ASP.NET架構(gòu)下網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

文 武，譚沅軍，劉 敏

(1.重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，重慶400065;2.重慶信科設(shè)計(jì)有限公司，重慶400065)

隨著科技和社會(huì)的不斷發(fā)展，安全問題日益突出，安全防衛(wèi)已經(jīng)成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)之一。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控已經(jīng)融入到校園安防、城市交通、平安城市、森林防火和災(zāi)后重建等社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域中。特別是在互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和電網(wǎng)等四網(wǎng)開始融合以后，安防監(jiān)控行業(yè)更是朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、一體化等方向快速發(fā)展。但隨著國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步增長，人們對(duì)安防重視程度的提高，使得該行業(yè)的市場(chǎng)容量急劇上升，目前市場(chǎng)存在的小規(guī)模、單一廠商的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足客戶需求。顯然一體化的滯后已成為影響該行業(yè)發(fā)展的重要因素之一。

而基于ASP.NET的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以B/S架構(gòu)、Web Services為基礎(chǔ)，集成了高效、較好的用戶感知、強(qiáng)兼容性、易于升級(jí)和擴(kuò)展于一體的優(yōu)點(diǎn)。采用以融合、開放思想的開放式協(xié)議(Open Network Video Interface Forum，ONVIF)，為該行業(yè)沖出瓶頸提供了有利條件。

1 ASP.NET與相關(guān)技術(shù)

1.1 ASP.NET 技術(shù)

ASP.NET是微軟建立在Web上的.NET平臺(tái)的應(yīng)用程序開發(fā)技術(shù)，與HTML和.NET協(xié)同工作使得Web開發(fā)效率有效提高。本系統(tǒng)由ASP.NET部署B(yǎng)/S的三層架構(gòu)UI、業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)訪問組成，有效分離了頁面、邏輯和數(shù)據(jù)，使得監(jiān)控系統(tǒng)的處理更加靈活，便于后期的維護(hù)和擴(kuò)展。

1.2 ActiveX 技術(shù)

ActiveX也叫OCX，是一個(gè)開放的、面向?qū)ο蟮募煽丶?，可以制定多種功能。使用該控件，可輕松地在Web Form中插入交互式對(duì)象、多媒體效果以及復(fù)雜的應(yīng)用程序;也可方便地應(yīng)用于VB、C#等語言中，拓展各個(gè)語言間的開發(fā)能力以及實(shí)現(xiàn)小型組件的應(yīng)用、重用、代碼的共享，從而提高了開發(fā)的效率，縮短了開發(fā)周期。

1.3 ONVIF 協(xié)議

ONVIF是于2008年聯(lián)合成立的一個(gè)開放型網(wǎng)絡(luò)視頻接口論壇［1］，致力于制定使基于IP網(wǎng)絡(luò)的不同IPC設(shè)備生產(chǎn)商所生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器(NVS)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IPC)等網(wǎng)絡(luò)視頻相關(guān)產(chǎn)品相互兼容的標(biāo)準(zhǔn)。其側(cè)重點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)視頻的發(fā)送設(shè)備與客戶端之間的接口，該協(xié)議涉及到設(shè)備開發(fā)、設(shè)備配置、視頻分析、云臺(tái)控制、事件報(bào)警等，通過SOAP協(xié)議最終實(shí)現(xiàn)信息交互。ONVIF中其他部分如音頻、視頻流則是通過實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議/實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議［2］(Realtime Transport Protocol/Real Time Streaming Protocol，RTP/RTSP)進(jìn)行。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于ASP.NET網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)由B/S模式中的3層架構(gòu)部署，采用ONVIF協(xié)議，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，主要由網(wǎng)絡(luò)視頻采集(IPC設(shè)備)、網(wǎng)絡(luò)視頻分析、網(wǎng)絡(luò)視頻顯示(電視墻)和網(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)等4個(gè)部分組成［3－4］。

圖1 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)B/S三層架構(gòu)

