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

1、網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(yīng)用，發(fā)展迅速。在國外，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)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(yīng)用方面。在國內(nèi)，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)主要集中在行業(yè)應(yīng)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(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)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(jì) 90 年代以前，視頻監(jiān)控技術(shù)主要以模擬設(shè)備為主。模擬視頻監(jiān)控 系統(tǒng)一般由監(jiān)控前端、傳輸設(shè)備、控制設(shè)備以及顯示設(shè)備幾個部分組成。監(jiān)控前端一般為模

2、擬攝像機、云 臺、聲光電報警設(shè)備和雨刷等。傳輸設(shè)備一般為傳輸視頻的同軸電纜，遠(yuǎn)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(shè)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(shè)備進行顯示。顯示設(shè)備主要包括圖像的監(jiān)視器、報警指示設(shè)備等。2數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)20 世紀(jì) 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(yīng)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 通信網(wǎng)絡(luò)，將這些信息傳到

3、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(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展， Internet 已經(jīng)無處不在。遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)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(luò)進行傳輸，實現(xiàn)了視音頻信號的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、應(yīng)用的多媒體化以及管理的智能化。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)集成了數(shù)字處理、網(wǎng)絡(luò)、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(luò)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)絡(luò)傳輸、監(jiān)控控制系統(tǒng)組成。監(jiān)

4、控前端和模擬 系統(tǒng)一樣由攝像機、云臺、聲光電報警設(shè)備和雨刷等設(shè)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(luò)帶寬。IP網(wǎng)絡(luò)傳輸主要由網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)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(luò)傳輸給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(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(luò)解碼器、電視墻、大屏幕組成，它們從網(wǎng)絡(luò)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(luò)監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)的比較如表1所示。>.m 幣

5、科尉 t.nm 乂 樸 Mi* ir ut?ffnstttttILMVRAM. nntiH 電 1 «*«naA« tan.羽巾備町烏Ktfcri XIVKXIts常童tlw*Rllfctt口弓底堰鼻耳-Mi網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)介紹網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(biāo)準(zhǔn)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(wù)的開展受到一定的局限性。1）標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一 由于視頻監(jiān)控主要應(yīng)用于本地監(jiān)控，國際上并沒有形成相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，視頻監(jiān)控廠家各自為政，產(chǎn)品之間也

6、沒有采用任何協(xié)議來支持互通，各廠商之間甚至廠商自己的產(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(luò)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(luò)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(luò)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 （

7、實時傳輸協(xié)議 /實時傳輸控制協(xié)議） 。對于視頻監(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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(luò)上進行多媒體通信的規(guī)范，H.323是一個復(fù)雜而龐大的協(xié)議族，現(xiàn)階段是視頻應(yīng)用的主流技術(shù)。然而由于其過于復(fù)雜，現(xiàn)在正受到基于SIP協(xié)議視頻應(yīng)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(yīng)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，

8、監(jiān)控技術(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(yīng)用領(lǐng)域。MPEG 系列主要應(yīng)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(yīng)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(yīng)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。 MP

9、EG-4 和 H.264 被普遍認(rèn) 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(luò)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(dǎo)地位。但是模擬監(jiān)控技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā) 展，應(yīng)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(luò)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(luò)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(luò)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(luò)傳輸部分，具體如圖 示。"憚嘟 -尺諱轉(zhuǎn)碼両£樸in鼻Jf產(chǎn)圖1模擬監(jiān)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)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(luò)設(shè)備一

10、視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)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(luò)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?？刂破脚_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(wù) 器集成到網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)中。模擬攝像機和視頻服務(wù)器的組合相當(dāng)于一臺網(wǎng)絡(luò)攝像機，因此目前很多廠家都 生產(chǎn)岀了一體化的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 將視頻輸岀給視頻服務(wù)器，以便對視頻服務(wù)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(shè)備監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)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(shè)備上顯示。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展隨著網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)以其安裝方便、靈活性強、性價比高等特點得到了廣泛應(yīng)用。無線網(wǎng)絡(luò)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(dāng)監(jiān)控前端位置分散并且距離監(jiān)控平臺較遠(yuǎn)時，用戶采 用傳統(tǒng)布線方式臨時建立客戶視頻監(jiān)控中心的成本較高，如果遇到道路、

12、河流等阻礙時，代價更是不可估 計。利用無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，上述問題就可迎刃而解。無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2所示。圖2無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控前端設(shè)備（視頻服務(wù)器）一般支持無線傳輸，如果前端設(shè)備不支持無線傳輸，則需要配置相關(guān)的無線設(shè)備完成無線傳輸。監(jiān)控平臺接入 Internet中，前端設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)接入監(jiān)控平 臺?？蛻舯O(jiān)控中心根據(jù)網(wǎng)絡(luò)條件、需求等多方面因素可選擇通過 Internet或者無線網(wǎng)絡(luò)接入監(jiān)控平臺。用 戶可以使用手機或者無線上網(wǎng)設(shè)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。Inter ner

13、1;rn«t .圖3基于SIP協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(wù)。SIP視頻監(jiān)控系統(tǒng)由以下幾個部分組成。（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(wù)器 該服務(wù)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(wù)器發(fā)出呼叫請求， 然后由服務(wù)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(wù)器該服務(wù)器對監(jiān)控前端和客戶端進行身份認(rèn)證，完成地址的注冊。（5 ）定位服務(wù)器該服務(wù)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(wù)器，如代理服務(wù)器、注冊服務(wù)器等提供信 息查詢。（6）事件服務(wù)器該服務(wù)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務(wù)