网络视频监控系统设计_关于网络数字化视频监控系统的实际应用

　　摘 要：传统的模拟视频监控系统存在造价高、布线工程量大、易衰耗、扩展能力差等缺点，视频监控系统正迅速从基于有线电视技术的模拟视频监控系统向基于IP技术的数字视频监控系统方向发展。本文从实际应用的角度出发，比较分析了采用3级分布式架构的网络数字化视频监控系统的优点，揭示了该系统利用多种通信链路传输流媒体数据的传输方式，同时阐述了“动中通”监控对象和多用户实时监控的实现过程。
　　关键词：视频监控系统 流媒体 编码 动中通
　　
　　引言
　　
　　视频是时间近似连续的图像序列。传统的模拟视频监控存在局限性，主要表现为系统设备多、安装复杂，而且造价昂贵、维护成本高；只能点对点监控，无法联网，且系统安装、布线工程量较大；传输距离较远时，易产生衰耗、图像质量下降，传输距离有限；系统的扩展能力差，对于已经建好的系统，增加新的监控点就要破坏原有的系统。
　　目前，随着数字视频编码技术以及网络技术的发展，视频监控系统正迅速从传统的基于有线电视技术的模拟视频监控系统向基于IP技术的数字视频监控系统方向发展。数字视频监控系统采用数字编码压缩技术，视频数据通过IP网络进行传输，可以提供高质量视频监控，并且监控范围更加广泛。数字视频监控凭借其自身的优势正逐渐取代传统的模拟视频监控，成为市场的主流［１］。本文提出了以数字视频处理技术为核心的网络数字化视频监控系统，结合网络技术、多媒体技术，克服了传统模拟监控的缺点，满足了实际中远程监控对象的需求。
　　
　　1 系统概述
　　
　　本文提出的视频监控系统采用3级分布式架构，如图1视频监控系统示意图所示。视频采集系统，负责对前方进行视频监控，并将采集到的模拟信号压缩转换成数字信号，通过编码转换成流媒体。传输系统，负责将流媒体数据从视频采集系统传输至控制中心。控制中心将收到的视频流一部分解码并还原成模拟信号投放到电视墙上，一部分传送到流媒体服务器上存储并通过网络广播分发出去。授权的客户端软件通过选择态势图上的对象，连接对应的广播站，获取流媒体数据，并通过内嵌在软件里的媒体播放器播放达到实时监控的目的，并且客户端软件可对多个对象同时进行视频监控。
　　
　　
　　2 视频采集系统
　　
　　视频采集系统由三部分组成：
　　a) 监控设备：该系统采用半球像机、红外像机、云台等摄像机，使用这些设备主要负责采集视频信号。
　　b) 视频压缩卡：视频信号信息量非常大。比如按PAL制编码90分钟影片，分辨率352*288、每像素24bit，数据量高达657180Mb。如此庞大的数据如不进行压缩处理，无论传输、存储都很困难［２］。所以，系统中需要采用视频压缩卡，利用当前国际上流行的H.264或者MPEG-4标准进行高品质MPEG-4视频压缩，压缩比最高可达200∶1［３］。
　　c) Windows Media Encoder：考虑到经济性和操作系统很好的兼容性，系统选择Windows Media Encoder作为编码器。它是微软公司开发的免费流媒体编码器，可以将文件扩展名为wma、wmv、asf、avi、wav、mpg、mp3、bmp和jpg等文件转换成为Windows Media服务使用的流文件。asf、wma和wmv文件扩展名代表标准的Windows Media文件格式。Encoder配置时候，首先设置“源来自设备”，同时选择对应的视频卡和音频输入卡，如图2所示：
　　
　　接下来设置编码器的拉传递，输入一个唯一的端口号，同时也可以根据需要选择保存视频文件在本地，如图3所示：
　　
　　设置好其他参数后，最后开始编码，生成流媒体。
　　整个视频采集系统完成了视频信息采集，模拟信号转换成数字信号，最后通过高品质的视频压缩编码成流媒体数据，完成了数字化的过程。
　　
　　3 传输系统
　　
　　系统采用有线和无线两种方式完成流媒体从视频采集系统传输至控制心。
　　有线方式：系统利用现有的网络布线，使用ADSL+路由器等传输通讯终端设备传输流媒体数据。也可以采用具有传输质量高、信道稳定等优点的光纤信道，复用光缆远距离传输流媒体数据。
　　无线方式：对于有些监控对象不固定的需求，系统采用802.11G标准的宽带无线接入设备和CDMA网络通信传输数据。无线传输方式具有传输距离远、低时延（对视频应用非常关键）和设备成本低的特点，可以提供高效和经济的视频传输解决方案。采用802.11G标准的宽带无线接入设备提供11Mbps/54Mbps的高网络带宽，可以将不同地点的现场视频信息通过无线通讯方式实时传送到控制中心，能够保证视频流的稳定持续传输，最远传输距离可以达到50公里以上，并且不受山川、河流、桥梁道路等复杂地形限制。采用CDMA网络无线传输，利用CDMA路由器在联通CDMA1X公共网络上实现80K以上的数据传输，实现“动中通”传输。
