基于机械臂的远程视频监控系统研究
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摘要
随着计算机技术、网络技术、控制技术和多媒体技术的快速发展,计算机视频监控系统已经成为控制领域内研究的热点。本文在对当今远程监控技术的研究以及应用分析的基础上,以软件工程设计思想为指导,深入分析了系统需求,提出了系统的总体设计方案,阐述了系统功能。通过对系统硬件体系、关键技术的研究分析,选用了Visual C++ 6.0搭建了基于GRB四自由度机械臂远程视频监控系统平台。
本文系统采用了成熟且易于编码实现的视频压缩算法MPEG-4;基于RTP/RTCP协议并结合Winsock技术实现了实时视频流数据在IP组播网络传输;在分析时延的构成和测试的基础上,提出了减少时延的途径;并通过多线程编程方法和模块化设计,使系统具有良好的结构、较好的可修改性和易维护性;为了确保系统网络应用的安全性,还采用了较为完善的用户管理技术;多种先进技术的融合,使系统具有良好的可操作性,稳定性和实时性,达到了较好的监控效果。
最后,本文在对现有系统进行应用分析的基础上,提出了远程控制系统的改进措施,包括如何提高系统的安全性和实时性的措施、探讨引入双目视觉技术和语音识别控制技术等。有些措施已经在现有系统中进行了尝试,有些措施目前还只是一种设想,希望能够在将来的研究中加以验证。
With the rapid development of the computer technology, the network technology,the control technology and the multimedia technology, the video monitoring system hasbecome the focus of control. This paper based on the contemporary researches ofremote monitoring technology and its applications, with the mind of softwareengineering, makes a deep analysis of the system requirements, then puts the majordesign program forward and elaborates the functions of the system in the end. VisualC++ 6.0 is choose to set up the remote video monitoring system platform based on GRBmanipulator, after analyzing the system hardwares and the key technologies which weare going to work with.
Paper adopts the MPEG-4 video compression algorithm which is mature and easyto encoded, realized transmission of real-time video streaming in the IP MulticastNetwork based on the RTP/RTCP protocol combined with Winsock technologies,proposes measures to reduce the time delay based on the analysis of the composition ofthe delay, makes the system good in structure, revisability and maintenance by usingmulti-threaded programming and modular design, and adopts a more comprehensiveuser management technology to ensure the security of system networks application. Allof advanced technologies above make the system more stable, real time and easy tooperate.
Finally, on the basis of analysis of the existing system, a few improvements wereproposed, which including how to enhance the security and reduce the response time,also, the binocular vision and speech recognition technology is introduced. Someimprovements already have been tested, and others are just a vision need verifying inthe future.
本文系统采用了成熟且易于编码实现的视频压缩算法MPEG-4;基于RTP/RTCP协议并结合Winsock技术实现了实时视频流数据在IP组播网络传输;在分析时延的构成和测试的基础上,提出了减少时延的途径;并通过多线程编程方法和模块化设计,使系统具有良好的结构、较好的可修改性和易维护性;为了确保系统网络应用的安全性,还采用了较为完善的用户管理技术;多种先进技术的融合,使系统具有良好的可操作性,稳定性和实时性,达到了较好的监控效果。
最后,本文在对现有系统进行应用分析的基础上,提出了远程控制系统的改进措施,包括如何提高系统的安全性和实时性的措施、探讨引入双目视觉技术和语音识别控制技术等。有些措施已经在现有系统中进行了尝试,有些措施目前还只是一种设想,希望能够在将来的研究中加以验证。
With the rapid development of the computer technology, the network technology,the control technology and the multimedia technology, the video monitoring system hasbecome the focus of control. This paper based on the contemporary researches ofremote monitoring technology and its applications, with the mind of softwareengineering, makes a deep analysis of the system requirements, then puts the majordesign program forward and elaborates the functions of the system in the end. VisualC++ 6.0 is choose to set up the remote video monitoring system platform based on GRBmanipulator, after analyzing the system hardwares and the key technologies which weare going to work with.
