基于IP網(wǎng)絡(luò)的組播智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹天蕊

(太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030024)

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基于IP網(wǎng)絡(luò)的組播智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹天蕊

(太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030024)

摘要：將視頻設(shè)備、IP網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控視頻軟件有機(jī)地整合為一體，設(shè)計(jì)了基于IP網(wǎng)絡(luò)的組播智能監(jiān)控系統(tǒng)，引入了IP組播方式進(jìn)行視頻分發(fā)，解決多路查看的問題，提高了編碼效率。該系統(tǒng)應(yīng)用了最新的網(wǎng)絡(luò)傳輸與存儲(chǔ)技術(shù)，采用IP網(wǎng)中的分布式概念來實(shí)現(xiàn)IP監(jiān)控的控制和管理，優(yōu)化了數(shù)據(jù)管理模式。

關(guān)鍵詞：IP網(wǎng)絡(luò)；視頻監(jiān)控；數(shù)據(jù)傳輸

近年智能科技飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)以有效的數(shù)據(jù)采集和直觀的視覺效果迎合了市場的需要，身邊的視頻監(jiān)控系統(tǒng)也在不斷地更新?lián)Q代，由最初的閉路電視系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在嵌入式DVR數(shù)字監(jiān)控[1]。

傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)通過流媒體服務(wù)器進(jìn)行視頻的轉(zhuǎn)發(fā)來解決多路查看，但是每次視頻流分發(fā)通過流媒體服務(wù)器之后，都會(huì)增加幾百毫秒的延時(shí)。大系統(tǒng)需要的流媒體服務(wù)器也就越大，這就出現(xiàn)了設(shè)備管理、均衡負(fù)載等問題，同時(shí)流媒體服務(wù)器巨大的視頻分發(fā)壓力使其性能大打折扣[2]。在存儲(chǔ)方面，傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)采用DVR的PC級硬盤進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，大碼流的視頻數(shù)據(jù)不間斷讀寫會(huì)導(dǎo)致硬盤故障率變高，可靠性差；而且硬盤可擴(kuò)展性能差不利于數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)量擴(kuò)容[3]。數(shù)據(jù)管理方面，傳統(tǒng)監(jiān)控方案在編解碼、傳輸、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)至少需要集成三到四個(gè)廠家的產(chǎn)品，很難做到統(tǒng)一管理，一旦丟失攝像頭信號故障定位非常困難[3]。

當(dāng)前，城域范圍內(nèi)的監(jiān)控規(guī)模不斷擴(kuò)大，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求也在不斷提高[4]。本文將IP網(wǎng)絡(luò)、IP視頻應(yīng)用及IP SAN存儲(chǔ)技術(shù)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了融合，并提出了一種IP智能監(jiān)控系統(tǒng)(IP Video Surveillance)，依靠成熟的IP技術(shù)，能彌補(bǔ)傳統(tǒng)系統(tǒng)的上述不足，更能迎合市場的性能需求，特別是大范圍的監(jiān)控系統(tǒng)。

1IP網(wǎng)絡(luò)智能監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1系統(tǒng)組網(wǎng)

該系統(tǒng)主要由以下部分組成：視頻監(jiān)控管理服務(wù)器VM Server、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器DM Server、監(jiān)控終端、客戶端軟件VC、IP-SAN網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備和EPON無源光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等[5]；各個(gè)部分之間可以實(shí)現(xiàn)分散部署和統(tǒng)一管理，系統(tǒng)組成如圖1所示。

從圖中可以看出系統(tǒng)組成在分布上和傳統(tǒng)視頻監(jiān)控類似，監(jiān)控終端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)通過IP網(wǎng)進(jìn)行傳輸給控制管理服務(wù)器進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換，通過IP網(wǎng)的SAN進(jìn)行儲(chǔ)存，在現(xiàn)實(shí)終端進(jìn)行視頻顯示。

圖1　系統(tǒng)組成圖

1.2工作原理

系統(tǒng)各個(gè)組成部分通過IP網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地融合為一體，實(shí)現(xiàn)了更有效更快捷的視頻監(jiān)控效果。首先視頻源完成視頻和音頻信號的采集工作，視頻源的類型很多，有球形攝像機(jī)、槍型攝像機(jī)、高速智能球機(jī)等。視頻信號被傳輸給監(jiān)控終端進(jìn)行數(shù)據(jù)信號的編碼，比傳統(tǒng)系統(tǒng)優(yōu)化的地方是在這里還可以進(jìn)行iSCSI存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)接入[6]。信號被打包成IP數(shù)據(jù)包傳送給IP網(wǎng)中，在這里不僅能傳輸數(shù)據(jù)還能進(jìn)行視頻流的交換。本文對傳輸部分進(jìn)行了組播支持優(yōu)化和安全策略的設(shè)計(jì)，使信號能夠完整快速地傳遞給控制管理中心服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了視頻交換的流暢性和安全性。

數(shù)據(jù)流到達(dá)控制管理中心服務(wù)器后就相當(dāng)于數(shù)據(jù)進(jìn)入了大腦，通過VM服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)對任何一個(gè)終端的管理、調(diào)度、控制及編碼解碼控制，通過DM服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理、動(dòng)態(tài)分配、查詢資源、存儲(chǔ)狀態(tài)報(bào)警等功能。

