結(jié)合我國實(shí)際情況和未來的發(fā)展趨勢， 開發(fā)出基于Java的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對云臺和鏡頭的遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)包括RS-232/RS-485 的轉(zhuǎn)換，解碼器和云臺、鏡頭以及它們與計(jì)算機(jī)串口的硬件連接，通過Pelco-D協(xié)議，采用Java的擴(kuò)展類庫comm.Jar庫進(jìn)行串口通信。

隨著銀行、賓館、交通要道等大型場所和小區(qū)管理的發(fā)展，安全成為至關(guān)重要的問題。在此情形下，高性能的數(shù)碼監(jiān)控系統(tǒng)成為各應(yīng)用部門所關(guān)心的熱點(diǎn)。對于數(shù)碼監(jiān)控系統(tǒng)來說，其主要功能是將監(jiān)控現(xiàn)場的場景轉(zhuǎn)換成視頻信號傳遞給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。為了加大監(jiān)控范圍，提高控制效率，一方面可以增加攝像機(jī)的數(shù)目，另一方面也可以在監(jiān)控系統(tǒng)中配置具有云臺和鏡頭調(diào)節(jié)功能的高性能攝像機(jī)，以便在視頻信號的采集過程中，可以通過服務(wù)器端或客戶端對攝像機(jī)的攝像角度和鏡頭實(shí)施控制。另外，在科技飛速發(fā)展的今天，各種犯罪手段也層出不窮，通過網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)控現(xiàn)場的云臺及鏡頭進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，并進(jìn)行記錄，對于警方破案尤為重要。

現(xiàn)在的許多視頻監(jiān)控系統(tǒng)是采用VC開發(fā)，而基于Java開發(fā)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)并不多見。由于Java的平臺無關(guān)性和天生完整的網(wǎng)絡(luò)支持，Java在網(wǎng)絡(luò)通信中得到廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)開發(fā)出基于Java的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過串行通信及Pelco-D協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對云臺與鏡頭的遠(yuǎn)程控制。憑著Java跨平臺的優(yōu)點(diǎn)，基于Java開發(fā)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)有望移植到手機(jī)平臺。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1、RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器

計(jì)算機(jī)的COM口采用的是RS-232 通信方式，本系統(tǒng)所采用的云臺解碼器的通訊接口為RS-485，因此需在計(jì)算機(jī)COM口接一個RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器。RS-232-C（又稱EIA RS-232-C）接口是目前最常用的一種串行通訊接口，是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。 RS-485由RS-232發(fā)展而來，彌補(bǔ)了RS-232的不足。 RS-232是點(diǎn)對點(diǎn)的通信，不能實(shí)現(xiàn)多機(jī)之間相互通信，而RS-485就可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。另外，RS-232的最大傳輸距離為15m，而R-2485則可達(dá)1.2km。轉(zhuǎn)換器可使計(jì)算機(jī)與云臺解碼器之間構(gòu)成點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的遠(yuǎn)程多機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多機(jī)應(yīng)答通信。

2、解碼器

本系統(tǒng)采用智能解碼器，具有較強(qiáng)抗干擾、低功耗、防死機(jī)和強(qiáng)驅(qū)動力等優(yōu)點(diǎn)，能自動識別國內(nèi)大多數(shù)常用協(xié)議，包括特殊協(xié)議，如科力矩陣協(xié)議、EE矩陣協(xié)議和曼碼矩陣協(xié)議等。在云臺解碼器中，通過跳線設(shè)置波特率、特殊協(xié)議及云臺地址，由串口與服務(wù)器端計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。解碼器的主要作用是：通過串口接收服務(wù)器端計(jì)算機(jī)的控制碼，并對此控制碼進(jìn)行地址和命令解析，將解析的命令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的能夠驅(qū)動云臺轉(zhuǎn)動的控制電壓，再傳遞給云臺以控制云臺的轉(zhuǎn)動、攝像機(jī)鏡頭的調(diào)節(jié)及停止操作。

