基於網絡的校園教室視頻監視系統的製作方法

2023-09-10 06:29:25

專利名稱：基於網絡的校園教室視頻監視系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及視頻監視領域，特別涉及一種基於網絡的校園教室視頻監視系統。
背景技術：
目前市場上比較常用的視頻監視都是傳統的模擬視頻監視系統，數字視頻監視已經出現，但仍沒大規模的普及應用。現在大部分的校園教室的視頻監視也都是傳統的基於模擬信號的視頻監視系統，這種系統在線路的布設、線路後端的處理和管理上都有很多弊端，而且成本很高。另外，校園教室所布設的網絡利用率很低，除了正常的教學使用和部分網絡帶寬通過路由構造無線區域網分配給老師或學生之外，大量的網絡資源都處於閒置狀態。

實用新型內容本實用新型的目的是要提供一種基於網絡的校園教室視頻監視系統，可以解決上述問題。根據本實用新型的一個方面，提供了一種基於網絡的校園教室視頻監視系統，包括輸入模塊，接收用戶操作、通過網絡控制信號傳輸模塊將代表用戶操作的信號傳輸至視頻圖像採集模塊；網絡控制信號傳輸模塊；視頻圖像採集模塊，接收網絡控制信號傳輸模塊輸出的控制信號，將採集的視頻圖像數據輸出至H. 264圖像壓縮模塊；H. 264圖像壓縮模塊，對接收的由視頻圖像採集模塊輸出的視頻圖像數據進行壓縮，並將壓縮後的視頻圖像數據通過網絡數據傳輸模塊輸出至H. 264圖像解壓模塊；網絡數據傳輸模塊；H. 264圖像解壓模塊，對接收的由網絡數據傳輸模塊輸出的視頻圖像數據進行解壓，並將解壓後的視頻圖像數據輸出至視頻播放模塊；視頻播放模塊，接收由H. 264圖像解壓模塊輸出的解壓後的視頻圖像數據，播放視頻圖像。本實用新型基於網絡的校園教室視頻監視系統可以充分利用網絡的優勢，減少線路的布設，克服線路的管理維護等困難，將視頻通過網絡傳輸至控制端進行查看。在一些實施方式中，本實用新型基於網絡的校園教室視頻監視系統還包括保存視頻播放模塊實時播放的視頻圖像的圖像保存模塊。由此，具有方便保存圖像的效果。在一些實施方式中，輸入模塊包括鍵盤、滑鼠或觸控螢幕。由此，具有操作方便的效果O在一些實施方式中，視頻圖像採集模塊包括攝像機。由此，具有硬體通用易得的效果O在一些實施方式中，實用新型基於網絡的校園教室視頻監視系統還包括顯示器，在同一界面顯示輸入模塊、視頻播放模塊和圖像保存模塊。由此，具有方便操作、方便監視的效果。
圖I是本實用新型的基於網絡的校園教室視頻監視系統的一種實施方式的系統連接示意圖。圖2是網絡控制信號傳輸模塊的流程圖。圖3是視頻圖像採集的流程圖。 圖4是H. 264圖像壓縮模塊的編碼流程圖。圖5是網絡數據傳輸模塊的流程圖。圖6是H. 264圖像解壓模塊的編碼流程圖。圖7是輸入模塊的在顯示界面上的設計示意圖。圖8是圖像保存模塊的在顯示界面上的設計示意圖圖9是輸入模塊、視頻播放模塊和圖像保存模塊三者組合在同一個顯示界面的設計示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。圖I示意性地顯示了根據本實用新型的一種實施方式的基於網絡的校園教室視頻監視系統。如圖I所示，該基於網絡的校園教室視頻監視系統，包括依次連接的輸入模塊I、網絡控制信號傳輸模塊2、視頻圖像採集模塊3、H. 264圖像壓縮模塊4、網絡數據傳輸模塊
5、H. 264圖像數據解壓模塊6、視頻播放模塊7和圖像保存模塊8。其中輸入模塊I、視頻播放模塊7和圖像保存模塊8都設置在在PC機10裡，並且在顯示器11的同一個界面上顯
/Jn ο要預先在PC機10上通過鍵盤或觸控螢幕輸入IP位址和與之對應的教室號形成IP簿。當需要通過本系統對教室進行監視的時候，首先在輸入模塊I通過鍵盤、滑鼠或觸控螢幕選中一個預存的IP位址或教室號，開啟攝像機的命令就通過網絡控制信號傳輸模塊2傳輸至相應的教室的攝像頭控制板上的視頻圖像採集模塊3，採集到的視頻圖像數據經過
