關(guān)于網(wǎng)絡數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實際應用

摘 要：傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在造價高、布線工程量大、易衰耗、擴展能力差等缺點，視頻監(jiān)控系統(tǒng)正迅速從基于有線電視技術(shù)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)向基于IP技術(shù)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)方向發(fā)展。本文從實際應用的角度出發(fā)，比較分析了采用3級分布式架構(gòu)的網(wǎng)絡數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點，揭示了該系統(tǒng)利用多種通信鏈路傳輸流媒體數(shù)據(jù)的傳輸方式，同時闡述了“動中通”監(jiān)控對象和多用戶實時監(jiān)控的實現(xiàn)過程。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控系統(tǒng) 流媒體 編碼 動中通

引言

視頻是時間近似連續(xù)的圖像序列。傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控存在局限性，主要表現(xiàn)為系統(tǒng)設備多、安裝復雜，而且造價昂貴、維護成本高；只能點對點監(jiān)控，無法聯(lián)網(wǎng)，且系統(tǒng)安裝、布線工程量較大；傳輸距離較遠時，易產(chǎn)生衰耗、圖像質(zhì)量下降，傳輸距離有限；系統(tǒng)的擴展能力差，對于已經(jīng)建好的系統(tǒng)，增加新的監(jiān)控點就要破壞原有的系統(tǒng)。

目前，隨著數(shù)字視頻編碼技術(shù)以及網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)正迅速從傳統(tǒng)的基于有線電視技術(shù)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)向基于IP技術(shù)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)方向發(fā)展。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用數(shù)字編碼壓縮技術(shù)，視頻數(shù)據(jù)通過IP網(wǎng)絡進行傳輸，可以提供高質(zhì)量視頻監(jiān)控，并且監(jiān)控范圍更加廣泛。數(shù)字視頻監(jiān)控憑借其自身的優(yōu)勢正逐漸取代傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控，成為市場的主流［１］。本文提出了以數(shù)字視頻處理技術(shù)為核心的網(wǎng)絡數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合網(wǎng)絡技術(shù)、多媒體技術(shù)，克服了傳統(tǒng)模擬監(jiān)控的缺點，滿足了實際中遠程監(jiān)控對象的需求。

1 系統(tǒng)概述

本文提出的視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用3級分布式架構(gòu)，如圖1視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖所示。視頻采集系統(tǒng)，負責對前方進行視頻監(jiān)控，并將采集到的模擬信號壓縮轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過編碼轉(zhuǎn)換成流媒體。傳輸系統(tǒng)，負責將流媒體數(shù)據(jù)從視頻采集系統(tǒng)傳輸至控制中心。控制中心將收到的視頻流一部分解碼并還原成模擬信號投放到電視墻上，一部分傳送到流媒體服務器上存儲并通過網(wǎng)絡廣播分發(fā)出去。授權(quán)的客戶端軟件通過選擇態(tài)勢圖上的對象，連接對應的廣播站，獲取流媒體數(shù)據(jù)，并通過內(nèi)嵌在軟件里的媒體播放器播放達到實時監(jiān)控的目的，并且客戶端軟件可對多個對象同時進行視頻監(jiān)控。

2 視頻采集系統(tǒng)

視頻采集系統(tǒng)由三部分組成：

a) 監(jiān)控設備：該系統(tǒng)采用半球像機、紅外像機、云臺等攝像機，使用這些設備主要負責采集視頻信號。

b) 視頻壓縮卡：視頻信號信息量非常大。比如按PAL制編碼90分鐘影片，分辨率352*288、每像素24bit，數(shù)據(jù)量高達657180Mb。如此龐大的數(shù)據(jù)如不進行壓縮處理，無論傳輸、存儲都很困難［２］。所以，系統(tǒng)中需要采用視頻壓縮卡，利用當前國際上流行的H.264或者MPEG-4標準進行高品質(zhì)MPEG-4視頻壓縮，壓縮比最高可達200∶1［３］。

c) Windows Media Encoder：考慮到經(jīng)濟性和操作系統(tǒng)很好的兼容性，系統(tǒng)選擇Windows Media Encoder作為編碼器。它是微軟公司開發(fā)的免費流媒體編碼器，可以將文件擴展名為wma、wmv、asf、avi、wav、mpg、mp3、bmp和jpg等文件轉(zhuǎn)換成為Windows Media服務使用的流文件。asf、wma和wmv文件擴展名代表標準的Windows Media文件格式。Encoder配置時候，首先設置“源來自設備”，同時選擇對應的視頻卡和音頻輸入卡，如圖2所示：

