基于Openh323的網絡視頻監控系統

鄧中亮 陳海群

北京郵電大學電子工程學院 北京 100876

0 引言

視頻監控系統是安全防范系統的組成部分，它是一種防范能力較強的綜合系統。視頻監控以其直觀、方便、信息內容豐富而廣泛應用于電信、電力、交通、銀行、水利、智能大廈等許多場所。近年來，隨著計算機、網絡以及圖像處理、傳輸技術的飛速發展，視頻監控技術也正在朝著數字化和網絡化的方向發展。

網絡視頻監視系統是指基于網絡(INTERNET)在PC機或其它嵌入式系統中運行以C/S或B/S等結構為基礎的實時單向傳輸視頻數據的應用系統，隨著IP網絡的實時視頻通訊技術的長足發展，在此基礎上，出現了許多視頻壓縮通訊標準，如MPEG-1、MPEG-2、H263、H264、H.323和T.120等標準。

1 Openh323的簡介

Openh323是為開發使用H.323協議在IP網上進行多媒體通信的應用程序而專門設計的全功能協議棧。

Openh323計劃極好地遵循了ITU H.323 v4標準，基于POSIX1.l(可移植操作系統工業標準)調用建立了一套完整的H.323協議棧。該項目還嘗試性的開發了一套包括PSTN網關、網守、客戶端在內的應用程序包，能夠非常好地在各種Unix類操作系統、Windows(win32)系列操作系統下運行。Openh323協議棧是在PWLib(Portable Windows Library)基礎之上開發的。PWLIb是一個開放源代碼的函數庫，封裝了I/O、GUI、多線程和網絡功能屬性，目標是支持既適用于Microsoft Windows又能用于Unix操作系統的應用程序的開發。

Openh323類庫結構清晰、功能完善，非常適合于開發多級網絡視頻監視系統時移植和借用。需要說明的是，應用開發中涉及到與存儲管理和系統傳輸相關的基本目標對象類可直接從PWLib中調用或繼承使用。PWLib使用底層操作平臺的API，從基礎上實現容器類(如列表、堆棧等)、I/O信道類、套接字類、GUI模式類、進程線程類等。

2 基于Openh323的網絡視頻監視系統的組成

基于Openh.323 的網絡視頻會議系統主要由MCU(多點控制單元)、H.323 Terminal(終端)、Gatekeeper(網閘或關守)、Gateway(網關)四部分組成，如圖1所示。

2.1 MCU(多點控制單元)

圖1 單個MCU結構圖

MCU 是多點視頻監控系統的關鍵設備，作用相當于一個交換機的作用。它將來自各監控場點的信息流，經過同步分離后，抽取出視頻、數據等信息送入同一種處理模塊，完成相應的視頻混合或切換、控制等過程，最后將各視頻監控場點所需的各種信息重新組合起來。

MCU 主要處理如下兩種類別的信號，分別是：視頻信號，主要由視頻處理器完成；數據信號，主要由數據處理器完成。此外，MCU 結構中的網絡接口模塊和控制處理器也是必不可少的。控制處理器主要負責決定正確的路由選擇，混合或切換視頻、數據信號，并對監控終端進行控制。

2.2 H.323 Terminal(終端)

H.323 終端是提供雙向實時通信的客戶端，具有對視頻信號的編碼功能，還具有傳送靜止圖像、接收并執行上級MCU所發送的指令等數據通信功能。H.323 終端允許不對稱的視頻傳輸，即通信雙方可以以不同的圖像格式、幀頻和速率進行傳輸，這給參會者帶來了很大的靈活性。

H.323 終端由視頻編解碼器、控制單元、多路復用和分解、網絡接口等模塊組成。視頻編碼器負責對從視頻源(如攝像機)來的視頻信號進行傳輸和編碼，常用的視頻編解碼標準為H.261、H.263 和H.264。系統控制單元通過端到網絡信令進行網絡存取，通過端到端信令進行端到端控制，建立公共操作和信令模式。

2.3 Gatekeeper(網閘或關守)和Gateway(網關)

Gatekeeper 是H.323 系統的一個可選組件，一般簡寫為GK，其功能是向H.323 節點提供呼叫控制服務。本區域內的所有H.323 節點必須在本域內的網守上登記注冊，GK 提供的基本服務有：地址翻譯、帶寬管理、許可控制、區域管理。多個GK 組網可形成網狀網結構或主從結構。網狀網結構中每個GK 地位平等，分別管理所連接MCU 的地址解析、區域管理等功能。主從結構GK 組網由一個頂級GK 和多個域GK 構成樹型結構，便于對網絡進行升級擴容。頂級GK 負責域GK的解析，域GK 負責所連接的MCU 解析、區域管理等，但此方式集中管理，穩定性較差。

