基于IOCP的MPEG-4出租车无线视频监控系统设计与实现

　　XviD提供了多极运动侦测精度。包括半像素插值(half pixel interpolation)的技术以l6x16像素的微区块为单元标示上运动矢量；以及4分运动矢量(inter4v motion vectors)的方式，以8x8的像素区块为单元更细致的纪录运动向量以供二重分析。

　　·动态关键帧距

　　在视频压缩中，I帧记录全部的画面信息，而后续插入的P帧(P—Frame)仅记录下与之前一帧的差值。因此根据画面镜头切换和运动幅度变换关键帧I帧的位置，对于视频压缩下的画面质量提高，有明显效果。

　　·人类视觉系统HVS(Human Visual System)

　　人类视觉系统，根据人类视觉的特性，建立模型，量化的时候根据这些特性，将人眼较不敏感的区域压得差一点，将人眼较容易注意到的区域压得好一点，可以提升肉眼看起来的品质。

　　完成端口(IOCP)机制

　　IOCP(I/O Completion Port，输入/输出完成端口)是一种能够合理利用与管理多线程的机制。该机制使用完成端口，用一定数量的线程处理重叠I/O(Overlapped I/O)技术，帮助处理大量客户端请求，并使系统的性能达到较佳状态 。从性能上考虑，与采用Select模型和Overlapped模型相比，采用完成端口模型在请求响应的并行性上更胜一筹，I/O完成端口提供的多线程特性是一般异步模型所无法达到的。而且IOCP尤其适合为大量I/O请求提供服务，对于提高服务器效率大有裨益。
　　
　　系统分析与实现

　　本解决方案的开发基础为Windows Server2003，开发工具为VC.NET2003。

　　数据包装和解析的实现

网络传输数据包通过自加包头进行解析，通过不同通道传送视频数据/控制命令。加载过程如图3。

　　服务器的网络传输部分的实现

　　服务器通过UI线程和Worker线程池(Threads Poo1)来确保服务器对多个客户端的并发控制和通讯。服务器通讯功能主要实现简述如下：

　　1.启动监听线程并初始化完成端口(IOCP)核心对象，进入对CDMA终端喝监控终端的监听状态，主要通过CreateIoCompletionPort函数实现，此函数主要实现两个功能1)建立IOCP对象，2)将接受到的套接字(SOCKET)同IOCP关联。

　　HANDLE CreateIoCompletionPort(
        HANDLE FileHandle，//功能1时为INVALID_HANDLE_VALUE，功能2时为接受的SOCKET
　　HANDLE ExistingCompletionPort,，//功能1时赋值NULL，功能2时输入已建立的IOCP对象
　　ULONG_PTR CompletionKey，//完成键自设的数据结构，功能1时为NULL，功能2时完成键
　　DWORD  NumberOfConcurrentThreads ) //同时可操作IOCP对象的线程数，设为CPU数×2＋2

　　2.调用异步接收函数WSARecv()发起接收      SAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE  lpCompletionRoutine);

　　3.查看完成端口的通讯队列，异步接收出租车终端发送的数据和通讯命令，通过调用GetQueuedCompletionStatus( )函数实现，
　　BOOL GetQueuedCompletionStatus(
　　HANDLE CompletionPort，//查看的完成端口对象
　　LPDWORD lpNumberOfBytes,，// 期望读入的字节数
　　PULONG_PTR lpCompletionKey，// 完成键，自设的数据结构
　　LPOVERLAPPED* lpOverlapped，// 重叠IO标志，每次查询时需事先清零复位
　　DWORD dwMilliseconds) // 设置查询超时时间

　　4.自设完成键数据结构如下，包含

　　struct CMD_CDMA_LINK_INFO
　　{   SOCKET m_hSocket;             // 通讯套接字SOCKET
 UINT m_uiCDMAId;             //无符号整型变量保存出租车终端ID
 CString m_strCDMAIP;         //字符串变量保存出租车终端IP地址
 bool  m_bCmdCDMALinkState;   //布尔型变量保存连接状态
 int   m_nNumberOfPendlingIO; //整型变量保存挂起I/O数
 bool  m_bAlarm;    //布尔型变量保存报警标志   
　　　　CCriticalSection m_cmdCDMALinkInfoLock; };//临界区变量，作线程同步

　　客户端的解压实现

　　客户端也采用多个线程并行处理的模式，分别负责数据通讯、数据处理、解压显示和地图刷新，MPEG-4的解码主要采用XviD解压库。MPEG-4协议有非对称性的特点，即压缩运算量大，复杂性高，为保证视频信息的实时性，视频采集压缩由硬件完成；而解压运算量较小，可以借鉴XviD编解码技术来实现。如前所述，XviD编解码技术有很多突出的优点。在解码过程中解压主函数实现如下
　　　　int CDecThread::dec_main(BYTE* istream, BYTE* ostream,int istream_size,
　　　　xvid_dec_stats_t * xvid_dec_stats)
　　　　{int ret=XviD_ERR_FAIL; //默认值－1
　　　　/* Reset all structures */
　　　　memset(&xvid_dec_frame, 0, sizeof(xvid_dec_frame_t)); 
 　　　　memset(xvid_dec_stats, 0, sizeof(xvid_dec_stats_t));         //初始化所有数据结构
 　　　　/* Set version设置解压版本*/
 　　　　xvid_dec_frame.version = XviD_VERSION; 
 　　　　xvid_dec_stats->version = XviD_VERSION;
 　　　　/* No general flags to set //设置主标志位*/
　　　　 xvid_dec_frame.general          = 0;
 　　　　/* Input stream输入解压数据流*/
 　　　　xvid_dec_frame.bitstream        = istream; 
 　　　　xvid_dec_frame.length           = istream_size;
 　　　　/* Output frame structure输出帧结构 */
 　　　　xvid_dec_frame.output.plane[0]  = ostream;
 　　　　xvid_dec_frame.output.stride[0] = m_nXDIM*m_nBPP;
 　　　　xvid_dec_frame.output.csp = m_nCSP;
 　　　　ret = xvid_decore(dec_handle, XviD_DEC_DECODE, &xvid_dec_frame, xvid_dec_stats);
 　　　　return(ret);

　　结语

　　本文从MPEG-4数字视频监控的定制系统出发，通过研究，提出了一般的实现方法。通过模块化设计并使用COM封装，使系统主体做到与前端硬件的低耦合度，易于维护 使用完成端口技术传输视频，同时，客户端软件使用Xvid实现了解压。本文所沦述的方法已经在实际工程中得到应用，取得了良好的效果。