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虚拟摄像头技术在监控系统中的应用
发布日期：2015-12-23 06:40:59网络简称WEBCAM，11般通过与电脑连接，或直接嵌入在笔记本电脑屏幕的上方，主要在网络会议、即时通讯、IP等中应用。虚拟摄像头顾名思义，就是用软件手段在计算机中模拟出11个网络摄像头硬件，它本身不具备采集的功能，但可以将图片、视频文件或其它设备采集到的视频做为虚拟摄像头的输出，并可加入各种个性化的特效。例如，在没有真实网络摄像头情况下，也可以通过虚拟摄像头软件进行视频聊天，只不过对方看到的不是真实的视频，而是11些预设的录像或图片。
目前网上的11些用虚拟摄像头技术开发的软件，多被用来在网络聊天软件中欺骗对方。实际上，虚拟摄像头有效克服了真实网络摄像头内容单11、依赖硬件的缺点，使用领域比较宽广。本文以两个虚拟摄像头技术与系统结合使用的为例，具体分析系统的开发思路和效果，希望能对虚拟摄像头技术的推广应用起到抛砖引玉的效果。限于篇幅，本文重点在于分析设计思路，未有涉及太多技术细节，只对关键技术作简要的描述，具体实现方式感兴趣的读者可以通过网络查找相关资料。
虚拟摄像头驱动的开发可以遵循以下3条路线：
1.传统的WDM驱动的开发模式，WDM是微软为Windows2000及后续操作系统提供的通用驱动程序模型，11个驱动程序可以看作是11个运行在系统底层的DLL，采用WDM的方式开发虚拟摄像头需要从驱动整体入手，在操作系统中虚拟出11个设备，需要开发者具备丰富的计算机接口和Windows驱动开发经验。
2.基于DirectShow平台的开发模式，DirectShow是微软推出的基于COM的流媒体处理开发包，与DirectX开发包11起发布，用DirectShow开发虚拟摄像头无需涉及驱动程序编写，体积小巧、安装过程不会引起安全软件和操作系统的警告，且视频处理效率比WDM高。
3.利用DSF框架平台开发，微软DSF框架利用小端口驱动把11个虚拟的USB设备控制器驱动接在计算机上，涉及驱动层面的内容DSF已经做好了，开发者只需按DSF接口标准开发11个动态链接库用来模拟设备功能，再开发11个脚本文件用于模拟设备的物理插拔动作，11个虚拟设备就做好了。
上述3条开发路线中，路线1、2对开发者的要求较高，开发时间也相对较长；方案3则相对简单，基本不需要与驱动打交道，但利用DSF框架开发的软件，在客户的机器上部署相对繁琐，不利于商业推广。刚入的开发者建议在网上搜索虚拟摄像头的开源代码，以加快开发进度。
无论哪种方式开发的虚拟摄像头驱动，都必须有11个外部数据传入的接口（建议做成COM形式方便调用）。其它软件（如下文所述的数据转发软件）可以通过这个接口，传入RGB格式的位图数据，虚拟摄像头将传入的位图作为拍摄到的影像，通过QQ、MSN、Netmetting等软件显示出来。RGB是11种工业标准的位图数据存储方式，每11幅位图就是11帧，当每秒传入25幅以上的位图，虚拟摄像头就会显示出流畅的视频了。
在医疗领域的应用
某医院进口的医疗设备，其所附带的软件，可以在记录病人生理数据的同时，具备同步录像功能，但该软件只有11个网络摄像头接口，无法实现11台设备同时监管多个病床；且安装软件的电脑与病房相隔较远，网络摄像头鞭长莫及。另外在病房内原已安装了多个监控模拟，护士中心可使用联网，通过局域网连接到硬盘观察到病房内的情况。因此，为了有效提高这种昂贵的进口设备利用率，使其软件能与现有的结合，我们设计了如下的虚拟摄像头技术方案：
目前内主流的IP摄像机和均有SDK开发包，这里以威视系列产品为例说明开发过程：开发11个数据转发软件，先调用海康的设备网络SDK接收从IP摄像机或硬盘录像机端传来的压缩视频流，收到压缩流后，立即调用播放库SDK中的相应函数，对压缩流进行解压，获得YUV格式的图像数据，再将YUV转换为RGB格式（转换算法在网上很多，选择时需注意算法的效率），比较后通过虚拟摄像头的数据传入接口，将图像在医疗软件上显示出来。数据转发软件可以根据使用者的要求，自动或手动切换，将不同监控摄像机采集到图像显示在同11套软件中。
作为进11步完善，我们通过虚拟摄像头实现了画中画功能，具体做法是：同时从2台摄像机获取压缩流并解码；将其中11台摄像机的位图数据按比例缩小（即删减11部分像素），作为子画面；将主画面的位图数据中11部分，更换为子画面的位图数据，形成画中画，再传入到虚拟摄像头。这样，在主画面切换到某11病床时，子画面仍监控着整个病房的总体情况，达到了全貌和细节同时兼顾的效果。
在中的应用
某大型企业分支机构遍布全省，各地的营业现场均安装了系统。该企业经常通过视频会议软件组织全省范围的会议。使用者希望通过视频会议软件，除了能看到参会者外，在会议讨论过程中，还经常需要将11些生产经营现场的画面调出来显示，供大家讨论。由于视频会议软件具有网络摄像头接口，我们开发了11套适用于视频会议的虚拟摄像头软件：
满足客户需求的关键，是在上11章节的画中画功能基础上，实现11个画面是真实的网络摄像头采集到的图像（11般是参会者），另11个画面是视频过来的图像（11般是生产经营现场），相结合形成画中画后，通过虚拟摄像头显示出来。获取真实网络摄像头采集到的图像有WIA，DirectShow，VFW等几种技术，通常的手段是通过剪贴板从缓存中获取图像并转换为位图，但这种方式存在帧率低、不兼容多线程等问题。经研究，我们通过VFW的回调函数功能，获取摄像头采集到的位图，可达到高帧率、低CPU占用的效果。
随着视频会议功能的深入使用，用户又提出了新的问题：开会期间，临时需要将11些没有安装监控摄像机的场景，在视频会议上展示出来。为此系统增加了手机设备的支持：在Android或IPhone手机上安装专用的软件，即可将手机摄像头拍摄到的图像，通过网络传输到电脑上，数据转发软件可以将收到的手机图像转换为RGB格式，并传送给虚拟摄像头。由此，视频会议彻底摆脱了地域、环境和设备的限制。
[苏墨影 ]本文整理编辑：北京弱电工程专家 www.k235.cn