H.264圖像壓縮模塊4壓縮之後，通過網絡數據傳輸模塊5傳輸回PC機，經H. 264圖像數據解壓模塊6解壓視頻圖像數據，經解壓的視頻圖像數據再被傳輸到視頻播放模塊7進行視頻播放，視頻播放模塊7正在播放的視頻圖像可以通過圖像保存模塊8進行實時保存。上述視頻監視系統通過下述方法實現I、輸入模塊I :這一模塊利用Linux環境下的QT編程實現，設計為一個IP簿的形式，調用 QPushButton 生成 add、delete、select 和 Clean LineEdit 四個功能鍵，調用QLineEdit生成教室、IP位址兩個輸入框,用以編輯電話簿,使用QT下的connect (signal,slot)函數，實現每個編輯操作之間的互連。IP輸入在顯示器上的顯示界面如圖7所示。在IP directory下面的兩個輸入框中編輯課室信息。第一個輸入框輸入課室號，第二個輸入框輸入該課室的IP位址。輸入一組課室信息後，點擊Add鍵後就可以將這組課室信息加入IP directory上面的列表框內，若輸入錯誤,點擊Clean LineEdit鍵就可以清除兩個輸入框內的內容。在列表框內任意選擇一組課室信息，點擊Delete鍵就可以將該課室信息刪除掉，點擊Select鍵就可以選定該課室信息。2、網絡控制信號傳輸模塊2 :這一模塊通過乙太網，利用QT下的socket編程實現，依次通過初始化建立套接字對象、建立套接字連接和數據傳輸三個步驟，實現將PC機的開啟攝像機的控制指令傳輸至攝像機控制板。這個方式的網絡傳輸過程客戶端是PC機，伺服器端是攝像機控制板，網絡控制信號傳輸流程如圖2所示。在步驟201,在PC機端建立QSocket對象,在攝像機控制板端建立QServerSocket對象；在PC機端,調用QSocket下的connectToHost (IPO. A)與攝像機控制板建立連接。在步驟202,在PC機端調用Qsocket下的writeBlockO函數將要發送的數據和命令以數據流的形式發送至攝像機控制板。在步驟203,在攝像機控制板端，QServerSocket函數調用內部建立的QSocket對·象，使用Qsocket下的readBlockO函數讀取數據流發送到攝像機控制板,寫入一個緩存區。3、視頻圖像採集模塊3 :視頻圖像採集模塊通過在嵌入式攝像機控制板上進行應用開發分四個步驟實現，依次是嵌入式攝像頭驅動程序的加載，圖像採集程序的編寫，程序的交叉編譯和程序的燒寫。I)對嵌入式攝像機控制板加載v41驅動，以使用攝像頭進行視頻採集；2)移植OpenCV下的captureCAM_V4LO結構體，以及與圖像採集有關的初始化、open 和 close 攝像頭的函數,移植 GrabFrameCAM_V4L O 和 RetrieveFrameCAM_V4L O 函數，使用GrabFrameCAM_V4LO函數抓取一巾貞圖像，使用RetrieveFrameCAM_V4LO函數整理圖像數據，實現圖像的採集；3)視頻圖像的連續採集，要調用QT下的QTimer類，產生一個定時器對象，設置該對象的定時時間，這個定時器對象會在每一個定時時間達到之後給出一個溢出信號，該溢出信號作為驅動圖像採集函數採集視頻圖像的信號源，每個溢出信號到來都可以驅動圖像採集函數採集一幀圖像，進而實現視頻圖像的連續採集。視頻圖像的連續採集的流程如圖3所示。在步驟301，打開攝像機進行初始化設置。在步驟302，QTimer定時器開始計時。在步驟303，判斷是否到達設定時間，當設定的時間沒有達到就會返回步驟302QTimer定時器繼續計時，當設定時間達到後，就在步驟304調用GtabFrameCAM_V4L O函數抓取一巾貞圖像，在步驟305調用RetrieveFrameCAM_V4L函數整理圖像數據，在步驟306把採集整理好的圖像數據寫到緩存區。4)代碼編好後在PC機Iinux環境下構造交叉編譯環境，對代碼進行編譯，使用超級終端或者是minicom將編譯好的代碼燒進攝像機控制板上。