防洪工程監(jiān)控系統(tǒng)中視頻采集技術(shù)的應(yīng)用

王坤杰

（河北省防汛抗旱指揮部辦公室，河北 石家莊 050011）

1 防洪工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

防洪工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)兩個(gè)部分?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像機(jī)主要是拍攝水利工程各種重要防洪部位的工作狀態(tài)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)彩色視頻信息通過(guò)視頻光端機(jī)和光纖傳至現(xiàn)場(chǎng)控制中心服務(wù)器進(jìn)行解碼顯示；同時(shí)前端信號(hào)在現(xiàn)場(chǎng)控制中心進(jìn)行壓縮，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心，并可以在遠(yuǎn)程進(jìn)行縮小、放大和旋轉(zhuǎn)等控制，同時(shí)可設(shè)定遠(yuǎn)程用戶的瀏覽和操作權(quán)限。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)使用一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行視頻轉(zhuǎn)發(fā)一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為圖像平臺(tái)和控制平臺(tái)，發(fā)送控制信息到各個(gè)信息采集點(diǎn)，完成圖像解碼顯示、權(quán)限設(shè)定、分級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)等，最后在PC上通過(guò)VC實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信息顯示存儲(chǔ)。具有靈活方便的畫(huà)面組態(tài)，可以分別從次畫(huà)面進(jìn)入另一個(gè)次畫(huà)面或主畫(huà)面。并在監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，及時(shí)安排現(xiàn)場(chǎng)采取應(yīng)急措施。圖像傳輸采用光纖通訊方案，現(xiàn)場(chǎng)的圖像通信鏈路使用單模光纖，兩端通過(guò)視頻光端機(jī)來(lái)傳輸實(shí)時(shí)彩色視頻信息。遠(yuǎn)程的圖像通信鏈路使用公網(wǎng)SDH光數(shù)據(jù)電路，接入專用的水利計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)絡(luò)傳輸。

2 視頻采集方法的選用

視頻采集一般有兩種方法:一種是基于視頻采集卡所附帶的二次軟件開(kāi)發(fā)包SDK進(jìn)行。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用方便，容易上手，缺點(diǎn)是對(duì)硬件的依賴性較強(qiáng)，靈活性差，且功能參差不齊，不能充分滿足各種視頻應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)需要。另一種方式是基于VFW（Video for Windows）進(jìn)行的。VFW是Microsoft公司為開(kāi)發(fā)windows平臺(tái)下的視頻應(yīng)用程序提供的軟件工具包，提供了一系列應(yīng)用程序編程接口（API），主要由 AVICAP，MCIAVI，MSVIDEO，AVIFILE，ICM，ACM等6個(gè)模塊組成。它的特點(diǎn)是播放視頻時(shí)不需要專用的硬件設(shè)備，而且應(yīng)用靈活，可以滿足視頻應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的需要[1]。

在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中用來(lái)傳輸圖像信號(hào)的介質(zhì)主要有同軸電纜和光纖，如果需要傳輸數(shù)公里甚至上百公里距離的視頻信號(hào)，需要采用光纖傳輸方式[2]。光纖和光端機(jī)的應(yīng)用在視頻監(jiān)控領(lǐng)域里主要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是傳輸距離，二是環(huán)境干擾。由于光纖傳輸?shù)谋姸鄡?yōu)勢(shì)以及系統(tǒng)建設(shè)成本的持續(xù)下降，采用光纖傳輸?shù)姆桨赋蔀榻ㄔO(shè)防洪工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主流傳輸方案。

文中以VC++6.0作為編程開(kāi)發(fā)環(huán)境,將視頻數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)MPEG4的壓縮實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的高效率錄像,并且從新的角度示范了綜合采用以上兩種視頻采集方法來(lái)實(shí)現(xiàn)防洪工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

