SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGYVol. 39, No. 8AAug. , 2017
船舶视频监控系统的软件设计与实现
杜 辉，张燕宁
(北京电子科技职业学院，北京 100176)
摘 要: 海洋经济以及海洋贸易在我国经济中扮演着重要的角色，船舶的安全运输对于保障我国的海洋发展
战略有着非常重要的意义。船舶视频监控系统是船舶监控的重要组成部分，可以有效保障船舶的运输安全，有效降低船舶运行风险。本文提出一种基于Exynos 4212的船舶视频监控系统，简要分析系统的功能和特点，并对视频监控中视频数据的压缩和传输进行设计。
关键词：Exynos 4212；视频监控；编码中图分类号：U676.2 文献标识码：A
文章编号： 1672 – 7649(2017)8A – 0127 – 03 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2017.8A.043
Video monitoring system software design and implementation of the ship
DU Hui, ZHANG Yan-ning
(Beijing Polytechnic, Beijing 100176, China)
Abstract: Marine economy and Marine trade plays an important role in the economy in our country, the safety of theship transportation to safeguard our country’s Marine development strategy is of very important significance. The videomonitoring system is an important part of ship monitoring and can effectively guarantee the ship’s transport safety and re-duce the risk of ship operation. This paper proposes a ship video monitoring system based on Exynos 4212, the brief analys-is of the system function and characteristics, and video data compression and transmission of video monitoring has carried onthe design.
Key words: Exynos 4212；video monitoring；coding
0 引 言
船舶视频监控系统是船舶监控系统的重要组成部分，其核心思想是通过摄像头等对船舶的关键位置进行监控，在发生险情时能够第一时间发现、处理。视频监控系统可以大大降低船员工作的强度，并且配合船舶其他的监控手段可以更加有效地保障船舶运行安全，特别是船舶的一些不容易发现的隐蔽位置，如船舷等，可以有效防范不明人员的侵入。同时船舶视频监控系统还可以实现视频信息的共享，方便监管部门对区域内船舶的跟踪以及管理，对船舶的合理、合法运行提供有力保障。
在国内有很多的研究所以及高校都对船舶视频监控系统进行了研究，并且取得了非常可喜的成果[2 – 3]。如很多科研院所开发了船舶视频监控、岸基监控中
心、船舶综合管理一体化的监控系统，能够实现控制中心和船舶控制中心的信息共享，在出现事故或者突发情况时可以第一时间作出反应，并且通过GPS或北斗导航对船舶进行定位和救援。
对于视频监控系统本身而言，本文提出使用局域网技术构建船舶视频监控系统，通过局域网将船舶的不同监控视频节点有效连接起来，同时控制中心可以和岸基控制中心进行通信实现信息共享，同其他方案相比其优势在于可以应用于大小船舶，可以根据船舶大小、结构等的不同需求来设计船舶视频监控系统，只需要根据需求改变视频监控节点的数量以及位置即可。
1 船舶视频监控系统的功能设计
船舶视频监控重点保障船舶航行及运输货物的安
收稿日期: 2017 – 06 – 13
基金项目: 校级重点课题资助项目(YZK2016002)
作者简介: 杜辉(1979 – )，男，硕士，副教授，主要从事计算机软件技术等方面研究。
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舰 船 科 学 技 术第 39 卷
全，技术手段主要通过装配一定数量的摄像头来监控不同位置的实时状况，然后通过局域网络将监控得到的信息反馈到船舶监控中心和岸基控制中心[4]。具体的功能包括以下几点：
1）监控内容：监控内容包括对船舶船舷、货物存储区、船员公共活动区域、驾驶室、控制室、船头等区域，监控中心可以进行实时监控，并且根据需要对画面进行存储或者图片打印等。
2）系统管理：系统管理主要包括权限管理、报警管理、历史记录管理以及日志管理等。权限管理主要为了保证不同的工作人员具有不同的权限，或者区别当前操作人员是否具有监控权限，可以将系统分为几个权限级别，如一般操作人员无法删除监控历史记录和历史日志等。报警管理是针对系统在发现险情后向中央控制系统发出警报，并且可以根据不同的情况生成不同的报警信息，如火灾、入侵等。历史记录管理在系统开始运行后记录船舶一段时间内所有的监控情况，由于存储空间有限，因而可以选择在一段时间后对历史记录进行集中清理，但是对于异常情况生成历史记录方便以后查询。日志管理记录系统工作情况。
