基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

董向華， 楊 勇

（①91469部隊，北京 100841；②海軍駐成都地區(qū)通信軍事代表室，四川 成都 610041）

0 引言

隨著計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及視頻壓縮編碼技術(shù)的飛速發(fā)展，各行各業(yè)的信息化建設(shè)不斷深入，紛紛加快了信息網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透到了社會生活的各個方面。人們正逐步轉(zhuǎn)向利用計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)資源來提高工作效率和工作質(zhì)量，甚至利用網(wǎng)絡(luò)資源完成傳統(tǒng)方法難以實現(xiàn)的夢想。基于網(wǎng)絡(luò)平臺的多媒體通信應(yīng)用開始進(jìn)入實用和普及化階段。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控以強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)功能、靈活的使用方式受到許多行業(yè)用戶的熱情歡迎。

1 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的概念

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以計算機(jī)（視頻服務(wù)器）為核心，以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)為承載平臺，利用局域網(wǎng)高寬帶、高速度的特性，集中調(diào)度和控制各種前端設(shè)備及子系統(tǒng)[1-2]。該系統(tǒng)除了能夠完成對設(shè)防區(qū)域的可視監(jiān)控、對前端視頻/音頻采集設(shè)備的遠(yuǎn)程控制等傳統(tǒng)功能外，其最大的特點就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化在某種程度上打破了布控區(qū)域和設(shè)備擴(kuò)展的地域和數(shù)量界限，使網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺授權(quán)分控計算機(jī)不受時間及地域的限制，可通過網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)對整個大型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的分控。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化將使整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件和軟件資源的共享以及任務(wù)和負(fù)載的共享，這也是系統(tǒng)集成的一個重要概念。

2 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及其實現(xiàn)功能

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，完全構(gòu)架在網(wǎng)絡(luò)平臺上。硬件上采用嵌入式視頻服務(wù)器技術(shù)，軟件上采用圖像數(shù)據(jù)庫技術(shù)，符合國際數(shù)字視頻、音頻通訊標(biāo)準(zhǔn)和互聯(lián)網(wǎng)（INTERNET）標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)極大的發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)資源共享的優(yōu)勢，可根據(jù)不同部門的需要，實時調(diào)用所需圖像。該系統(tǒng)也有很強(qiáng)的安全管理功能，確保數(shù)據(jù)的安全性。該系統(tǒng)廣泛用于電力、電信、交通、部隊等行業(yè)。

本設(shè)計方案根據(jù)組網(wǎng)方式分為本地監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)兩個主要部分，原理示意圖如圖1所示。整個系統(tǒng)建立在多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，同時支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，具有操作簡便、控制靈活、彈性配置、擴(kuò)充方便、保密性強(qiáng)等特點[3]，對每一個監(jiān)控點都可進(jìn)行24小時的實時監(jiān)視，并可進(jìn)行硬盤錄像或重放，還可以根據(jù)時間日期進(jìn)行錄像檢索。