4,H. 264圖像壓縮模塊4 H. 264圖像壓縮模塊通過調用H. 264庫中的圖像壓縮函數實現，圖像壓縮過程分為兩個部分將H. 264庫移植至攝像機控制板和調用庫中的壓縮函數實現圖像壓縮。I)將H. 264庫(T. 264實現)移植進嵌入式攝像機控制板上，為接下來的圖像壓縮過程提供庫函數調用；2)圖像壓縮選用fast_speed工作模式，將採集得到的圖像由RGB轉化為YUV420P格式，以便使之與編碼函數接口吻合。[0041]H. 264圖像壓縮模塊的編碼流程如圖4所示。在步驟401,創建一個T264_param_t。在步驟402,設置T264_param_t中的相關參數。在步驟403,打開編 碼器,分配buffer內存空間，在步驟404,讀取，並用T264_encode編碼一幀視頻。在步驟405將編碼結果存放在一個buffer裡面。處理結果，可以是寫入文件，或者發送到網絡；編碼結束後釋放buffer並關閉編碼器。5、網絡數據傳輸模塊5 :這一模塊通過乙太網，利用QT下的socket編程實現，依次分為初始化建立套接字對象、建立套接字連接、連接成功和數據傳輸四個步驟，實現將嵌入式控制板的圖像壓縮數據傳輸至PC機，這個CS方式的網絡傳輸過程客戶端是嵌入式控制板，伺服器端是PC機。網絡數據傳輸流程如圖5所示。在步驟501,在攝像機控制板端建立QSocket對象,在PC機端建立QServerSocket對象；在攝像機控制板端，調用QSocket下的connectToHost (IP1. B)與PC機端建立連接；在步驟502,,攝像機控制板端調用Qsocket下的writeBlockO函數將要發送的數據和命令以數據流的形式發送至PC機端；在步驟503,在PC機端，QServerSocket調用內部建立的QSocket對象，使用Qsocket下的readBlockO函數讀取發送發來的數據流，寫入一個緩存區。6、Η· 264圖像解壓模塊6 Η. 264圖像解壓模塊通過調用H. 264庫中的解壓縮函數實現，圖像解壓縮過程依次為將H. 264庫的移植至PC機和調用庫中的解壓縮函數實現圖像數據的解壓縮。I)將H. 264庫(Τ. 264實現)移植進PC機上，為接下來的圖像解壓過程提供庫函
數調用。2)將接收到的數據幀送入解壓函數，函數將依據接收到的參考幀對後續的預測幀進行解碼，還原成編碼前的圖像數據，圖像格式依然為YUV420P ；H. 264圖像解壓模塊的編碼流程如圖6所示。在步驟601，創建一個T264_param_t。在步驟602，打開解碼器。在步驟603，被壓縮的數據送入解碼器。在步驟604判斷解碼器是否需要更多數據，如果需要，則返回步驟603繼續將被壓縮的數據送入解碼器；如果不需要，則在步驟605解碼視頻數據。在步驟606關閉解碼器。3)將YUV420P轉為RGB格式，以便顯示設備顯示。7、視頻播放模塊7 :這一模塊在PC機10的顯示器界面上顯示視頻圖像，該視頻圖像是與通過輸入模塊I指定的IP位址對應的教室裡的攝像機所拍攝的視頻圖像。利用Iinux下的QT編程實現,通過調用QLabel下的setPixmap繪圖函數,定時在QLabel界面上將接收到的圖像數據繪製成一幅幅的圖像，實現一幀幀圖片的播放，圖像的播放速度要確保每秒多於25幀，以利用人的視覺暫留效應，實現連續的動畫效果，即視頻。8、圖像保存模塊8 :這一模塊在PC機10的顯示器界面上指定保存視頻播放模塊7正在播放的視頻圖像，並將視頻圖像保存到硬碟或快閃記憶體等存儲器上。圖像保存模塊利用QT下QImage類中的save函數實現圖像的保存。圖像保存模塊分為圖像保存部分和查看保存圖像部分。如圖8所示,在PC機顯示界面上設置一個用QPushButton類生成的Capture oneFrame按鍵對象和一個用QPushButton類生成的Display oneFrame按鍵對象，同時設置一個用QListBox類生成的一個對象用於顯示已存儲的圖像文件。