分布式远程视频监控系统在企业局域网中的应用

                作者：黄伟力　温玉莲　左丽娜

[摘要] 本文在典型远程视频监控系统的基础上，结合现行理论技术及实际应用需求，提出了一种应用于企业局域网的分布式远程视频监控系统模型，该模型是根据企业工作地点和监控地点的区域性特征而设计的，能缓解多用户同时请求视频服务时网络带宽不足问题。
　　[关键词] 视频监控分布式企业局域网H.264
　　随着计算机网络、多媒体、视频压缩技术的快速发展，远程视频监控方式已经逐步取代了传统的本地模拟集中监控方式，成为保障人们生活和生命财产的重要手段，尤其是在商业、银行、公安、军事以及其他私密背景的应用中显得尤为重要。因此，对远程视频监控系统的研究和探讨，具有深远的理论和现实意义。
　　
　　一、远程视频监控系统含义及存在问题
　　
　　远程视频监控系统是指通过网络将监控信息进行远程传输，以实现在远程不同地点的分控中心或同一个分控中心同时调看某一个或者几个监控现场的音视频数据，实现分布式的音视频接入和音视频数据共享。
　　虽然它在我国已经得到了广泛的研究与应用，但是还存在如图像质量、网络速度、传输时延、网络带宽、网络安全等一系列问题。其中网络用户数量的不断增加与带宽有限之间的矛盾是制约视频监控技术发展的重要瓶颈问题，也是人们亟待解决的问题。
　　
　　
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二、典型远程视频监控系统的体系结构
　　
　　典型的远程视频监控系统(如图1)由三部分组成:监控前端、传输网络、远程客户端。其工作原理是监控前端经过硬件设备进行数据采集、压缩、存储，然后通过网络将音视频信号传输到远程客户端。其优点是设计过程简单，容易实现。缺点是随着远程客户端的不断增多，监控前端与远程客户端之间的数据传输将造成整个系统的拥塞，网络带宽不足的问题显得尤为突出，成为客户端用户最为不满的问题。
　　
　　三、分布式远程视频监控系统的体系结构
　　
　　分布式远程视频监控系统模型(如图2)主要由图像鉴定中心、分控中心和监控现场三个层次组成，其工作原理包括:
　　1.监控现场通过摄像头、编码器等硬件设备进行数据采集、压缩、编码，发送到分控中心。
　　2.分控中心实际上是由若干台视频服务器组成，每台视频服务器负责监控本区的所有监控点。通过视频服务器软件，实现视频图像的存储和对现场所有摄像头、云台等的控制，并且可以根据终端用户的需求，选择一路视频图像进行压缩编码，通过网络传输到局域网服务器，局域网服务器可以采用IP组播方式将视频信息发送到有需求的客户端，同时，客户端用户可通过客户端软件实现视频数据的接收、解码和回放，同时根据权限对监控现场进行云台控制、报警联动等。
　　3.图像鉴定中心又称总控中心，实现对各个分控中心的总体监控，并且可以浏览到任何一个现场的图像信息，根据需求，对视频图像进行鉴别。
　　这种分布式视频监控的特点是:根据企业工作场所和监控场所的区域性特点，在客户端一方多出了一个局域网服务器，当多个用户请求视频监控时，分控中心只发送一路视频到局域网服务器，再由局域网服务器对客户端进行组播，因此是一种有效利用网络带宽的方法。同时，局域网服务器的使用也增强了系统的扩展性。可以很方便的将一个区域性的监控前端接入，或者企业局域网接入，从而逐步形成一个规模庞大的企业视频监控系统。
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　　四、关键技术
　　
　　为了缓解因为网络带宽不足而导致的网络传输负担过重、网络拥挤问题，本系统从视频数据压缩、网络传输、客户端显示等几个环节采用以下几种技术方案:
　　1.视频压缩标准——H.264。与H.261、H.263、MPEG.1、MPEG.4等视频压缩标准相比，H.264在多模式运动估计、整数变换、统一VLC符号编码、分层编码语法等方面都有它的独到之处，具有很高的编码效率，抗误码率等优点,具有明显的优势，所以本系统采用H.264标准。
　　2.网络技术——TCP/IP协议和组播方式。由于TCP/IP协议的可靠性，在网络视频传输中，我们可以根据实际情况，采用TCP、UDP协议共同来完成视频传输功能。在视频数据传输中，由于数据量很大，采用UDP协议比较恰当；而对于那些控制信息，由于数据量小，并且需要可靠传输，采用TCP协议。同时在客户端设计双缓冲区，以解决网络传输的不稳定性（即发生抖动）。
　　在网络传输方式上，组播技术比广播技术更占优势。组播是一种允许一个或多个发送者发送单一的数据包到多个接收者的网络技术。采用IP组播的传输方式来实现多个监控中心监控一个监控点或者多个监控中心监控多个监控点的功能。
　　3.控制技术——多线程。为了实现对多个站点进行远程视频控制，采用多线程技术。
　　4.显示与记录——双缓冲区和DirectShow。
　　
　　五、总结
　　
　　本文给出了一种应用于企业局域网的分布式远程视频监控系统模型，并对其设计思想以及各个环节采用的先进技术进行了介绍。项目来源于河北省邯郸市公安局（由河北平安智能系统工程公司承接）,主要硬件设备使用的是杭州海康威视提供的DS8000HC系列网络硬盘录象机，软件设计采用VC++编程。该系统具有系统扩展性好、网络带宽利用率高、图像质量好等特点。适合公安部门对全市或县有关企业、部门进行监控时使用，尤其是对企业局域网多用户同时请求视频服务时效果更佳。

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