接下來設置編碼器的拉傳遞，輸入一個唯一的端口號，同時也可以根據(jù)需要選擇保存視頻文件在本地，如圖3所示：

設置好其他參數(shù)后，最后開始編碼，生成流媒體。

整個視頻采集系統(tǒng)完成了視頻信息采集，模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后通過高品質(zhì)的視頻壓縮編碼成流媒體數(shù)據(jù)，完成了數(shù)字化的過程。

3 傳輸系統(tǒng)

系統(tǒng)采用有線和無線兩種方式完成流媒體從視頻采集系統(tǒng)傳輸至控制心。

有線方式：系統(tǒng)利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡布線，使用ADSL+路由器等傳輸通訊終端設備傳輸流媒體數(shù)據(jù)。也可以采用具有傳輸質(zhì)量高、信道穩(wěn)定等優(yōu)點的光纖信道，復用光纜遠距離傳輸流媒體數(shù)據(jù)。

無線方式：對于有些監(jiān)控對象不固定的需求，系統(tǒng)采用802.11G標準的寬帶無線接入設備和CDMA網(wǎng)絡通信傳輸數(shù)據(jù)。無線傳輸方式具有傳輸距離遠、低時延（對視頻應用非常關(guān)鍵）和設備成本低的特點，可以提供高效和經(jīng)濟的視頻傳輸解決方案。采用802.11G標準的寬帶無線接入設備提供11Mbps/54Mbps的高網(wǎng)絡帶寬，可以將不同地點的現(xiàn)場視頻信息通過無線通訊方式實時傳送到控制中心，能夠保證視頻流的穩(wěn)定持續(xù)傳輸，最遠傳輸距離可以達到50公里以上，并且不受山川、河流、橋梁道路等復雜地形限制。采用CDMA網(wǎng)絡無線傳輸，利用CDMA路由器在聯(lián)通CDMA1X公共網(wǎng)絡上實現(xiàn)80K以上的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)“動中通”傳輸。

無論采用基于現(xiàn)有的標準網(wǎng)絡布線的有線方式，還是采用不受環(huán)境地形影響甚至可以“動中通”的無線方式，都要在速度、性能、距離、穩(wěn)定性、性價比、管理維護等各方面優(yōu)于模擬監(jiān)控系統(tǒng)中采用的模擬布線方式。

4 控制中心

控制中心主要完成流媒體接收，管理存儲，最后再廣播分發(fā)出去的功能。它由流媒體服務器和存儲服務器組成。

流媒體服務器是控制中心的核心部分。它接受視頻采集系統(tǒng)傳輸過來的流媒體數(shù)據(jù)，建立廣播站對外廣播。因為流媒體服務器的核心是Media Services服務，所以系統(tǒng)中我們采用了Win2000 Server作為流媒體服務器的操作系統(tǒng)。進入流媒體服務器配置，建立只進行分發(fā)的多播廣播站，設置的媒體編碼器路徑為“HTTP：//編碼器機器名（或編碼器機器IP地址）：端口號”。建立多播廣播站后，進入單播廣播站建立單播發(fā)布點，媒體源選擇廣播站，地址輸入“MSBD：//媒體服務器機器名（或媒體服務器IP地址）/多播廣播站名”，并為此單播發(fā)布點取一個唯一標識，以區(qū)分其它視頻流。通過這樣設置廣播站的方式，系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)控對象的不同，建立起不同的廣播站對外分發(fā)。

存儲服務器是將接受到的流媒體存儲起來，實現(xiàn)監(jiān)控視頻數(shù)字化存儲，以備用戶隨時調(diào)用查看。

另外系統(tǒng)也可根據(jù)工程的需要增加視頻矩陣器、畫面分割器和電視墻，實現(xiàn)數(shù)字信號還原投放電視墻多畫面監(jiān)視多個對象的需求。