Gateway(網關)是H.323 會議系統的一個可選組件。網關提供很多服務，其中包含H.323 會議節點設備與其它ITU標準相兼容的終端之間的轉換功能。這種功能包括傳輸格式和通信規程的轉換。另外，在分組網絡端和電路交換網絡端之間，網關還執行語音和圖像編解碼器轉換工作，以及呼叫建立和拆除工作。終端使用H.245 和H.225.0 協議與網關進行通信。

3 系統的組網結構

一個基于Openh.323 的視頻監控系統的組網結構因MCU與MCU 通信結構不同主要分為“星型網絡結構”和“層次化網絡結構”兩種。

在“星型網絡結構”中，MCU 與MCU 是互連平等關系，通信只能在相鄰MCU 間進行，沒有跨MCU 節點傳遞關系。在“層次化網絡結構”中，MCU 與MCU 的連接形成樹根等級關系。在每一根系中，通信可以沿根系進行穿越MCU節點傳遞，所有MCU 通信都是通過根部的MCU 傳遞來完成。

對于單個MCU 組成的監控系統，這兩種結構并無本質區別，但是在大型的監控場所，多個樓群，甚至是不同社區之間的監控系統，通常需要的是多個MCU協同工作。在由多個MCU 組織多點監控時，MCU 與MCU間的數據通信就有著本質的區別，即“星型網絡結構”中，MCU 與MCU 間沒有級連關系，而在“層次化網絡結構”中，MCU 與MCU間有級連關系。

本文給出視頻會議系統的層次化組網結構示意如圖2所示。

一級MCU主要負責對下級轉發的視頻監控數據進行解碼顯示、混合視頻等便于工作人員在顯示器上查看，工作人員對各個監控終端的操作可以直接通過操作此級的MCU便可完成如選擇某一路或幾路視頻圖像的單獨或混合，調整某一路視頻圖像的清晰度，焦距等命令。如果有特殊的需要也可以選擇把各個監控的終端所采集到的視頻存儲在一級MCU上，這樣做出于安全的考慮。二、三級MCU可以看做是上級MCU的終端，為上級服務，除了本身將連接的監控終端所采集到的視頻數據向上級傳送外，還需負責轉發上級所發布的對某個或某幾個監控終端的控制命令，也可以選擇所連接的監控終端采集到的視頻數據存放到本地，便于事后查看。

4 視頻監視系統發展趨勢

圖2 多級MCU級聯示意

隨著計算機科學技術、多媒體技術和通信網絡技術的飛速發展，網絡化已經成為視頻監控行業的必然趨勢。遠程監控和管理的需求快速增長，“平安城市”等項目的建設，監控系統規模龐大、地理位置分散，數據存儲量巨大，傳統硬盤存儲滿足不了系統需求。數字化監控模式在向網絡化監控模式發展已成必然。而目前的清晰度難以滿足銀行、機場、道路監控等高端行業的要求。所以能夠滿足定制化需求、提供一體化解決方案必將成為市場需求熱點。 傳統H323協議棧將例如H264等視頻的編解碼庫固化到程序當中，不便于動態的修改、更新，而Openh323協議棧采用動態鏈接庫編解碼庫的調用更符合未來的發展趨勢。

[1] ITU-T Recommendation H.323.PACKET-Base Multimedia Communications Systems.

[2] 朱勇,高素青.NetMeeting SDK的網絡視頻監視系統[J].電腦編程技巧與維護.2004.

[3] 桂衛紅.視頻通信系統實用指南[M].北京:電子工業出版社.2007.

[4] 畢厚杰.新一代視頻壓縮編碼標準—H.264/AVC[M].北京:人民郵電出版社.2005.

[5] 盧政.如何成功運行OPENH323來開發商業的H.323協議棧.2002.

[6] 李春林.OPENH323源碼分析 http://www.withlin.net/tech 2004.

[7] http://www.openh323.org.

[8] 歐建平. 網絡與多媒體通信技術[M].北京:人民郵電出版社.2002.

[9] 陶智勇. 視頻會議系統及其應用[M].北京郵電大學出版社.2002.