一种移动视频监控及定位系统的设计
[导读]伴随3G/4G移动通信网络和计算机技术快速发展，移动互联网从很多方面改善了大家传统生活方法，3G/4G移动网络含有带宽宽、广域广、高安全性等突出特点，能够突破安防行业长距离数字化无线监控一直以来难以简单实现瓶颈，为无线视频监控开辟了一条新道路。
伴随3G/4G移动通信网络和计算机技术快速发展，移动互联网从很多方面改善了大家传统生活方法，3G/4G移动网络含有带宽宽、广域广、高安全性等突出特点，能够突破安防行业长距离数字化无线监控一直以来难以简单实现瓶颈，为无线视频监控开辟了一条新道路。
本文设计一个移动视频监控及定位系统，采取S3C6410处理器作为硬件基础，以Mediastream、Live555、VLC开源项目为关键，3G/4G移动通信网络作为网络传输媒介，采取H.264编解码方法实现视频采集传输播放，并集成GPS模块进行位置数据采集、传输、显示，实现移动目标视频监控、定位功效，该系统前端硬件设备小巧，易于使用。
系统原理
系统框图
图1所表示。
图1系统框图
工作原理
系统前端采取S3C6410处理器为关键处理器，包含了摄像头、GPS模块、传输模块，提供了一个含有低成本、低功耗，高性能应用处理器处理方案。它包含一个集成多格式编解码器（MFC）支持MPEG4/H.263/H.264编码、译码和VC1解码。前端采取Mediastream开源项目从摄像头采集数据，然后S3C6410处理器使用其硬件编解码器将采集到数据编码成H.264视频流，发送到中转服务器，中转服务器使用Live555开源项目对视频流进行转发，最终在PC端使用VLC播放器进行解码播放，整个过程实现了视频采集、编码、传输、解码和播放功效。
前端经过嵌入式程序将GPS模块采集到位置数据进行处理后，提取出其中经纬度数据，利用Socket发送到PC端软件，PC端软件使用电子地图实时显示移动前端所在地点，实现对移动目标实时定位和监控功效，并统计其轨迹。
网络传输模块则使用经过USB接口连接到开发板上3G上网卡连接3G网络，经过在前端脚本软件开启拨号上网，开启数据传输通道。
前端软件设计
GPS数据采集
数据采集
硬件设备采取是S3C6410开发板，使用串口将GPS模块和开发板相连接，设定好串口相关参数后便能够从串口中读出实时GPS数据。
图2前端硬件
数据处理
从串口中读取出来GPS数据是标准GPS数据，数据格式之一以下：
（1）GlobalPositioningSystemFixData（GGA）GPS定位信息
$GPGGA，《1》，《2》，《3》，《4》，《5》，《6》，《7》，《8》，《9》，M，《10》，M，《11》，《12》*hh
《1》UTC时间，hhmmss（时分秒）格式
《2》纬度ddmm.mmmm（度分）格式（前面0也将被传输）
《3》纬度半球N（北半球）或S（南半球）
《4》经度dddmm.mmmm（度分）格式（前面0也将被传输）
《5》经度半球E（东经）或W（西经）
《6》GPS状态：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算
《7》正在使用解算位置卫星数量（00~12）（前面0也将被传输）
《8》HDOP水平精度因子（0.5~99.9）
《9》海拔高度（-9999.9~99999.9）
《10》地球椭球面相对大地水准面高度
《11》差分时间（从最近一次接收到差分信号开始秒数，假如不是差分定位将为空
能够看出，从串口中读出GPS数据包含信息量很大，需要从其中提取出有用部分进行处理才能得到想要经纬度数据。
考虑到实际运行可行性，每1.5秒从串口读取一次数据，编写一个函数从数据中提取出关键经纬度数据。
数据发送
经过处理得到经纬度数据以后，经过Socket将经纬度数据发送到PC端进行显示。Socket分为用户端和服务器端，能够依据实际需要在前端使用Socket用户端或服务器端。在知道服务器域名或IP地址情况下能够采取服务器端建立Socket服务器，前端经过Socket用户端去连接Socket
