本科毕业论文基于动态协议的网络视频监控系统的设计与实现.docx

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本科毕业论文基于动态协议的网络视频监控系统的设计与实现

长　沙　学　院

CHANGSHAUNIVERSITY

本科生毕业设计

设计题目：

基于动态协议的网络视频

　　监控系统的设计与实现

系　　　　部：

计算机科学与技术

专业：

计算机科学与技术

学生姓名：

班级：

数据库应用3班

指导教师姓名：

职称讲师

长沙学院教务处

　　（2013届）

　　本科生毕业设计说明书

基于动态协议的网络视频监控系统的

设计与实现

系　　　　部：

计算机科学与技术

专业：

计算机科学与技术

学生姓名：

班级：

学号

指导教师姓名：

职称讲师

最终评定成绩

2013年5月

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

随着社会发展和科技进步，安防系统在社会生活和工业生产中发挥着越来越重要的作用，网络视频监控以其强大、丰富、便捷的特点成为当前安防系统的发展主流，在安防体系中占有举足轻重的地位。

网络视频监控是完全基于IP技术，但由于我国目前的公网IP地址资源十分匮乏，对于网络视频监控系统中网络摄像头配置IP，最好的办法就是在廉价的动态IP上寻求解决途径。

本课题的目的在于节约安防行业系统中的静态IP使用资源，设计并实现了基于动态协议的网络视频监控系统。

在设计方面，首先对网络视频监控系统进行调研后，提出了本次系统设计的功能需求并探讨了基于动态网络视频监控系统的开发过程，着重分析了网络视频系统中前端摄像头驱动、视频流采集、Web平台以及TCPsocket功能实现的衔接并给出了详细的设计方案，最后对本次系统开发工作进行了全面总结和展望。

关键词：

网络视频监控系统，动态IP，视频流采集，TCPsocket

ABSTRACT

Withthedevelopmentofthesocietyandtheprogressofscienceandtechnology,securitysystemhasplayedanincreasinglyimportantroleinthesociallifeandindustrialproduction.Networkvideomonitoringsystemwithitspowerful,rich,andconvenientfeaturesbecomesthemaintrendofthedevelopmentofsecuritysystemandplaysanimportantroleinthesecuritysystem.NetworkvideomonitoringsystemiscompletelybasedonIPtechnology,butthestaticIPresourceisverylimitedinourcountryatpresent.AstotheconfigurationofIPcamerasinthenetworkvideomonitoringsystem,thebestwayistoseeksolutionsonthecheapdynamicIP.

ThepurposeofthisdesignistosaveresourcesforstaticIPusedinthesecurityindustrysystem,anddesignandimplementavideomonitoringsystembasedondynamicprotocolofnetwork.Intermsofdesign,firstofall,afterinvestigationandresearchonnetworkvideomonitoringsystem,thispaperputsforwardthefunctionalrequirementsofsystemdesignanddiscussesthedevelopmentprocessonthebasisofdynamicnetworkvideomonitoringsystem.Thepaperplacesgreatemphasisonthethefrontcameradriver,videocollection,webplatformandtheTCPsocketfunctionofcohesion.Itgivesadetaileddesigningplanandfinallycarriesoutacomprehensivesummaryandoutlookforthesystemdevelopment.

Keywords:

NetworkVideoMonitoringSystem,TheDynamicIP,VideoCollection,TCPSockets

前言

随着宽带网络的普及，视频监控逐渐从本地监控向远程监控发展，网络视频监控系统应运而生。

在网络视频监控系统中，由于监控业务平台和前端网络摄像机的通讯，需要前端网络摄像机一端处具有静态公网IP，这样才能让远程监控中心可以通过IP地址直接找到监控网络摄像机，然而我国目前静态IP资源非常短缺。

