網(wǎng)絡視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展探討

1、網(wǎng)絡視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展探討 視頻監(jiān)控業(yè)務的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 視頻監(jiān)控作為安防行業(yè)的一個重要技術(shù)應用，發(fā)展迅速。在國外，視頻監(jiān)控業(yè)務主要為個人用戶提供 安全系統(tǒng)方案，基本定位在個人和住宅應用方面。在國內(nèi)，視頻監(jiān)控業(yè)務主要集中在行業(yè)應用，如公安、 交通、金融、樓宇等領(lǐng)域，行業(yè)用戶已成為國內(nèi)視頻監(jiān)控市場的主要增長點。 視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)歷了模擬監(jiān)控技術(shù)、數(shù)字監(jiān)控技術(shù)和遠程網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術(shù)三個不同的階 段。 1模擬視頻監(jiān)控技術(shù) 模擬監(jiān)控技術(shù)發(fā)展較早， 在 20 世紀 90 年代以前， 視頻監(jiān)控技術(shù)主要以模擬設備為主。 模擬視頻監(jiān)控 系統(tǒng)一般由監(jiān)控前端、傳輸設備、控制設備以及顯示設備幾個部分組成

2、。監(jiān)控前端一般為模擬攝像機、云 臺、聲光電報警設備和雨刷等。傳輸設備一般為傳輸視頻的同軸電纜，遠距離傳輸可采用模擬光纖或者利 用光端機進行傳輸?？刂圃O備主要是視頻切換矩陣，采用鍵盤進行切換和控制，將需要監(jiān)控的圖像在指定 的顯示設備進行顯示。顯示設備主要包括圖像的監(jiān)視器、報警指示設備等。 2數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù) 20 世紀 90 年代視頻監(jiān)控進入數(shù)字化階段，隨著計算機和多媒體處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字視頻壓縮編碼 技術(shù)被應用到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，基于 PC 的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)由此產(chǎn)生。在這類監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻采集和視 頻傳輸仍以模擬方式為主，模擬攝像機的圖像信號到達多媒體監(jiān)控終端后進行數(shù)字處理與存儲，隨后通過 通

3、信網(wǎng)絡，將這些信息傳到一個或多個監(jiān)控中心?；?PC 的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)通過增加視頻處理卡以增加 圖像的輸入路數(shù)，采用數(shù)字化存儲及視頻解壓縮功能，可以對監(jiān)控區(qū)域進行高清晰度的畫面顯示，使圖像 回放時也能達到極高的清晰度。 3遠程網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術(shù) 近年來，隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展， Internet 已經(jīng)無處不在。遠程網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術(shù)將傳統(tǒng)的模擬視頻、語音信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過計算機網(wǎng)絡進行傳輸，實現(xiàn)了視音頻信號的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、應用的多媒 體化以及管理的智能化。網(wǎng)絡監(jiān)控技術(shù)集成了數(shù)字處理、網(wǎng)絡、計算機、視音頻編解碼以及圖像處理和識 別等多種先進技術(shù)。 網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)前端、數(shù)字化處理器、網(wǎng)

4、絡傳輸、監(jiān)控控制系統(tǒng)組成。監(jiān)控前端和模擬 系統(tǒng)一樣由攝像機、云臺、聲光電報警設備和雨刷等設備構(gòu)成。 數(shù)字化處理器的主要功能是將監(jiān)控前端采集的模擬圖像信號進行數(shù)字化處理，并將數(shù)字圖像信號進行 壓縮處理，以便減少圖像信號傳輸時所占用的網(wǎng)絡帶寬。 IP 網(wǎng)絡傳輸主要由網(wǎng)絡傳輸設備組成，如交換機、路由器等。監(jiān)控系統(tǒng)將現(xiàn)場圖像和報警信號轉(zhuǎn)換成 數(shù)據(jù)包，利用網(wǎng)絡傳輸給控制系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)由監(jiān)控控制平臺、電視墻及大屏幕系統(tǒng)組成。監(jiān)控控制平臺可以使用監(jiān)控系統(tǒng)的各種功能。 電視墻及大屏幕系統(tǒng)由網(wǎng)絡解碼器、電視墻、大屏幕組成，它們從網(wǎng)絡接收監(jiān)控圖像，解碼后輸岀到電視 墻或者大屏幕上。 網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控

