基于網絡的視頻監控系統的設計與實現

董向華， 楊 勇

（①91469部隊，北京 100841；②海軍駐成都地區通信軍事代表室，四川 成都 610041）

0 引言

隨著計算機技術、網絡通信技術及視頻壓縮編碼技術的飛速發展，各行各業的信息化建設不斷深入，紛紛加快了信息網絡平臺的建設，網絡已經滲透到了社會生活的各個方面。人們正逐步轉向利用計算機和網絡資源來提高工作效率和工作質量，甚至利用網絡資源完成傳統方法難以實現的夢想。基于網絡平臺的多媒體通信應用開始進入實用和普及化階段。網絡視頻監控以強大的聯網功能、靈活的使用方式受到許多行業用戶的熱情歡迎。

1 網絡視頻監控系統的概念

網絡視頻監控系統是以計算機（視頻服務器）為核心，以現有的網絡為承載平臺，利用局域網高寬帶、高速度的特性，集中調度和控制各種前端設備及子系統[1-2]。該系統除了能夠完成對設防區域的可視監控、對前端視頻/音頻采集設備的遠程控制等傳統功能外，其最大的特點就是數字化、網絡化、智能化。

視頻監控系統的網絡化在某種程度上打破了布控區域和設備擴展的地域和數量界限，使網絡上的任何一臺授權分控計算機不受時間及地域的限制，可通過網絡來實現對整個大型網絡監控系統的分控。系統的網絡化將使整個網絡系統硬件和軟件資源的共享以及任務和負載的共享，這也是系統集成的一個重要概念。

2 網絡視頻監控系統的設計及其實現功能

網絡視頻監控系統，完全構架在網絡平臺上。硬件上采用嵌入式視頻服務器技術，軟件上采用圖像數據庫技術，符合國際數字視頻、音頻通訊標準和互聯網（INTERNET）標準。該系統極大的發揮了網絡資源共享的優勢，可根據不同部門的需要，實時調用所需圖像。該系統也有很強的安全管理功能，確保數據的安全性。該系統廣泛用于電力、電信、交通、部隊等行業。

本設計方案根據組網方式分為本地監控系統和網絡監控系統兩個主要部分，原理示意圖如圖1所示。整個系統建立在多媒體網絡應用環境，同時支持TCP/IP網絡傳輸，具有操作簡便、控制靈活、彈性配置、擴充方便、保密性強等特點[3]，對每一個監控點都可進行24小時的實時監視，并可進行硬盤錄像或重放，還可以根據時間日期進行錄像檢索。

圖1 網絡視頻監控系統原理示意

2.1 本地視頻監控系統的設計

本地監控系統主要包括前端系統和嵌入式視頻服務器，如圖2所示。

圖2 本地監控系統示意

1）前端系統：由高分辨率彩色CCD攝象機、電動鏡頭、云臺、防護罩、多功能解碼器、視頻多媒體端機等設備組成。所有前端設備均按標準監控系統前端設備規范配置，其中視頻多媒體端機可實現對現場信號及音頻信號的采集，還可以通過前端解碼器采集報警信號，并向解碼器發出控制指令，控制云臺及電動鏡頭做各種旋轉及變焦距等。采集的視頻信號可以按MPEG-4或H.264壓縮方式存儲到硬盤上，供事后查證。在網絡視頻設計中，攝像機的選擇需要根據現場監控距離和監控范圍選用相應的定焦或變焦攝像機作為視頻采集設備，同時使用室內或者室外防護罩保護攝像機。由于網絡視頻監控系統的監控點相對比較分散，攝象機到多媒體端機之間的距離均小于 1km，所以攝像機可直接采用通過視頻電纜、音頻電纜及通信控制電纜連接到插有多塊視頻采集卡的多媒體端機上，監控終端將捕獲的視頻信號轉換為基于TCP/IP標準的數據包，通過RJ-45以太網接口發送到監控終端上。

2）視頻服務器：前端視頻壓縮系統這里采用模塊化的 VC3200系列嵌入式視頻服務器，該系統完全脫離 PC平臺，建立在嵌入式處理器和嵌入式操作系統上（而不是PC處理器和PC操作系統）。同時具備嵌入式數字硬盤錄像機和嵌入式視頻服務器的功能（DVR+DVS）。該系列嵌入式視頻服務器，主要任務是實現對多路視音頻信號的切換，并通過網絡通信線路對指定的前端設備進行各種控制。其可接入多路視頻圖像，具有視頻信號和音頻信號的實時H.264全硬件同步壓縮、壓縮碼流記錄硬盤、實時視頻及音頻預覽、視頻信號和音頻信號的切換、本地錄像文件回放、實時網絡傳輸、遠程文件回放和下載、支持流協議（RTP/RTCP、RTSP）、支持雙向語音對講、支持IE瀏覽等功能。

