基于Ｈ．３２３協(xié)議族技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

摘要：提出了一種基于H.323協(xié)議族的H.261和G.728協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程音視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，分析了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，探討了相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程；音視頻；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)14-20859-02

1 引言

遠(yuǎn)程監(jiān)控是在傳統(tǒng)監(jiān)控的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它功能強(qiáng)大、配置簡單、使用方便靈活，完全采用了網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和無線傳輸技術(shù)，能夠充分實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，代表了目前遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的最高水平。在一些連鎖商業(yè)機(jī)構(gòu)的總部，或者是生產(chǎn)性企業(yè)的總部，以及一些重點(diǎn)消防單位還有教育業(yè)，都需要對(duì)下屬的分店，下屬的生產(chǎn)企業(yè)，以及下屬的部門進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。通過傳統(tǒng)的監(jiān)控方式，只能在同一局域網(wǎng)內(nèi)（例如同一辦公室或同一座大樓內(nèi)）實(shí)現(xiàn)，分支機(jī)構(gòu)或移動(dòng)人員無法遠(yuǎn)距離，跨區(qū)域查看主控端從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控。隨著網(wǎng)絡(luò)信息的不斷發(fā)展和寬帶技術(shù)的廣泛應(yīng)用，基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控也應(yīng)運(yùn)而生，利用新技術(shù)代替模擬監(jiān)控和調(diào)度手段突破了傳輸距離上的限制，具有更廣泛的應(yīng)用范圍。本文提出了一種利用H.323協(xié)議族的H.261和G.728協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)由一個(gè)監(jiān)控中心和多個(gè)監(jiān)控單元組成，在監(jiān)控中心和監(jiān)控單元之間通過真幀中繼網(wǎng)連接。系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心由一臺(tái)多點(diǎn)控制服務(wù)器（MCS）、多臺(tái)H.323終端（包括主機(jī)和解碼設(shè)備）、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)以及傳真機(jī)等組成。多點(diǎn)控制服務(wù)器也稱為多點(diǎn)控制單元（MCU），它執(zhí)行多點(diǎn)控制（MC）和多點(diǎn)處理（MU）功能；多臺(tái)H.323會(huì)議終端與各個(gè)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)通訊，分別監(jiān)視監(jiān)控單元并進(jìn)行視頻、音頻存儲(chǔ)，保證監(jiān)控中心可以同時(shí)獲得各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的圖象和聲音。

2.2 監(jiān)控單元

監(jiān)控單元監(jiān)控調(diào)度分系統(tǒng)是一臺(tái)擴(kuò)展功能的H.323終端，它由電動(dòng)三可變攝象機(jī)一套、音頻探測(cè)器一件、全方位可控云臺(tái)一套、解碼器一臺(tái)、微機(jī)一臺(tái)、音視頻壓縮處理部分以及傳真機(jī)等組成，如圖2所示。監(jiān)控調(diào)度分系統(tǒng)完成遠(yuǎn)端監(jiān)控單元視頻、音頻信號(hào)的采集、壓縮和現(xiàn)場(chǎng)本地錄制，并將監(jiān)控單元視頻、音頻數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，同時(shí)接受監(jiān)控調(diào)度中心遠(yuǎn)程控制。

視頻、音頻信號(hào)的連接：所有攝象機(jī)輸出視頻、音頻信號(hào)（音頻信號(hào)可接高靈敏度音頻探測(cè)器）都連接到監(jiān)控單元現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)的視、音頻編、解碼卡。

控制信號(hào)連接：監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)有一個(gè)RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器，先把計(jì)算機(jī)來的RS-232信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS-485格式再送給解碼器，通過解碼器輸出信號(hào)分別控制云臺(tái)和攝象機(jī)鏡頭，可對(duì)鏡頭進(jìn)行光圈、焦距、景深距離的控制等操作。系統(tǒng)可以對(duì)云臺(tái)的上下左右的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行全方位的遠(yuǎn)程控制。實(shí)際上主控計(jì)算機(jī)也可以看作是與RS-485總線連接在一起了。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的實(shí)時(shí)音視頻監(jiān)控還需要一些相關(guān)技術(shù)和協(xié)議的支持，也就是需要IP網(wǎng)中的QoS保證技術(shù)來支持。

2.3.1 組播技術(shù)

當(dāng)一臺(tái)主機(jī)向多個(gè)用戶發(fā)送信息時(shí)，單播對(duì)于每一個(gè)用戶都要發(fā)送一份數(shù)據(jù)的拷貝，而組播總共只需發(fā)送一份數(shù)據(jù)的拷貝。這樣，組播的使用就大大的節(jié)省了帶寬，減輕了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，從而更加有效的利用了網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源。

