防洪工程監(jiān)控系統(tǒng)中視頻采集技術(shù)的應(yīng)用

王坤杰

（河北省防汛抗旱指揮部辦公室，河北 石家莊 050011）

1 防洪工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

防洪工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)兩個部分。現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像機主要是拍攝水利工程各種重要防洪部位的工作狀態(tài)以及現(xiàn)場實時運行情況，實時彩色視頻信息通過視頻光端機和光纖傳至現(xiàn)場控制中心服務(wù)器進行解碼顯示；同時前端信號在現(xiàn)場控制中心進行壓縮，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程監(jiān)控中心，并可以在遠程進行縮小、放大和旋轉(zhuǎn)等控制，同時可設(shè)定遠程用戶的瀏覽和操作權(quán)限。

遠程監(jiān)控系統(tǒng)使用一臺或多臺服務(wù)器進行視頻轉(zhuǎn)發(fā)一臺計算機作為圖像平臺和控制平臺，發(fā)送控制信息到各個信息采集點，完成圖像解碼顯示、權(quán)限設(shè)定、分級轉(zhuǎn)發(fā)等，最后在PC上通過VC實現(xiàn)對視頻信息顯示存儲。具有靈活方便的畫面組態(tài)，可以分別從次畫面進入另一個次畫面或主畫面。并在監(jiān)控中心實現(xiàn)遠程控制，及時安排現(xiàn)場采取應(yīng)急措施。圖像傳輸采用光纖通訊方案，現(xiàn)場的圖像通信鏈路使用單模光纖，兩端通過視頻光端機來傳輸實時彩色視頻信息。遠程的圖像通信鏈路使用公網(wǎng)SDH光數(shù)據(jù)電路，接入專用的水利計算機廣域網(wǎng)絡(luò)傳輸。

2 視頻采集方法的選用

視頻采集一般有兩種方法:一種是基于視頻采集卡所附帶的二次軟件開發(fā)包SDK進行。這種方式的優(yōu)點是應(yīng)用方便，容易上手，缺點是對硬件的依賴性較強，靈活性差，且功能參差不齊，不能充分滿足各種視頻應(yīng)用程序的開發(fā)需要。另一種方式是基于VFW（Video for Windows）進行的。VFW是Microsoft公司為開發(fā)windows平臺下的視頻應(yīng)用程序提供的軟件工具包，提供了一系列應(yīng)用程序編程接口（API），主要由 AVICAP，MCIAVI，MSVIDEO，AVIFILE，ICM，ACM等6個模塊組成。它的特點是播放視頻時不需要專用的硬件設(shè)備，而且應(yīng)用靈活，可以滿足視頻應(yīng)用程序開發(fā)的需要[1]。

在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中用來傳輸圖像信號的介質(zhì)主要有同軸電纜和光纖，如果需要傳輸數(shù)公里甚至上百公里距離的視頻信號，需要采用光纖傳輸方式[2]。光纖和光端機的應(yīng)用在視頻監(jiān)控領(lǐng)域里主要解決兩個問題：一是傳輸距離，二是環(huán)境干擾。由于光纖傳輸?shù)谋姸鄡?yōu)勢以及系統(tǒng)建設(shè)成本的持續(xù)下降，采用光纖傳輸?shù)姆桨赋蔀榻ㄔO(shè)防洪工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主流傳輸方案。

文中以VC++6.0作為編程開發(fā)環(huán)境,將視頻數(shù)據(jù)流經(jīng)過MPEG4的壓縮實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的高效率錄像,并且從新的角度示范了綜合采用以上兩種視頻采集方法來實現(xiàn)防洪工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

3 視頻采集的實現(xiàn)方案

遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)現(xiàn)場的不同情況采用了3種傳輸技術(shù)，即同軸傳輸、光纖傳輸和微波傳輸，因而前端設(shè)備在結(jié)構(gòu)上也采用了不同的組合方式，無論采用何種設(shè)備組合在原理上都是將攝像機生成的模擬圖像轉(zhuǎn)為數(shù)字化編碼，采用最小化的傳輸損耗入網(wǎng)。

信號傳輸指的是攝像機采集完后向中心傳送的視頻圖像信號和中心向前端的云臺、鏡頭發(fā)出的控制信號。在有的工程中會涉及到音頻和報警信息的單向或雙向傳送。

遠程視頻監(jiān)控工程在每個水庫主要是采用了視頻服務(wù)器的組網(wǎng)方式。視頻信號經(jīng)過各種攝像機的采集后經(jīng)過同軸電纜、光纖以及微波等傳輸方式傳輸?shù)竭_各地機房內(nèi)的視頻服務(wù)器上，視頻服務(wù)器將接收到的視頻信號經(jīng)過編碼壓縮，使模擬視頻信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢栽贗P網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)字視頻信號[3]。視頻編碼器連接在每個前端水庫的內(nèi)部局域網(wǎng)內(nèi)，通過交換機、路由器可以傳輸?shù)剿麖d和相關(guān)部門的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。經(jīng)過授權(quán)可以觀看圖像的客戶端只要在其計算機上安裝相應(yīng)的軟件就可以觀看自己權(quán)限內(nèi)的視頻圖像，并可以對前端攝像機進行操作和設(shè)置。

4 程序的實現(xiàn)

