窄帶寬下的視頻傳輸解決方案

張巖

摘要： 為滿足現代化各行各業、政府、學校的安全和科學系統化管理的需要，對隨時發生的情況進行全面、及時的了解和掌握，對意外情況能迅速做出正確判斷，并給出正確、快速的指揮和處理。我們做出一套完整的實時監控系統，對當前所發生的事情作出及時的判斷和處理，確保其不受損失和破壞。

關鍵詞： 窄帶寬；視頻傳輸

一、概述

隨著網絡技術的不斷發展和完善，數字化的網絡視頻監控技術也在飛速的發展，并逐步進入各行各業。嵌入式視頻監控技術的成熟和普及使得安全監控變的更加靈活、方便，且不受地域限制，管理者可通過任何有網絡（局域網、廣域網和無線網絡）的地方對企業進行實時監控和錄象，實現異地統一管理。

系統是完全架構在網絡之上，安裝起來極其方便，基于本地的網絡線即可實現，無須架設其他線路和設備。由于網絡攝像機本身具有即插即用的特性，使得擴充起來特別方便。高壓縮技術（MPEG-4）的應用，能很好的節約企業資源和社會資源，減少了企業在這一領域的資金投入，使得做到用少量的投入換取解決更多更大的問題[1]。

二、系統特點

網絡遠程監控系統采用標準的互聯網協議，架構在局域網、廣域網和無線網絡之上，可與各種類型的不同的以太網設備無縫連接。無須鋪設專用的視頻和控制電纜，授權用戶可在網絡的任何計算機上對監控現場實時監控，同時能與本地系統緊密結合，真正做到一網多用。

系統為分布式監控系統，不但架構靈活、擴充簡便、成本具有絕對優勢、功能也更符合網絡時代的需求。針對遠距離的多點式監控，分布的點越多，優勢將越突出。在維護保修方面更可節省大量的時間與費用。其主要特點為：

分布式集中管理：基于互聯網的網絡視頻傳輸，可以將遠距離的多點集合在一起，完全實現遠程多點集中管理。該系統不但方便總部統一管理，也為各分部增加一個很好的數據備份機制。

本地、異地同步：每個分布點在本地監控的同時，總部在遠端同樣可以實時的方式進行觀看和錄象，保證了視頻資料的及時性和管理的同步性。

遠程維護和管理：總部通過軟件遠程管理系統設備，不必到達設備現場，提高了設備維護效率。同時，可以對用戶信息進行修改，包括遠程增加、刪除、監控地點、用戶的控制權限、錄像時間等信息。

安全控制管理：密碼保護機制以及權限設置，限制各用戶只能在自己權限內的操作監控圖像。

移動觸發報警和錄像功能：基于軟件的移動偵測技術，針對較為機密的場合進行全天候安全監控，并對突發的移動事物進行觸發報警和及時錄像。

性能穩定可靠：DL網絡攝像機基于嵌入式技術，采用嵌入式實時多任務操作系統，系統穩定性、可靠性大大提高，無需專人管理，非常適合于無人值守的環境。

安裝方便、使用簡單：網絡視頻監控系統極大的簡化了監控系統中可能涉及的設備種類和數量，它完全取代了模擬監控系統中的視頻矩陣、切換器、畫面分割器、字符疊加器等不僅減少了調試設備的施工周期，同時減少設備的使用，提高整體系統的穩定性和可靠性，減少日后維護設備的難度。

圖像清晰：系統采用目前國內最新技術研發的網絡攝像機，完全基于國際最新的MPEG4 壓縮方式進行圖像壓縮，通過幀重建技術，能利用很窄的帶寬來壓縮和數據傳輸。

良好的可擴展性：由于該系統是完全基于網絡架構實施，可以將每個結點延伸到任何地方，并且可以就近連接，與整個局域網實現無縫隙銜接。同時，網絡攝象機本身即插即用的特性，使得擴充變得更加簡單，無須另外架設線路。

高性價比：設備成本低，性價比高，功能強、穩定性高。只需連接電源與網路線，即插即用，在排除了以往監控工程的復雜程度及安裝、調試，節約投資成本；尤其在存儲設備上，因為高壓縮所以節省了大量的空間與成本。

