摘 要：為了解決當(dāng)前視頻監(jiān)控軟件開發(fā)中存在的可復(fù)用性、擴(kuò)展性差，重復(fù)開發(fā)嚴(yán)重的問題，提出了視頻監(jiān)控管理平臺主控服務(wù)器的一種組件化模型。通過對主控服務(wù)器功能的分析，運(yùn)用UML建模，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于XML消息機(jī)制的通用組件。對組件的實(shí)驗(yàn)測試，表明組件具有良好的可復(fù)用性、易升級性及擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控系統(tǒng)；主控服務(wù)器；組件；UML；XML

中圖分類號：TP31文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1004373X(2008)2009203

Design and Implementation of Control Server Component in Video Surveillance System

MO Guoqing，WANG Kexue

(Institute of Command Automation，PLA University of Science Technology，Nanjing，210007，China)

Abstract：A model based on component f_or control server of video surveillance is presented to solve current problems such as low-level reusability.This component based on XML message mechanism is designed and implemented after its functions analysis and modeling in UML.The testing also proves its good perf_ormance of reusability，expanded and esy to upgrade.

Keywords：video surveillance system;control server;component;UML;XML

1 引 言

目前視頻監(jiān)控在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，然而監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)卻面臨著成本高，周期長，擴(kuò)展性不好的問題。采用組件化的可重用開發(fā)，能夠有效解決上述問題。在軟件產(chǎn)業(yè)中，基于組件的技術(shù)是當(dāng)前的熱點(diǎn)。組件化軟件要求需求、體系、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)的模塊化，將現(xiàn)在大型而單一的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為模塊化結(jié)構(gòu)，從而獲得更好的適應(yīng)性、可測性及可維護(hù)性。UML(統(tǒng)一建模語言) 是一種定義良好、易于表達(dá)、功能強(qiáng)大且普遍適用的建模語言，支持面向?qū)ο蟪绦蜷_發(fā)中的分析、設(shè)計(jì)各階段。Microsoft的C#語言是開發(fā)組件的有力工具。而XML語言具有的自描述性、開放性使它稱為信息交換的強(qiáng)大途徑。

2 監(jiān)控中心的結(jié)構(gòu)

伴隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過程，監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)也在不斷變化。但目前的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控中心的基本結(jié)構(gòu)大致相同，如圖1所示。監(jiān)控中心管理控制監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，而主控服務(wù)器是監(jiān)控中心的樞紐。它負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)內(nèi)的用戶、設(shè)備，代理數(shù)據(jù)庫訪問，處理用戶請求，控制消息的處理和轉(zhuǎn)發(fā)，視頻流的調(diào)度，對系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行配置管理等。

監(jiān)控中心各部分功能相對獨(dú)立，可以單獨(dú)開發(fā)為組件，通過消息傳遞實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

3 主控服務(wù)器組件的設(shè)計(jì)

3.1 功能模塊設(shè)計(jì)

在進(jìn)行詳細(xì)的領(lǐng)域需求分析之后，一般的，主控服務(wù)器按照功能可以分為幾個模塊，如圖2所示。

（1） 消息處理模塊。

主控服務(wù)器的核心功能是處理系統(tǒng)內(nèi)的請求消息，并依據(jù)從消息中解析的信息調(diào)用相應(yīng)模塊處理請求。

（2） 用戶管理模塊。

用戶管理模塊管理系統(tǒng)所有的用戶信息，包括驗(yàn)證用戶、查詢增加刪除用戶、修改用戶密碼、權(quán)限等功能。用戶最初登錄需要驗(yàn)證用戶身份，由用戶管理模塊查詢數(shù)據(jù)庫并返回是否允許登錄和用戶的權(quán)限。用戶管理模塊接收消息處理模塊提交的用戶請求，進(jìn)行相應(yīng)處理后，調(diào)用數(shù)據(jù)庫代理模塊寫入數(shù)據(jù)庫。

（3） 設(shè)備管理模塊。

設(shè)備管理模塊管理系統(tǒng)所有的設(shè)備信息，包括查詢設(shè)備信息、增加刪除修改設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備注冊和注銷等功能。在設(shè)備運(yùn)行期間，要定時向主控報告狀態(tài)，如果超時未收到報告，主控要問詢，如果超時未回答，則標(biāo)記故障。

（4） 系統(tǒng)配置模塊。

系統(tǒng)配置模塊在系統(tǒng)第一次運(yùn)行時對系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括各個設(shè)備的IP地址、端口號，設(shè)備類型等。

（5） 實(shí)時預(yù)覽模塊。

實(shí)時預(yù)覽模塊處理用戶請求，協(xié)調(diào)流媒體服務(wù)器，監(jiān)視墻服務(wù)器，DVR等設(shè)備建立流傳輸通道，實(shí)現(xiàn)對前端監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時在線預(yù)覽，并可根據(jù)需要隨時將圖像在大屏幕墻上播放。

（6） 錄像回放模塊。

錄像回放模塊可以在本地流媒體服務(wù)器上或者遠(yuǎn)端DVR上按照用戶條件檢索錄像文件，并能夠回放用戶選定的錄像并可根據(jù)需要隨時將圖像在大屏幕墻上播放。

（7） 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。

網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊接收網(wǎng)絡(luò)到達(dá)的請求信息并提交給消息處理模塊，還負(fù)責(zé)收集主控服務(wù)器產(chǎn)生的各種控制信息并發(fā)送到對應(yīng)的接收方。對傳輸?shù)目刂菩畔⑦M(jìn)行加密，解密處理為上層提供一個透明的可信的網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境。

