江蘇自動化研究所　錢幸存

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基于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的顯示和控制系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)

江蘇自動化研究所錢幸存

研究一種基于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的顯示和控制信息共享的系統(tǒng)體系架構(gòu)，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻信息（顯控終端VGA、傳感器視頻圖像）在本地的顯示、顯控終端遠(yuǎn)程控制等功能，支持各級中心顯示大屏及各顯控終端等遠(yuǎn)程視頻信息顯示及控制需求。目前該方法已經(jīng)投入應(yīng)用，通過應(yīng)用表明該設(shè)計方法方便可靠。

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)；顯控服務(wù)；遠(yuǎn)程控制；顯控終端

1　引言

隨著電子信息系統(tǒng)信息化、網(wǎng)絡(luò)化的不斷發(fā)展，對顯控終端在信息處理、收集、顯示能力和操控等方面提出了更高、更新的要求。嵌入式系統(tǒng)多點觸控、基于硬件加速三維圖形顯示、超高分辨率圖形顯示的研發(fā)、一體顯控終端等技術(shù)日益成熟，高性能圖形顯示與圖像處理技術(shù)取得了突破，基于軟件的綜合顯示技術(shù)取得了實質(zhì)性的進展，為顯控系統(tǒng)的研制奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

本顯控服務(wù)體系架構(gòu)是利用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫、管理軟件及服務(wù)，在分散的、異構(gòu)的顯控終端與顯示資源之間建立的統(tǒng)一管理平臺，該平臺完成系統(tǒng)中所有傳感器圖像信息、各類型顯控終端信息以及操控命令的統(tǒng)一管理與集中控制，解決不同顯控終端間的顯示資源共享與互操控問題。

2　設(shè)計原理

2.1功能介紹

基于綜合顯控服務(wù)架構(gòu)，采用高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，支持多源多制式視頻圖像及操控信息共享與管理，支持顯控終端、一體機、顯示大屏、手持終端等互聯(lián)互通互操作，促進顯控終端從共用化向通用化發(fā)展。

2.2研究內(nèi)容

通過顯示和控制系統(tǒng)把各型顯控終端和相應(yīng)的視頻模擬器連接成一個整體，明確定義各顯控終端的任務(wù)定位，定義數(shù)據(jù)共享資源和數(shù)據(jù)流向，通過顯控服務(wù)軟件設(shè)計，構(gòu)建顯控服務(wù)架構(gòu)，實現(xiàn)顯控資源共享和顯控終端遠(yuǎn)程控制等功能需求。顯控系統(tǒng)主要研究內(nèi)容如下：

1）顯控服務(wù)體系架構(gòu)設(shè)計：明確各顯控節(jié)點的連接方式，明確顯控服務(wù)器的管理控制任務(wù)，明確定義各顯控終端的任務(wù)及其與顯控服務(wù)器的關(guān)系，服務(wù)端提供哪些服務(wù)，顯控終端接收哪些信息，在此基礎(chǔ)上，研究合理的顯控服務(wù)架構(gòu)；

2）顯示與操控等系統(tǒng)資源管理技術(shù)：明確需管理的顯示與操控等系統(tǒng)資源及其存儲和管理機制、訪問機制、信息流向等，明確顯控資源的信息流向；

3）顯控終端互聯(lián)互通互操作協(xié)議：定義顯控終端之間的互操作指令（指令字、參數(shù)和意義等），明確顯控終端之間的通信方法和通信協(xié)議，如采用TCP/IP協(xié)議還是廣播、組播等內(nèi)容，使顯控終端之間的通信可靠、順暢［1］；

4）高清視頻網(wǎng)絡(luò)共享協(xié)議：明確定義各視頻源的地址、制式、壓縮方法、參數(shù)、碼流大小等內(nèi)容及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)報文結(jié)構(gòu)，以便顯控終端查詢、獲取、接收并能解碼顯示各視頻源的視頻圖像信息；

5）面向顯控服務(wù)架構(gòu)的軟件設(shè)計：明確顯控服務(wù)架構(gòu)軟件組成、結(jié)構(gòu)、功能和接口等內(nèi)容，如顯控服務(wù)器管理軟件設(shè)計、顯控資源數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)定義、顯控終端軟件接口及功能，服務(wù)端、客戶端定義等。