圖1 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)原理示意

2.1 本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

本地監(jiān)控系統(tǒng)主要包括前端系統(tǒng)和嵌入式視頻服務(wù)器，如圖2所示。

圖2 本地監(jiān)控系統(tǒng)示意

1）前端系統(tǒng)：由高分辨率彩色CCD攝象機(jī)、電動鏡頭、云臺、防護(hù)罩、多功能解碼器、視頻多媒體端機(jī)等設(shè)備組成。所有前端設(shè)備均按標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備規(guī)范配置，其中視頻多媒體端機(jī)可實現(xiàn)對現(xiàn)場信號及音頻信號的采集，還可以通過前端解碼器采集報警信號，并向解碼器發(fā)出控制指令，控制云臺及電動鏡頭做各種旋轉(zhuǎn)及變焦距等。采集的視頻信號可以按MPEG-4或H.264壓縮方式存儲到硬盤上，供事后查證。在網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)計中，攝像機(jī)的選擇需要根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控距離和監(jiān)控范圍選用相應(yīng)的定焦或變焦攝像機(jī)作為視頻采集設(shè)備，同時使用室內(nèi)或者室外防護(hù)罩保護(hù)攝像機(jī)。由于網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控點相對比較分散，攝象機(jī)到多媒體端機(jī)之間的距離均小于 1km，所以攝像機(jī)可直接采用通過視頻電纜、音頻電纜及通信控制電纜連接到插有多塊視頻采集卡的多媒體端機(jī)上，監(jiān)控終端將捕獲的視頻信號轉(zhuǎn)換為基于TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)包，通過RJ-45以太網(wǎng)接口發(fā)送到監(jiān)控終端上。

2）視頻服務(wù)器：前端視頻壓縮系統(tǒng)這里采用模塊化的 VC3200系列嵌入式視頻服務(wù)器，該系統(tǒng)完全脫離 PC平臺，建立在嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)上（而不是PC處理器和PC操作系統(tǒng)）。同時具備嵌入式數(shù)字硬盤錄像機(jī)和嵌入式視頻服務(wù)器的功能（DVR+DVS）。該系列嵌入式視頻服務(wù)器，主要任務(wù)是實現(xiàn)對多路視音頻信號的切換，并通過網(wǎng)絡(luò)通信線路對指定的前端設(shè)備進(jìn)行各種控制。其可接入多路視頻圖像，具有視頻信號和音頻信號的實時H.264全硬件同步壓縮、壓縮碼流記錄硬盤、實時視頻及音頻預(yù)覽、視頻信號和音頻信號的切換、本地錄像文件回放、實時網(wǎng)絡(luò)傳輸、遠(yuǎn)程文件回放和下載、支持流協(xié)議（RTP/RTCP、RTSP）、支持雙向語音對講、支持IE瀏覽等功能。

VC3200系列嵌入式視頻服務(wù)器具有這些優(yōu)點：①系統(tǒng)功能完善，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大；②采用先進(jìn)的H.264視頻壓縮算法，畫面清晰流暢，網(wǎng)絡(luò)帶寬占用低；③采用TCP/IP技術(shù)，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)完全兼容；④錄像占用資源少，可長時間、大規(guī)模實時錄像。

2.2 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控功能的實現(xiàn)主要是通過網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)軟件來實現(xiàn)的，該系統(tǒng)為B/S結(jié)構(gòu)[4-6]，采用SQL 2000數(shù)據(jù)庫對用戶權(quán)限、登錄認(rèn)證和圖像調(diào)用等操作分別進(jìn)行認(rèn)證。該系統(tǒng)主要分為圖像監(jiān)控服務(wù)器和客戶端兩部分。

1）圖像監(jiān)控服務(wù)器：是網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，主要負(fù)責(zé)用戶身份認(rèn)證，控制權(quán)限管理，錄像處理，報警信息處理和聯(lián)動時間出發(fā)等功能。主要由服務(wù)器、數(shù)字硬盤錄像機(jī)（DVR）、WINDOWS NT/2000操作系統(tǒng)、SQL Server數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、圖像數(shù)據(jù)庫，WEB服務(wù)器軟件及遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器軟件組成。其主要有密碼保護(hù)，系統(tǒng)訪問認(rèn)證，遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控，多畫面監(jiān)視，畫面全屏，多畫面輪巡，控制優(yōu)先權(quán)機(jī)制，系統(tǒng)分組，遠(yuǎn)程錄像查詢和回放，手動抓圖，遠(yuǎn)程報警及聯(lián)動控制，用戶管理，電子地圖等功能。