服务器并发送数据。在给前端做域名绑定以后，前端也能够建立Socket服务器，在PC端建立Socket用户端来访问前端Socket服务器来获取GPS 数据。相比之下，在PC端建立Socket服务端口监听前端Socket用户端连接方案愈加实用，在多用户端情况下，便于管理，不需要对前端进行域名绑定。
视频采集
视频采集方案有两套：
（1）开源项目Linphone中Mediastream，这是一款点对点采集传输视频采集方案，从摄像头采集到图像后能进行常见MJPEG、H.263、H.264等编码进行视频压缩，其优点是支持多个视频压缩方法，能依据网络情况挑选适宜编解码方法来进行视频压缩传输及播放。
（2）开源项目mjpg-streamer，从摄像头采集到图像后使用.jpeg格式进行压缩，传送到前端后可在网页，插件，播放器中进行播放观看，其优点是采取jpeg图像压缩，网络好情况下图像清楚，而且支持多个播放方法。
PC端软件设计
PC端系统包含以下多个部分：电子地图，视频显示及PC端界面三个部分。
电子地图
使用网络电子地图对GPS数据进行定位显示。在网络上多个常见地图中选择谷歌地图作为显示地图。谷歌地图提供了一套成熟JavaScriptAPI，依据其提供API实现实时定位显示和历史轨迹回放功效。因为GPS提供数据和实际地图定位存在一定误差，在进行数据处理时还加入了一个校正算法对数据进行修正，修正后结果和实际结果误差在10m内，在能够接收范围之内。
图3PC端监控软件界面
视频显示
依据前端视频采集两套方案，PC端视频显示对应也有两套方案以下：
（1）Mediastream+Live555+VLC，其中Mediastream负责视频采集及传输，Live555负责进行视频流转发，VLC进行视频播放。Mediastream是一个点对点传输，双方约定好端口以后进行传输及播放，不过VLC播放时使用是RTSP流，还有RTSP控制协议，所以采取Live555进行一个中间转发，将Mediastream采集视频流发送到Live555，Live555将视频流打包成RTSP流，然后使用VLC进行播放。
（2）使用MJPEG开源项目自带播放控件及方法，能够在网页及VLC中进行播放显示。
以上两种方案全部能够使用VLC进行播放，于是能够在网页中内嵌VLC控件进行视频显示，电子地图和视频全部能够在网页中进行展示了。
PC端界面
使用C#语言编写，将Socket服务器，地图显示和视频显示综合在一个界面里边。Socket服务器接收到GPS数据后，存放在一个XML文件中供回放历史轨迹时使用。
系统运行情况
前端硬件图2所表示。
PC端监控软件实现界面图3所表示。
采取不一样方案进行对比，测试数据见表1，分析表1，可见：
（1）终端和PC端均为局域网条件时，Mediastream对传和Mediastream+Live555+VLC效果均不错
（2）终端和PC端均为3G时，Mediastream对传和Mediastream+Live555+VLC效果全部不好，丢包严重，Mediastream对传效果基础上决定Mediastream+Live555+VLC效果，PC端下行速率只有100多kbps，显著少于终端上行速率
（3）Mediastream对传比Mediastream+Live555+VLC延迟小1-2秒，在PC端运行Live555比在终端运行延迟小约1秒，
（4）终端使用3G运行Mediastream+Live555，PC端使用局域网用VLC访问时（因为外网数据不能主动发送到内网，只能这么运行），CIF格式效果还不错，有些许延时，当设置比特率达成512kbps时，效果变差，不稳定，视频出现断续现象。VGA格式效果在384kbps左右时运行效果还能够，但运行不稳定，在其它比特率下运行，效果均不好。主观感觉CIF下视频效果并不显著差于VGA。
结束语
本文设计并实现移动视频监控及定位系统，前端可实现GPS、图片、视频采集和上传，后端可进行远程控制、视频监控和定位，并经过电子地图显示前端实时位置和历史运动轨迹。本系统有机结合了计算机多媒体技术和移动互联网技术，能够应用于多个行业具体业务之中，可提升业务信息化程度和人员工作效率。
本文设计思绪可广泛用于车载监控、无线视频监控、城管执法等等领域，含有较广泛实用价值和推广意义。