关于安防视频监控技术之设计

２　０　０　９年第５期　铁道警官高等专科学校学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｐｏｌｉｃｅ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　２００９　Ｎｏ．５　第１９卷总第８３期　Ｖ０１．１９　Ｓｅｒｉａｌ　８３　关于安防视频监控技术之设计　陈少波　（铁道警官高等专科学校实验和网络信息中心，河南郑州４５００５３）　摘要：视频监控系统发展到今天，已经进入了网络视频监控的阶段，它主要是由视频监控前端和视频　监控管理平台两大部分组成。视频监控管理平台的设计包括视频监控服务器、信息处理模块和业务功能模　块的设计，网络监控客户端的设计包括数据接收模块、信令处理模块、用户界面设计。　关键词：视频监控；管理平台；结构模型　中图分类号：Ｄ９１８文献标识码：Ａ文章编号：　１００９—３１９２（２００９）０５—０１０５—０４　视频监控系统的发展经历了从模拟到数字从分　采集系统，由模拟监控设备和网络视频编码器组成。　一散定点到网络监控，从简单录象显示到智能化预警，　从有线到无线，从近距离操作到远程控制的过程。　其处理能力不断增强、功能越来越丰富。近年来，随　个摄像头加一个网络视频编码器就可以组成最简　单的配置。其他模拟监控设备还包括视频切换矩阵　主机、云台镜头控制器、灯光控制器、云台、摄像机及　报警采集器等。视频监控前端系统的主要功能是对　监控现场的音／视频采集以及对监控设备的控制和　维护。　着社会不断进步、经济快速发展和技术突飞猛进，公　共秩序安全、生产安全、财产安全越来越受到人们的　重视，这就使视频监控系统更为广泛地应用在各行　业领域中。视频监控管理平台是整个视频监控系统　（二）视频监控管理平台的功能　１．视频监控服务器的功能　的核心。它集计算机网络通信、视频处理、流媒体和　自动化技术于一身，是视频、音频、数据和图示一体　化的解决方案，是支持多种传输方式的综合多媒体　业务管理平台。因此建立高效、开放、可扩展的视频　监控管理平台是构建网络视频监控系统的关键。它　不同于一般的小范围专用的视频监控系统，功能完　整强大的综合性视频监控管理平台涉及的技术广　视频监控服务器是连接监控前端和网络用户的　纽带。它的主要功能包括：与用户进行消息通信。　用户的接人认证、鉴权与计费。为监控前端和用户　之间建立端到端的连接。提供实时监控、录像、报警　等基本业务服务。控制监控前端的各项属性，维护　与它们的连接。提供前端故障、配置等管理。结合　这些特点，可以把视频服务器的功能分为功能相对　泛，系统的复杂性高，对设计和实现都提出了更高的　要求。本文结合实验室设计和实现该系统的经验，　提出了完整的视频监控管理平台的设计模型。　一独立的四个部分，即用户管理，运营支撑，业务管理　和前端管理。　、视频监控管理平台的功能　２．网络监控客户端的功能　网络监控客户端是网络用户访问视频监控系统　（一）视频监控系统的结构模型　的接口。它提供给用户可视化的友好界面，以便用　户可以通过客户端软件访问系统，获得系统提供的　视频监控系统发展到今天，已经进入了网络视　频监控的阶段，它主要是由视频监控前端和视频监　各种服务。其中包括用户登录后对监控前端视频图　像的查看、对监控前端节点和服务器的配置等。另　控管理平台两大部分组成。　视频监控前端是系统的前端音频和视频信息的　收稿日期：２００９—０９—１２　外它也负责把服务器发送过来的信息反馈给用户，　作者简介：陈少波，男，河南开封人，铁道警官高等专科学校实验和网络信息中心主任。　・１０５・　陈少波：关于安防视频监控技术之设计　如报警联动信息等。总的来说，网络监控客户端主　传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制。它依靠　要包括参数设置、实时监控、电子地图和视频播放器　ＲＴＣＰ提供这些服务，ＲＴＣＰ是与ＲＴＰ协同工作的控　等主要功能。　二、视频监控管理平台的设计　制协议。在会话期间，各参与者周期性地发送　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　在视频监控管理平台中，主要借鉴了软交换技　术中的业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离　这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷　类型以适应网络的宽带。