船舶视频监控系统主要包括视频监控节点、嵌入式处理模块、无线局域网络以及监控中心。视频监控节点主要包括中央处理器CPU、电源模块、对外传输网络接口、摄像头以及必要的传感器等，其结构如图1所示。
图 1 船舶视频监控系统的结构Fig. 1 Ship video monitoring system structure
视频监控的核心在于系统启动后能够获取摄像头所获取的图像，本系统采用ARM内核，具体型号为三星Exynos系列4212，该型号ARM具有非常强大的能力，为一款主频可以达到1.5 GHz的双核CPU，采用32 nm制造工艺，并且在运算能力上同一般的CPU有非常大的提升，每秒能够完成运算的指令达到了2亿条。在图像处理以及网络通信方面其具有如下特性：
1）内部集成了2D和3D图像处理引擎，在图像处
理方面有着非常优越的性能，像素填充速度可以达到1.6 G px/s，在监控图像的获取上能够实现最大分辨率为8 192 × 8 192的图片浏览，实现1 080 p视频文件的录制和播放，可以和目前市场上几乎所有的摄像头进行集成，并且支持多种格式视频文件的编码和解码，如H.263、H.264以及MPEG-1/2/4等；
2）可以支持最大存储空间至32 GB，可以满足船舶视频监控对于存储的要求，并且支持WIFI以及以太网络，分别采用RTL8188 802.11 b/g以及DM9000标准，支持10 M/100 M自适应网络。
图 2 Exynos 4212控制板Fig. 2 Exynos 4212 control panel
2 软件设计
2.1 视频压缩设计
在视频监控系统的软件设计中，包括对视频图像的获取、压缩编码以及传输等，而视频压缩的软件设计则关系到整个监控系统数据传输的效率以及监控的实时性效果。
由于摄像头的性能越来越高，获取的图像或者视频所包含的信息量也越来越大，因而在进行视频数据
传输前一定要进行压缩设计，以保证数据传输效率。对视频的压缩编码有2种方法，分别是硬件编码和软件编码[5]，本文主要采用硬件编码来进行视频压缩设计。在Exynos 4212中自带了硬件编码器可以对视频图像进行编码，以H.264编码为例，具体流程如图3所示。在获取视频数据后，该视频数据为RGB文件，首先将该视频数据文件转化为YUV文件，然后调用mfc_encoder_exe（）进行视频数据文件的编码，将其转化为H.264格式的文件，最后在判断完成视频文件编码后结束编码，等待下一次编码。在整个编码过程中主要运用的函数mfc_encoder_exe（）是一个包含了5个参数的自带函数，它可以提供编码器指针、待编
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杜 辉，等：船舶视频监控系统的软件设计与实现
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图 3 视频硬件压缩处理流程
Fig. 3 Video hardware compression processing
码的数据文件指针、每一帧的大小、编码的数据文件大小以及最后编码后存放文件的地址，通过这样一个函数就可以实现对获取船舶视频监控图像的压缩处理。
2.2 视频传输设计
在完成了视频硬件压缩处理后，需要将压缩后的H.264数据通过网络发送到监控中心，但是在发送过程中会遇到一些问题，如多个监控节点同时发送或者网络出现堵塞等情况，则可能会出现数据丢失。数据在网络传输的过程中，网络会对数据包的大小进行判断，当数据包的大小超过或者小于一定限值时就会丢弃该数据包，其具体范围为：64～1500字节。
使用RTP的方式来对H.264视频文件进行传输，RTP是一种实时的网络传输协议，目前经常被用于单点对单点的数据传输，非常适合音频和视频数据的传输，RTP报文由有效载荷和报头组成，报头的基本格式如下：
图 4 RTP报文报头格式Fig. 4 RTP message header format
在程序中判断H.264视频文件帧的大小，并设定一个限值，当该帧数值位于某一个设定值区间时，如1 200~1 400字节，则该帧数值进行独立发送，若该帧数值位于100~500字节时则进行打包处理，那么RTP报文的有效载荷则由多个帧数据组成。根据数据帧的不同长度实行不同的打包策略可以有效提高视频传输的可靠性。在实际实现过程中，使用自定义函数Rtp_Send（）来实现。
3 结 语
当前海洋运输迅速发展，我国的“一带一路”战略也在稳步推进，开发设计船舶视频监控系统对于提升船舶海洋运输安全具有非常重要的意义。本文对船舶视频监控系统的结构以及软件进行了相关设计，具有一定的理论意义和实际意义。
参考文献：
[1]黄凯奇, 陈晓棠等. 智能视频监控技术综述[J]. 计算机学报,
2015 (6): 1093–1118.
[2]杨飞, 陈德艳, 等. 基于Android智能终端的移动视频监控系
统研究[J]. 计算机技术与发展, 2013 (2): 195–198.
[3]孙黎明, 武海峰. H.264数据压缩在船舶视频监控系统的研究
[J]. 舰船科学技术, 2016 (14): 64–66.
[4]周剑敏, 王捷. 基于AIS数据的智能船舶动态视频监控系统
设计[J]. 上海海事大学学报, 2009 (4): 26–29.
[5]徐曼平, 廖铁勇, 等. 船舶无线视频监控及防盗系统[J]. 航海
技术, 2008 (5): 43–44.
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