3、云臺和鏡頭

云臺由攝像頭支架和驅(qū)動器組成。驅(qū)動器的作用是通過步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動攝像頭支架的轉(zhuǎn)動，從而帶動攝像頭的轉(zhuǎn)動。 一個高性能攝像機(jī)云臺可以使支架向多個方向（上、下、左、右、左上、左下、右上和右下等）轉(zhuǎn)動，并可以調(diào)節(jié)攝像頭的焦距、光圈、景深等。通過解碼器以及解碼器的控制協(xié)議，可以對云臺和鏡頭進(jìn)行控制。

4、解碼器的控制協(xié)議

（1）Pelco-D協(xié)議

由于所采用的解碼器可識別大多數(shù)常用協(xié)議，本系統(tǒng)選用了Pelco-D作為控制協(xié)議。Pelco-D協(xié)議一般用于矩陣和其他設(shè)備之間的通信。PTZ在安防監(jiān)控中是“pan/t ilt/zoom ”的簡寫， 代表云臺全方位（上、下、左、右）移動及鏡頭變倍和變焦控制。以普通監(jiān)控控制PTZ為例，一般采用多芯連線，控制器以開關(guān)觸點(diǎn)控制云臺、鏡頭各個方向的連接供電，以達(dá)到云臺移動、鏡頭變倍的目的。協(xié)議分為一般PTZ命令及擴(kuò)展命令。一般PTZ命令的格式為一個含7個元素的message數(shù)組，每個元素就是一個字節(jié)（byte），byte1，byte 2，。..，byte7分別對應(yīng)同步字、地址碼、命令字1、命令字2、數(shù)據(jù)1、數(shù)據(jù)2和校驗(yàn)碼。每個字節(jié)不同的位（bit）設(shè)置分別代表不同的控制命令。同步字通常都是FF；地址碼是指與矩陣通信的那臺設(shè)備的邏輯地址，可以在設(shè)備中設(shè)置；命令字1和命令字2的bit0，bit1，。..，bit7的不同設(shè)置分別對應(yīng)鏡頭和云臺的不同操作；數(shù)據(jù)1表示鏡頭左右平移的速度，數(shù)值從＄00（停止）到＄3F（高速），另外還有一個值是＄FF，表示最高速；數(shù)據(jù)2表示鏡頭上下移動的速度，數(shù)值從＄00（停止）到＄3F（最高速）；校驗(yàn)碼是指byte2到byte6這5個數(shù)的和（若超過255，則除以256，然后取余數(shù)）。

擴(kuò)展命令是由byte3至byte6這4個字節(jié)分別對應(yīng)協(xié)議中定義的各個控制指令， 例如預(yù)設(shè)、清屏、自動對焦等。

（2）用Java實(shí)現(xiàn)Pelco-D協(xié)議

PelcoD. java對命令字1、命令字2、數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2的定義：