3　系統(tǒng)組成

系統(tǒng)包括顯控服務(wù)器（綜合顯控服務(wù)管理軟件）以及服務(wù)端、客戶端（顯控終端）三部分，如圖1所示。

運行之初，顯控服務(wù)器存儲系統(tǒng)中所有顯控終端、顯控終端、傳感器節(jié)點的相關(guān)信息。

圖1　顯控系統(tǒng)組成圖

綜合顯控服務(wù)管理軟件運行，根據(jù)系統(tǒng)配置信息，通過網(wǎng)絡(luò)，確認(rèn)各節(jié)點的狀態(tài)，如各服務(wù)端、客戶端是否運行等。

服務(wù)端軟件運行后，發(fā)送狀態(tài)信息給顯控服務(wù)器，通報自己的存在。顯控服務(wù)器接收到服務(wù)端信息后，存儲服務(wù)端狀態(tài)。二者不間斷通信，間隔時間可設(shè)置。

客戶端軟件運行后，發(fā)送狀態(tài)信息給顯控服務(wù)器，通報自己的存在。并從顯控服務(wù)器查詢自己的任務(wù)職責(zé)，并運行相應(yīng)功能軟件（相應(yīng)運行模式）。顯控服務(wù)器接收到客戶端信息后，存儲其狀態(tài)，并把系統(tǒng)相應(yīng)信息如該客戶端權(quán)限、可共享的顯控資源等發(fā)送給客戶端。

當(dāng)客戶端需要顯示遠(yuǎn)程視頻時，向顯控服務(wù)器提出申請，顯控服務(wù)器進行身份和權(quán)限驗證，通過后，分別通知顯控終端和服務(wù)端，建立連接（加入相同的組），發(fā)送和接收相應(yīng)信息。

當(dāng)系統(tǒng)中的顯控終端內(nèi)容被遠(yuǎn)程顯示時，顯控終端同時具有服務(wù)端的功能，把自身視頻圖像進行壓縮編碼，發(fā)送到需要其顯示內(nèi)容的顯控終端。

為了有效利用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，系統(tǒng)的顯控信息通過組播方式由服務(wù)端向客戶端（顯控終端）發(fā)送，分組設(shè)置預(yù)先定義，可動態(tài)更改，由顯控服務(wù)器統(tǒng)一管理，服務(wù)端和客戶端（顯控終端）從顯控服務(wù)器獲取自己的定義，根據(jù)權(quán)限加入或退出相應(yīng)組。

3.1顯控服務(wù)器

顯控服務(wù)器主要包括顯控服務(wù)器（可在系統(tǒng)中選擇一個高性能顯控終端）和綜合顯控服務(wù)管理軟件，用于管理系統(tǒng)信息以及用戶信息和權(quán)限，其用戶是系統(tǒng)管理人員。系統(tǒng)中所有信息均存儲在運行平臺的數(shù)據(jù)庫中，包括：

用戶信息：用戶名、登陸密碼、權(quán)限等；

顯控終端、顯控終端信息：所在分系統(tǒng)、承擔(dān)的任務(wù)、操作系統(tǒng)類型、軟硬件配置、顯示屏數(shù)目、分辨率、IP地址、操控模塊類型和數(shù)量以及安全級別等［2］；

傳感器信息：傳感器類型、視頻通道、數(shù)量以及IP地址等。

數(shù)據(jù)庫由綜合顯控服務(wù)管理軟件讀取、更新，由系統(tǒng)管理人員通過綜合顯控服務(wù)管理軟件進行維護。

綜合顯控服務(wù)管理軟件流程及主要任務(wù)如圖2所示。

3.2服務(wù)端

顯控資源需要共享的顯控終端和傳感器都可作為服務(wù)端，主要功能是采集節(jié)點的視頻圖像，并壓縮打包，通過組播方式發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)。

服務(wù)端設(shè)計為獨立的嵌入式設(shè)備，支持各類視頻輸入接口，包括通用雷達(dá)視頻信號以及HDMI、DVI、CVBS、VGA等視頻輸入。為了簡化設(shè)計，該設(shè)備設(shè)計成兩部分，主處理模塊和視頻接口模塊，主處理模塊運行嵌入式服務(wù)端軟件，完成視頻編解碼、打包、UDP組播發(fā)送，提供網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)；接口模塊針對不同視頻輸入類型分別設(shè)計，完成視頻采集，采集后以統(tǒng)一的形式傳送給主處理模塊。

