAN73。
　　视频采集端通过GPRS网络或通过有线网络接入公共数据网，监控者通过GPRS网络接入Internet实现与监控前端的通信，从而通过Internet实现两者间的通信。相比GPRS网络，有线网络具有更大的带宽与更小的时延，因此，目前GPRS网络上的视频传输问题是整个系统的瓶颈和关键。
　　系统的功能为：用一台电脑主机作为服务器SH，把各个固定式的监控摄像头固定安装在所需要的场合，且跟服务器之间利用有线网络连接（也可利用无线传输，因为这段不是关键部位，所以利用有线传输的速度和可靠性更高）；服务器可作为固定的监控者，而这里所讨论的主要是把智能手机最为移动的视频监控者，且跟服务器之间利用移动系统的GPRS进行通信。
　　智能手机在这里有两个作用：一为移动监控者，可以实现随时随地进行监控；二可以当作移动视频监控前端来对使用者所处的环境进行实时的监控。正因为智能手机在这里的双重作用使得设计本系统时需要考虑一些特殊的技术。
　　2关键技术
　　2.1MPEG-4算法
　　MPEG-4标准的基本内容就是对AV对象进行高效编码、组织、存储与传输。AV对象的提出，使得多媒体通信具有高度交互及高效编码的能力。AV对象编码就是MPEG-4的核心编码技术。
　　MPEG-4视频编码根据内容把视频分割成不同的视频对象（VO），VO是MPEG-4视频编码的核心概念。在编码过程中针对不同VO采用不同的编码策略：即对前景VO的压缩编码尽可能保留细节和平滑；对人们不太关心的背景VO，则采用高压缩率的编码策略，甚至不予传输，而是在解码端用其它背景拼接而成。
　　在本系统中监控前端摄像头到服务器主机的传输采用有线网络，为了保证传输的实时与高效性，也采用MPEG-4算法先压缩视频或图像来传输。这里我们采用微方摄像头监控系统这个软件来进行图片和视频的传输与监控。监控界面如下图2：
　　
　　图2微方监控系统服务端界面
　　Fig2TheinterfaceofMicro-sidemonitoringsystemserver
　　2.2安装客户端软件
　　首先：当智能手机NOKIAN73手机作为监控前端时也利用微方监控软件来进行监控，客户端的安装可以直接运行在智能手机上，且通过GPRS网络来连接主机，客户端界面如图3。

　　
　　图3微方监控系统客户端界面
　　Fig.3TheinterfaceofMicro-sidemonitoringsystemclient
　　此软件有一定的实时性，在GPRS中虽然有一定的延迟但实际应用中能达到要求。
　　2.3关键问题的解决
　　智能手机终端既作为监控前端，又作为监控者，还兼有手机的基本功能，当某一服务来临时，这些服务的优先级如何？相互之间如何进行切换？以及重连的问题该如何解决，手动吗？
　　解决以上问题，我们采用中断技术：
　　中断处理过程通常由中断申请、中断响应、中断处理、中断返回四个过程完成。手机中我们采用软件中断的技术来对各种服务进行响应。
　　软件中断是由软件产生的，可以由编程人员自己编写,通过设定寄时器或设定中断号来产生中断。因为智能手机NOKIAN73的Symbian系统支持C++、VB和J2ME，因此我们可以利用VC工具编写中断程序来进行软中断，用来解决以上一些问题。
　　程序中主要用到两个函数：setvect和getvect。setvect()有两个参数：中断号和函数的入口地址，其功能是将指定的函数安装到指定的中断向量中，getvect()函数有一个参数：中断号，返回值是该中断的入口地址。以下是中断程序的原型：
　　#include
　　#include
　　#ifdef__cplusplus
　　#define__ARGU...
　　#else
　　#define__ARGU
　　#endif
　　voidinterruptint60(__ARGU)/*中断服务函数*/
　　{
　　puts("服务");
　　}
　　voidinstall(voidinterrupt(*fadd)(__ARGU),intnum)/*安装中断*/
　　{
　　disable();/*关闭中断*/
　　setvect(num,fadd);/*设置中断*/
　　enable();/*开放中断*/
　　}
　　voidmain()
　　{
　　install(int60,0x60);/*将int60函数安装到0x60中断*/
　　geninterrupt(0x60);/*人为产生0x60号中断*/
　　}
　　3应用案例
　　我们将此系统应用于校园的安全，当今，每个家庭都把小孩视为掌上明珠，对孩子教育的投入也越来越大，自然希望能够随时掌握小孩在学校里是否遵守纪律、专心上课，以及老师的管教是否合理等实时情况。在校园里，摄像机安装在固定位置上，但是布线就必须视校园大小和经费，考虑使用有线或无线方案；而在家长这端，利用移动载体监看自然是上选。本系统在实际的应用中，主要用于保安的实时移动监控，证明既经济又实用。
　　4结论
　　如今的手机都朝着智能化的方向发展，GPRS带宽也在越来越好，基于GPRS的移动视频监控将会更成熟，应用的领域也会越来越广泛，智能手机也会集成移动视频监控技术，希望本文的研究能为此应用做出一定的贡献。
参考文献
1 张荣博.基于GPRS的移动视频监控的设计与应用[D].解放军信息工程大学硕士论文,2005:1-2.
2 吴明芳.MPEG-4视频编码算法研究及软件实现[D].重庆大学通信工程学院硕士论文,2006:5.
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4 王士元.C高级实用程序设计[M].北京:清华大学出版社,1996.