　　无论采用基于现有的标准网络布线的有线方式，还是采用不受环境地形影响甚至可以“动中通”的无线方式，都要在速度、性能、距离、稳定性、性价比、管理维护等各方面优于模拟监控系统中采用的模拟布线方式。
　　
　　4 控制中心
　　
　　控制中心主要完成流媒体接收，管理存储，最后再广播分发出去的功能。它由流媒体服务器和存储服务器组成。
　　流媒体服务器是控制中心的核心部分。它接受视频采集系统传输过来的流媒体数据，建立广播站对外广播。因为流媒体服务器的核心是Media Services服务，所以系统中我们采用了Win2000 Server作为流媒体服务器的操作系统。进入流媒体服务器配置，建立只进行分发的多播广播站，设置的媒体编码器路径为“HTTP：//编码器机器名（或编码器机器IP地址）：端口号”。建立多播广播站后，进入单播广播站建立单播发布点，媒体源选择广播站，地址输入“MSBD：//媒体服务器机器名（或媒体服务器IP地址）/多播广播站名”，并为此单播发布点取一个唯一标识，以区分其它视频流。通过这样设置广播站的方式，系统可以根据监控对象的不同，建立起不同的广播站对外分发。
　　存储服务器是将接受到的流媒体存储起来，实现监控视频数字化存储，以备用户随时调用查看。
　　另外系统也可根据工程的需要增加视频矩阵器、画面分割器和电视墙，实现数字信号还原投放电视墙多画面监视多个对象的需求。
　　
　　5 客户端
　　
　　客户端软件是用户直接监控对象的窗口。既可以采用B/S架构软件，通过IE直接访问Web页面观看；也可以采用C/S架构软件，实现功能更为强大的视频监控管理。可使用Visual Stadio 2005.Net开发工具提供的WMPlayer插件供直接调用，或根据需要设计功能更为强大的UC控件，嵌入软件框架中作为视频监控模块供别的软件模块调用。最后建立保障对象和控制中心视频流的联系，也就是在数据库中建立保障对象和单播发布点的对应关系。根据需要可以在软件页面中插入多个UC控件，满足多监控对象和多画面监控的需求，取代了模拟监控系统中的视频矩阵切换器、画面分割器、字符叠加器等，不仅减少了调试设备的施工周期，同时减少了设备的使用，可提高整体系统的稳定性和可靠性，减少日后维护设备的难度。
　　
　　6 系统性能分析
　　
　　整个系统有着无缝的扩展能力，布控区域相当广阔，增加一个设备只是意味着占用一个IP地址。数字化网络视频监控系统的优点是克服了模拟闭路电视监控的局限性：首先，它可以利用有线或者无线的方式在计算机网络(局域网或广域网)上传输图像数据，基本上不受距离限制，信号不易受干扰，可大幅度提高图像品质和稳定性；其次，它可利用计算机网络联网，网络带宽可复用，无须重复布线；再次，它还极大地简化了监控系统中可能涉及的设备种类和数量，用软件取代了模拟监控系统中的视频矩阵切换器、画面分割器等设备，提高了整体系统的稳定性和可靠性；另外，数字化存储成为可能，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，查询十分简便快捷。由于系统的模块化设计，整个系统便于安装、管理、维护。在遇到监控对象不固定、受地形限制难以布线和需要“动中通”等问题时，可采用无线传输方式，快速搭建起无线链路，保证视频流数据的传输，建立新的视频监控系统或对现有的视频监控系统进行扩展，具有很强的灵活性和可扩充性。简单来说就是能够做到3A特点：“Anyone”，任何人多用户监控；“Anywhere”，任何地点都可以监控和被监控，甚至可以“动中通”；“Anytime”，只要网络畅通，系统就可以复用现有的网络随时监控，甚至可以调用存储的历史纪录查看，保证时时都可以监控。
　　
　　结束语
　　
　　本文提出的基于多通信链路的网络数字化视频监控系统可以利用现有的网络资源，远距离低损耗地传输视频数据，在恶劣的网络条件甚至是网络无法到达的地区采用无线技术设备作保障，保证监控的实时性和时时性。可以广泛地运用在多场景视频会议、部队野战训练、前线战斗、边防巡逻、森林防火、易燃易爆区、核生化污染区以及后勤油库、军需库等需要视频监控的军事保障目标。随着通信技术的发展，数据的传输正朝着高速率、低损耗、远距离的方向发展，我们有理由相信，网络数字化视频监控系统将会拥有更加广阔的市场前景。
　　
　　参考文献：
　　[1]吕潇超，侯增选.基于C／S结构的数字视频监控软件系统.科学技术与工程，2007:7(9)-1894-1898.
　　[2]张亮.远程交通监控中的视频传输.中国人民公安大学学报：自然科学版，2004年第一期.
　　[3]张翔，张宁.基于IP视频监控应用的H.264视频压缩.工业控制计算机，2003年12期.