（8） 數(shù)據(jù)庫代理模塊。

數(shù)據(jù)庫模塊代理所有對數(shù)據(jù)庫的訪問操作，查詢、添加、刪除、修改記錄等操作都提交給數(shù)據(jù)庫代理執(zhí)行，避免了對數(shù)據(jù)庫直接訪問可能帶來的破壞和不安全問題。

3.2 主控服務(wù)器組件的類設(shè)計(jì)

在用例、場景分析和模塊設(shè)計(jì)之后，可以將主控服務(wù)器組件用UML語言建模為如下的幾個類:

controlcenter類作為主控服務(wù)器組件的實(shí)現(xiàn)類。它還聚合了sysconfig，usermanage，devicemanage，messagecenter，vidoeplay，dbproxy，trans等幾個類，分別對應(yīng)于系統(tǒng)配置、用戶管理、設(shè)備管理、消息處理、錄像回放和實(shí)時預(yù)覽、數(shù)據(jù)庫代理、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葞讉€模塊。類的方法實(shí)現(xiàn)了對應(yīng)的功能。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要用來存儲系統(tǒng)用戶信息和系統(tǒng)設(shè)備信息，因而存儲數(shù)據(jù)量不大，訪問也不很頻繁。系統(tǒng)的用戶、設(shè)備信息分別存放在數(shù)據(jù)庫中的2張表，usermanage和devicemanage。結(jié)構(gòu)如表1，表2所示：

用戶表共3個字段：用戶名username（主鍵，字符串，非空），密碼pwd(字符串，非空)，權(quán)限r(nóng)ole（兩種 admin，operator，非空）。

設(shè)備表共10個字段，設(shè)備ID device_ID（主鍵，數(shù)字，非空），設(shè)備名device_name（包括流媒體服務(wù)器，監(jiān)視墻服務(wù)器，DVR，主控服務(wù)器等，非空），設(shè)備類型（字符串，板卡類型，可空），上線時間start_on( 日期時間類型，可空)，下線時間end_on(日期時間類型，可空)，當(dāng)前狀態(tài)state（online，offline，fail）。設(shè)備類型記錄了設(shè)備所采用的視頻板卡的制造商和類型，而設(shè)備ID的命名則采用XXXYYY的形式，即網(wǎng)號加上本網(wǎng)內(nèi)設(shè)備號的形式。其余字段分別表示設(shè)備在監(jiān)控中心內(nèi)網(wǎng)或者整個監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的IP地址和端口號。

3.4 消息設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中的所有消息都采用XML描述。XML具有與編程語言、平臺無關(guān)，自描述，并且易于擴(kuò)展等眾多優(yōu)點(diǎn)，是目前主流的消息描述的方法。

生成XML消息后，提交給網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊發(fā)送。而網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊將接收到的消息提交給消息處理模塊。消息就是一段XML語句的片段根元素為MESSAGE，還包括以下元素：消息的ID、消息的內(nèi)容。還可以根據(jù)需要增加其他元素。見示例如下：

消息：

＜?xml version=\"1.0\" encoding=\"utf-8\"?＞

＜MESSAGE＞

＜ID＞100＜/ID＞

＜TIME＞2007.12.10 21:21:00＜/TIME＞

＜BODY＞aaa＜/BODY＞

＜/MESSAGE＞

當(dāng)接收方在收到消息后，會完整地讀出這段XML語句，并可以從中依次解析出需要的信息。這個消息的ID是100，消息的時間是2007.12.10 21∶21∶00，消息內(nèi)容是aaa。如果消息內(nèi)容還包括多項(xiàng)，則可以包含多個BODY元素。

4 主控服務(wù)器組件的實(shí)現(xiàn)和測試

組件采用.NET Framework 2.0，C# 語言和Microsoft access數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)。采用ADO.NET技術(shù)連接數(shù)據(jù)庫。XML是把ADO.NET綁定到其他語言中的方式，ADO.NET是為在XML環(huán)境中工作而設(shè)計(jì)的。XML用來在應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫之間傳輸數(shù)據(jù)，而ADO.NET使用XML進(jìn)行傳輸。組件的實(shí)現(xiàn)有力的證明設(shè)計(jì)的正確性。

在理想情況下，當(dāng)編寫好代碼時，代碼會在各種情況下恰好完成預(yù)期的工作?？墒菍?shí)際情況卻并非如此。因此從幾個方面來測試組件的工作是否正常。通過在多種語言環(huán)境里創(chuàng)建使用組件的程序來測試組件的多語言支持性。通過修改組件方法來發(fā)布版本號更高的組件，并用新的組件代替原來組件，根據(jù)程序能否正常運(yùn)行來測試組件的易升級性。

5 結(jié) 語

針對目前視頻監(jiān)控軟件開發(fā)中存在的種種問題，提出了視頻監(jiān)控管理平臺組件化的設(shè)計(jì)中主控服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。由于采用組件化的設(shè)計(jì)和XML技術(shù)，可以有效地解決重復(fù)開發(fā)、復(fù)用程度低、擴(kuò)展難的問題。組件的實(shí)現(xiàn)和測試證實(shí)了設(shè)計(jì)的正確性，也表明組件具有良好的可復(fù)用性，易升級性和擴(kuò)展性。

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作者簡介 莫國慶 男，1965年生，副教授。主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)軟件、軟件工程。