在此網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，Server部分主要由Web服務(wù)器和IPC服務(wù)器2個(gè)部分組成。訪問用戶界面須通過Web服務(wù)器，獲得包括ActiveX媒體播放控件的媒體設(shè)置模塊在內(nèi)的程序包作為操作界面展示給用戶。IPC服務(wù)器的主要功能則是從監(jiān)控?zé)狳c(diǎn)的IPC處采集實(shí)時(shí)視頻圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、壓縮及發(fā)送。UI層中嵌入到瀏覽器的ActiveX控件主要負(fù)責(zé)接收IPC服務(wù)器傳回的媒體流、解碼并將經(jīng)過Buffer處理的媒體流展現(xiàn)到控件視頻播放窗口。此系統(tǒng)中，媒體流的傳輸不再是傳統(tǒng)的Http方式，而是通過更加適合實(shí)時(shí)媒體流傳輸?shù)腛NVIF標(biāo)準(zhǔn)中的RTP/RTCP協(xié)議進(jìn)行傳輸，此種傳輸方式既減小了Web服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，又提高了實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)男省?/p>

2.2 相關(guān)工作

監(jiān)控系統(tǒng)的各功能模塊采用的是分層的B/S架構(gòu)［5］，該架構(gòu)將視圖層(VIEW)與控制層(CONTROL)獨(dú)立，極大提高了系統(tǒng)的靈活性、可擴(kuò)展性，同時(shí)也提高了其代碼的可復(fù)用性。

2.2.1 媒體服務(wù)模塊

媒體服務(wù)模塊功能集成到ActiveX控件中，通過HTML中的Object對(duì)象加載到系統(tǒng)中，視圖層使用JavaScript腳本語言調(diào)用ActiveX控件對(duì)象留出的接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)其功能。該控件包括3個(gè)組件，即播放器(player)、服務(wù)器(server)、編碼器(encoder)，這些組件通過ONVIF接口協(xié)議通信，采用H.264編解碼器處理媒體流數(shù)據(jù)，這種編解碼器使用特殊的算法壓縮媒體流的數(shù)據(jù)量。媒體服務(wù)模塊的工作流程如圖2所示。

圖2 媒體模塊流程圖

主要服務(wù)功能有:

1)單播:IPC與客戶端一對(duì)一的建立一個(gè)通信通道傳輸媒體流數(shù)據(jù)。

2)組播:在組播網(wǎng)的基礎(chǔ)上，允許路由器將媒體流打包復(fù)制到多個(gè)信道上。

3)點(diǎn)播:用戶根據(jù)需求選擇內(nèi)容來初始化與客戶端的連接，利用ONVIF接口下的RTP/RTSP協(xié)議對(duì)媒體流進(jìn)行播放、快進(jìn)、快退、暫停和停止的控制(主動(dòng)接收)。

4)廣播:IPC服務(wù)器將傳出的媒體流編碼后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上所有的在線用戶(被動(dòng)接收)。

2.2.2 云臺(tái)控制模塊

早期的安防監(jiān)控?cái)z像頭是固定不動(dòng)的，如果需要多角度的監(jiān)控，必須新增加攝像頭。為了解決此問題，設(shè)計(jì)了云臺(tái)控制。PTZ控制的出現(xiàn)使得用戶界面更加人性化、安防監(jiān)控也更加靈活，有效提高了用戶感知，同時(shí)減少了系統(tǒng)的成本。UI層將云臺(tái)控制信號(hào)下發(fā)到業(yè)務(wù)邏輯層，經(jīng)過編碼器接收、識(shí)別、解析所傳來的控制指令，從而對(duì)IPC云臺(tái)進(jìn)行上、下、左、右等方向的控制。而ONVIF協(xié)議制定PTZ統(tǒng)一的接口(雖然各個(gè)廠家間的實(shí)現(xiàn)方式不一樣)，有效解決了解碼器和通信協(xié)議沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)問題［6］。PTZ 控制中定義的接口函數(shù)［7］如表1 所示。

2.2.3 管理模塊

此模塊在整個(gè)系統(tǒng)中有不可估量的作用，設(shè)計(jì)好此模塊能使系統(tǒng)良好地工作。主要分為以下3個(gè)部分:

1)用戶管理

主要功能是添加、刪除、修改用戶、權(quán)限設(shè)置等。根據(jù)RBAC權(quán)限設(shè)計(jì)模型，將板塊分為5個(gè)類型，即用戶、角色、文件、菜單和權(quán)限。充分利用ASP.NET中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的部分RBAC特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用［8］，設(shè)計(jì)具有良好通用性的權(quán)限管理系統(tǒng)，輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶、角色、文件等的基本管理。圖3所示為RBAC用戶權(quán)限設(shè)計(jì)模型。