5、系統(tǒng)的比較如表1所示。 %! HL l丸扁 ,討片it刖慟旦 nn 構(gòu)甜如甲 vtr irmu i ItlL. MIMA. 電需怕弓VI純丸 He 崛買悌乜吋富堰HUG m 網(wǎng)絡視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)介紹 網(wǎng)絡視頻監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)有很多。下面簡要描述一下信令控制協(xié)議、視頻編解碼以及模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng) 如何改造為網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)等幾項關(guān)鍵技術(shù)。 1信令控制協(xié)議 由于標準不統(tǒng)一且控制通道和媒體處理不分離，視頻監(jiān)控業(yè)務的開展受到一定的局限性。 （1 ）標準不統(tǒng)一 由于視頻監(jiān)控主要應用于本地監(jiān)控， 國際上并沒有形成相關(guān)的標準， 視頻監(jiān)控廠家各自為政， 產(chǎn)品之間 也沒有采用任何協(xié)議來支持互通，各廠商之間甚至廠商自

6、己的產(chǎn)品之間有時都不能互連，無法組成能容納 不同廠商產(chǎn)品的監(jiān)控系統(tǒng)。 （2 ）控制通道和媒體處理不分離 目前很多網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)主要采用 HTTP 協(xié)議，視頻通過 HTTP 協(xié)議以流媒體方式進行傳輸，沒有區(qū)分 媒體通道與控制通道，而是采用共用一條 HTTP 通道。隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，監(jiān)控規(guī)模的不斷擴大，這對于視 頻監(jiān)控的可管理、大規(guī)模運營是極不為利的。 網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)進行媒體承載和控制的分離，對于媒體承載部分比較明確，可采用 IETF 專門為流媒體傳 輸制定的協(xié)議 RTSP （實時流傳輸協(xié)議），也可采用 IETF 為實時視音頻傳輸制定的協(xié)議 RTP/RTCP （實 時傳輸協(xié)議 / 實時傳輸控制協(xié)議）。對

7、于視頻監(jiān)控的控制協(xié)議，為視頻監(jiān)控制定一個專門的協(xié)議標準是不太 現(xiàn)實的。比較可行的辦法是借用現(xiàn)有成熟穩(wěn)定的信令控制協(xié)議，目前，可以借用的協(xié)議是廣泛用于視頻會 議、 VoIP 應用的 H.323 體系與 SIP （會話初始協(xié)議）。 H.323 提供了在基于 IP 網(wǎng)絡上進行多媒體通信 的規(guī)范， H.323 是一個復雜而龐大的協(xié)議族，現(xiàn)階段是視頻應用的主流技術(shù)。然而由于其過于復雜，現(xiàn)在 正受到基于 SIP 協(xié)議視頻應用的挑戰(zhàn)。 IETF 提出的 SIP 是用于建立多方多媒體通信的規(guī)范。 SIP 具備簡 單靈活、分布式控制等優(yōu)點，有望廣泛應用于視頻監(jiān)控領(lǐng)域。 2視頻編解碼 在視頻編解碼技術(shù)方面，監(jiān)控技

8、術(shù)主要采用MJPEG 、MPEG 系列與 H.26x 系列。 MJPEG 是基于靜態(tài) 視頻壓縮的技術(shù)，圖像的清晰度比較高，適用于監(jiān)控應用領(lǐng)域。 MPEG 系列主要應用于視頻存儲、視頻廣 播和視頻流媒體、互聯(lián)網(wǎng)或無線網(wǎng)上的流媒體等領(lǐng)域。 H.26x 系列主要應用于實時視頻通信領(lǐng)域，如可視 電話、會議電視等。 目前視頻編解碼研究的熱點是MPEG-4和H.264，它們采用基于對象的動態(tài)壓縮技術(shù)，可以獲得更高 的圖像壓縮比和帶寬利用率，在400kbit/s 左右的碼率下即可實現(xiàn)有效的音、視頻傳輸，隨著碼率的提高 可以相應地提高音頻、視頻質(zhì)量，在2Mbit/s 左右時即可達到類似 DVD的效果。MPEG

9、-4和H.264被 普遍認為是未來視頻編解碼的發(fā)展趨勢。 3 .如何改造模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng) 隨著網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，它必將逐漸占據(jù)監(jiān)控領(lǐng)域的主導地位。但是模擬監(jiān)控技術(shù)經(jīng)過幾十年的 發(fā)展，應用非常廣泛，目前仍占據(jù)著很大的市場份額。讓模擬監(jiān)控系統(tǒng)的使用者放棄原有監(jiān)控系統(tǒng)，重新 投資于網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)是很困難的一件事。如何將模擬監(jiān)控系統(tǒng)改造為網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)是亟待解決的問題。 模擬監(jiān)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的改造，從理論上來說，就是改造監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡傳輸部分，具體如圖1 所示。 i J ntwfra JJM 史擺總 圖1模擬監(jiān)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造 在監(jiān)控前端的模擬攝像機處增加網(wǎng)絡設備一視頻服務器，

