基于TCP/IP的視頻實時監(jiān)控設計

2014-04-18 10:10:20劉拴拴

山東工業(yè)技術 2014年23期

劉拴拴

（西安思源學院汽車交通學院,西安 710038）

劉拴拴

（西安思源學院汽車交通學院,西安 710038）

摘要：隨著計算機技術與網(wǎng)絡技術的廣泛應用，實時視頻監(jiān)控的技術也得到了廣泛應用。在現(xiàn)今的網(wǎng)絡公司均把大力發(fā)展視頻流技術放在了非常重要的位置，其中的流媒體編碼技術也得到很大的發(fā)展，而客戶端與服務器之間的認證和傳輸也成為了該技術的重點，誰能更好的解決這些問題，提供最方便，快捷的解決辦法，誰就能在未來的網(wǎng)絡競爭中占得先機。

關鍵詞：流媒體；TCP/IP；實時監(jiān)控

1　實時監(jiān)控設計背景

隨著網(wǎng)絡時代的到來，監(jiān)控技術的不斷創(chuàng)新，特別是隨著CPU處理能力、硬盤容量和光纖傳輸?shù)燃夹g發(fā)展，促使實時監(jiān)控的多媒體處理技術的發(fā)展，實時的監(jiān)控技術從而成熟。它是集視頻技術、網(wǎng)絡技術和處理技術的綜合技術的系統(tǒng)，被應用在很多領域。利用視頻監(jiān)控技術，能自動監(jiān)視重點地區(qū)的危險狀況，當一些危害社會行為出現(xiàn)時，監(jiān)控系統(tǒng)能夠實時向相關人員和部門提供現(xiàn)場情況，從而避免工作人員出現(xiàn)場，避免二次事故的發(fā)生，從而節(jié)省了大量的物質資料的投入。另外，實時的監(jiān)控技術對城市商業(yè)區(qū)、城市交通十字路口、學校門前等重點地區(qū)的人流量進行監(jiān)控[1]。除了上述的應用，還有一些應用允許游客訪問遙遠的景點。

2　實時監(jiān)控系統(tǒng)需求

實時監(jiān)控系統(tǒng)主要應用在遠程視頻監(jiān)控上，同時連接數(shù)字/模擬攝像頭、有線或無線網(wǎng)絡等，實時監(jiān)控系統(tǒng)需要將得到視頻數(shù)據(jù)處理后傳輸至網(wǎng)絡，用戶可以在PC機、手持PDA或智能手機上的客戶端實時監(jiān)控現(xiàn)場等[1]。其實時監(jiān)控系統(tǒng)的應用架構如圖所示。

實時監(jiān)控系統(tǒng)主要的硬件是流媒體服務器。在系統(tǒng)構架設計之前必須做好硬件選型，其次結合硬件平臺，進行軟件研究和系統(tǒng)設計。流媒體轉發(fā)服務系統(tǒng)[2]包括硬件設備、文件管理和系統(tǒng)軟件等幾部分。整個系統(tǒng)的工作流程是：第一，通過視頻監(jiān)控設備采集監(jiān)控現(xiàn)場的音視頻信息；第二，將采集的視頻數(shù)據(jù)信息編碼壓縮；第三，是通過網(wǎng)絡傳輸技術將處理后數(shù)據(jù)傳輸至用戶的客戶端。同時，實時監(jiān)控系統(tǒng)按照應用的需要進行用戶數(shù)量和傳輸?shù)目刂疲_定網(wǎng)絡自動調整發(fā)送碼率。因此，流媒體轉發(fā)服務的實時監(jiān)控必須具備以下功能和性能：（1）支持多路復用和多用戶服務，同時支持不同的編碼的視頻格式；（2）提供實時視頻數(shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的幀率、碼率和和網(wǎng)絡帶寬適應；（3）支持各種網(wǎng)路環(huán)境的監(jiān)控，實時視頻數(shù)據(jù)質量高，傳輸數(shù)據(jù)連續(xù)性高。

3　實時監(jiān)控方案設計

根據(jù)分析實時監(jiān)控系統(tǒng)的需求，確定了流媒體服務器的功能需求，通過流媒體服務器的協(xié)議棧的設計，在傳輸層協(xié)議上解釋RTP，RTCP，RTSP協(xié)議，流媒體數(shù)據(jù)也都是打成RTP包，通過UDP端口發(fā)出去的，因此，對系統(tǒng)進行模塊化分析，對于TCP/IP端口事件的調度以及把大量的流媒體數(shù)據(jù)從磁盤空間傳遞到網(wǎng)絡上，依據(jù)此給出了流媒體系統(tǒng)的軟件架構，由流媒體服務器和客戶端兩部分組成，二者之間通過信令傳輸信息，數(shù)據(jù)發(fā)送和控制。計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的結構復雜，其最基本的體系結構是分層次的，TCP/IP協(xié)議的傳輸層有面向連接的傳輸控制協(xié)議TCP和無連接的用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP兩個重要的協(xié)議。而RTP/RTCP是端對端的協(xié)議，RTP協(xié)議通常使用UDP來傳送數(shù)據(jù)，也可以使用TCP協(xié)議提供時間信息和實現(xiàn)流同步。RTP和RTCP的配合使用，能有效的適合網(wǎng)上的實時數(shù)據(jù)處理。

4　實時監(jiān)控系統(tǒng)工作流程

根據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)的方案設計，通過視頻編碼技術對所采集的視頻數(shù)據(jù)信息進行處理，從而將視頻數(shù)據(jù)信息壓縮成為能夠適合網(wǎng)絡傳輸?shù)男畔ⅲ豢蛻舳说娜蝿帐菆?zhí)行接收視頻信息和解壓縮視頻數(shù)據(jù)，從而使得使用者能夠通過客戶端觀看實時監(jiān)控圖像信息，其系統(tǒng)工作流程為：

（1）實時監(jiān)控流媒體轉發(fā)服務器初始化，開啟監(jiān)聽線程；（2）自動搜索實時監(jiān)控服務器，準備接收數(shù)據(jù)；（3）進行登錄實時監(jiān)控服務器，并且配置傳輸方式發(fā)出請求；（4）對請求用戶進行認證，檢查用戶權限及服務用戶的上限；（5）傳輸連接建立后，向流媒體轉發(fā)服務器發(fā)送視頻傳輸請求，等待建立會話；（6）用戶接收到視頻通道信息，并且產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)地址；（7）成功建立鏈接，服務器將該用戶加入發(fā)送隊列，并處理控制命令；（8）進行發(fā)送實時監(jiān)控的流媒體信息；（9）流媒體服務器控制信令傳輸，控制視頻、音頻數(shù)據(jù)的反饋信息；（10）斷開服務器連接，結束會話。