基于ＵＭＬ網絡視頻存儲回放系統的設計與實現

摘要：該文提出一種利用網絡技術把模擬的視頻信號轉化為數字信號引入Internet網，采用流媒體技術建設視頻服務器，完成具有網絡存儲功能和回放功能的網絡視頻存儲回放系統。首先統一建模語言UML對系統進行功能分析和可視化建模，在此基礎上運用Visual Studio 2008進行開發和實現。

關鍵詞：網絡技術；流媒體技術；網絡存儲回放；可視化建模

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2009)04-0961-03

The Design and Realization of Network Video Replay and Storage System Based on UML

REN Si-jia1，GAO Yu-zhuo1，2，WANG Heng1

(1.Ningxia University，Yinchuan 750021，China;2.College of Public Administration，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China)

Abstract: This paper designs a network video replay and storage System.The System transforms the analog signals into digital signals put in Internet networks，use the Streaming Media Technology to bulid a video center，which can be directly provides the functions of network storage and replay.And use UML to system analyze and visual modeling for the network video replay and storage System，and finally the system is developed and realized in Visual Studio 2008.

Key words: network; streaming media technology; network storage and replay; visual modeling

近年來，隨著網絡和多媒體技術的飛速發展，網絡技術與視頻技術結合也就順理成章了，其中視頻監控技術和流媒體技術都有了長足的發展。出現了利用Internet網絡實現遠程視頻監控，把模擬的視頻監控信號轉化為數字信號引入Internet網，即可實現隨時隨地的監控功能，不再受距離等因素的限制。

網絡視頻存儲回放系統作為視屏監控系統的存儲管理系統，在其中完成網絡視屏的存儲管理，回放管理，用戶計費等功能。

系統采用UML的分析方法，對網絡視頻存儲回放的各個情況進行分析，對系統的需求分析，總體設計和詳細設計進行建模。同時根據建模要求采用Visual Studio 2008進行系統功能的具體實現，完成設計目標。

1 相關技術

1.1 UML技術介紹

UML是一種定義良好的，易于表達的，功能完善的而且普遍適用的建模語言[1]。

UML中包含了一些可以相互組合為圖表的圖形元素，每一種UML視圖都是由多個圖組成的，每一種圖都是系統結構的某個側面的表示。各種圖實際上是一致的，所有圖在一起組成了系統的完整視圖[2]。

如圖1所示UML中的九種視圖從各個方面對系統的靜態組成和動態功能進行描述，從而對系統從總體到局部進行完整的設計。

用例圖是簡潔明了描述系統的活動者、用例，以及它們之間的聯系。

對象圖和類圖描述對象模型的靜態結構，其中一部分圖形元素是基本的，如類、對象、關聯等，對于任何面向對象模型都是必不可少的。

交互圖包括時序圖和協作圖，表達對象之間的交互，是描述一組對象如何合作完成某種行為的模型化工具。

活動圖描述滿足用戶要求所進行的動及活動間的約束關系，有利于識別并行活動 [3]。

1.2 流媒體技術介紹

流媒體的定義很廣泛，大多數時候指的是把連續的影像和聲音信息經過壓縮處理后放上網站服務器，讓用戶一邊下載一邊觀看、收聽，而不需要等整個壓縮文件下載到自己機器后才可以觀看的視頻/音頻傳輸、壓縮技術。

流式傳輸技術又分兩種，一種是順序流式傳輸，另一種是實時流式傳輸。

順序流式傳輸是順序下載，在下載文件的同時用戶可以觀看，但是，用戶的觀看與服務器上的傳輸并不是同步進行的，用戶是在一段延時后才能看到服務器上傳出來的信息。順序流式傳輸比較適合高質量的短片段，因為它可以較好地保證節目播放的最終質量。它適合于在網站上發布的供用戶點播的音視頻節目。

在實時流式傳輸中，音視頻信息可被實時觀看到。在觀看過程中用戶可快進或后退以觀看前面或后面的內容，但是在這種傳輸方式中，如果網絡傳輸狀況不理想，則收到的信號效果比較差。

2 利用UML對供水收費系統建模

2.1 需求分析

鑒于網絡視頻存儲回放系統的功能，我們在設計時將他劃分為兩個具體的模塊完成不同的功能。在網絡視頻存儲回放系統中我們劃分兩個模塊：網絡視頻回放管理子系統和網絡視頻存儲子系統。前一個主要的功能就是管理和交互，后一個主要功能就是完成視頻流的存儲和發送。

2.2 系統的工作流程設計

2.2.1 錄像存儲子系統注冊

圖3描述了錄像存儲子系統作為監控中心平臺管理的設備，在投入使用之前必須進行的監控中心平臺進行入網操作。只有入網后的設備才是合法設備。

錄像存儲子系統定時向錄像回放管理子系統發送注冊請求，錄像回放管理子系統對進行注冊認證處理，以確認該錄像存儲子系統的合法性。

錄像回放管理子系統根據注冊認證的結果給錄像存儲子系統返回相應的注冊成功注冊確認或失敗注冊拒絕的反饋。

錄像回放管理子系統為每個注冊成功后的錄像存儲子系統設置一個存活時間，每次收到注冊確認后將存活時間更新為最大值。錄像回放管理子系統定時檢測每個錄像存儲子系統的存活時間，當存活時間減至0時，認為此錄像存儲子系統已經不存活了，將其標記為不可用。