5 客戶端

客戶端軟件是用戶直接監(jiān)控對象的窗口。既可以采用B/S架構(gòu)軟件，通過IE直接訪問Web頁面觀看；也可以采用C/S架構(gòu)軟件，實現(xiàn)功能更為強大的視頻監(jiān)控管理。可使用Visual Stadio 2005.Net開發(fā)工具提供的WMPlayer插件供直接調(diào)用，或根據(jù)需要設計功能更為強大的UC控件，嵌入軟件框架中作為視頻監(jiān)控模塊供別的軟件模塊調(diào)用。最后建立保障對象和控制中心視頻流的聯(lián)系，也就是在數(shù)據(jù)庫中建立保障對象和單播發(fā)布點的對應關(guān)系。根據(jù)需要可以在軟件頁面中插入多個UC控件，滿足多監(jiān)控對象和多畫面監(jiān)控的需求，取代了模擬監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻矩陣切換器、畫面分割器、字符疊加器等，不僅減少了調(diào)試設備的施工周期，同時減少了設備的使用，可提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，減少日后維護設備的難度。

6 系統(tǒng)性能分析

整個系統(tǒng)有著無縫的擴展能力，布控區(qū)域相當廣闊，增加一個設備只是意味著占用一個IP地址。數(shù)字化網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點是克服了模擬閉路電視監(jiān)控的局限性：首先，它可以利用有線或者無線的方式在計算機網(wǎng)絡(局域網(wǎng)或廣域網(wǎng))上傳輸圖像數(shù)據(jù)，基本上不受距離限制，信號不易受干擾，可大幅度提高圖像品質(zhì)和穩(wěn)定性；其次，它可利用計算機網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡帶寬可復用，無須重復布線；再次，它還極大地簡化了監(jiān)控系統(tǒng)中可能涉及的設備種類和數(shù)量，用軟件取代了模擬監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻矩陣切換器、畫面分割器等設備，提高了整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；另外，數(shù)字化存儲成為可能，經(jīng)過壓縮的視頻數(shù)據(jù)可存儲在磁盤陣列中或保存在光盤中，查詢十分簡便快捷。由于系統(tǒng)的模塊化設計，整個系統(tǒng)便于安裝、管理、維護。在遇到監(jiān)控對象不固定、受地形限制難以布線和需要“動中通”等問題時，可采用無線傳輸方式，快速搭建起無線鏈路，保證視頻流數(shù)據(jù)的傳輸，建立新的視頻監(jiān)控系統(tǒng)或?qū)ΜF(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行擴展，具有很強的靈活性和可擴充性。簡單來說就是能夠做到3A特點：“Anyone”，任何人多用戶監(jiān)控；“Anywhere”，任何地點都可以監(jiān)控和被監(jiān)控，甚至可以“動中通”；“Anytime”，只要網(wǎng)絡暢通，系統(tǒng)就可以復用現(xiàn)有的網(wǎng)絡隨時監(jiān)控，甚至可以調(diào)用存儲的歷史紀錄查看，保證時時都可以監(jiān)控。

結(jié)束語

本文提出的基于多通信鏈路的網(wǎng)絡數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡資源，遠距離低損耗地傳輸視頻數(shù)據(jù)，在惡劣的網(wǎng)絡條件甚至是網(wǎng)絡無法到達的地區(qū)采用無線技術(shù)設備作保障，保證監(jiān)控的實時性和時時性。可以廣泛地運用在多場景視頻會議、部隊野戰(zhàn)訓練、前線戰(zhàn)斗、邊防巡邏、森林防火、易燃易爆區(qū)、核生化污染區(qū)以及后勤油庫、軍需庫等需要視頻監(jiān)控的軍事保障目標。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的傳輸正朝著高速率、低損耗、遠距離的方向發(fā)展，我們有理由相信，網(wǎng)絡數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)將會擁有更加廣闊的市場前景。

參考文獻：

[1]呂瀟超，侯增選.基于C／S結(jié)構(gòu)的數(shù)字視頻監(jiān)控軟件系統(tǒng).科學技術(shù)與工程，2007:7(9)-1894-1898.

[2]張亮.遠程交通監(jiān)控中的視頻傳輸.中國人民公安大學學報：自然科學版，2004年第一期.

[3]張翔，張寧.基于IP視頻監(jiān)控應用的H.264視頻壓縮.工業(yè)控制計算機，2003年12期.