江苏自动化研究所　钱幸存



基于网络互联的显示和控制系统体系架构设计与实现

江苏自动化研究所钱幸存

研究一种基于网络互联的显示和控制信息共享的系统体系架构，以实现远程视频信息（显控终端VGA、传感器视频图像）在本地的显示、显控终端远程控制等功能，支持各级中心显示大屏及各显控终端等远程视频信息显示及控制需求。目前该方法已经投入应用，通过应用表明该设计方法方便可靠。

网络互联；显控服务；远程控制；显控终端

1　引言

随着电子信息系统信息化、网络化的不断发展，对显控终端在信息处理、收集、显示能力和操控等方面提出了更高、更新的要求。嵌入式系统多点触控、基于硬件加速三维图形显示、超高分辨率图形显示的研发、一体显控终端等技术日益成熟，高性能图形显示与图像处理技术取得了突破，基于软件的综合显示技术取得了实质性的进展，为显控系统的研制奠定了技术基础。

本显控服务体系架构是利用统一的数据库、管理软件及服务，在分散的、异构的显控终端与显示资源之间建立的统一管理平台，该平台完成系统中所有传感器图像信息、各类型显控终端信息以及操控命令的统一管理与集中控制，解决不同显控终端间的显示资源共享与互操控问题。

2　设计原理

2.1功能介绍

基于综合显控服务架构，采用高速网络互联，支持多源多制式视频图像及操控信息共享与管理，支持显控终端、一体机、显示大屏、手持终端等互联互通互操作，促进显控终端从共用化向通用化发展。

2.2研究内容

通过显示和控制系统把各型显控终端和相应的视频模拟器连接成一个整体，明确定义各显控终端的任务定位，定义数据共享资源和数据流向，通过显控服务软件设计，构建显控服务架构，实现显控资源共享和显控终端远程控制等功能需求。显控系统主要研究内容如下：

1）显控服务体系架构设计：明确各显控节点的连接方式，明确显控服务器的管理控制任务，明确定义各显控终端的任务及其与显控服务器的关系，服务端提供哪些服务，显控终端接收哪些信息，在此基础上，研究合理的显控服务架构；

2）显示与操控等系统资源管理技术：明确需管理的显示与操控等系统资源及其存储和管理机制、访问机制、信息流向等，明确显控资源的信息流向；

3）显控终端互联互通互操作协议：定义显控终端之间的互操作指令（指令字、参数和意义等），明确显控终端之间的通信方法和通信协议，如采用TCP/IP协议还是广播、组播等内容，使显控终端之间的通信可靠、顺畅［1］；

4）高清视频网络共享协议：明确定义各视频源的地址、制式、压缩方法、参数、码流大小等内容及网络传输的视频数据报文结构，以便显控终端查询、获取、接收并能解码显示各视频源的视频图像信息；

5）面向显控服务架构的软件设计：明确显控服务架构软件组成、结构、功能和接口等内容，如显控服务器管理软件设计、显控资源数据库结构定义、显控终端软件接口及功能，服务端、客户端定义等。

3　系统组成

系统包括显控服务器（综合显控服务管理软件）以及服务端、客户端（显控终端）三部分，如图1所示。

运行之初，显控服务器存储系统中所有显控终端、显控终端、传感器节点的相关信息。

图1　显控系统组成图

综合显控服务管理软件运行，根据系统配置信息，通过网络，确认各节点的状态，如各服务端、客户端是否运行等。

服务端软件运行后，发送状态信息给显控服务器，通报自己的存在。显控服务器接收到服务端信息后，存储服务端状态。二者不间断通信，间隔时间可设置。

客户端软件运行后，发送状态信息给显控服务器，通报自己的存在。并从显控服务器查询自己的任务职责，并运行相应功能软件（相应运行模式）。显控服务器接收到客户端信息后，存储其状态，并把系统相应信息如该客户端权限、可共享的显控资源等发送给客户端。

当客户端需要显示远程视频时，向显控服务器提出申请，显控服务器进行身份和权限验证，通过后，分别通知显控终端和服务端，建立连接（加入相同的组），发送和接收相应信息。

当系统中的显控终端内容被远程显示时，显控终端同时具有服务端的功能，把自身视频图像进行压缩编码，发送到需要其显示内容的显控终端。

为了有效利用系统的网络传输带宽，系统的显控信息通过组播方式由服务端向客户端（显控终端）发送，分组设置预先定义，可动态更改，由显控服务器统一管理，服务端和客户端（显控终端）从显控服务器获取自己的定义，根据权限加入或退出相应组。