3 視頻采集的實(shí)現(xiàn)方案

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的不同情況采用了3種傳輸技術(shù)，即同軸傳輸、光纖傳輸和微波傳輸，因而前端設(shè)備在結(jié)構(gòu)上也采用了不同的組合方式，無(wú)論采用何種設(shè)備組合在原理上都是將攝像機(jī)生成的模擬圖像轉(zhuǎn)為數(shù)字化編碼，采用最小化的傳輸損耗入網(wǎng)。

信號(hào)傳輸指的是攝像機(jī)采集完后向中心傳送的視頻圖像信號(hào)和中心向前端的云臺(tái)、鏡頭發(fā)出的控制信號(hào)。在有的工程中會(huì)涉及到音頻和報(bào)警信息的單向或雙向傳送。

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控工程在每個(gè)水庫(kù)主要是采用了視頻服務(wù)器的組網(wǎng)方式。視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)各種攝像機(jī)的采集后經(jīng)過(guò)同軸電纜、光纖以及微波等傳輸方式傳輸?shù)竭_(dá)各地機(jī)房?jī)?nèi)的視頻服務(wù)器上，視頻服務(wù)器將接收到的視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼壓縮，使模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢栽贗P網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)字視頻信號(hào)[3]。視頻編碼器連接在每個(gè)前端水庫(kù)的內(nèi)部局域網(wǎng)內(nèi)，通過(guò)交換機(jī)、路由器可以傳輸?shù)剿麖d和相關(guān)部門(mén)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。經(jīng)過(guò)授權(quán)可以觀看圖像的客戶端只要在其計(jì)算機(jī)上安裝相應(yīng)的軟件就可以觀看自己權(quán)限內(nèi)的視頻圖像，并可以對(duì)前端攝像機(jī)進(jìn)行操作和設(shè)置。

4 程序的實(shí)現(xiàn)

河北省水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用的是北京先進(jìn)視訊公司的AVinfo iDVR 3.0網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個(gè)專業(yè)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件，基于目前最流行的Browser/Server架構(gòu)，可以通過(guò)任何TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)字視頻的管理，與AV系列網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器相結(jié)合，構(gòu)成CCTV與局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)的圖像監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)真正的整合?？梢酝ㄟ^(guò)眾多的攝像機(jī)瀏覽全實(shí)時(shí)的監(jiān)控畫(huà)面，控制攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)，接收?qǐng)?bào)警通知。該監(jiān)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)版本目前可以同時(shí)顯示9個(gè)攝像機(jī)監(jiān)控畫(huà)面。監(jiān)控畫(huà)面可以根據(jù)需要隨便進(jìn)行切換，或者根據(jù)多種預(yù)先確定的格式進(jìn)行重組。

iDVR 3.0系統(tǒng)是一個(gè)模塊化、分層的結(jié)構(gòu)，由目錄服務(wù)、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)、網(wǎng)關(guān)服務(wù)、錄像及回放服務(wù)組成，一個(gè)iDVR系統(tǒng)只能有一個(gè)目錄服務(wù)，一個(gè)目錄服務(wù)可管理多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)、網(wǎng)關(guān)服務(wù)、錄像及回放服務(wù)。目錄服務(wù)和其他服務(wù)可以安裝在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，也可以分別安裝在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上。

4.1 iDVR 3.0系統(tǒng)服務(wù)的組成

1）目錄服務(wù)。目錄服務(wù)是iDVR系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)將整個(gè)系統(tǒng)中的虛擬目錄、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)關(guān)等服務(wù)聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體。

2）網(wǎng)關(guān)服務(wù)。負(fù)責(zé)對(duì)相應(yīng)產(chǎn)品等設(shè)備(編碼器和解碼器)的管理，包括發(fā)現(xiàn)設(shè)備、參數(shù)配置、視音頻流的碼流控制等，同時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)單播環(huán)境下設(shè)備的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行多播轉(zhuǎn)發(fā)。

