IP攝像頭遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王 明，何加銘，曾興斌

（1.寧波大學(xué)通信技術(shù)研究所，浙江寧波315211;2.浙江省移動網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)重點實驗室，浙江寧波315211;3.寧波大學(xué)縱橫智能軟件研究所，浙江寧波315211）

0 引言

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，以及智慧城市、安防、金融、道路交通、電力等監(jiān)控項目的建設(shè)需要，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)已成為人們生活中不可或缺的一部分。視頻監(jiān)控技術(shù)以其經(jīng)濟實用、方便管理、質(zhì)量可靠、技術(shù)先進等諸多特點被廣泛地應(yīng)用于各種場合[4]。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個集計算機處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)于一身的綜合系統(tǒng)。作為一種成熟的多媒體應(yīng)用，視頻監(jiān)控逐步走向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、綜合化、無線智能化的潮流中。用戶普遍要求訪問地點不受地域限制，能隨時隨地訪問被監(jiān)控地點[1]，這就要求系統(tǒng)設(shè)計一個合理的服務(wù)機制，能夠?qū)崟r提供給用戶可靠的服務(wù)。

提出了一種基于流媒體服務(wù)器的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，較好地解決了上述問題。結(jié)合流媒體技術(shù)，就視頻監(jiān)控系統(tǒng)中涉及到的一些關(guān)鍵技術(shù)進行討論，并提出實現(xiàn)方法，最終實現(xiàn)了該系統(tǒng)，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 系統(tǒng)整體框架

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的主要分為3大部分:監(jiān)控端、服務(wù)器端和視頻采集端，如圖1所示，下面將分別介紹各個部分的功能。

視頻采集端主要由攝像機、電動鏡頭、云臺、WIFI模塊、SD卡等模塊組成，主要負(fù)責(zé)音視頻數(shù)據(jù)的采集和傳輸。主要功能如下:①采集編碼部分:將現(xiàn)場采集到的音視頻數(shù)據(jù)進行壓縮編碼;②數(shù)據(jù)傳輸部分:將壓縮完成的音視頻數(shù)據(jù)傳送到流媒體服務(wù)器;③移動偵測部分:進行移動偵測的功能，并將移動圖像存入到SD卡中;④PTZ控制部分:根據(jù)監(jiān)控端的控制指令，進行PTZ控制;⑤報警部分:完成報警功能。

圖1 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控整體構(gòu)架圖

服務(wù)器端主要完成音視頻數(shù)據(jù)的分組轉(zhuǎn)發(fā)、視頻數(shù)據(jù)存儲、設(shè)備管理、用戶管理、權(quán)限管理和日志管理等功能。

監(jiān)控端主要實現(xiàn)視頻監(jiān)控功能，分為PC監(jiān)控端和移動監(jiān)控端。用戶可以使用任何一臺聯(lián)網(wǎng)PC機或者移動端當(dāng)做監(jiān)控端，隨時隨地能調(diào)用本系統(tǒng)各監(jiān)控點的視頻數(shù)據(jù)，并進行PTZ控制。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 服務(wù)器端

服務(wù)器端主要包括流媒體服務(wù)器、Web服務(wù)器以及存儲管理服務(wù)器。其中流媒體服務(wù)器主要提供視頻直播、點播等功能。Web服務(wù)器主要提供用戶統(tǒng)一的Web頁面和Web Service接口。存儲管理服務(wù)器負(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)的存儲與調(diào)度。

2.1.1 流媒體服務(wù)器

流媒體服務(wù)器的主要功能是以流式協(xié)議（RTSP、MMS、RTMP等）將視頻文件以流媒體形式傳輸?shù)娇蛻舳?，供用戶在線觀看;也可從視頻采集、壓縮軟件接收實時視頻流，再以流媒體形式直播給客戶端。流媒體應(yīng)用系統(tǒng)的主要性能取決于流媒體服務(wù)器的性能和服務(wù)質(zhì)量[7]。因此，流媒體服務(wù)器是流媒體應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，選擇一款性能優(yōu)越的服務(wù)器是該系統(tǒng)的關(guān)鍵。

