摘  要： 設計了一種基于IP Camera的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)通過各種不同的接入服務，提供了C/S、Web、ClickOnce等多種訪問方式，實現(xiàn)了多種平臺下對視頻終端的監(jiān)控。系統(tǒng)采用類似于DNS的目錄服務，將所有物理節(jié)點、邏輯節(jié)點均統(tǒng)一編碼，并存儲到本地配置數(shù)據(jù)庫或文件中，實現(xiàn)了視頻終端、客戶監(jiān)控端、視頻數(shù)據(jù)文件等信息的管理和訪問。系統(tǒng)在有線和無線兩種不同的傳輸方式下，根據(jù)不同的網(wǎng)絡傳輸特點，分別采用了TCP和UDP兩種不同的通信方式和通信機制向外部提供視頻數(shù)據(jù)服務，提高了視頻流暢性。
關鍵詞： IP camera；視頻監(jiān)控；TCP/IP；目錄服務；視頻解碼

    隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展和網(wǎng)絡建設的普及，與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控比較 , 基于網(wǎng)絡技術的數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)靈活、抗干擾性能強、支持遠程傳輸、便于自動化管理和易于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢，傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控和調(diào)度功能將逐漸被基于IP Camera的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)所替代[1]。基于當前的應用背景和技術支持，本文設計了一種基于IP Camera的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過這種帶有以太網(wǎng)接口、TCP/IP協(xié)議棧[2]、Web Server的智能網(wǎng)絡視頻監(jiān)控終端，授權(quán)客戶端在Internet上可以使用多種訪問方式來監(jiān)控此終端。
1 系統(tǒng)架構(gòu)
1.1 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)
    各個接入服務共享同一個邏輯數(shù)據(jù)總線，本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)均通過UDP協(xié)議在各個服務之間發(fā)送、轉(zhuǎn)移、加工、存儲。具體的篩選、處理工作由數(shù)據(jù)消費者進行[3]。
    系統(tǒng)邏輯架構(gòu)圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向架構(gòu)
    系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向架構(gòu)如圖2所示。

    本視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡錄像服務器（NRU）、視頻音頻轉(zhuǎn)發(fā)服務器（VTDU）、中心管理服務器（CONS）、設備配置和管理服務器（DMS）幾部分構(gòu)成。其中，網(wǎng)絡錄像服務器主要實現(xiàn)音視頻的錄像；音視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務器主要實現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)；中心管理服務器（CONS）主要實現(xiàn)對前端設備和客戶端的認證和管理；接入服務器（CONS）主要實現(xiàn)對信令的解析；設備配置和管理服務器主要實現(xiàn)對所有設備的配置和顯示所有設備的狀態(tài)。
2 系統(tǒng)各組成部分功能
2.1 錄像服務器
    錄像服務器的功能有：根據(jù)中心管理服務器的指令，向轉(zhuǎn)發(fā)服務器請求媒體數(shù)據(jù)，并對媒體數(shù)據(jù)進行錄像；當客戶端向錄像服務器請求媒體數(shù)據(jù)時，錄像服務器把錄像文件的數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端。
2.2 中心管理服務器
    中心管理服務器負責保存視頻服務器等設備的安裝信息及所有設備的報警信息和操作日志；根據(jù)配置信息，對需要錄像的視頻，向錄像服務器發(fā)送請求錄像信息；保存客戶端和管理平臺的用戶權(quán)限。
2.3 轉(zhuǎn)發(fā)服務器
    向客戶端、管理平臺、錄像服務器轉(zhuǎn)發(fā)來自視頻服務器的媒體數(shù)據(jù)。
2.4 配置終端
    配置終端對系統(tǒng)中的所有設備進行安裝和參數(shù)配置與查詢。
2.5 接入服務器
      接入服務器對系統(tǒng)中的所有設備進行調(diào)度，解析設備之間的協(xié)議。
2.6 客戶端
      客戶端功能：播放視頻圖像；對播放的視頻圖像進行本地錄像；本地回放錄像文件；接收報警信息。
2.7 視頻服務器
      對于無線視頻服務器，通過測試在無線網(wǎng)絡上用TCP傳輸媒體數(shù)據(jù)時延時太大，所以無線視頻服務器只能采用UDP進行媒體數(shù)據(jù)傳輸。對此，需要作以下幾個方面的設計：
    (1)轉(zhuǎn)發(fā)服務器
    無線傳輸時采用一個線程接收UDP的數(shù)據(jù)，把接收到的媒體數(shù)據(jù)放到緩沖區(qū)；有線傳輸時采用一個線程接收TCP的數(shù)據(jù)，把接收到的媒體數(shù)據(jù)放到緩沖區(qū)。
    (2)接入服務器
    系統(tǒng)設計一個UDP接收和發(fā)送模塊，為每個無線視頻服務器在UDP模塊上建立一個TCP連接，根據(jù)視頻服務器的類型，在客戶端請求數(shù)據(jù)時給客戶端不同的應答信息。
    (3)客戶端
    采用視頻解碼策略、視頻參數(shù)的重發(fā)功能和云臺參數(shù)設置的重發(fā)功能。
    (4)數(shù)據(jù)庫提供的樹型結(jié)構(gòu)中增加一個視頻服務器的類型。
3 系統(tǒng)主要部分工作流程
3.1 注冊流程
    視頻終端向服務器注冊過程如圖3所示。