3）轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)（IVS服務(wù)）。負(fù)責(zé)接收網(wǎng)關(guān)或設(shè)備發(fā)來(lái)的多播音視頻數(shù)據(jù)，然后使用單播方式將數(shù)據(jù)發(fā)給指定的客戶端和解碼器。

4）錄像及回放服務(wù)。錄像服務(wù)負(fù)責(zé)按照用戶制定的計(jì)劃把設(shè)備的音視頻內(nèi)容記錄在硬盤(pán)上，回放服務(wù)可以讓用戶在客戶端看到錄制的錄像。用戶可以設(shè)置錄像文件的保留時(shí)間，超過(guò)保留時(shí)間后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)刪除錄像文件，釋放硬盤(pán)空間。

5）透明串口服務(wù)。是配合成都理想的報(bào)警主機(jī)來(lái)使用的，報(bào)警主機(jī)的報(bào)警依賴此服務(wù)來(lái)解析具體的報(bào)警內(nèi)容。

6）MDIP解碼器代理服務(wù)。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)中的解碼器全都是先進(jìn)視訊自主研發(fā)的MDIP系列的時(shí)候，可以考慮選用這種方式來(lái)管理解碼器，這種方式比用網(wǎng)關(guān)服務(wù)來(lái)管理解碼器的效率更高，視頻圖像的傳輸更穩(wěn)定。

4.2 軟件的使用

用戶可以以系統(tǒng)管理員的身份進(jìn)行登錄，也可以以普通用戶的身份登錄。如果以系統(tǒng)管理員身份登錄，在登陸界面中輸入系統(tǒng)管理員的用戶名和密碼。如果該用戶是與服務(wù)器或設(shè)備在同一組播環(huán)境下，可以選擇局域網(wǎng)方式，否則選擇廣域網(wǎng)方式。在登錄的時(shí)候如果選擇“局域”的方式，則客戶端瀏覽圖像時(shí)收的是網(wǎng)關(guān)服務(wù)發(fā)過(guò)來(lái)的組播數(shù)據(jù)；“廣域”方式，收到的則是轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)發(fā)過(guò)來(lái)的單播數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)在服務(wù)器Windows server和PC機(jī)Windows XP平臺(tái)下運(yùn)行效果良好，可以將視頻數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)MPEG4的壓縮實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的高效率錄像，在遠(yuǎn)程對(duì)圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、調(diào)交控制時(shí)圖像清晰流暢，可以動(dòng)態(tài)地將視頻信號(hào)實(shí)時(shí)顯示并存儲(chǔ)到硬盤(pán)錄像機(jī)上。

5 結(jié)語(yǔ)

AVinfo iDVR 3.0網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)主要有：一是在低成本下,基于一個(gè)簡(jiǎn)單基本的視頻采集SDK之上，采取了高效率的MPEG4壓縮方法；二是綜合利用SDK和VFW，實(shí)現(xiàn)了視頻圖像和數(shù)據(jù)疊加存儲(chǔ)為AVI文件的功能；三是采用光纖取代電纜進(jìn)行圖像通訊，性能好，使用方便。該系統(tǒng)一方面解決了視頻信息的大數(shù)據(jù)量對(duì)存儲(chǔ)和傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，另一方面也實(shí)現(xiàn)了視頻存儲(chǔ)為AVI文件，以便用戶回放的時(shí)候查看相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)工程信息。整個(gè)系統(tǒng)高效可靠，有效降低了建設(shè)成本，大大提高了防洪工程監(jiān)管力度和防洪安全標(biāo)準(zhǔn)。

[1]肖永隆，王理.利用VFW庫(kù)函數(shù)快速分解AVI數(shù)據(jù)流[J].信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，2(3)：39-42.

[2]楊英杰.光纖通信技術(shù)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2004，4L：11-35.

[3]精英科技.視頻壓縮與音頻編碼技術(shù)（第一版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001：132-167.