3.1显控服务器

显控服务器主要包括显控服务器（可在系统中选择一个高性能显控终端）和综合显控服务管理软件，用于管理系统信息以及用户信息和权限，其用户是系统管理人员。系统中所有信息均存储在运行平台的数据库中，包括：

用户信息：用户名、登陆密码、权限等；

显控终端、显控终端信息：所在分系统、承担的任务、操作系统类型、软硬件配置、显示屏数目、分辨率、IP地址、操控模块类型和数量以及安全级别等［2］；

传感器信息：传感器类型、视频通道、数量以及IP地址等。

数据库由综合显控服务管理软件读取、更新，由系统管理人员通过综合显控服务管理软件进行维护。

综合显控服务管理软件流程及主要任务如图2所示。

3.2服务端

显控资源需要共享的显控终端和传感器都可作为服务端，主要功能是采集节点的视频图像，并压缩打包，通过组播方式发送到网络。

服务端设计为独立的嵌入式设备，支持各类视频输入接口，包括通用雷达视频信号以及HDMI、DVI、CVBS、VGA等视频输入。为了简化设计，该设备设计成两部分，主处理模块和视频接口模块，主处理模块运行嵌入式服务端软件，完成视频编解码、打包、UDP组播发送，提供网络视频服务；接口模块针对不同视频输入类型分别设计，完成视频采集，采集后以统一的形式传送给主处理模块。

传感器和显控终端通过服务端接入到显控服务系统，服务端根据视频类型选配相应的视频接口模块。

服务端软件流程及主要任务如图3所示。

图2　显控服务器软件流程图

图3 服务端软件流程图

3.3客户端

显控终端、一体机、手持终端等作为客户端，完成视频显示和相应控制功能。客户端软件运行于主处理平台（显控终端计算机系统），设计多种工作模式（多种界面），分别模拟雷达显控终端、光电显控终端、火控台等应用。

图4　客户端软件流程图

客户端的主要硬件设备是视频接口模块，设计为PCI_e插件，自带用于接收网络视频数据的千兆网络接口，完成视频数据接收、解码，视频接口模块运行嵌入式软件，对视频数据接收、解码进行管理。视频图像显示通过综合显示模块完成。

客户端的另外一个功能是在权限许可的情况下（由系统管理人员控制），可远程控制其它节点的显控终端。主要是进行操控信息重定向（和被控制节点建立连接，操控信息打包，发送到相应节点）。

客户端亦可接收有权限许可的远程操控信息。客户端软件流程及主要任务如图4所示。

3.4显控服务软件

显控服务软件主要工作内容如表1所示。

表1　客户端软件流程图

4　设计实现

演示系统的硬件平台作为综合显控服务系统的运行平台，实现多源多制式视频图像信息共享，显控终端互联互通互操作支持等功能，如在显控服务器综合显控管理软件控制下，拼屏显示设备可以分别显示各传感器图像以及各显控终端显示内容［3］，也可以有选择地对各显示内容进行组合、放大或缩小显示，其它任何一个显控终端也可显示同权限另一个显控终端的显示内容。

演示验证系统的组成与配置如图5所示。

图5　演示系统组成图

图5中各显控终端、一体化大屏、传感器等都可视为网络节点，通过网络互联，各节点亦作为显控资源，在显控服务系统管理下实现共享，可在任意节点显示与操控。

5　设计小结

本文设计的基于网络互联的显示和控制系统架构完成了系统中所有传感器图像信息、各类型显控终端信息以及操控命令的统一管理与集中控制，解决不同显控终端间的显示资源共享与互操控问题。本系统体系架构的设计与实现，可以提高显控终端在信息处理、收集、显示能力和操控等方面的能力，满足信息系统信息化、网络化的不断发展的要求。

［1］雷振甲编著.计算机网络管理及系统开发［M］.北京:电子工业出版社，2002.

［2］任泰明编著.TCP/IP协议与网络编程［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2004.

［3］杨帆等编著.数字图像处理与分析［M］.北京:北京航空航天大学出版社，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