//command1

p rivate final byte FocusN ear = 0x01；

p rivate final byte IrisOpen = 0x02；

p rivate final byte IrisClo se = 0x04；

p rivate final byte CameraO nO ff = 0x08；

p rivate final byte A utoM anualScan = 0x10；

p rivate final sho rt Sense = 0x80；

//command2

p rivate final stat ic byte PanR igh t = 0x02；

p rivate final stat ic byte PanL eft = 0x04；

p rivate final stat ic byte T iltU p = 0x08；

p rivate final stat ic byte T iltDow n = 0x10；

p rivate final byte ZoomTele = 0x20；

p rivate final byte ZoomW ide = 0x40；

p rivate final byte FocusFar = 0x80；

//data1

p rivate final byte PanSpeedM in = 0x00；

p rivate final byte PanSpeedM ax = 0xFF；

//data2

p rivate final byte T iltSpeedM in = 0x00；

p rivate final byte T iltSpeedM ax = 0x14；

以左右轉(zhuǎn)動為例，寫Pan 的類：

public enum Pan{

R igh t （ （byte） 0x02），

L eft （ （byte） 0x04）；

p rivate byte value；

p rivate Pan （byte intV alue） {

value= intV alue；

}

public byte getV alue （） {

return value；

}

}

控制云臺轉(zhuǎn)動，設(shè)定云臺轉(zhuǎn)動速度：

public byte ［ ］ CameraPan （byte deviceA ddress， byte act ion，

byte speed）

{

if （speed＜ = PanSpeedM in）

Speed = PanSpeedM in；

if （speed＜ PanSpeedM ax）

speed = PanSpeedM ax；

return M essage. GetM essage （ deviceA ddress， （ byte ）

0x00， act ion， （byte） speed， （byte） 0x00） ；

}

向串口傳遞數(shù)組：

public stat ic byte ［ ］ GetM essage （byte address， byte

command1， byte command2， byte data1， byte data2）

{

A ddress = address；

Data1= data1；

Data2= data2；

Command1= command1；

Command2= command2；

CheckSum= （byte） （STX&A ddress&Command1&

Command2&Data1&Data2）；

return new byte ［ ］ {STX， A ddress， Command1， Com2

mand2， Data1，Data2， CheckSum}；

二、Java串口編程

Sun的J2SE中并沒有直接提供串行通信協(xié)議的開發(fā)包，而是以獨(dú)立的jar包形式發(fā)布在java.sun. com網(wǎng)站上，即comm. jar，稱之為Java com-m un ication API，它是J2SE的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展。comm.jar分別提供了對常用的RS-232串行端口和IEEE1284并行端口通訊的支持。

下載了comm.jar開發(fā)包后，與之一起的還有2個重要的文件：win32com.dll和javax.comm.Prop-ert iesL comm. jar提供了通訊用的java API，win32com. dll提供了供comm. jar調(diào)用的本地驅(qū)動接口，而javax. comm. p ropert ies是這個驅(qū)動的類配置文件首先將comm. jar復(fù)制到\\lib\\ex t目錄，再將w in32com. dll復(fù)制到JDK 的\\b in目錄下，然后將javax.comm.p ropert ies復(fù)制到\\lib目錄。

1、打開串口

使用串口前必先打開串口：

try{

portId = CommPort Ident ifier. getPort Identifier（“COM 1” ）；

serialPort=（SerialPort）port Id. open （“My app”， 60）；

}catch （Port InU seExcep t ion e）

{。 . 。 . 。 . }

catch （NoSuchPo rtExcep t ion e）

{。 . 。 . 。 . }

2、設(shè)定參數(shù)

設(shè)定串口的物理參數(shù)：波特率、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)

的停止位長度和數(shù)據(jù)校驗(yàn)類型L根據(jù)Pelco2D協(xié)議設(shè)置波特率為4 800 b it/s，1位起始位和1位停止位，8位數(shù)據(jù)位，無校驗(yàn)：

t ry{

serialPo rt. setSerialPo rtParam s（2400，

SerialPo rt. DA TAB ITS- 8，

SerialPo rt. STO PB ITS- 1，

SerialPo rt. PAR ITY- NON E）；

}catch （U nsuppo rtedCommOperat ionExcep t ion e）

{。 . 。 . 。 . }

三、網(wǎng)絡(luò)控制

1、Socket通信

采用Socket（套接字）通信。Socket是實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)與服務(wù)器進(jìn)行通信的一種機(jī)制，它是2臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的端口。在Java程序中，可以將Socket類和ServerSocket類分別用于客戶機(jī)和服務(wù)器中，分別創(chuàng)建獨(dú)立的Socket，將2個Socket進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)連接后，就可以通過Socket進(jìn)行通信。

在本系統(tǒng)中，服務(wù)器端起一線程進(jìn)行監(jiān)聽，一旦收到客戶端對服務(wù)器的指定端口發(fā)出的請求，即根據(jù)客戶端傳來的指令來控制云臺和鏡頭。客戶端通過發(fā)送字符串與服務(wù)器端匹配控制命令。如控制云臺向上，則客戶端：

public vo id up （） {

t ry{

Socket mysocket= new Socket （ InetA ddress. getLocal2

Ho st （） ， 5678）；

mysocket. getO utputSt ream （ ）。 w rite （ “ up ”。 getBytes

（） ）；

mysocket. clo se （）；

}catch （ IO Excep t ion e） {

e. p rintStackT race （）；

}

}

服務(wù)器端：

if （command. equals （“up ” ） ） {

。 . 。 . 。 .