Paper adopts the MPEG-4 video compression algorithm which is mature and easyto encoded, realized transmission of real-time video streaming in the IP MulticastNetwork based on the RTP/RTCP protocol combined with Winsock technologies,proposes measures to reduce the time delay based on the analysis of the composition ofthe delay, makes the system good in structure, revisability and maintenance by usingmulti-threaded programming and modular design, and adopts a more comprehensiveuser management technology to ensure the security of system networks application. Allof advanced technologies above make the system more stable, real time and easy tooperate.
Finally, on the basis of analysis of the existing system, a few improvements wereproposed, which including how to enhance the security and reduce the response time,also, the binocular vision and speech recognition technology is introduced. Someimprovements already have been tested, and others are just a vision need verifying inthe future.
引文
[1]郑桦.机械臂系统的网络远程控制研究与实现.合肥:中国科学技术大学博士学位论文,2007.
[2]刘祎玮.Visual C++视频/音频开发实用工程案例精选四维科技, 2004.
[3]李永飞.基于网络的远程控制系统的研究与实现.河北:河北工业大学硕士论文,2005.
[4] Ken Goldberg. The mercuryProject:AFeasibilityStudyfor Internet Robots. IEEERobotics &Automation magazine, March 2000.
[5] NASA’s Mars Polar Lander. http://www.marssociety.org,http://www.nasa.gov.
[6]滕飞,王常虹,王玉峰.基于互联网的转台控制监视系统.中国惯性技术学报,2002年,第5期.
[7]张君鸿,马玉林.基于Internet的远程机器人控制时间延迟的研究.黑龙江:哈尔滨铁道科技. 2003年,第3期.
[8]精英科技编著.视频压缩与音频编码技术[M],第1版.北京:中国电力出版社,2001,8.
[9]马小虎,张明敏,严明华.多媒体数据压缩标准及实现[M].北京:清华大学出版社,1996.
[10] TM8100系统SDK开发指南.西安:维视视频采集卡资料.2003,9.
[11] MV-AV2001解码器说明资料.西安:陕西维视视频公司.2003,9.
[12]运动控制器编程手册.深圳固高科技公司.2002,9.
[13] GRB系列机械臂用户手册.深圳:固高科技公司,2002,9,6.
[14]冯兰胜.基于机械臂的远程控制系统研究[D].西安:西安电子科技大学硕士论文,2005.
[15]吴学勇.基于机械臂的远程监控系统研究.西安:西安电子科技大学硕士论文,2006.
[16]郑桦,丛爽,魏子翔.提高实际绘图精度与速度的二自由度机械臂控制[J].中南大学学报增刊.
[17]耿海霞等.基于web的远程控制机器人研究[J].机器人,2002(4).
[18]杨磊,何克忠,郭木河等.虚拟现实技术在机器人技术中的应用与展望[J].机器人,1998,20(1).
[19]马宏鹏,安刚,赵新等.基于互联网的机器人遥操作系统研究[J].机器人.
[20]钟玉琢,向哲,沈洪.流媒体和视频服务器[M].北京清华大学出版社,2003.
[21]郭洪红.工业机器人技术[M].西安电子科技大学出版社,2005.
[22]唐德栋,尤波,刘少刚.SCARA教学机器人的结构设计及运动学分析[J].林业机械与木工设备,2002,3.
[23]庄严,王伟.基于网络的机器人控制技术研究现状与发展.机器人.2002,24卷.
[24]李小海,王旭永.基于WWW的机器人远程控制的关键技术及典型实现[J].工业控制计算机. 2000.
[25]孙鑫,余安萍.VC++深入详解.北京:电子工业出版社.2007.
[26]张亚妮.“MPEG-4”技术浅析[J].电视技术,2002.5.
[27]钟玉琢,王琪,贺玉文.基于对象的多媒体数据压缩编码国际标准MPEG-4及其校验模型[M].北京:科学出版社. 2000, 1.