表1 PTZ控制接口定義

圖3 RBAC用戶權(quán)限設(shè)計(jì)模型

2)操作日志

操作日志主要是根據(jù)用戶不同需求進(jìn)行日志信息，操作信息、異常信息查詢，導(dǎo)出Excel表，同時(shí)定義不同管理權(quán)限的用戶分區(qū)操作。

3)設(shè)備管理

主要是在線搜索設(shè)備、添加、刪除設(shè)備和進(jìn)行通道的配置。在線搜索指通過SDK接口函數(shù)搜索到網(wǎng)絡(luò)中所有IPC設(shè)備，并獲取其屬性;添加設(shè)備則是將IPC設(shè)備的屬性展示到UI層，同時(shí)將IPC與通道節(jié)點(diǎn)綁定;刪除設(shè)備則是與添加設(shè)備相反，即解除與通道節(jié)點(diǎn)的綁定。

圖4是設(shè)備管理和日志管理的實(shí)現(xiàn)效果圖。

2.2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建是ASP.NET架構(gòu)下的監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)功能模塊都與之有密切關(guān)聯(lián)，成功的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)能提高系統(tǒng)性能、節(jié)省存儲(chǔ)空間、減少信息冗余，利于后期維護(hù)和擴(kuò)展。本系統(tǒng)通過ADO.NET提供的數(shù)據(jù)連接接口，采用主流的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(Data Base Management System，DBMS)，使用SQL Server數(shù)據(jù)庫。

圖4 設(shè)備、日志管理實(shí)現(xiàn)效果圖(截圖)

由于系統(tǒng)有一定規(guī)模，數(shù)據(jù)實(shí)體較多，且關(guān)系比較復(fù)雜，因此本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)重點(diǎn)難點(diǎn)在于切合各個(gè)模塊進(jìn)行分類設(shè)計(jì)，比如用戶權(quán)限管理模塊就涉及到3個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體關(guān)系表。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)流程主要分為3個(gè)步驟，首先按模塊劃分?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)體，理清各個(gè)模塊數(shù)據(jù)實(shí)體關(guān)系網(wǎng)，最后設(shè)計(jì)其E－R圖。圖5所示是ASP.NET架構(gòu)下該系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的數(shù)據(jù)實(shí)體關(guān)系圖。

圖5 數(shù)據(jù)實(shí)體關(guān)系圖(截圖)

3 測(cè)試與分析

在實(shí)際測(cè)試應(yīng)用中，本系統(tǒng)通過RTP/RTCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)媒體流的實(shí)時(shí)傳輸，采用H.264編解碼方式對(duì)媒體流進(jìn)行處理，通過集成媒體模塊的ActiveX用戶控件對(duì)實(shí)時(shí)媒體流展示，同時(shí)支持多通道。由于采用ONVIF接口規(guī)范，雖然各個(gè)廠家實(shí)現(xiàn)方式有所不同，經(jīng)過技術(shù)處理，本系統(tǒng)也基本支持ONVIF主流IPC設(shè)備。圖6所示為ASP.NET架構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的預(yù)覽頁面，通過B/S結(jié)構(gòu)向用戶展示，該頁面主要部分在圖中已標(biāo)出。3路同時(shí)監(jiān)控的實(shí)時(shí)流來自3家不同的IPC生產(chǎn)商。通過測(cè)試，系統(tǒng)性能、效果、兼容性都達(dá)到了最佳化，并且錄像回放功能通過RTSP實(shí)現(xiàn)本地與遠(yuǎn)程媒體流的點(diǎn)播。

圖6 多路實(shí)時(shí)視頻圖(截圖)

4 總結(jié)

該系統(tǒng)是基于ASP.NET架構(gòu)B/S模式的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用開放式接口標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了Web客戶端對(duì)IPC設(shè)備的控制和視頻流的網(wǎng)絡(luò)傳輸。同時(shí)繼承了中大型監(jiān)控軟件的特點(diǎn)和功能，具有平臺(tái)無關(guān)性、易擴(kuò)展性、互操作性強(qiáng)，配置靈活，兼容性強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)傳輸效率高等特點(diǎn)。同時(shí)由于大膽地采用所有功能都通過網(wǎng)頁展示(這是之前國內(nèi)所有廠家未曾嘗試的)，更能體現(xiàn)出系統(tǒng)的整體性。用戶只需要一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)就可以使用本系統(tǒng)，操作方便，用戶感知自然也得到了增強(qiáng)，在各個(gè)領(lǐng)域中都能夠得到廣泛的應(yīng)用。

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