ＲＴＰ与ＲＴＣＰ配合使用，　能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，　因而特别适合传送网上的实时数据。　的做法。其中，信令处理模块对应呼叫控制功能，数　据转发／接收模块对应承载功能，服务器的功能模块　和客户端的界面对应业务功能。　采用业务、控制和承载分离的思想，简化并且优　化了系统的结构，使每一部分实体都可以单独演进　升级。尤其针对业务服务，实现了上层业务与底层　异构网络无关，使业务真正独立于网络，从而能够更　加灵活、有效地实现业务的提供，这样用户可以自行　配置和定义自己的业务特征，使系统具有非常好的　业务可扩展性。下面说明具体模块的功能实现。　（一）视频监控服务器设计　视频监控服务器是监控前端系统与监控客户端　之间的桥梁。它实现数据的转发和控制信令的解　析，在此基础上实现视频监控服务器功能，如用户管　理、业务管理等。其中数据转发和信令处理模块直　接负责与监控客户端和监控前端的通信，逻辑上是　下层的通信模块。对应的上层功能模块就是包括用　户管理、前端管理、业务管理和运营支撑模块的部　分。它是系统的业务功能模块。这样，在设计上实　现了业务服务、呼叫控制和数据承载的分离。　１．数据转发模块　，数据转发模块主要完成音／视频数据的转发工　作。从监控前端接收数据信息，并以最有效的方式　转发到网络监控客户端。　音／视频是连续媒体，数据量大，对实时性要求　高，允许传输中存在一定的数据错误率及数据丢失　率。此外，在监控系统中，要实现音／视频的分布式　介入和数据共享，必须进行音／视频的多点传输。因　此在数据转发模块的设计中，需要考虑如下两方面　问题。　（１）传输协议的选择。传输层包含两个协议，　即传输控制协议（ＴＣＰ）和用户数据包协议（ＵＤＰ）。　由于ＴＣＰ需要较多的开销，重传机会带来延迟，不　太适合传输实时数据。系统采用实时传输协议／用　户数据包协议（ＲＴＰ／ＵＤＰ）来传输实时数据，ＲＴＰ为　实时数据提供端到端的传递服务，并向接收端传送　恢复实时信号必需的定时和顺序信息，实现流同步。　ＲＴＰ本身并不能为按顺序传送的数据包提供可靠的　・】０６・　（２）传输方式的选择。网络层ＩＰ协议定义了　三种ＩＰ数据包的传输方式，即单播、广播和组播。　要在系统中实现音／视频数据的多点传输，若采用单　播，则同样的音／视频的数据要发送多次，这将导致　发送者负担重、延迟长、网络拥塞。若用广播，网络　中的每个站点都将接收到数据，不管该节点是否需　要数据，增加了非假手者的开销。组播是一种允许　一个或多个发送者发送单一数据包到多个接受者的　网络技术。组播源把数据包发送到特定组播组，而　只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。由于　无论有多少个目的的地址，在整个网络的任何一条　链路上都只传送单一的数据包，采用组播提高了网　络传输的效率，极大地节省了网络宽带。　由于系统中会经常涉及对多音／视频数据的操　作，整个数据转发模块采用多线程的Ｓｏｃｋｅｔ技术实　现。　（二）信息处理模块　监控系统中控制信息的交互通过信令处理模块　来完成。它负责控制信令的解析、转发等。这些控　制信令可能包括请求查看前端监控节点的视频图　像、控制云台或摄像机的动作等。由于控制信息是　监控系统中重要的指令信息，要求控制信号的传输　准确无误，为此选择可靠性高的ＴＣＰ进行传输。　信息处理模块采用ＳＩＰ（Ｓｅｓｓｉｏｎ　Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｔｏ－　ｃｏｌ，会话初始协议）来实现信令控制。采用ＳＩＰ实　现模块间通信是系统可扩展性的重要保证。ＳＩＰ是　由ＩＥＴＦ提出来的一个应用控制（信令）协议。它是　基于纯文本的信令协议。用于发起会话，可用来创　建、修改以及终结多个参与者参加的多媒体会话进　程。参与会话的成员可以通过组播方式、单播连网　或者两者结合的形式进行通信。ＳＩＰ不会定义或限　制可使用的业务，并且传输、服务质量、计费、安全性　等问题都由基本核心网络和其他协议处理，因此给　应用层的实现带来很大的灵活性。　（三）业务功能模块设计　在下层的模块实现通信的基础上，上层的功能　陈少波：关于安防视频监控技术之设计　模块实现具体的视频服务器功能。　１．用户管理　用户访问控制负责接收用户的登录、监控图像　请求、网络服务质量反馈等信息，是服务器与用户通　信的桥梁。　用户服务策略负责记录用户的服务质量策略设　置，并通过用户的服务反馈，及时调整用户的服务策　略，保证用户的正常使用。　２．运营支撑　连接服务负责建立网络监控用户端到监控前端　的媒体会话业务。