三、系統說明及網絡架構圖

網絡視頻遠程監控系統是一套完全基于網絡之上，利用現有的互聯網技術，將若干個互不相連的網絡（局域網，城域網等），通過Internet 連接在一起構成的龐大的網絡視頻監控系統。系統由若干個本地監控網絡（分點）組成，每個本地監控網絡即為一個局域網，由若干個網絡攝像機通過交換機或路由器連接構成，是一個完全獨立的本地監控系統，本地可以通過電腦進行監控，錄象，設置等操作。每一個本地網絡（分點）通過路由器各自連接互聯網，通過Internet 最終集中在一起，總部在遠端通過PC 機或等離子純平電視（每路顯示16 或64 畫面，）進行監控和錄像，根據需求進行遠程云臺控制操作，并將錄象數據存儲在遠端服務器，在必要的時候，可遠程調用不同分點的錄像資料進行回放，最終實現遠端集中監控管理。每個分點可架設多臺網絡攝象機 （可任意擴充）。

屏幕傳輸是實現計算機遠程監控等實際應用系統中的關鍵技術之一，具有較廣泛的應用價值.VNC系統，作為利用復制屏幕圖像實現屏幕傳輸的著名解決方案，以其一系列獨特的優勢正獲得越來越多的關注和廣泛應用，但VNC在窄帶寬下的性能尚有待改善.我閃以VNC系統為基礎，研究了如何提高窄帶寬下的屏幕圖像傳輸性能問題.提出并實現了能滿足客戶端用戶對屏幕圖像的關注程度和顯示速度 求的兩個新方案：1）漸進傳輸方案.首先傳送到客戶端的僅是8Bits的圖像，用戶可以按需要作出操作或等待更清晰的16 Bits圖像.2）感興趣區域方案.

四、監控方式及系統互動

（一）基于PC的軟件監控（DL_Loader）

系統架設于網絡之上，以數字信號進行傳輸，觀看端主要以基于PC 機的應用軟件（DL_Loader）為主，軟件集本地監控和遠程監控于一體，支持本地與異地同步監控和錄象的功能（詳見附錄應用軟件）。

軟件主要包含三個部分：

本地設置軟件（Setup）：包括設置攝像機、上網方式、圖象調節等；本地監控軟件（DVR）：包括監看、錄象、運動檢測報警，錄象回放、拍照等；遠程監控軟件（Viewer）：包括：遠程監看、錄象、拍照等。本地觀看主要以DL_DVR 為主，最大支持同時16 畫面，支持多畫面翻頁功能。遠端觀看主要以DL_Viewer 為主，最大支持同時16 畫面，支持地域分組功能（即每個加油站為一個組，每組包含該站點的所有攝像機）。

其軟件功能特點有：本地設置攝像機參數和視頻畫面等；本地多畫面觀看、錄象、回放、報警以及拍照等；遠程多畫面觀看、錄象及拍照等；遠程回放錄象內容；自由調節畫面分割（1、4、6、8、9、16 畫面）；遠程PTZ操作（包括鏡頭旋轉、拉近拉遠、預設定點、自動巡航等）；畫面式PTZ操作，即直接在視頻畫面上進行PTZ操作[2]；

（二）基于手機的軟件實時監控（DL_Moivo）

除了支持PC 端觀看，系統還支持PDA 手機觀看。手機端觀看是基于軟件DL_Movio 之上，用戶只需輸入相應帳號和密碼即可看到對應的視頻畫面，不需任何設置，即時連接觀看。

五、錄象與回放

（一）本地錄象與回放模式

本地錄象與回放是基于軟件DL_DVR 操作和執行（詳見附錄軟件應用），存儲設備以網絡附加存儲器NAS 為主（可根據情況更改），以PC 機為監控終端，執行本地監控和錄象任務，并在必要情況下對存儲資料進行回放處理。

（二）遠端錄象與回放模式

遠程錄象是基于服務器架構之上的存儲方式，攝象機端通過Internet 直接將視頻數據存儲于遠端服務器，在服務器端集中處理，實現遠程多點集中式錄象。同時，伴隨本地監控錄象，實現本地和遠端同步錄象及遠程數據備份等功能。各分點的錄像資料在本地存儲的同時，又可以通過Internet 將錄像資料存儲在遠端服務器（總公司）之上，避免了下屬支行手動上傳資料的工作。在必要的時候，總公司可隨時調用或回放下屬分點的錄像資料（權限許可情況下）[3]。