3.2 請求媒體數(shù)據(jù)
    客戶端連接指定視頻終端后，向視頻終端請求媒體數(shù)據(jù)，接入服務器將信息進行轉(zhuǎn)發(fā)到視頻終端。視頻終端收到命令后將媒體數(shù)據(jù)發(fā)送到接入服務器并轉(zhuǎn)發(fā)到客戶端，也可以直接將媒體數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端?？刂泼钊匀煌ㄟ^接入服務器轉(zhuǎn)發(fā)，從而提高網(wǎng)絡視頻效率。具體數(shù)據(jù)流程如圖4所示。

3.3 云臺控制
    客戶端訪問視頻終端時通過接入服務器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)完成對視頻終端連接的云臺進行控制。具體數(shù)據(jù)流程如圖5所示。

3.4 配置終端
    管理平臺可以對指定的視頻終端進行遠程配置，通過接入服務器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)完成各種參數(shù)的配置。具體數(shù)據(jù)流程與圖5所示類似。
4 軟件實現(xiàn)原理
4.1 網(wǎng)絡視頻傳輸策略
    在網(wǎng)絡帶寬不穩(wěn)定或者較差的情況下為了盡量保證網(wǎng)絡視頻服務器傳輸?shù)椒掌鞯囊曨l數(shù)據(jù)的完整性和實時性[4]，采用了雙重處理機制：
    (1)單位時間內(nèi)比較視頻歷史緩沖中的數(shù)據(jù)包個數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包個數(shù)大于500包，則執(zhí)行清除歷史緩沖操作，并重新關閉打開編碼器來編碼出一個新的IDR幀用于傳輸[4]；
    (2)定時比較當前編碼幀的時間與待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的時間差值，如果大于5 s，則執(zhí)行清除歷史緩沖的操作，并重新關閉打開編碼器來編碼出一個新的IDR幀用于傳輸[5]；
    (3)另外為了保證對帶寬的充分利用以及傳輸?shù)椒掌鞫说拇a流可以正常播放，在清除歷史緩沖時增加了1幀的完整性判斷，即必須保證當前傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)非1幀才執(zhí)行清除歷史緩沖的操作[6]。
4.2 目錄服務功能設計
    目錄服務具有配置終端和中心管理服務器的功能，主要用于保存系統(tǒng)中所有設備的安裝和參數(shù)配置，并提供查詢、修改服務；保存系統(tǒng)中所有硬件服務器、軟件服務的安裝和配置信息，并提供查詢、修改；視頻文件的目錄管理服務；客戶端的配置、權(quán)限等信息維護；權(quán)限的保存、查詢、管理接口；體現(xiàn)系統(tǒng)一定的拓撲結(jié)構(gòu)。
    目錄服務功能實現(xiàn)：
    (1)類似于DNS服務，采用UDP通信向外部提供服務[7]。
    (2)目錄服務之間也可互相訪問，從而提供目錄冗余，它需通過管理人員設置，以免形成回路。
    (3)所有物理節(jié)點、邏輯節(jié)點均統(tǒng)一編碼，并存儲到本地配置數(shù)據(jù)庫或文件中[8]：①服務器采用網(wǎng)卡“MAC地址”編碼，計算機名作為默認摘要信息；②運行在服務器上的服務程序，采用“MAC地址.服務編碼.端口號”形式編碼，例如“1234567890AB.MS1:8080”；③C/S客戶端計算機采用“MAC地址：端口號”唯一編碼；④攝像頭采用內(nèi)部物理地址編碼；⑤企業(yè)組織的層級采用ASCII方式編碼；⑥訪問用戶采用字符串編碼。
    (4)目錄內(nèi)容淘汰方法[9]包括：靜態(tài)內(nèi)容長期保留和動態(tài)內(nèi)容按約定超時周期淘汰。
本文闡述了IP Camera的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)設計以及主要部分的實現(xiàn)原理。著重介紹了視頻數(shù)據(jù)傳輸以及目錄服務的設計方案和實現(xiàn)方法，并對其中的一些關鍵技術的實現(xiàn)作了詳細的描述。系統(tǒng)服務器端采用Visual C++編程語言實現(xiàn)各種服務[10]。該系統(tǒng)支持多種平臺的客戶端訪問，并具有良好的交互性和流暢的視頻效果。
參考文獻
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