[28] J.Eker, P.Hagander, K.E.Arzen. A feedback scheduler for real-time controllertasks[J].Control Engineering Practice,2000,vol.8,no.12.
[29] ISO/IEC JTCl/SC29/WG11 Document N2525, MPEG-4 Video Verification ModelVersion 12.1, Dec 1998.
[30] Douglas E.Comer著,林瑶等译.用TCP/IP进行网际互联,第一卷[M].电子工业出版社,2001.
[31]汪晓平,钟军.Visual C++网络通信协议分析与应用实现[M].北京:人民邮电出版社,2003.
[32]谢洪胜,毛迪林,黄晓霖,高传善. RTP和TCP在实时传输中的比较[J].微型电脑应用,2000年第16卷.
[33] H.Schulzrinne.RTP:ATransport Protocol for Real-TimeApplication [S]. InternetRFC 1889,1996-01.
[34]张勇.远程视频监控系统的传输技术的实现.成都:电子科技大学硕士论文.2004,4.
[35]修震,吴平东,黄杰等.基于因特网的远程控制中网络延时特性分析[J].计算机工程与应用. 2004.
[36]杨洪勇,田玉平.具有反馈时延的TCP Vegas拥塞控制算法的稳定性分析[J].控制与决策.2004,19卷(4).
[37]李众,贺汉根.应用遥编程的大时延遥操作技术[J].机器人,2001,9,23卷,5期.
[38]翁春华,赵新,刘景泰等.机器人遥操作中的网络传输延迟的分析[J].机器人,2000,8.
[39]郑桦,丛爽,魏子翔.基于网络机械臂远程控制系统延时补偿的研究与实现.安徽:中国科学院研究生院学报.2007,7.
[40]王庆鹏,谈大龙,陈宁.基于Internet的机器人控制中网络时延测试及基于因特网远程控制中关键问题的研究分析[J].机器人,2001,23卷.
[41] R.C.Luo,K.L.Su,S.H. Shen and K.H.Tsai. Networked intelligent robotsthrough the Internet:issues and opportunities . Proceedings of the IEEE,2003,vol.91 ,no.3.
[42]WilliamTech,M.C.Ziemke.Inelligent teleoperators-next generation robot[J].Procof IEEE Int.Conf.on Sys.Man.Cyber,1988.113-116. 316-321.
[43] T.JohgTam,K.J Brady.Aframework for the Control of time delayed teleroboticssystems. SYROCO Proceedings. 1997,9.
[44]韩晓霞.基于神经网络的刚性机械臂控制研究.太原:太原理工大学硕士论文.
[45]殷际英,何广平.关节型机器人[M].化学工业出版社.2003.
[46]刘永超,黄玉美,王效岳等.基于于遗传算法的机器人运动学逆解[J].机器人,1998,20(6).
[47]梁艳阳,丛爽.绘制任意图形的两自由度机器人软件系统[J].计算机工程,2006, vol.32, no.5.
[48]蔡自兴.机器人原理及应用[M].长沙:中南工业大学出版社,1988.
[49]程望抒.一种基于Visual C++6.0的图像实时传输系统[J].计算机应用研究.2001.
[50]毕厚杰.新一代视频压缩编码标准-H.264/AVS人民邮电出版社2005.
[51]何挺,杨向东,陈恳.机器人双目视觉目标跟踪研究.机械设计与制造2008,3.
[52]钟玉琢,乔秉新,李树青.机器人视觉技术.北京:国防工业出版社,1994.
[53]任桢.基于双目视觉的双动态目标跟踪.黑龙江:哈尔滨工程大学硕士学位论,2006.
[54]萧秋水,文娟等.Windows网络编程之VC篇[M].清华大学出版社,2001,2.
[55]马燕.基于C/S的计算机远程监控技术[J].西南师范大学学报,2002,27.
[56]朱晓蕾.基于客户/服务器模式的远程控制系统[J].计算机工程与设计,2004.
[2]刘祎玮.Visual C++视频/音频开发实用工程案例精选四维科技, 2004.
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