Wowza Media Server是一款高性能、多線程的流媒體服務(wù)器軟件。專為多種終端設(shè)備提供音視頻播放服務(wù)，支持 iOS、Windows、Android、BlackMerry 等主流系統(tǒng)的終端設(shè)備，開發(fā)者可以根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境，選擇RTSP、RTMP、HTTP Live Streaming等不同的傳輸協(xié)議;Wowza Media Server支持H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)進行封裝的FLV、MP4、MOV、3GP等音視頻格式;Wowza Media Server能夠記錄實時流，同時允許用戶播放、暫停、恢復(fù)和實時回放直播流。

Wowza Media Server提供了強大的接口功能，可以方便實現(xiàn)二次開發(fā)。在本系統(tǒng)中，流媒體服務(wù)器需要主動接收采集端傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)實現(xiàn)直播，并通過配置命令的形式，對數(shù)據(jù)進行存儲，該功能的實現(xiàn)是對Wowza Media Server流媒體服務(wù)器一個擴展的過程，實現(xiàn)方法如下:①攝像頭首先發(fā)送一個心跳包到流媒體服務(wù)器，表示此時在線;②攝像頭向流媒體服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，流媒體服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)之后，根據(jù)攝像頭序列號生成不同的映射文件，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。如果攝像頭IP地址發(fā)生變化，會重復(fù)執(zhí)行上述步驟;③流媒體服務(wù)器與存儲管理服務(wù)器交互，對視頻數(shù)據(jù)進行保存。

2.1.2 Web服務(wù)器

Web服務(wù)器主要提供用戶統(tǒng)一訪問入口以及Web Service接口功能。本系統(tǒng)采用Struts+Hibernate+Spring技術(shù)，結(jié)合ExtJS框架，開發(fā)了一套Web工程，實現(xiàn)了以下幾個功能:①用戶管理:包括添加、刪除、修改、查詢用戶的功能;②權(quán)限管理:包括添加、刪除、修改、查詢權(quán)限的功能;③設(shè)備管理:包括添加、刪除、修改、查詢攝像頭的功能;重啟重置攝像頭功能;PTZ控制功能;④日志管理:包括用戶所有操作日志存儲以及日志查詢功能;⑤直播列表獲取:獲取當(dāng)前登陸用戶所有在線攝像頭列表，用于視頻直播;⑥點播列表獲取:根據(jù)用戶、IP攝像頭、文件創(chuàng)建日期查詢視頻點播列表，用于視頻點播;⑦在網(wǎng)頁中嵌入Flash播放器，用于播放視頻;⑧提供移動端Web Service訪問接口，用于移動監(jiān)控。

2.1.3 存儲管理服務(wù)器

存儲管理服務(wù)器提供對監(jiān)控系統(tǒng)下各種存儲方案的統(tǒng)一管理，是監(jiān)控綜合平臺下的存儲系統(tǒng)的管理核心，簡稱VRM。VRM可管理前端設(shè)備存儲、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器存儲、嵌入式服務(wù)器存儲及iSCSI直寫存儲等多種存儲方式，并提供了快速高效的錄像數(shù)據(jù)的檢索、回放及備份功能。

VRM實現(xiàn)了錄像計劃的配置、錄像計劃的同步、錄像數(shù)據(jù)的查詢及回放、網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器的管理、IP-SAN設(shè)備的管理等功能。錄像計劃的配置、更新和刪除操作均由客戶端發(fā)送信令至Web服務(wù)器，再由Web服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)至VRM，最后由VRM依據(jù)存儲類型等分發(fā)至其管理的各個存儲服務(wù)器。同時Web服務(wù)器與VRM之間實現(xiàn)了定時同步機制，保證了錄像計劃的一致性。

客戶端的回放可以從存儲設(shè)備直接取流或者通過VRM與流媒體服務(wù)器提供的點播服務(wù)來進行?；胤耪埱髸r，客戶端不用明確了解系統(tǒng)采用的存儲方式，即可實現(xiàn)對錄像的查詢與回放，VRM服務(wù)器為客戶端和存儲設(shè)備之間架起了一座橋梁。