VC3200系列嵌入式視頻服務器具有這些優點：①系統功能完善，網絡功能強大；②采用先進的H.264視頻壓縮算法，畫面清晰流暢，網絡帶寬占用低；③采用TCP/IP技術，與現有網絡完全兼容；④錄像占用資源少，可長時間、大規模實時錄像。

2.2 網絡視頻監控系統

網絡視頻監控功能的實現主要是通過網絡視頻系統軟件來實現的，該系統為B/S結構[4-6]，采用SQL 2000數據庫對用戶權限、登錄認證和圖像調用等操作分別進行認證。該系統主要分為圖像監控服務器和客戶端兩部分。

1）圖像監控服務器：是網絡視頻監控系統的數據處理中心，主要負責用戶身份認證，控制權限管理，錄像處理，報警信息處理和聯動時間出發等功能。主要由服務器、數字硬盤錄像機（DVR）、WINDOWS NT/2000操作系統、SQL Server數據庫服務器、圖像數據庫，WEB服務器軟件及遠程視頻監控系統服務器軟件組成。其主要有密碼保護，系統訪問認證，遠程設備監控，多畫面監視，畫面全屏，多畫面輪巡，控制優先權機制，系統分組，遠程錄像查詢和回放，手動抓圖，遠程報警及聯動控制，用戶管理，電子地圖等功能。

2）客戶端：用戶可利用連接在網上的任何一臺臺式機或筆記本電腦當作客戶端。在安裝相關監控軟件之后，即可成為一個監控客戶終端，用戶完全擺脫了地域的限制，隨時隨地都能監視到本系統各監控點位的圖像，并可進行控制。該用戶操作界面為標準的互聯網（INTERNET）瀏覽器。監控終端通過網絡登錄到系統服務器后，即可進行授權的各種視頻圖像監控操作，其主要具有實時圖像監控，矩陣控制(可選功能)，錄像的設置和操作，設備管理（僅限于系統管理員），用戶管理（僅限于系統管理員），電子地圖等功能。客戶端建立在局域網的基礎上，實際上相當于整個監控系統中的一個分控，它可以選擇某一臺多媒體端機，并從中選擇某一個監控點的圖象進行監看，還可以對其該點位的云臺及電動鏡頭進行控制。在以太網環境下，通過TCP/IP通信協議可實現網絡多級分控[7-8]，網絡上的任何授權客戶端都可以通過系統主機來調看任意監控現場的圖像，并向前端解碼器發布指令，對云臺鏡頭進行控制。多個監視現場的圖像可以在同一網絡分控端的屏幕上同時顯示出來。在SDH環網上，經由2 Mb/s的E1信道傳輸還可以實現遠程多媒體監控，在控制中心可以監看數百公里以外的現場圖像及監聽該現場的聲音，并對其攝像機的云臺及鏡頭進行各種控制。

2.3 監控中心設備構成

本系統中的視頻監控中心，擬配置Web服務器、視頻監控服務器、視頻交互服務器、數據庫服務器各一臺，配置視頻終端、值勤管理終端各一臺，安裝電視墻（含12個監視器，大屏幕顯示設備1套）及控制設備一套，如圖3所示。其中監視器可采用液晶顯示器，中間大屏幕顯示設備采用大屏背頭方式。

圖3 監控中心組成

通過雙絞線將這些服務器、終端連接到1臺以太網交換機上，以太網交換機通過防火墻連接到路由器上，通過路由器與上級管理中心和下級監控中心互聯。

3 結語

文中設計的系統——基于網絡實現的視頻監控系統，是集全動態視音頻信號采集、監視、連續實時記錄以及前端攝像機及其他輔助設備控制于一體的數字視頻監控系統。它采用計算機多媒體技術、數字視頻處理技術、網絡通信技術以及成熟的視音頻壓縮技術，以計算機（工控機）為平臺，以硬盤為存儲介質，實現視音頻信號的實時同步采集、壓縮和記錄，替代了傳統的模擬錄像及監控設備。該系統安裝成本低，操作簡便，全數字理念，易擴展，易升級，對于已經完成網絡綜合布線的區域在實施監控時不需重新布線，可充分利用現有網絡資源。

該系統是構架在網絡系統平臺上的新一代數字視頻監控系統，實現了網絡化、智能化、一體化的遠程視頻監控[9-10]。隨著網絡技術的不斷發展，基于網絡的視頻監控系統傳輸質量更高，傳輸速度更快，此系統必將廣泛應用于各行各業，有很好的發展前景。

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