本设计旨在实现基于动态协议的网络视频监控系统，系统需搭建监控业务平台、手机Wap客户端以及创建各个模块的接口。

前端摄像头因条件限制则采用普通USB摄像头加驱动程序组建成的网络摄像头。

在前端网络摄像头与业务平台对话之间，需拟定一条特殊协议，使前端网络摄像头能在动态IP环境支持下随时将自己数据发送给监控业务平台，使平台在节约IP资源的同时方便对前端摄像头的管理。

整个系统搭建条件建立在本人实习工作期间所获取的专业技术与知识，经过学习加以吸收继而在原有的基础上创造设计并实现。

本文档由两部分构成：

设计说明书和过程管理资料。

设计说明书部分中只包含本应

用的设计说明书；过程管理资料包含毕业设计课题任务书、本科毕业设计开题报告、本科毕业设计中期报告、毕业设计指导教师评阅表、毕业设计评阅教师评阅表、毕业设计答辩评审表。

基于动态协议的网络视频监控系统

需求规格说明书

V1.3

编制

杨刚

审核

刘欣

批准

刘欣

长沙学院

二零一三年三月一十九日

需求规格说明书

1引言

1.1编写的目的

本文档的目的主要是说明基于动态协议的网络视频监控系统的详细设计与实现。

本文详细介绍了系统中各个模块的设计与实现细节以及关键技术的应用。

其中，对每一个模块都配有相应的文字说明以及相关设计流程图给出。

为使用户、相关分析人员对该系统的初始规定有更直观、全面的理解，文档中说明了本产品的各项功能需求、性能需求和数据要求并明确标识各功能的实现过程，阐述了实用背景、范围以及客户解决问题或达到目标所需的条件或权能，并提供了一个度量和遵循的基准。

本文档读者：

开发人员、测试人员、项目经理。

1.2背景

a.待开发的系统的名称：

基于动态协议的网络视频监控系统的设计与实现；

b.本项目的任务提出者：

刘欣、开发者：

杨刚、用户：

适用于广大群众；

c.本系统是“基于动态协议的网络视频监控系统”，是本人在广州网视通信息科技有限公司实习期间在学习与工作的基础上提升认知、经导师点拨提出设计的项目。

本项目设计旨在节约网络视频监控系统中静态IP的使用，使监控前端摄像头与监控业务平台通过指定的动态协议进行对话。

1.3定义

CGI:

公共网关接口CGI（CommonGatewayInterface）是WWW技术中最重要的技术之一，有着不可替代的重要地位。

CGI是外部应用程序（CGI程序）与Web服务器之间的接口标准，是在CGI程序和Web服务器之间传递信息的规程。

CGI规范允许Web服务器执行外部程序，并将它们的输出发送给Web浏览器，CGI将Web的一组简单的静态超媒体文档变成一个完整的新的交互式媒体[7]。

Socket:

socket的英文原义是“孔”或“插座”。

作为4BDSUNIX的进程通信机制，取后一种意思。

通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。

在Internet上的主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务。

每种服务都打开一个Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务。

Socket正如其英文原意那样，象一个多孔插座。

一台主机犹如布满各种插座的房间，每个插座有一个编号，有的插座提供220伏交流电，有的提供110伏交流电，有的则提供有线电视节目。

客户软件将插头插到不同编号的插座，就可以得到不同的服务[7]。

J2ME：

JavaME以往称作J2ME（JavaPlatform，MicroEdition），是为机顶盒、移动电话和PDA之类嵌入式消费电子设备提供的Java语言平台，包括虚拟机和一系列标准化的JavaAPI。

它和JavaSE、JavaEE一起构成Java技术的三大版本，并且同样是通过JCP（JavaCommunityProcess）制订的。

MySql：

小型关系型数据库管理系统，具有体积小、速度快、总体拥有成本低、开放源码等特点，支持多种操作系统，为多种编程语言提供API，操作简单。

HTTP：

（hypertexttransportprotocol，超文本传送协议）一种详细规定了浏览器和万维网服务器之间互相通信的规则，通过因特网传送万维网文档的数据传送协议。

JSP：

JSP（JavaServerPages）是由SunMicrosystems公司倡导、许多公司参与一起建立的一种动态网页技术标准。

JSP技术有点类似ASP技术，它是在传统的网页HTML文件（*.htm,*.html）中插入Java程序段（Scriptlet）和JSP标记（tag），从而形成JSP文件（*.jsp）。

用JSP开发的Web应用是跨平台的，既能在Linux下运行，也能在其他操作系统上运行。

1.4参考资料

[1]潘国辉.智能网络视频监控[M].北京：

清华大学出版社，2010：

11-28.