傳感器和顯控終端通過服務(wù)端接入到顯控服務(wù)系統(tǒng)，服務(wù)端根據(jù)視頻類型選配相應(yīng)的視頻接口模塊。

服務(wù)端軟件流程及主要任務(wù)如圖3所示。

圖2　顯控服務(wù)器軟件流程圖

圖3 服務(wù)端軟件流程圖

3.3客戶端

顯控終端、一體機、手持終端等作為客戶端，完成視頻顯示和相應(yīng)控制功能?？蛻舳塑浖\行于主處理平臺（顯控終端計算機系統(tǒng)），設(shè)計多種工作模式（多種界面），分別模擬雷達(dá)顯控終端、光電顯控終端、火控臺等應(yīng)用。

圖4　客戶端軟件流程圖

客戶端的主要硬件設(shè)備是視頻接口模塊，設(shè)計為PCI_e插件，自帶用于接收網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)的千兆網(wǎng)絡(luò)接口，完成視頻數(shù)據(jù)接收、解碼，視頻接口模塊運行嵌入式軟件，對視頻數(shù)據(jù)接收、解碼進行管理。視頻圖像顯示通過綜合顯示模塊完成。

客戶端的另外一個功能是在權(quán)限許可的情況下（由系統(tǒng)管理人員控制），可遠(yuǎn)程控制其它節(jié)點的顯控終端。主要是進行操控信息重定向（和被控制節(jié)點建立連接，操控信息打包，發(fā)送到相應(yīng)節(jié)點）。

客戶端亦可接收有權(quán)限許可的遠(yuǎn)程操控信息?？蛻舳塑浖鞒碳爸饕蝿?wù)如圖4所示。

3.4顯控服務(wù)軟件

顯控服務(wù)軟件主要工作內(nèi)容如表1所示。

表1　客戶端軟件流程圖

4　設(shè)計實現(xiàn)

演示系統(tǒng)的硬件平臺作為綜合顯控服務(wù)系統(tǒng)的運行平臺，實現(xiàn)多源多制式視頻圖像信息共享，顯控終端互聯(lián)互通互操作支持等功能，如在顯控服務(wù)器綜合顯控管理軟件控制下，拼屏顯示設(shè)備可以分別顯示各傳感器圖像以及各顯控終端顯示內(nèi)容［3］，也可以有選擇地對各顯示內(nèi)容進行組合、放大或縮小顯示，其它任何一個顯控終端也可顯示同權(quán)限另一個顯控終端的顯示內(nèi)容。

演示驗證系統(tǒng)的組成與配置如圖5所示。

圖5　演示系統(tǒng)組成圖

圖5中各顯控終端、一體化大屏、傳感器等都可視為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，各節(jié)點亦作為顯控資源，在顯控服務(wù)系統(tǒng)管理下實現(xiàn)共享，可在任意節(jié)點顯示與操控。

5　設(shè)計小結(jié)

本文設(shè)計的基于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的顯示和控制系統(tǒng)架構(gòu)完成了系統(tǒng)中所有傳感器圖像信息、各類型顯控終端信息以及操控命令的統(tǒng)一管理與集中控制，解決不同顯控終端間的顯示資源共享與互操控問題。本系統(tǒng)體系架構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)，可以提高顯控終端在信息處理、收集、顯示能力和操控等方面的能力，滿足信息系統(tǒng)信息化、網(wǎng)絡(luò)化的不斷發(fā)展的要求。

［1］雷振甲編著.計算機網(wǎng)絡(luò)管理及系統(tǒng)開發(fā)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2002.

［2］任泰明編著.TCP/IP協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)編程［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2004.

［3］楊帆等編著.數(shù)字圖像處理與分析［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

Design and implement of display control system based on network connections

QIAN Xing-Cun
（Jiangsu Automation Research Institute）

This paper presents one research of display and control system based on net connections.This system has the capability that the display and control of remote video information，can be used in many situations conveniently and dependably.

net connections；display control service；telecontrol；display control terminal