2.2 Flash Player實現(xiàn)

為了減輕監(jiān)控端操作的負(fù)擔(dān)，增強系統(tǒng)的可維護性，本系統(tǒng)中將使用Flash Player作為PC端的播放器。為了實現(xiàn)基于Web服務(wù)器的B/S的監(jiān)控機制，本系統(tǒng)將監(jiān)控畫面做成JSP頁面，并且把所有網(wǎng)頁放入Web服務(wù)器用于用戶訪問。在JSP頁面中必須提供Flash Player插件的classid和文件路徑，如果本機的注冊表中查找到該classid，則不必下載。否則必須按照codebase指定的路徑下載該控件。標(biāo)簽中的id是該Flash Player對象的名稱，用于訪問和設(shè)置對象屬性、調(diào)用對象方法，加載方法如下。

＜o(jì)bject"width="636"height="470"id="liveOrVOD"align="middle"classid="clsid:d27cdb6e－ae6d－11cf－96b8－444553540000 " codebase=" http://download.macromedia.com/pub/shockwave/cabs/flash/swflash.cab#version=9，0，0，0”＞ ＜ /object＞。

2.3 視頻存儲方案實現(xiàn)

視頻存儲模塊作為本系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，主要負(fù)責(zé)將采集端傳送來的視頻數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶工號、IP攝像頭編號、日期等因素存儲起來，以便響應(yīng)客戶端的點播請求。監(jiān)控平臺系統(tǒng)中常采用的存儲方案有以下4種:前端設(shè)備存儲、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器存儲、嵌入式服務(wù)器存儲以及iSCSI直寫存儲，選擇了iSCSI直寫存儲。iSCSI直寫存儲主要有NAS、SAN、IPSAN3種方式，本系統(tǒng)采用IP-SAN。IP-SAN結(jié)合了NAS與SAN的特點，實現(xiàn)了塊級數(shù)據(jù)在IP網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。iSCSI直寫存儲方式是通過存儲管理服務(wù)器協(xié)調(diào)控制，在IP-SAN設(shè)備上劃分出指定大小的存儲空間用于音視頻信息保存。流媒體服務(wù)器將采集端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳送到存儲服務(wù)器，存儲服務(wù)器通過iSCSI協(xié)議把音視頻數(shù)據(jù)直接寫到相應(yīng)的存儲設(shè)備中，并把記載有音視頻信息相關(guān)的索引上報給存儲管理服務(wù)器用于視頻數(shù)據(jù)檢索。該存儲方式只需要存儲管理服務(wù)器協(xié)調(diào)，就可以完成視頻數(shù)據(jù)的存儲。iSCSI直寫存儲流程圖如圖2所示。

圖2 iSCSI直寫存儲流程圖

2.4 監(jiān)控端實現(xiàn)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用流媒體技術(shù)，將聲音、影像等媒體信息經(jīng)流媒體服務(wù)器向監(jiān)控端用戶實時傳送，在本系統(tǒng)中監(jiān)控端主要分為PC端和移動端。

PC監(jiān)控端采用B/S結(jié)構(gòu)，用戶使用系統(tǒng)自帶的瀏覽器訪問本系統(tǒng)，由于客戶端需要使用Adobe Flash Player播放器，所以PC端只需安裝Adobe Flash Player軟件，即可通過瀏覽器訪問該系統(tǒng)。

移動監(jiān)控端采用C/S結(jié)構(gòu)，通過Web Service接口獲得數(shù)據(jù)，實現(xiàn)移動監(jiān)控。該客戶端主要由通訊模塊，解碼模塊以及視頻顯示模塊構(gòu)成。其中通訊模塊用來接收來自Web服務(wù)器返回的json數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行解析，將數(shù)據(jù)顯示到客戶端。視頻解碼模塊通過移植vlc源代碼，實現(xiàn)H.264解碼，最后將解碼后的視頻數(shù)據(jù)顯示在屏幕上實現(xiàn)監(jiān)控的目的。

3 結(jié)束語

實現(xiàn)了基于流媒體技術(shù)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，它采用計算機多媒體技術(shù)、數(shù)字視頻處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和音視頻編解碼技術(shù)，以計算機或移動端為平臺，以磁盤陣列為存儲介質(zhì)，實現(xiàn)音視頻信號的實時采集、存儲以及播放功能，打破了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的限制。

隨著技術(shù)以及業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，基于流媒體技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)對傳輸質(zhì)量、傳輸速度以及其他各方面的要求更高。如何更好地綜合利用網(wǎng)絡(luò)通信、編解碼技術(shù)在大規(guī)模訪問中進行資源調(diào)度與管理，是本文需要進一步研究的目標(biāo)。

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