[2]郑亮亮，吴小强.IP高清监控系统的工程设计实践[J].安防经理第31期：

3-9.

[3]罗宏亮.IP视频监控系统的稳定性设计[D].安防经理第32期：

2-11.

[4]杨延双，张建，王全民.TCP\IP协议分析与应用[C].机械工业出版社.2010.

[5]王挺等.C++程序设计[M].北京:

清华大学出版社.2005.

[6]XX百科.

2任务概述

2.1目标

本项目旨在设计基于动态协议的网络视频监控系统，包含前端网络摄像头的模拟、Web业务平台、手机WAP客户端以及各个模块之间对话的铺设。

在网络视频监控系统中，由于监控业务平台和前端网络摄像机的通讯，需要网络摄像机具有静态的公网IP，这样才能让监控业务平台可以通过IP地址寻找到网络摄像机。

实现本系统功能关键设计在于监控业务平台与网络摄像机对话之间添加一条协议：

网络摄像机在上线获取监控平台信息时，将自身信息及动态IP信息发送给监控业务平台，使监控业务平台能有效对摄像头进行管理。

整个系统拓扑结构图如图2.1所示。

图2.1系统拓扑结构图

2.2用户的特点

最终用户：

适用于广大群众

操作人员：

适用于广大群众

2.3假定和约束

1）国家相关草案规定，“公共安全视频图像信息系统管理不得泄露国家秘密和商业秘密，不得侵犯个人隐私及其他合法权益”，本系统的设计与安全监控的摄像头存在本质区别：

●拍摄用途：

据用户需求进行某个人区域监控

●安装位置：

视用户需求安装在某合法领域

●拍摄区域：

视用户需求监控在某合法领域

●画面大小：

为适应手机观看，画面大小与帧数做必要精简

●画面清晰度：

USB摄像头模拟成网络摄像头，清晰度较低

2）开发环境约束：

如表2.1所示。

表2.1开发环境约束表

需求名称

详细要求

数据库服务器

一台服务器作为数据库服务器，要求：

CPUP41G以上，内12G以上，硬盘80G以上；

操作系统Windows8；

数据库系统为mysql

应用服务器

一台服务器作为应用服务器，要求：

CPUP41G以上，内存1G以上，硬盘80G以上；

操作系统Windows8；

应用服务器系统为Web

前端摄像头

通过对USB摄像头的模拟，让其实现网络摄像头的功能

客户端

1、IE浏览器，要求在InternetExplorer6.0或更高版本浏览器中运行。

2、手机Wap客户端

3需求规定

3.1对功能的规定

系统在模块上划分为为三大部分：

Web业务平台、前端网络摄像头、手机Wap客户端。

整个系统的时序图如图3.1所示。

图3.1系统时序图

3.1.1Web业务平台系统功能规定

系统提供强大的平台管理业务支撑能力，主要包括权限管理，用户管理，设备管理，系统管理等功能，如图3.2所示。

图3.2Web业务平台系统用例图

●权限管理

角色管理：

设置和更新不同权限的系统管理角色信息

模块管理：

设置和更新系统模块和非系统模块

系统用户管理：

可对系统管理员进行设置，包括启用和禁用相关信息

●用户管理

用户信息列表：

查询，增加，更新用户相关信息

用户设备信息：

查询，增加，更新系统设备相关信息，如摄像机IP，端口，设备类型，名称等

●设备管理

设备信息管理：

管理和查询系统内所有设备信息

设备参数管理：

对设备协议，地址，波特率等相关参数进行配置

●系统管理

日志管理：

查看平台管理系统用户登录信息

用户登录信息管理：

查看前台系统用户登录信息

手机登录信息管理：

查看用户手机登录相关信息

3.1.2前台门户功能规定