本文設(shè)計(jì)的智能監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是通過IP SAN存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的點(diǎn)播和下載，所有功能都能通過DM服務(wù)器管理。系統(tǒng)最后的部分是顯示，不僅能像傳統(tǒng)系統(tǒng)那樣通過電視墻等媒體終端顯示，還能通過IP組播的形式進(jìn)行數(shù)字化解碼在調(diào)音臺等設(shè)備上輸出。圖2為該IP智能監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖2　IP智能監(jiān)控系統(tǒng)的拓?fù)鋱D

2基于IP網(wǎng)絡(luò)智能監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

基于IP網(wǎng)絡(luò)智能監(jiān)控系統(tǒng)利用了NGN控制與交換互相分離的思想，將IP網(wǎng)絡(luò)、視頻傳輸及SAN存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)的綜合。系統(tǒng)不僅能完成傳統(tǒng)系統(tǒng)的視頻監(jiān)控的功能，還能實(shí)現(xiàn)視頻回放、SAN存儲(chǔ)等智能化功能，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)更能滿足用戶的需要。主要功能實(shí)現(xiàn)流圖如圖3所示。

圖3　功能實(shí)現(xiàn)流圖

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)控，要在VC終端上進(jìn)行視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)控的命令下達(dá)，EC接收到經(jīng)過VM服務(wù)器的控制指令后，進(jìn)行視頻流的傳輸。本系統(tǒng)中視頻流傳輸是以IP組播的形式進(jìn)行的區(qū)別于傳統(tǒng)系統(tǒng)。用戶將輸出終端加到想要監(jiān)控的組中就可以實(shí)時(shí)地查看該組播的監(jiān)控畫面了。通過IP組播可以節(jié)省整個(gè)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)帶寬。同時(shí)，視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)可以在DM服務(wù)器中事先設(shè)定，并將設(shè)定的計(jì)劃發(fā)放給SAN存儲(chǔ)器，通過TCP/IP iSCSI就可以實(shí)現(xiàn)將需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)快速地存儲(chǔ)。

3IP智能監(jiān)控系統(tǒng)的評價(jià)

IP智能監(jiān)控系統(tǒng)將傳統(tǒng)的視頻切換矩陣變成了IP網(wǎng)絡(luò)，簡化了系統(tǒng)構(gòu)造，將指令控制和視頻流處理互相分離，使視頻服務(wù)器性能瓶頸得到了有效地回避，使系統(tǒng)更穩(wěn)當(dāng)、更可靠；融入了組播等優(yōu)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)進(jìn)行編碼的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)終端數(shù)據(jù)的交換，使視頻監(jiān)控畫面質(zhì)量更高、實(shí)時(shí)性更強(qiáng)、響應(yīng)時(shí)間更短；SAN存儲(chǔ)技術(shù)使視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)更快、管理更集中并且存儲(chǔ)性能可擴(kuò)展；更能適應(yīng)當(dāng)前市場對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻畫面質(zhì)量高、實(shí)時(shí)性好、查詢歷史視頻速度快等性能的需求。

傳統(tǒng)系統(tǒng)雖然也能完成實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面的顯示等功能，但是每次查看用戶的數(shù)量有限，監(jiān)控畫面模糊、質(zhì)量差，沒有起到視頻監(jiān)控拍攝有利信息的效果，而且查詢歷史記錄時(shí)間較長，往往耽擱了最佳查詢時(shí)間[7]。

本系統(tǒng)與傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能和性能比較如表1所示。

表1　系統(tǒng)性能對比表

4結(jié)論

本文將視頻設(shè)備、IP網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控視頻軟件有機(jī)地整合為一體，設(shè)計(jì)了基于IP網(wǎng)絡(luò)的組播智能監(jiān)控系統(tǒng)，引入了IP組播進(jìn)行視頻分發(fā)，解決多路查看的問題，提高了編碼效率。該系統(tǒng)應(yīng)用了最新的網(wǎng)絡(luò)傳輸與存儲(chǔ)技術(shù)，采用IP網(wǎng)中的分布式概念和組播管理方式來實(shí)現(xiàn)IP監(jiān)控的控制和管理，優(yōu)化了數(shù)據(jù)管理模式。系統(tǒng)試運(yùn)行效果良好，能夠保證監(jiān)控圖像的跨域查看響應(yīng)時(shí)間在300 ms以內(nèi)，并且存儲(chǔ)速度快，視頻監(jiān)控畫面清晰質(zhì)量高，能夠滿足專業(yè)監(jiān)控的需求。

參考文獻(xiàn)

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Design of Intelligent Video Surveillance System Based on IP Network

Cao Tianrui

(TaiyuanCityVocationalCollege,TaiyuanShanxi030024,China)

Abstract:In this paper, the video monitoring equipment, IP network and the management software are merged as a whole to solve the problems that existing in traditional monitoring system. The intelligent video surveillance system based on IP network is designed, the introduction of IP multicast video distribution solves the multi-channel view problem and improves the coding efficiency. The system uses the latest network transmission and storage technology, adopts the distributed concept of IP network to achieve the control and management for IP surveillance, it optimizes data management.

Key words:IP network; video monitoring; data transmission

中圖分類號：TP393；TN919.72

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674- 4578(2016)01- 0065- 03

作者簡介：曹天蕊(1984- )，女，山東臨沂人，工程師，碩士研究生。

收稿日期：2015-10-26