遠程數字視頻監控系統

遠程數字視頻監控系統是典型的C/S結構，由視頻服務器、管理服務器和遠程監控工作站三部分一起協調完成視頻監控任務（如圖1所示）。

其職能為：管理系統中的視頻服務器；管理整個系統中的用户及其權限；監視並管理系統的運行狀態，活動的視頻流；集中實現用户的認證及授權；發佈系統資源消息；存儲視頻服務器視頻文件，支持文件檢索、同放；系統日誌管理。

其主要功能為：

（1）視音頻數據採集，壓縮，編碼，保存；圖像數據網絡傳輸：視頻服務器分佈在網絡各處，何台服務器連接多架攝像機，服務器內插有多塊壓縮卡，對來自攝像機的視頻進行壓縮編碼，把編碼後的碼流傳送給網上的遠程客户端並把碼流存儲在本地硬盤上，同時在存盤文件中加入自定義的用户信息，加入的用户信息應不影響解碼器的正常解碼。

（2） 活動圖像檢測，報警聯動：視頻服務器完成視頻監測警報器功能，即在監視圖像中設定某個區域，一旦有目標進入該區域就發出聲光報警信號，並啓動報警存盤。報警撿測的靈敏度可以調整，使得報警器對光照的明暗變化不敏感，不致發生誤報。

（3）現場數據採集及控制：視頻服務器和遠程監控客户端進行交互操作，應用户的要求改變壓縮編碼的參數，調整攝像機的狀態。

其職能有：接受網絡視頻管理服務器的認證及管理；管理遠程視頻服務器；遠程控制前端雲台、鏡頭和其它執行設備，包括調整攝像機的姿態，圖像的亮度、對比度等，甚至可改變視頻服務器的編碼方式，確保看到滿意的監視圖像；同時顯示多點圖像，支持同時9畫面顯示；遠程圖像檢索、同放，即根據用户提出的檢索要求如時間、攝像機號等找到相應的存盤文件，對存盤文件進行同放。提供多種播放控制，如快放、慢放、單幀播放等，可放大原始圖像使用户更容易看清細節，亦可把視頻流中特定的一幀圖像提取出來單獨存儲，供用户進行分析、舉證等；接收遠程報警；本地存盤。

它的職能是：接受網絡視頻管理服務器的認證及管理；配置監控中心網絡視頻屏幕牆；調度並管理監控中心網絡視頻屏幕牆顯示；遠程控制前端雲台、鏡頭和其它執行設備；管理送往網絡視頻屏幕牆的報警；本地存盤 ^[1]  。

要進行遠程監控，大量的視頻數據就需要通過網絡進行傳輸，這就需要在數據傳輸之前進行編碼壓縮以減少數據量。從視頻壓縮編碼技術來看，MPEG4在錄像存儲容量、圖像質量、網絡傳輸、對圖像可以進行交互操作等方面都具有巨大的優勢。

MPEG系列標準包括MPEG 1，MPEG-2，MPEG-4等 ， MPEG（ Moving Picture Expert Group） 組 織 於1999年正式公佈了MPEG4，其正式名稱為“音視頻對象的編碼”（Code of AudioVisual object），它是基於對象的多媒體數據壓縮編碼的國際標準。MPEG-4壓縮標準利用很窄的帶寬，通過幀重建技術壓縮和傳輸數據，以求用最少的數據獲得最佳的圖像質量，與MPEG-1和MPEG-2標準相比，MPEG-4除了具有傳統的編碼功能之外，還加入了更多引人入勝的功能，包括基於對象的壓縮編碼方法、有效壓縮、對象內容的存取和可擴展性、空域和時域的可擴展性以及強大的糾錯能力等。MPEG-4標準不僅可以提供一個更高壓縮效率的新多媒體信息傳輸標準，同時可使多媒體內容具有更好的互動性及全方位的存取性，MPEG-4編碼系統是開放的，可隨時加入新的編碼算法模塊，它能支持多種多媒體應用，可根據不同的應用需求，現場配置解碼器。由於MPEG-4採用了基於對象的壓縮編碼方法，它把視音頻分割成不同的對象分別處理，除了能提高數據壓縮外，還能實現基於內容的交互功能。MPEG-4能有效地處理基於對象的多媒體壓縮、存取與交互，可廣泛地應用於遠程監控、視頻會議、遠程醫療、教學等領域。

