摘    要：本文結合H.263解碼、多線程編程和DirectDraw的應用，介紹了視頻監控系統回放的軟件設計以及四路回放的實現。
關鍵詞：視頻監控；多線程；四路回放；DirectDraw 

引言
目前國內外市場上占主導地位數字視頻監控系統。一般具有如下功能：監視、錄像、回放、備份、報警、控制、遠程連接等。目前的視頻監控系統一般只能播放一路視頻（簡稱單路回放），即同一時間只能播放一個視頻文件。如果要想同時查看多個歷史紀錄文件，這種傳統的回放方式略顯不足。本文提出一種能同時播放四個任意選擇的歷史文件（簡稱四路回放）的設計方案。

關鍵技術
回放主要是將存儲在硬盤中的壓縮文件解碼顯示出來，所以在設計時必須根據壓縮文件的格式，進行相應的解碼。用于視頻監控系統的編碼標準主要有H.263、MPEG-4等。本視頻監控系統采用的編碼標準是H.263，所以回放的解碼也要根據H.263標準進行解碼。解碼的過程大致是：首先打開編碼視頻文件，得到視頻編碼流后，先找到圖像開始碼，得到圖像頭。然后尋找幀數據宏塊信息，確定幀的編碼模式（幀內編碼、幀間編碼或是沒有編碼），針對不同模式的編碼宏塊分別進行相應的解碼，解碼后的數據傳遞給顯示程序。不像編碼程序，解碼程序是基于宏塊進行操作的，它并不需要把關鍵幀和非關鍵幀區分開來解碼。
要把解碼后的圖像顯示出來，可以使用DirectDraw。DirectDraw是微軟發行的DirectX軟件開發工具箱（SDK）中的一部分，是圍繞OLE和COM接口來設計的。它允許程序員直接處理顯示存儲設備，支持硬件覆蓋，支持頁面翻轉，使圖形處理較傳統的GDI圖形處理有了較大的提高。
由于本設計的回放部分能夠同時播放四個視頻文件，若只有一個線程（線程是操作系統分配CPU時間的基本單位，一個線程可以執行應用程序的任何部分，一個應用程序至少包含一個主線程）來播放，很難實現四個文件的同時播放。如果設計成多線程（應用程序中，除主線程外，還創建有其它線程），就可以有效的利用CPU資源，同時播放多個視頻文件。進行程序設計時，一般可以調用Windows API函數CreateThread。此時需要考慮線程互斥和線程同步問題，以保證應用程序的正常執行。線程互斥是指對于共享的操作系統資源，在各線程訪問時的排它性。當有若干個線程都要使用某一共享資源時，任何時刻只允許一個線程去訪問，其它要使用該資源的線程必須等待，直到占用該資源者釋放了該資源。線程同步是指若干個線程之間具有一種制約關系，一個線程執行依賴于另一個線程的消息，當一個線程沒有等到另一個線程的消息時，應該等待，直到消息到達時，才被喚醒。

系統軟件設計
視頻監控系統的回放部分一般具有：歷史文件搜索、基本播放控制以及對搜索出來的文件進行備份（單個文件或所有文件備份光盤），保存和打印播放視頻文件的當前幀等其它功能。
根據上述基本功能，采用面向對象的程序設計方法，對回放部分進行設計的程序流程圖如圖 1 所示。
在圖 1 所示的框圖中，進入回放時，首先要進行系統變量、DirectDraw的初始化以及分配一些系統資源。退出回放時，若有回放線程在運行，首先要關閉回放線程，然后關閉解碼器，釋放系統資源，以便下次能夠進入回放。根據文件的記錄位置和文件名的特點（文件的記錄位置為  Drivers：file記錄通道日期，文件名為時和分的組合，例如，D:file120030620512為通道1在2003年6月20日5時12分記錄在D: 盤的文件），設計搜索函數。在雙擊文件名的響應函數里，首先打開文件，然后打開解碼器，創建播放線程，對文件進行播放。同時可以設置控制變量，對播放線程實行控制，以實現播放文件的暫停、快進、單幀、慢放、循環播放、縮放等操作。