它能控制多个参与者参加多媒体　会话的建立和终结，并能动态调整和修改会话属性，　如会话带宽要求、传输的媒体类型（语言、视频和数　据等）、媒体的编／解码格式、对组播的支持等。另　外还提供域名解析服务。　认证／授权／计费（ＡＡＡ）服务主要负责对用户　的合法性认证、认证后的授权以及基于时间或流量　的计费管理。鉴别是至关重要的，只有确认了用户　身份才能知道所提供的服务应该向谁收费，同时也　能防止非法用户对网络进行破坏。在确认用户身份　后，根据用户开户时所申请的服务类别，系统可以授　予客户相应的权限。在用户使用系统资源时，需要　有相应的设备来统计用户对资源的占用情况，并据　此向客户收取相应的费用。在实现ＡＡＡ认证时使　用Ｄｉａｍｅｔｅｒ系列协议，它是新一代的ＡＡＡ技术，提　供可扩展性和安全保证。　３．业务管理　监控服务提供实时监视、控制服务，实现图像切　换、多画面观看、云台及镜头控制、图像清晰度（速　度）等调整。　报警服务支持报警输入、防火、防盗、环境温湿　度、设备运行故障、事故等多种报警源。一旦发生报　警，系统将产生联动，即自动录像、警报、开灯、远程　传输至网络监控客户端、语音提示等一系列报警联　动，并对前端产生的报警信号以及用户的处理情况　进行记录。　录像和回访服务保存前端的录像记录信息，并　与监控报警记录相关联，以便用户日后查询检索。　可根据图像存储时间、Ｈ期以及镜头号进行查找和　回放，亦可将所需画面以压缩或非压缩的形式存储。　定期自动或手动完成记录的备份和更新。　４．前端管理　前端配置管理负责向监控前端发送控制信令，　对前端的音／视频传输质量、服务质量进行监控管　理，管理前端的属性配置，对出现故障的监控前端及　时作出反应。　电子地图管理维护监控前端与地图数据库中对　应图片的联系属性。　三、网络监控客户端设计　与视频监控服务器类似，它也设计为包括对应　数据承载的数据接收模块、对应呼叫控制的信令处　理模块和对应业务功能的用户界面模块，　（一）数据接收模块　数据接收模块对应于服务器的数据转发模块，　主要负责流媒体数据的接收，提供给上层模块一路　或多路媒体数据。　（二）信令处理模块　对应于服务器的信令处理模块，把用户的请求　封装成符合要求的信令格式发送给服务器，同时接　受服务器的响应，启动相应模块的功能，完成用户请　求。　（三）用户界面设计　客户端界面主要为用户提供访问界面，主要包　括参数培植、实时监控、电子地图和播放器界面。这　只是功能上的划分，具体实现时要将它们结合成统　一的界面提供给用户。　１．参数设置　参数设置是用户对服务器和监控前端进行参数　设置，用户可以通过此界面进行远程参数设置。　２．实时监控　实时监控界面提供给用户实时监控、控制、录　像、报警查看等功能。它主要负责视频多路显示，从　数据接收模块缓冲中获取媒体数据或从本地录像资　料中取得媒体数据，进行解码显示，还负责对多个监　控节点的音／视频数据进行逐轮显示。在实现上需　要结合监控前端的具体解码器。　实时监控中多路视频的显示主要采用Ｄｉｒｅｃｔ—　Ｓｈｏｗ技术。它是建立在ＤｉｒｅｃｔＸ（包含ＤｉｒｅｃｔＤｒａｗ、　ＤｉｒｅｃｔＳｏｕｎｄ、Ｄｉｒｅｃｔ３Ｄ）之上的媒体层。支持来自本　地或网络的各种视频、音频压缩格式的媒体文件的　解码和回放，可以从设备上捕捉多媒体流，也可以处　理各种压缩算法处理的流媒体。ＤｉｒｅｃｔＳｈｏｗ对媒体　数据处理采用流媒体的方式，可以大大减少编程的　复杂程度。同时它又可以自动协商从数据源到应用　的转换。流接口提供了统一的、可以预测的数据存　取的控制方法。这样应用程序在播放媒体数据时不　需要考虑它的最初来源和格式。　３．电子地图　电子地图可以帮助用户准确地把握和了解整个　・１０７・　陈少波：关于安防视频监控技术之设计　系统的总体情况，为用户提供监控点周围的环境和　地理状况信息，帮助用户更好地把握监控目标的位　置以及行动情况。它主要包括地图编辑模块和显示　模块。编辑模块为用户提供将视频录入视频服务　器，并指定相关监控节点关联的功能。显示模块从　企事业大院。　结束语　视频监控管理平台主要为适应目前监控网络的　不断扩大及其日益复杂的功能需求而设计，其重点　在于对视频监控系统的有效管理。　视频服务器上下载并显示附着监控节点信息的地图　供用户使用，用户可以通过点击电子地图上的摄像　机图标观察到监控点的实时视频。　４．播放器　本文结合视频监控系统的特点和管理品台的功　能需求，提出了一套完整的视频监控管理平台的设　计方案，较好地实现了这些要求。随着网络的发展，　播放器是回放录像的界面。实时控制产生的录　带宽资源越来越丰富，通过网络进行高清晰视频已　像或图片存储后，可以通过通过播放器界面进行回　经成为可能。因此采用先进视频编码技术的高清晰　放查看。　