河北省水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用的是北京先進視訊公司的AVinfo iDVR 3.0網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個專業(yè)的遠程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件，基于目前最流行的Browser/Server架構(gòu)，可以通過任何TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)字視頻的管理，與AV系列網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器相結(jié)合，構(gòu)成CCTV與局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)的圖像監(jiān)控，實現(xiàn)真正的整合。可以通過眾多的攝像機瀏覽全實時的監(jiān)控畫面，控制攝像機的運動，接收報警通知。該監(jiān)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)版本目前可以同時顯示9個攝像機監(jiān)控畫面。監(jiān)控畫面可以根據(jù)需要隨便進行切換，或者根據(jù)多種預(yù)先確定的格式進行重組。

iDVR 3.0系統(tǒng)是一個模塊化、分層的結(jié)構(gòu)，由目錄服務(wù)、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)、網(wǎng)關(guān)服務(wù)、錄像及回放服務(wù)組成，一個iDVR系統(tǒng)只能有一個目錄服務(wù)，一個目錄服務(wù)可管理多個轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)、網(wǎng)關(guān)服務(wù)、錄像及回放服務(wù)。目錄服務(wù)和其他服務(wù)可以安裝在一臺計算機上，也可以分別安裝在多臺計算機上。

4.1 iDVR 3.0系統(tǒng)服務(wù)的組成

1）目錄服務(wù)。目錄服務(wù)是iDVR系統(tǒng)的核心，負責(zé)將整個系統(tǒng)中的虛擬目錄、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)關(guān)等服務(wù)聯(lián)結(jié)成一個整體。

2）網(wǎng)關(guān)服務(wù)。負責(zé)對相應(yīng)產(chǎn)品等設(shè)備(編碼器和解碼器)的管理，包括發(fā)現(xiàn)設(shè)備、參數(shù)配置、視音頻流的碼流控制等，同時負責(zé)對單播環(huán)境下設(shè)備的音頻數(shù)據(jù)進行多播轉(zhuǎn)發(fā)。

3）轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)（IVS服務(wù)）。負責(zé)接收網(wǎng)關(guān)或設(shè)備發(fā)來的多播音視頻數(shù)據(jù)，然后使用單播方式將數(shù)據(jù)發(fā)給指定的客戶端和解碼器。

4）錄像及回放服務(wù)。錄像服務(wù)負責(zé)按照用戶制定的計劃把設(shè)備的音視頻內(nèi)容記錄在硬盤上，回放服務(wù)可以讓用戶在客戶端看到錄制的錄像。用戶可以設(shè)置錄像文件的保留時間，超過保留時間后系統(tǒng)會自動刪除錄像文件，釋放硬盤空間。

5）透明串口服務(wù)。是配合成都理想的報警主機來使用的，報警主機的報警依賴此服務(wù)來解析具體的報警內(nèi)容。

6）MDIP解碼器代理服務(wù)。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)中的解碼器全都是先進視訊自主研發(fā)的MDIP系列的時候，可以考慮選用這種方式來管理解碼器，這種方式比用網(wǎng)關(guān)服務(wù)來管理解碼器的效率更高，視頻圖像的傳輸更穩(wěn)定。

4.2 軟件的使用

用戶可以以系統(tǒng)管理員的身份進行登錄，也可以以普通用戶的身份登錄。如果以系統(tǒng)管理員身份登錄，在登陸界面中輸入系統(tǒng)管理員的用戶名和密碼。如果該用戶是與服務(wù)器或設(shè)備在同一組播環(huán)境下，可以選擇局域網(wǎng)方式，否則選擇廣域網(wǎng)方式。在登錄的時候如果選擇“局域”的方式，則客戶端瀏覽圖像時收的是網(wǎng)關(guān)服務(wù)發(fā)過來的組播數(shù)據(jù)；“廣域”方式，收到的則是轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)發(fā)過來的單播數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)在服務(wù)器Windows server和PC機Windows XP平臺下運行效果良好，可以將視頻數(shù)據(jù)流經(jīng)過MPEG4的壓縮實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的高效率錄像，在遠程對圖像進行旋轉(zhuǎn)、調(diào)交控制時圖像清晰流暢，可以動態(tài)地將視頻信號實時顯示并存儲到硬盤錄像機上。

5 結(jié)語

AVinfo iDVR 3.0網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的創(chuàng)新點主要有：一是在低成本下,基于一個簡單基本的視頻采集SDK之上，采取了高效率的MPEG4壓縮方法；二是綜合利用SDK和VFW，實現(xiàn)了視頻圖像和數(shù)據(jù)疊加存儲為AVI文件的功能；三是采用光纖取代電纜進行圖像通訊，性能好，使用方便。該系統(tǒng)一方面解決了視頻信息的大數(shù)據(jù)量對存儲和傳輸?shù)呢摀?dān)，另一方面也實現(xiàn)了視頻存儲為AVI文件，以便用戶回放的時候查看相關(guān)的現(xiàn)場工程信息。整個系統(tǒng)高效可靠，有效降低了建設(shè)成本，大大提高了防洪工程監(jiān)管力度和防洪安全標(biāo)準(zhǔn)。

[1]肖永隆，王理.利用VFW庫函數(shù)快速分解AVI數(shù)據(jù)流[J].信息工程大學(xué)學(xué)報，2001，2(3)：39-42.

[2]楊英杰.光纖通信技術(shù)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2004，4L：11-35.

[3]精英科技.視頻壓縮與音頻編碼技術(shù)（第一版）[M].北京：中國電力出版社，2001：132-167.