網絡傳輸採用TCP/IP協議，TCP/IP協議的核心協議是傳輸層協議（TCP與UDP）、網絡層協議（IP），它們通常在操作系統的內核中實現。由於MPEG4視頻流數據量大，採用TCP傳輸網絡開銷太大，再加上MPEG4數據發生丟失後，對圖像質量的影響是短暫的，因此採用UDP傳輸方式。UDP傳輸可根據需要選擇單播、組播、廣播。單播指的是編碼器向解碼器一對一發送，這會給發送方帶來沉重負擔，因為它必須對每個要求都做出響應，主機的響應時間會大大延長。廣播是指編碼器以廣播形式向網內所有的計算機發送數據，廣播的主要缺點就是每個廣播都要發送數據至所有機器，消耗了所有機器上的資源，而且數據要被網絡中大多數機器所丟棄。組播通信介於單播和廣播通信之間，是一種地址廣播，組播地址範圍是從224.0.0.0到239.255.255.255，其發送源和接收端是一對多的關係，也就是説編碼器只向一組特定的用户發送一個數據包，組中的各個用户可以共享這一數據包，而組外的用户是無法接收到的。使用多播的好處在於原來由編碼器承擔的數據重複分發工作轉到路由器中完成，而路由器可以將數據包向所連接的子網轉發，每個子網只有一個多播流。當同時有多個客户端需要接收圖像時，由於組播能有效節省系統的帶寬，是一種比較好的傳輸方式。當編碼器有數據發送時，將數據以UDP的方式發至某個D類地址的端口上，形成“組”，而對解碼器或客户端以加入“組”的方式向交換機請求接收數據。

實時傳輸協議RTP（Realtime Transport Protocol）被定義為在一對一或一對多的傳輸情況下工作，提供時間信息和實現流同步。RTP通常使用UDP來傳送數據，也可以在TCP或ATM等其他協議上工作。當應用程序開始一個RTP會話時將使用兩個端口：一個給RTP，一個給RTCP（Realtime Transport Control Protocol）。RTP不能為按順序傳送數據包提供可靠的傳送機制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠RTCP提供這些服務。通常RTP算法並不作為一個獨立的網絡層來實現，而是作為應用程序代碼的一部分。實時傳輸控制協議RTCP和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務。在RTP會話期間，各參與者週期性地傳送RTCP包。RTCP包中含有已發送的數據包數量、丟失的數據包數量等統計資料，因此，服務器可以利用這些信息動態地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型 ^[2]  。

這些系統普遍存在兩大不足，嚴重影響了遠程數字視頻監控系統的推廣應用。

（1）現有的遠程網絡視頻監控系統的視頻流在網絡上的傳輸都是基於嵌入式方式。一個監控攝像頭對應監控下位機的一路視頻流，如果網路帶寬好，監控系統所用的攝像頭的數量較少，一般網絡可以正常的通信。如果系統有較多需要監控位置，設置的攝像頭數量較多，就會有相應數量的視頻流同時在網絡上傳輸，即使經過壓縮處理，網絡仍會不堪重負。

（2）現有的遠程數字視頻監控系統均未對採集到的視頻信息文件進行有效的管理和高水平的利用，使採集到的視頻信息資源白白丟失。即使進行了簡單的管理，由於操作不方便，致使系統的信息資源利用率低下。現行的系統對存儲的視頻文件進行定時循環刪除。對於有事故或其他有重要信息的視頻段的處理，只能利用現有的多媒體軟件通過手工操作進行 ^[3]  。