？？實(shí)現(xiàn)向上操作

}

用戶只需在界面中點(diǎn)擊“上”、“下”、“左”、“右”等命令按鈕，系統(tǒng)即向服務(wù)器發(fā)送命令。

2、控制沖突的解決

當(dāng)有多個客戶端同時登陸并控制云臺，或服務(wù)器端和客戶端同時控制云臺，便會發(fā)生控制沖突。解決控制沖突的策略是設(shè)置控制狀態(tài)。客戶端對云臺或鏡頭的控制是通過服務(wù)器端進(jìn)行的。 客戶端若要發(fā)送云臺或鏡頭控制命令，必須首先向服務(wù)器端發(fā)送控制申請命令，服務(wù)器在接收到客戶端控制申請命令后，就會檢查控制狀態(tài)。

（1）當(dāng)沒有控制申請的時候控制狀態(tài)為空，服務(wù)器接受控制申請；當(dāng)云臺和鏡頭正在被控制，控制狀態(tài)為忙，申請控制需要等待，服務(wù)器將通知正在控制的用戶。

（2）正在控制的用戶若在15min內(nèi)無控制操作，服務(wù)器端自動解除控制，若要繼續(xù)控制則要重新申請。

（3）若申請控制的是服務(wù)器端，服務(wù)器會告知正在操作的客戶端將在1min內(nèi)退出。

四、實(shí)現(xiàn)方法

根據(jù)Pelco-D協(xié)議，對云臺和鏡頭的控制，實(shí)質(zhì)是通過串口對解碼器輸入一個包含七位數(shù)據(jù)碼的數(shù)組，解碼器通過所輸入的數(shù)據(jù)碼對云臺及鏡頭進(jìn)行控制建立好協(xié)議的主體，就可以建立一個控制窗口界面，實(shí)現(xiàn)各種控制功能，使用戶在客戶端方便地進(jìn)行監(jiān)控。如要建立云臺上、下、左、右的控制，則在界面中建立4個控制按鈕并分別實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的消息。

以下是實(shí)現(xiàn)控制云臺向左轉(zhuǎn)動的程序：

public stat ic vo id main （St ring［ ］ args）

{

PelcoD pelcoD= new PelcoD （）；

addressin= 0x01；

speeding= 0x20；

//獲得數(shù)據(jù)碼流

byte ［ ］ messagesend= pelcoD. CameraT ilt （addressin，

PelcoD. Pan. L eft. getV alue （） ， speedin）；

t ry{

//寫入數(shù)據(jù)碼流

out. w rite （messagesend， 0， 7）；

}catch （ IO Excep t ion e）

{。 . 。 . 。 . }

catch （N ullPo interExcep t ion e）

{。 . 。 . 。 . }

//關(guān)閉串口

serialPo rt. clo se （）；

}

發(fā)送數(shù)據(jù)碼流的例子：

如第1 個云臺， 開啟攝像機(jī)： FF， 01， 88， 00， 00，

00， 89；

第2 個云臺， 關(guān)閉攝像機(jī)： FF， 02， 08， 00， 00，

00， 09；

第2 個云臺， 以最大速度的一半左轉(zhuǎn)： FF， 02，

00， 04， 00， 20， 26；

第2 個云臺， 停止： FF， 02， 00， 00， 00， 00， 02；

第10 個云臺，開啟攝像機(jī)，焦距拉遠(yuǎn)，左轉(zhuǎn)：

FF， 0A ， 88， 90， 00， 40， 62。

五、結(jié)束語

本系統(tǒng)利用Java串口通信，實(shí)現(xiàn)了對云臺和鏡頭的控制。軟件具有工作于多種操作系統(tǒng)的性能，用戶可隨時隨地通過IP網(wǎng)控制監(jiān)控現(xiàn)場，使監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的互通成為現(xiàn)實(shí)，為現(xiàn)代視頻監(jiān)控提供一種可行方案。