视频监控就成为未来监控系统的需求。但是对于基　四、视频监控管理平台的实现和应用　于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ等低带宽环境下的视频监控需求，将高　清晰视频和低带宽的视频监控相结合将是视频监控　视频监控管理平台中，视频服务器的运行环境　管理平台改进的一个方向。　是Ｌｉｎｕｘ，网络监控客户端的运行平台是Ｗｉｎｄｏｗｓ，　采用了Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ＋＋技术的实现。目前，该系统结　参考文献：　合北京神州龙芯公司的监控前端，组成了完整的视　［１］王光，魏永忠．中国安防管理［Ｍ］．北京：中国人民公安　频监控系统，在中国科学院软件所的社区宽带实验　大学出版社，２００８．４．　网上运行良好，是客户端运行时的主界面。　［２］陈志华．英国、澳大利亚社会报警服务警方接处警方略　社区宽带网络系统是中国科学院软件所研制开　解析［Ｊ］．中国安防产品信息，２００４，（６）．　发的，是在一个物理网络上实现常规电话网、数字电　［３］杨英．报警服务业瓶颈问题研究［Ｊ］．安全技术防范，　视网、计算机网业务的三网融合系统。它可以大幅　２００２，（１）．　度降低社区信息化和城市信息化的建设成本及运营　责任编辑：马克　成本，特别适合我国居住密集型的居民小区、校园、　Ｏｎ　ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｖｉｄｅｏ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｈｅｎ　Ｓｈａｏｂｏ　（Ｃｅｎｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｒａｉｌｗａｙ　Ｐｏｌｉｃｅ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００５３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｖｉｄｅｏ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｓｔｅｐｐｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｓｔａｇｅ　ｏｆ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｖｉｄｅｏ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｗｈｉｃｈ　ｍａｉｎｌｙ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ｖｉｄｅｏ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｆｒｏｎｔ　ａｎｄ　ｖｉｄｅｏ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｉｎｃｌｕｄｅｓ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｖｉｄｅｏ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｅｒｖｅｒ，ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｏｄｕｌｅ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｖｉｄｅｏ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｃｌｉｅｎｔ　ｉｎｃｌｕｄｅｓ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ｍｏｄｕｌｅ，ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｏｄｕｌｅ　ａｎｄ　ｕｓｅｒ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖｉｄｅｏ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｐｌａｔｆｏｒｍ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｍｏｄｅｌ　・１Ｏ８・