四路回放的實現
四路回放是整個回放部分設計的關鍵部分，其核心思想是創建四個播放線程，并行地在界面上不同的地方顯示四個視頻圖像。基于界面設計的方便性和面向對象設計方法的考慮，在程序設計時，采用C++  Builder 5.0編程語言。四路回放流程圖如圖2所示。
首先，主要初始化解碼器的緩沖區、DirectDraw表面以及各通道（四路回放會有四個通道）的句柄等；接著，根據選擇的通道和文件，創建播放線程并啟動。為了提高程序的可靠性，還需根據打開文件的前幾個字節判斷文件格式（正確的文件在編碼時已經在文件頭中寫入了文件的信息）；根據設置的標志判斷該通道是否有線程在運行。線程被創建后，就可以解碼打開的視頻文件流，顯示圖像，并可以對播放的視頻流文件進行控制，以實現暫停、單幀、快進、慢放等操作；若同時要在另一通道播放文件，可以先選擇另一通道，然后進行同樣的操作。這樣在設計時最多允許在四個通道播放文件，若四個通道同時播放文件，就實現了四路回放。
播放線程函數是該設計部分的關鍵，播放線程函數的實現代碼如下（用C++ Builder編程語言編寫）：
1    DWORD WINAPI PlayThread::VideoThread(LPVOID lParam)
2     {
3   PlayThread* pThis = (PlayThread*)lParam;
4      short nRetCode=0;
5      pThis->m_nThreadState=1;
6    while(pThis->m_nThreadState != 2)
7       {
8pThis->g_VideoTimeTick. TimeNow=timeGetTime();
9        pThis->SleepTime=pThis->g_VideoTimeTick.Tcount-
10  (pThis->g_VideoTimeTick.TimeNow-pThis->g_VideoTimeTick.TimePrev);
11     if(pThis->SleepTime<1)
12     pThis->SleepTime=1;
13     Sleep(pThis->SleepTime);
14  pThis->m_PlayBack->m_PlayThread=pThis;
15 nRetCode=pThis->m_PlayBack->DecodePictureHeader ();
16     if(nRetCode!=0)
17     {
18    pThis->m_PlayBack->DecodePicture();
19   pThis->src[0]=pThis->m_PlayBack->DecRet Value.pchPLum;
20    pThis->src[1]=pThis->m_PlayBack->DecRetValue.pchPCb;
21     pThis->src[2]=pThis->m_PlayBack->DecRetValue.pchPCr;
22     pThis->DrawImage(pThis->src,pThis);
23           }
24       }
25 }
在函數的開始，初始化局部變量nRetCode為0，線程狀態變量m_nThreadState=1（m_nThreadState是自定義的線程狀態變量，其意義是：m_nThreadSate=0,沒有線程；m_nThreadState=1,線程在運行；m_nThreadState=2，線程中止）。程序的8—13行，實現播放時幀間的延時，以使視頻文件能夠流暢地播放；程序的15行通過調用自定義的函數DecodePictureHeader解碼輸入視頻流的圖像頭；程序的18行解碼單幀圖像；程序的 22行把解碼后視頻流顯示出來，在函數DrawImage中使用DirectDraw顯示圖像。
欲使播放線程結束，可以設計線程結束函數EndVideo，調用Windows API函數Terminate Thread，置m_nThread State=0，并復位與線程相關的變量。考慮到對播放的文件實現暫停、單幀、快進、慢放等操作，可以在線程播放函數中加入對應的控制變量，慢放時增加幀間的時延；快進時減少幀間的時延；暫停時，在幀間設置一個無限循環控制，直到控制變量改變，再進行下一幀的解碼、顯示。
由于應用多線程編程，在顯示函數等中，多個線程會訪問共享資源表面緩沖區。可通過在初始化過程中調用Windows API 函數CreateMutex創建互斥變量，然后在自定義的顯示函數DrawImage中調用Windows API函數WaitForSingle Object (m_hMutext_Dieplay,1000)實現共享資源的互斥。訪問結束時，調用Windows API函數ReleaseMutex (m_hMutext_ Dieplay)，釋放共享資源。
本程序可以方便地完成界面的設計，通過單步跟蹤、斷點等調試方法實現了對編寫程序的調試。

結語
上述通過多線程設計的四路回放，充分利用了CPU 資源，使CPU能夠流暢地實現解碼，在不影響視頻監控系統性能的情況下，能夠同時播放多個文件，增加了系統的靈活性。■

參考文獻
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