2）客戶端：用戶可利用連接在網(wǎng)上的任何一臺臺式機(jī)或筆記本電腦當(dāng)作客戶端。在安裝相關(guān)監(jiān)控軟件之后，即可成為一個監(jiān)控客戶終端，用戶完全擺脫了地域的限制，隨時隨地都能監(jiān)視到本系統(tǒng)各監(jiān)控點位的圖像，并可進(jìn)行控制。該用戶操作界面為標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)（INTERNET）瀏覽器。監(jiān)控終端通過網(wǎng)絡(luò)登錄到系統(tǒng)服務(wù)器后，即可進(jìn)行授權(quán)的各種視頻圖像監(jiān)控操作，其主要具有實時圖像監(jiān)控，矩陣控制(可選功能)，錄像的設(shè)置和操作，設(shè)備管理（僅限于系統(tǒng)管理員），用戶管理（僅限于系統(tǒng)管理員），電子地圖等功能。客戶端建立在局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，實際上相當(dāng)于整個監(jiān)控系統(tǒng)中的一個分控，它可以選擇某一臺多媒體端機(jī)，并從中選擇某一個監(jiān)控點的圖象進(jìn)行監(jiān)看，還可以對其該點位的云臺及電動鏡頭進(jìn)行控制。在以太網(wǎng)環(huán)境下，通過TCP/IP通信協(xié)議可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)多級分控[7-8]，網(wǎng)絡(luò)上的任何授權(quán)客戶端都可以通過系統(tǒng)主機(jī)來調(diào)看任意監(jiān)控現(xiàn)場的圖像，并向前端解碼器發(fā)布指令，對云臺鏡頭進(jìn)行控制。多個監(jiān)視現(xiàn)場的圖像可以在同一網(wǎng)絡(luò)分控端的屏幕上同時顯示出來。在SDH環(huán)網(wǎng)上，經(jīng)由2 Mb/s的E1信道傳輸還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程多媒體監(jiān)控，在控制中心可以監(jiān)看數(shù)百公里以外的現(xiàn)場圖像及監(jiān)聽該現(xiàn)場的聲音，并對其攝像機(jī)的云臺及鏡頭進(jìn)行各種控制。

2.3 監(jiān)控中心設(shè)備構(gòu)成

本系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控中心，擬配置Web服務(wù)器、視頻監(jiān)控服務(wù)器、視頻交互服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器各一臺，配置視頻終端、值勤管理終端各一臺，安裝電視墻（含12個監(jiān)視器，大屏幕顯示設(shè)備1套）及控制設(shè)備一套，如圖3所示。其中監(jiān)視器可采用液晶顯示器，中間大屏幕顯示設(shè)備采用大屏背頭方式。

圖3 監(jiān)控中心組成

通過雙絞線將這些服務(wù)器、終端連接到1臺以太網(wǎng)交換機(jī)上，以太網(wǎng)交換機(jī)通過防火墻連接到路由器上，通過路由器與上級管理中心和下級監(jiān)控中心互聯(lián)。

3 結(jié)語

文中設(shè)計的系統(tǒng)——基于網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是集全動態(tài)視音頻信號采集、監(jiān)視、連續(xù)實時記錄以及前端攝像機(jī)及其他輔助設(shè)備控制于一體的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。它采用計算機(jī)多媒體技術(shù)、數(shù)字視頻處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及成熟的視音頻壓縮技術(shù)，以計算機(jī)（工控機(jī)）為平臺，以硬盤為存儲介質(zhì)，實現(xiàn)視音頻信號的實時同步采集、壓縮和記錄，替代了傳統(tǒng)的模擬錄像及監(jiān)控設(shè)備。該系統(tǒng)安裝成本低，操作簡便，全數(shù)字理念，易擴(kuò)展，易升級，對于已經(jīng)完成網(wǎng)絡(luò)綜合布線的區(qū)域在實施監(jiān)控時不需重新布線，可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源。

該系統(tǒng)是構(gòu)架在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺上的新一代數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、智能化、一體化的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控[9-10]。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸質(zhì)量更高，傳輸速度更快，此系統(tǒng)必將廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，有很好的發(fā)展前景。

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