I)當Capture one Frame按鍵按下後，彈出一個Entersavepath路徑框,用於用戶輸入圖像保存路徑，用戶輸入該路徑後就可以來選擇截取當前的一幀圖像進行保存。2)在QListBox對象框中選中一個已保存的文件，當Display one Frame按鍵按下後，就可以調用Qlabel下的setPixmap函數 讀取對應路徑文件,在QLabel上進行顯示。將輸入模塊、視頻播放模塊和圖像保存模塊三者組合在顯示器的同一個顯示界面顯不的設計如圖 9 所不。分別是 IP directory、ShowImage 與 Service required和 Captureshow οIP directory部分同圖7的說明。ShowImage部分用來顯示視頻。Service required部分有四個按鍵分別是Connect、Start、Stop和Exit,點擊Connect鍵後,PC機就會通過乙太網與選定課室的攝像頭控制板建立網絡連接，點擊Start鍵後，壓縮好的視頻圖像就會通過乙太網傳輸回來，解壓之後就可以在ShowImage區域顯示視頻，點擊Stop鍵後,視頻傳輸就會終止；點擊Exit鍵後，該網絡連接就會中斷。Capture show 部分有 Capture one frame 和 Display one captured frame 兩個按鍵和主界面右下方的列表框的。其功能操作同圖8的說明。以上所述的僅是本實用新型的一些實施方式，並非對本實用新型構思的限定。對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求1.基於網絡的校園教室視頻監視系統，其特徵在於，包括 輸入模塊，接收用戶操作、通過網絡控制信號傳輸模塊將代表用戶操作的信號傳輸至視頻圖像採集模塊； 網絡控制信號傳輸模塊； 視頻圖像採集模塊，接收所述網絡控制信號傳輸模塊輸出的控制信號，將採集的視頻圖像數據輸出至H. 264圖像壓縮模塊； H.264圖像壓縮模塊，對接收的由所述視頻圖像採集模塊輸出的視頻圖像數據進行壓縮，並將壓縮後的視頻圖像數據通過網絡數據傳輸模塊輸出至H. 264圖像解壓模塊； 網絡數據傳輸模塊； H.264圖像解壓模塊，對接收的由所述網絡數據傳輸模塊輸出的視頻圖像數據進行解壓，並將解壓後的視頻圖像數據輸出至視頻播放模塊； 視頻播放模塊，接收由所述H. 264圖像解壓模塊輸出的解壓後的視頻圖像數據，播放視頻圖像。
2.根據權利要求I所述的基於網絡的校園教室視頻監視系統，其特徵在於還包括保存視頻播放模塊實時播放的視頻圖像的圖像保存模塊。
3.根據權利要求I或2所述的基於網絡的校園教室視頻監視系統，其特徵在於所述輸入模塊包括鍵盤、滑鼠或觸控螢幕。
4.根據權利要求I或2所述的基於網絡的校園教室視頻監視系統，其特徵在於所述視頻圖像採集模塊包括攝像機。
5.根據權利要求I或2所述的基於網絡的校園教室視頻監視系統，其特徵在於還包括顯示器，在同一界面顯示輸入模塊、視頻播放模塊和圖像保存模塊。
專利摘要本實用新型公開一種基於網絡的校園教室視頻監視系統，包括依次連接的輸入模塊、網絡控制信號傳輸模塊、視頻圖像採集模塊、H.264圖像壓縮模塊、網絡數據傳輸模塊、H.264圖像解壓模塊和視頻播放模塊。本實用新型的優點在於以充分利用網絡的優勢，減少線路的布設，克服線路的管理維護等困難，將視頻通過網絡傳輸至控制端進行查看。
文檔編號H04N7/18GK202798985SQ20122040558
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月16日 優先權日2012年8月16日
發明者姚江超, 黃曉霞, 劉偉海, 陳昊騰, 吳玲, 張陽東, 何德宇 申請人:姚江超, 黃曉霞, 劉偉海, 陳昊騰, 吳玲, 張陽東, 何德宇