10、視頻服務器將模擬圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號, 完成視頻數(shù)據(jù)的壓縮和控制信令在網(wǎng)絡上的傳輸。視頻解碼器完成數(shù)字信號接收，將圖像數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為 模擬圖像信號，送入交換矩陣進行顯示。控制平臺主要完成監(jiān)控系統(tǒng)的控制，傳遞用戶的操作命令。 從理論上來說，任何模擬攝像機，包括固定攝像機、球形攝像機、帶云臺的攝像機等都可以通過視 頻服務器集成到網(wǎng)絡視頻系統(tǒng)中。模擬攝像機和視頻服務器的組合相當于一臺網(wǎng)絡攝像機，因此目前很多 廠家都生產(chǎn)出了一體化的 IP 攝像機。 模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般有專用的監(jiān)控室， 在這種情況下， 同軸電纜已經(jīng)安裝就位， 可以采用在監(jiān)控室統(tǒng) 一將視頻輸出給視頻服務器，以便對視頻服務器進行集中放置

11、、供電和管理。 監(jiān)控中心通過視頻解碼器使用現(xiàn)有的模擬監(jiān)控設備監(jiān)控網(wǎng)絡視頻系統(tǒng)中的數(shù)字化視頻圖像。 視頻解碼器 將數(shù)字化的視頻信號轉(zhuǎn)化為模擬信號， 輸入到交換矩陣， 從而能夠在原有的顯示設備上顯示。 網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展 隨著網(wǎng)絡技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)的不斷發(fā)展，視頻監(jiān)控也在向數(shù)字化、無線化、監(jiān)控網(wǎng)絡化、系統(tǒng)集成化 和結(jié)構(gòu)模塊化等方向發(fā)展。 1 無線網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng) 無線網(wǎng)絡以其安裝方便、 靈活性強、性價比高等特點得到了廣泛應用。無線網(wǎng)絡監(jiān)控是采用無線的方式 將監(jiān)控前端或客戶端和監(jiān)控平臺連接從而實現(xiàn)監(jiān)控。當監(jiān)控前端位置分散并且距離監(jiān)控平臺較遠時，用戶 采用傳統(tǒng)布線方式臨時建立客戶視頻監(jiān)控中心的成本

12、較高，如果遇到道路、河流等阻礙時，代價更是不可 估計。利用無線傳輸網(wǎng)絡，上述問題就可迎刃而解。無線網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。 圖2無線網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng) 無線網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控前端設備（視頻服務器）一般支持無線傳輸，如果前端設備不支持無線傳輸， 則需要配置相關(guān)的無線設備完成無線傳輸。監(jiān)控平臺接入Internet中，前端設備通過無線網(wǎng)絡接入監(jiān)控平 臺?？蛻舯O(jiān)控中心根據(jù)網(wǎng)絡條件、需求等多方面因素可選擇通過Internet 或者無線網(wǎng)絡接入監(jiān)控平臺。用 戶可以使用手機或者無線上網(wǎng)設備接入監(jiān)控平臺觀看視頻監(jiān)控圖像。 2.基于SIP協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng) 基于SIP協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

13、圖3 基于 SIP 協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) SIP 視頻監(jiān)控系統(tǒng)由以下幾 基于 SIP 的視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用域管理方式，支持大規(guī)模的視頻監(jiān)控業(yè)務。 個部分組成 1 ）監(jiān)控前端 監(jiān)控前端可以將監(jiān)控圖像進行數(shù)字化處理，發(fā)送到客戶端供用戶觀看。 2 ）客戶端 客戶端是接收視頻監(jiān)控前端傳輸過來的視頻編碼數(shù)據(jù)，對編碼數(shù)據(jù)進行解碼顯示。 3 ）代理服務器 該服務器是一個中間路由元素， 具有解析地址的能力， 能夠代理監(jiān)控客戶端向下一跳服務器發(fā)出呼叫請 求，然后由服務器決定下一跳的地址，最終使客戶端和監(jiān)控前端建立連接。 （4 ）注冊服務器 該服務器對監(jiān)控前端和客戶端進行身份認證，完成地址的注冊。 （ 5 ）定位服務器 該服務器用來存儲監(jiān)控前端和客戶端的地址等信息， 為其他服務器， 如代理服務器、 注冊服務器等提供 信息查詢。 （6 ）事件服務器 該服務器收集并發(fā)布系統(tǒng)中監(jiān)控前端和客戶端的狀態(tài)等事件。 目前主要有注冊事件、 在線事件等。 監(jiān)控 前端和客戶端可以通過向事件服