2.3.2 資源管理預(yù)留

資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）是一種用于互聯(lián)網(wǎng)上質(zhì)量整合服務(wù)的協(xié)議。RSVP 允許主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)上請(qǐng)求特殊服務(wù)質(zhì)量用于特殊應(yīng)用程序數(shù)據(jù)流的傳輸。路由器也使用 RSVP 發(fā)送服務(wù)質(zhì)量（QOS）請(qǐng)求給所有結(jié)點(diǎn)（沿著流路徑）并建立和維持這種狀態(tài)以提供請(qǐng)求服務(wù)。通常 RSVP 請(qǐng)求將會(huì)引起每個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)路徑上的資源預(yù)留。通過預(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源建立一條從發(fā)送端到接收端的路徑，使得IP網(wǎng)絡(luò)能提供接近于電路交換質(zhì)量的業(yè)務(wù)。它既利用了面向無連接網(wǎng)絡(luò)的多種業(yè)務(wù)承載能力，又提供了接近面向連接網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量保證。但是RSVP沒有提供多媒體數(shù)據(jù)傳輸能力，必須配合其它實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議來完成多媒體通信服務(wù)。

2.3.3 RTP/RTCP

RTP/RTCP是端對(duì)端基于組播的應(yīng)用層協(xié)議。其中RTP（Realtime Transfer Protocol）用于數(shù)據(jù)傳輸，RTCP（Realtime Transfer Control Protocol）用于統(tǒng)計(jì)、管理和控制RTP傳輸，兩者協(xié)同工作，能夠顯著提高網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸效率。

RTP和RTCP都定義在RFC1889中。RTP用于在單播或多播情況下傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通常工作在UDP上。RTP協(xié)議核心在于其數(shù)據(jù)包格式，它提供應(yīng)用于多媒體的多個(gè)域，包括VOD，VOIP，電視會(huì)議等，并且不規(guī)定負(fù)載的大小，因此能夠靈活應(yīng)用于各媒體環(huán)境。但RTP協(xié)議本身不提供數(shù)據(jù)包的可靠傳送和擁塞控制，必須依靠RTCP提供這些服務(wù)。RTCP的主要功能是為應(yīng)用程序提供媒體質(zhì)量信息。在RTP會(huì)話期間，每個(gè)參與者周期性地彼此發(fā)送RTCP控制包，包中封裝了發(fā)送端或接收端的統(tǒng)計(jì)信息，包括發(fā)送包數(shù)、丟包數(shù)、包抖動(dòng)等，這樣發(fā)送端可以根據(jù)這些信息改變發(fā)送速率，接收端則可以判斷包丟失等問題出在哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)段。總的來說，RTCP在流媒體傳輸中的作用有：QoS管理與控制、媒體同步和附加信息傳遞。

2.3.4 唇音同步

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中視頻信號(hào)和音頻信號(hào)是分別編碼、分別傳輸?shù)模捎贗P優(yōu)先級(jí)和視音頻包大小等因素的影響，會(huì)使視音頻的同步包到達(dá)順序不同，引起唇音不同步。影響唇音不同步主要有兩種因素：網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延和視音頻處理時(shí)延不同。

當(dāng)音頻和視頻包離開發(fā)送端時(shí)，音頻包與對(duì)應(yīng)的視頻包保持同步。但是，在通過承載網(wǎng)時(shí)，各種隊(duì)列算法會(huì)對(duì)音頻資料包和視頻資料包進(jìn)行不同的處理。這將打亂音頻資料包與相應(yīng)的視頻資料包的同步關(guān)系。最終的結(jié)果導(dǎo)致聲音與口型失去同步。支持唇音同步的視頻設(shè)備可通過使用IP包中的RTP時(shí)間戳信息來糾正這一問題。利用RTP時(shí)間戳，設(shè)備能夠確定哪一音頻包與哪一視頻包對(duì)應(yīng)。進(jìn)一步重新調(diào)整相應(yīng)的視音頻包，以保證聲音與口型的同步。

在發(fā)送端，處理音頻所花費(fèi)的時(shí)間不同于處理視頻所花費(fèi)的時(shí)間。影響這一問題的因素包括聲速與光速的不同、房間的大小和形狀、音頻和視頻編碼的算法的復(fù)雜性。為了避免時(shí)間差，支持唇音同步的設(shè)備可通過在音頻流的出發(fā)點(diǎn)增加一定的延遲，以獲得聲音與口型的同步；也可在接收端增加或減少音頻延遲，以糾正發(fā)送端不恰當(dāng)?shù)难舆t設(shè)置。這樣就保證遠(yuǎn)程會(huì)場(chǎng)在接收視頻會(huì)議聲音和圖像時(shí)，實(shí)現(xiàn)唇音同步。

3 結(jié)束語

本文給出的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)突出：系統(tǒng)采用B/S方式，三層結(jié)構(gòu)分布式設(shè)計(jì)，系統(tǒng)擴(kuò)容方便；由于采用了B/S結(jié)構(gòu)客戶端界面運(yùn)行于Web瀏覽器，用戶可以方便地從遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)并使用系統(tǒng)的所有功能，同時(shí)有利于系統(tǒng)升級(jí)換代；多種視頻圖像和音頻任意組合切換、顯示及壓縮存貯、調(diào)閱、打印方便。總之，該方案具有可靠、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、通用和低成本等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于電力、郵政儲(chǔ)蓄、銀行、智能大樓、水利等行業(yè)中，如電梯監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、防盜監(jiān)控系統(tǒng)、門禁監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)等等。

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