基于运营商角色的Web配置管理功能。

包含个人资料，所有设备，设备管理，用户管理等。

用例图如图3.3所示。

图3.3用户用例图

●个人资料管理

查看个人资料

绑定邮箱和手机，密码丢失后方便找回

自行修改用户部分信息以及密码

●查看所有设备

查看系统所有设备，支持搜索查看和分组查看

●设备管理

添加设备：

方便快捷的将新安装的设备加入系统系统

3.1.3手机Wap客户端功能规定

●实时监控：

用户登录后可对自己名下的摄像头所监控区域进行随时随地的实时监控

3.1.4前端摄像头功能规定

●捕获视频源

●采集监控视频以及画面

3.2对性能的规定

3.2.1精度

时间精度：

时间的保存精确到秒。

3.2.2时间特性要求

平均响应时间：

在网速大于100KB每秒的条件下，在5秒之内能打开并显示页面。

常用功能响应时间：

使用频率高的功能需要优化好，比如主页的显示，在10秒内能获取到数据库返回的数据并显示在页面上。

3.2.3灵活性

默认支持的用户数需要达到上万级别的规模。

当用户数超过万级别，仅仅通过增加成本低廉的硬件，进行简单地配置，可以支持更多的用户，而不需要对程序进行大的改动。

增加新的功能是容易扩展的，很少需要动底层代码，只需要加上层的文件。

3.3输入输出要求

本系统中存在不同的功能模块，对模块之间的输入输出项作特定的规范和要求，可以使得定义的输入输出项更加合理有效，方便不同模块间数据的传递。

系统中用户具体的输入输出要求如表3.1所示。

表3.1输入输出要求表

功能编号

功能名称

输入

系统响应

输出

TK-USER-01

用户注册信息的长度验证

用户名、密码、注册邮箱

验证注册邮箱、用户名、密码长度是否符合要求

输出长度验证结果信息

TK-USER-02

用户注册信息的格式验证

注册邮箱

验证注册邮箱是否符合特定的邮箱格式

输出格式验证结果信息

TK-USER-03

用户注册信息的一致性验证

密码、确认密码

验证密码和确认密码输入是否一致

输出一致性验证结果信息

TK-USER-04

用户注册信息的异步验证

注册邮箱、用户名

查询用户表是否存在用户输入的数据，并将查询结果返回到页面中

输出验证结果信息

TK-USER-05

空值验证

邮箱，密码

判断邮箱输入框、密码输入框是否为空

输出验证信息

系统中用户具体的输入输出要求如表3.2所示。

表3.2输入输出要求表

功能编号

功能名称

输入

系统响应

输出

TK-CAMERA-01

添加摄像头信息的长度验证

摄像头名、密码、IP

验证摄像头名、密码、IP长度是否符合要求

输出长度验证结果信息

TK-USER-02

摄像头信息的格式验证

IP

验证IP信息是否符合特定的IP格式

输出格式验证结果信息

3.4数据管理能力要求

视频存储估算：

视存储格式、视频码流而定

3.5故障处理要求

根据系统的需求说明书，项目负责人、软件分析设计人员以及编程人员对系统进行检查，维护和整修。

3.6其他专门要求

采用良好的人/机交互界面设计以及目前主流的浏览器技术，以提高系统对用户操作和控制的支持。

系统提供方便学习的人机界面，提供直观、快捷的窗口操作。

4运行环境规定

4.1设备

智能终端设备

4.2支持软件

支持软件见表4.1。

表4.1支持软件一栏表

名称

技术参数

性能

备注

操作系统

Windows8

Web服务器

MyEclipse8.5/Tomcat6.0

非并发

后期可考