六、設備及用戶管理

（一）設備管理主要有

自定義設備名稱：用戶可自定義攝像機名稱以區別區域及應用點；選擇應用模式：改變攝象機應用模式以實現不同的管理機制；添加和刪除設備：每臺網絡攝像機具有唯一的 ID 號碼，用戶可在后臺自行添加或刪除設備。選擇連接服務器：選擇或更改連接服務器，實現不同的管理方式；調節分辨率及幀數：根據不同的網絡環境調節對應的圖象格式及分辨率和幀數，以達到不同的視頻效果。

定制錄象計劃：根據不同的環境需求定制不同的錄象計劃，劃分不同的時間段，以達到最佳的錄象效果并節約存儲資源。

（二）用戶管理主要有

用戶添加：添加需要觀看的用戶，并分配其帳號和密碼；設置用戶權限：設置用戶級別以及用戶操作權限等；分配攝象機權限：分配不同用戶不同的攝像機，劃分其管理范圍。

七、系統基本需求

（一）帶寬要求

基于網絡架構的視頻傳輸系統，對網絡帶寬具有一定的要求，每一路攝象機占用帶寬大概在200K 左右，以此為基點可以算出需要的帶寬大小，并選擇相應的帶寬。

（二）服務器架設環境

架設服務器必須選擇帶寬足夠大的網絡環境，以確保較大數據量的傳輸和處理。具體環境由攝像機數量而定，或應用方選擇。

（三）電腦基本配置

用戶端主要以PC 機進行觀看和調試。系統對PC 具有一定的要求，一般情況下，簡單的配置即可應用。以下是一些基本參數僅供參考：操作系統：WindowsXP、2003/2000Server 等；內存要求：256M 及以上；顯卡要求：1024X768 以上顯卡即可，建議使用獨立顯卡；硬盤大小：不限制（注：如果說用戶需要將錄象存儲在電腦上，需要根據計算來選擇硬盤，計算方式參考附錄）。

八、系統安裝與測試

（一）安裝

因為該系統是完全基于網絡的布局，網絡線路可以就近結點（例如：選擇距離攝像機最近的交換機或路由器為一個結點），所以安裝起來非常方便，對于已經有網絡布線的加油站來說，幾乎是不用動用太多資源即可實現整個安裝過程。既節省時間，又避免資源的損耗。即便是沒有鋪設網絡線，安裝起來也非常方便。由于網絡線本身具有較好鋪設性，系統構建起來也就非常方便。

（二）調試

系統架設好以后就需要進行完整的調試過程。調試主要分鏡頭調節、軟件調試、以及錄象控制等。在攝像機安裝好以后，我們必須對每臺攝的鏡頭進行對焦，以保證能控制有效的距離和較好的清晰度。軟件調試是一個非常簡單的過程，一般情況下，網絡攝像機已經具有基本的默認設置，安裝時幾乎不用設置即可使用。

錄象控制主要以存儲設備控制為主，針對本地和遠程存儲進行對應的操作，確保存儲設備能正常運行即可。

（三）交付使用

通過完整的系統調試并確保運行無誤之后，就可直接可交付使用。

九、主要設備介紹

（一）網絡視頻服務器（DL-001a）

DL-001a是一款嵌入式的MPEG-4 網絡監控編碼器。它以先進的技術，針對有限頻寬下的應用進行了影像與聲音的優化，是面向那些需要很高圖像質量，并且以遠程方式通過Internet 或Intranet等寬帶網絡來監控的用戶所開發的產品。

（二）CCD網絡攝像機（DL-002A）

DL-002A 是一款嵌入式的MPEG-4 網絡監控攝影機。它內建CCD 鏡頭，并以先進的技術，針對有限頻寬下的應用進行了影像與聲音的優化，是面向那些需要很高圖像質量，并且以遠程方式通過Internet或Intranet等寬帶網絡來監控的用戶所開發的產品。

（三）網絡附加存儲器（DL-010a）

DL-010a是一款Mini型網絡存儲設備，體積較小，方便使用放置，適合較小容量的網絡存儲和管理，具有很好經濟實用性和性價比。

【參考文獻】

[1]韋建楠，莊雷.P2P流媒體中未知覆蓋網拓撲信息的節點選擇策略 [J].計算機應用研究. 2012 （04）

[2]譚明鋒，龔正虎，高蕾.基于有限前綴擴展和多Hash函數的動態IP路由查找算法 [J].電子學報.2005 （11）

[3]郭亮，杜友福，楊冠慰.網絡流媒體的研究及其廣告應用[J].電腦知識與技術. 2008 （15）