2.2.2 錄像開始調度

用戶需要錄像時，監控中心平臺向錄像回放管理子系統發送錄像請求。該錄像請求中攜帶了需要錄像的監控前端，通道，以及錄像時間長度等信息。

錄像回放管理子系統在收到錄像請求后，根據當前各錄像存儲子系統的負荷情況，以及可用存儲空間的大小，調度確定是否有錄像存儲子系統能為此請求服務。如果調度成功，反饋錄像確認給監控中心平臺，并攜帶錄像存儲的被調度的錄像存儲子系統的ID，錄像存放的物理位置，以及可以存放的錄像時長等信息。

2.2.3 錄像回放調度

用戶需要回放錄像(包括實時錄像和告警錄像)時，監控中心平臺向錄像回放管理子系統發送回放請求。該回放請求中攜帶了需要回放的錄像資料的ID（Record-ID）。

錄像回放管理子系統在收到回放請求后，根據Record-ID查詢出相應的錄像資料，如果沒有查到，則表示沒有此錄像直接反饋回放調度失敗（回放拒絕）并指出失敗的原因是該錄像不存在。如果查到錄像資料則返回調度成功（回放確認），并帶回該錄像資料實際存放的物理路徑。

2.2.4 錄像啟動

監控中心平臺根據錄像開始調度的反饋（其中包含錄像存儲子系統的ID），呼叫錄像存儲子系統，錄像存儲子系統收到呼叫后，啟動錄像并準備接受視頻信息，如果啟動成功，則發送連接消息給監控中心平臺。隨后在兩者之間建立用于視頻傳輸的通道。

隨后監控中心將該此錄像啟動的狀態（成功或失敗）通知錄像回放管理子系統。如果啟動成功，錄像回放管理子系統需要向數據庫中記錄此次錄像的資料信息。

2.2.5 回放啟動

監控中心平臺根據回放開始調度的反饋（其中包含錄像存儲子系統的ID），呼叫錄像存儲子系統，錄像存儲子系統收到呼叫后，啟動錄像回放并準備發送視頻信息，如果啟動成功，則發送連接消息給監控中心平臺。隨后在兩者之間建立用于視頻傳輸的通道，并將視頻傳送到監控中心平臺。

隨后監控中心將該此回放啟動的狀態（成功或失敗）通知錄像回放管理子系統。

2.2.6 錄像回放結束

錄像存儲子系統檢測到需要停止錄像回放時，立即關閉和監控中心平臺的視頻通道，并停止錄像。

監控中心檢測到和錄像存儲子系統的視頻通道關閉后向錄像回放管理子系統發送回放結束報告。錄像回放管理子系統處理后發送回放結束應答給監控中心。

2.2.7 刪除錄像資料

用戶需要刪除錄像資料時，通過監控中心平臺向錄像回放管理子系統發送刪除請求。其中攜帶了要刪除的錄像資料的ID。

錄像回放管理子系統找出該錄像資料的存放的文件名和所存放的錄像存儲子系統，將其封裝生成刪除請求發送給錄像存儲子系統。

錄像存儲子系統收到刪除請求后，將指定的文件刪除。并給錄像回放管理子系統反饋。如果刪除成功，后者將該錄像資料從數據庫中刪除，然后給監控中心平臺反饋。

3 結束語

UML語言的使用不僅僅是局限于系統的分析設計階段，他影響系統開發整個過程，定義良好的UML設計模型，在開發中可以使得不同的開發人員遵循相同的理念對系統進行實現。

系統在UML語言基礎上完成了模塊的定義和功能設計部分。利用Visual Studio 2008開發工具完成系統的實現部分，可以對所有存儲子系統的存儲空間進行集中式的管理；接收來自用戶平臺的呼叫，接收視頻流存儲到指定的物理文件中；接收來自用戶平臺的呼叫將指定的錄像文件轉換成視頻流發送給用戶平臺。

參考文獻：

[1] 徐寶文，盧紅敏.UML與軟件建模[M].北京:清華大學出版社，2006:14-22.

[2] Michael Brahe. UML面向對象建模與設計(第2版)[M].北京:人民郵電出版社，2005:12-15.

[3] Schmuller J.李虎，趙龍剛，譯.UML基礎案例與應用[M].北京:人民郵電出版社，2004:3-18.

[5] 郝榮霞，徐旭東，陳文博.基于網絡攝像機的第三代視頻監控系統的研究[J].信息技術，2005，(9).

[6] 紀鵬之，梁篤國.網絡視頻監控的發展和應用[J].人民公安，2008，(3).

[7] 吳麗平，巴繼東.一個大型網絡視頻監控系統解決方案[J].電視技術，2008，(1).

[8] 楊大全，熊璐.數字化網絡視頻監控系統的設計與實現[J].計算機安全，2008，(2).

[9] 曹春亮，石志強，程偉明.網絡視頻監控系統管理平臺的設計[J].計算機應用研究，2007，(6).