远程数字视频监控系统

计算机术语

传统的模拟监控存在固有的局限性，主要表现为只能点对点监控，无法联网，且系统安装、布线工程量极大，传输距离较远时，易产生衰耗、畸变，图像质量下降，故传输距离有限。而远程数字视频监控系统以数字视频处理技术为核心，结合网络技术、多媒体技术，彻底克服了传统模拟监控的缺点。系统由视频采集处理、视频传输、远程监控管理中心、客户端等组成。

远程数字视频监控系统组成

远程数字视频监控系统是典型的C/S结构，由视频服务器、管理服务器和远程监控工作站三部分一起协调完成视频监控任务（如图1所示）。

管理服务器

其职能为：管理系统中的视频服务器；管理整个系统中的用户及其权限；监视并管理系统的运行状态，活动的视频流；集中实现用户的认证及授权；发布系统资源消息；存储视频服务器视频文件，支持文件检索、同放；系统日志管理。

视频服务器

其主要功能为：

（1）视音频数据采集，压缩，编码，保存；图像数据网络传输：视频服务器分布在网络各处，何台服务器连接多架摄像机，服务器内插有多块压缩卡，对来自摄像机的视频进行压缩编码，把编码后的码流传送给网上的远程客户端并把码流存储在本地硬盘上，同时在存盘文件中加入自定义的用户信息，加入的用户信息应不影响解码器的正常解码。

（2）活动图像检测，报警联动：视频服务器完成视频监测警报器功能，即在监视图像中设定某个区域，一旦有目标进入该区域就发出声光报警信号，并启动报警存盘。报警捡测的灵敏度可以调整，使得报警器对光照的明暗变化不敏感，不致发生误报。

（3）现场数据采集及控制：视频服务器和远程监控客户端进行交互操作，应用户的要求改变压缩编码的参数，调整摄像机的状态。

远程监控工作站

其职能有：接受网络视频管理服务器的认证及管理；管理远程视频服务器；远程控制前端云台、镜头和其它执行设备，包括调整摄像机的姿态，图像的亮度、对比度等，甚至可改变视频服务器的编码方式，确保看到满意的监视图像；同时显示多点图像，支持同时9画面显示；远程图像检索、同放，即根据用户提出的检索要求如时间、摄像机号等找到相应的存盘文件，对存盘文件进行同放。提供多种播放控制，如快放、慢放、单帧播放等，可放大原始图像使用户更容易看清细节，亦可把视频流中特定的一帧图像提取出来单独存储，供用户进行分析、举证等；接收远程报警；本地存盘。

监控中心网络视频屏幕墙控制台

它的职能是：接受网络视频管理服务器的认证及管理；配置监控中心网络视频屏幕墙；调度并管理监控中心网络视频屏幕墙显示；远程控制前端云台、镜头和其它执行设备；管理送往网络视频屏幕墙的报警；本地存盘。

系统采用的关键技术

视频压缩编码技术

要进行远程监控，大量的视频数据就需要通过网络进行传输，这就需要在数据传输之前进行编码压缩以减少数据量。从视频压缩编码技术来看，MPEG4在录像存储容量、图像质量、网络传输、对图像可以进行交互操作等方面都具有巨大的优势。

MPEG系列标准包括MPEG 1，MPEG-2，MPEG-4等， MPEG（ Moving Picture Expert Group）组织于1999年正式公布了MPEG4，其正式名称为“音视频对象的编码”（Code of AudioVisual object），它是基于对象的多媒体数据压缩编码的国际标准。MPEG-4压缩标准利用很窄的带宽，通过帧重建技术压缩和传输数据，以求用最少的数据获得最佳的图像质量，与MPEG-1和MPEG-2标准相比，MPEG-4除了具有传统的编码功能之外，还加入了更多引人入胜的功能，包括基于对象的压缩编码方法、有效压缩、对象内容的存取和可扩展性、空域和时域的可扩展性以及强大的纠错能力等。MPEG-4标准不仅可以提供一个更高压缩效率的新多媒体信息传输标准，同时可使多媒体内容具有更好的互动性及全方位的存取性，MPEG-4编码系统是开放的，可随时加入新的编码算法模块，它能支持多种多媒体应用，可根据不同的应用需求，现场配置解码器。由于MPEG-4采用了基于对象的压缩编码方法，它把视音频分割成不同的对象分别处理，除了能提高数据压缩外，还能实现基于内容的交互功能。MPEG-4能有效地处理基于对象的多媒体压缩、存取与交互，可广泛地应用于远程监控、视频会议、远程医疗、教学等领域。

组播技术

网络传输采用TCP/IP协议，TCP/IP协议的核心协议是传输层协议（TCP与UDP）、网络层协议（IP），它们通常在操作系统的内核中实现。由于MPEG4视频流数据量大，采用TCP传输网络开销太大，再加上MPEG4数据发生丢失后，对图像质量的影响是短暂的，因此采用UDP传输方式。UDP传输可根据需要选择单播、组播、广播。单播指的是编码器向解码器一对一发送，这会给发送方带来沉重负担，因为它必须对每个要求都做出响应，主机的响应时间会大大延长。广播是指编码器以广播形式向网内所有的计算机发送数据，广播的主要缺点就是每个广播都要发送数据至所有机器，消耗了所有机器上的资源，而且数据要被网络中大多数机器所丢弃。组播通信介于单播和广播通信之间，是一种地址广播，组播地址范围是从224.0.0.0到239.255.255.255，其发送源和接收端是一对多的关系，也就是说编码器只向一组特定的用户发送一个数据包，组中的各个用户可以共享这一数据包，而组外的用户是无法接收到的。使用多播的好处在于原来由编码器承担的数据重复分发工作转到路由器中完成，而路由器可以将数据包向所连接的子网转发，每个子网只有一个多播流。当同时有多个客户端需要接收图像时，由于组播能有效节省系统的带宽，是一种比较好的传输方式。当编码器有数据发送时，将数据以UDP的方式发至某个D类地址的端口上，形成“组”，而对解码器或客户端以加入“组”的方式向交换机请求接收数据。

RTP/RTCP协议

实时传输协议RTP（Realtime Transport Protocol）被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，提供时间信息和实现流同步。RTP通常使用UDP来传送数据，也可以在TCP或ATM等其他协议上工作。当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口：一个给RTP，一个给RTCP（Realtime Transport Control Protocol）。RTP不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务。通常RTP算法并不作为一个独立的网络层来实现，而是作为应用程序代码的一部分。实时传输控制协议RTCP和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包中含有已发送的数据包数量、丢失的数据包数量等统计资料，因此，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。

不足

这些系统普遍存在两大不足，严重影响了远程数字视频监控系统的推广应用。

（1）现有的远程网络视频监控系统的视频流在网络上的传输都是基于嵌入式方式。一个监控摄像头对应监控下位机的一路视频流，如果网路带宽好，监控系统所用的摄像头的数量较少，一般网络可以正常的通信。如果系统有较多需要监控位置，设置的摄像头数量较多，就会有相应数量的视频流同时在网络上传输，即使经过压缩处理，网络仍会不堪重负。

（2）现有的远程数字视频监控系统均未对采集到的视频信息文件进行有效的管理和高水平的利用，使采集到的视频信息资源白白丢失。即使进行了简单的管理，由于操作不方便，致使系统的信息资源利用率低下。现行的系统对存储的视频文件进行定时循环删除。对于有事故或其他有重要信息的视频段的处理，只能利用现有的多媒体软件通过手工操作进行。

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