窄帶寬下的視頻傳輸解決方案

張巖

摘要： 為滿足現(xiàn)代化各行各業(yè)、政府、學(xué)校的安全和科學(xué)系統(tǒng)化管理的需要，對隨時(shí)發(fā)生的情況進(jìn)行全面、及時(shí)的了解和掌握，對意外情況能迅速做出正確判斷，并給出正確、快速的指揮和處理。我們做出一套完整的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，對當(dāng)前所發(fā)生的事情作出及時(shí)的判斷和處理，確保其不受損失和破壞。

關(guān)鍵詞： 窄帶寬；視頻傳輸

一、概述

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)也在飛速的發(fā)展，并逐步進(jìn)入各行各業(yè)。嵌入式視頻監(jiān)控技術(shù)的成熟和普及使得安全監(jiān)控變的更加靈活、方便，且不受地域限制，管理者可通過任何有網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)）的地方對企業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和錄象，實(shí)現(xiàn)異地統(tǒng)一管理。

系統(tǒng)是完全架構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)之上，安裝起來極其方便，基于本地的網(wǎng)絡(luò)線即可實(shí)現(xiàn)，無須架設(shè)其他線路和設(shè)備。由于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)本身具有即插即用的特性，使得擴(kuò)充起來特別方便。高壓縮技術(shù)（MPEG-4）的應(yīng)用，能很好的節(jié)約企業(yè)資源和社會資源，減少了企業(yè)在這一領(lǐng)域的資金投入，使得做到用少量的投入換取解決更多更大的問題[1]。

二、系統(tǒng)特點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，架構(gòu)在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)之上，可與各種類型的不同的以太網(wǎng)設(shè)備無縫連接。無須鋪設(shè)專用的視頻和控制電纜，授權(quán)用戶可在網(wǎng)絡(luò)的任何計(jì)算機(jī)上對監(jiān)控現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)能與本地系統(tǒng)緊密結(jié)合，真正做到一網(wǎng)多用。

系統(tǒng)為分布式監(jiān)控系統(tǒng)，不但架構(gòu)靈活、擴(kuò)充簡便、成本具有絕對優(yōu)勢、功能也更符合網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的需求。針對遠(yuǎn)距離的多點(diǎn)式監(jiān)控，分布的點(diǎn)越多，優(yōu)勢將越突出。在維護(hù)保修方面更可節(jié)省大量的時(shí)間與費(fèi)用。其主要特點(diǎn)為：

分布式集中管理：基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸，可以將遠(yuǎn)距離的多點(diǎn)集合在一起，完全實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多點(diǎn)集中管理。該系統(tǒng)不但方便總部統(tǒng)一管理，也為各分部增加一個(gè)很好的數(shù)據(jù)備份機(jī)制。

本地、異地同步：每個(gè)分布點(diǎn)在本地監(jiān)控的同時(shí)，總部在遠(yuǎn)端同樣可以實(shí)時(shí)的方式進(jìn)行觀看和錄象，保證了視頻資料的及時(shí)性和管理的同步性。

遠(yuǎn)程維護(hù)和管理：總部通過軟件遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)設(shè)備，不必到達(dá)設(shè)備現(xiàn)場，提高了設(shè)備維護(hù)效率。同時(shí)，可以對用戶信息進(jìn)行修改，包括遠(yuǎn)程增加、刪除、監(jiān)控地點(diǎn)、用戶的控制權(quán)限、錄像時(shí)間等信息。

安全控制管理：密碼保護(hù)機(jī)制以及權(quán)限設(shè)置，限制各用戶只能在自己權(quán)限內(nèi)的操作監(jiān)控圖像。

移動觸發(fā)報(bào)警和錄像功能：基于軟件的移動偵測技術(shù)，針對較為機(jī)密的場合進(jìn)行全天候安全監(jiān)控，并對突發(fā)的移動事物進(jìn)行觸發(fā)報(bào)警和及時(shí)錄像。

性能穩(wěn)定可靠：DL網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)基于嵌入式技術(shù)，采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性大大提高，無需專人管理，非常適合于無人值守的環(huán)境。

安裝方便、使用簡單：網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)極大的簡化了監(jiān)控系統(tǒng)中可能涉及的設(shè)備種類和數(shù)量，它完全取代了模擬監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻矩陣、切換器、畫面分割器、字符疊加器等不僅減少了調(diào)試設(shè)備的施工周期，同時(shí)減少設(shè)備的使用，提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，減少日后維護(hù)設(shè)備的難度。

圖像清晰：系統(tǒng)采用目前國內(nèi)最新技術(shù)研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，完全基于國際最新的MPEG4 壓縮方式進(jìn)行圖像壓縮，通過幀重建技術(shù)，能利用很窄的帶寬來壓縮和數(shù)據(jù)傳輸。

良好的可擴(kuò)展性：由于該系統(tǒng)是完全基于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)施，可以將每個(gè)結(jié)點(diǎn)延伸到任何地方，并且可以就近連接，與整個(gè)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無縫隙銜接。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)本身即插即用的特性，使得擴(kuò)充變得更加簡單，無須另外架設(shè)線路。

高性價(jià)比：設(shè)備成本低，性價(jià)比高，功能強(qiáng)、穩(wěn)定性高。只需連接電源與網(wǎng)路線，即插即用，在排除了以往監(jiān)控工程的復(fù)雜程度及安裝、調(diào)試，節(jié)約投資成本；尤其在存儲設(shè)備上，因?yàn)楦邏嚎s所以節(jié)省了大量的空間與成本。

三、系統(tǒng)說明及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

網(wǎng)絡(luò)視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是一套完全基于網(wǎng)絡(luò)之上，利用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將若干個(gè)互不相連的網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)，城域網(wǎng)等），通過Internet 連接在一起構(gòu)成的龐大的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)由若干個(gè)本地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（分點(diǎn)）組成，每個(gè)本地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)即為一個(gè)局域網(wǎng)，由若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過交換機(jī)或路由器連接構(gòu)成，是一個(gè)完全獨(dú)立的本地監(jiān)控系統(tǒng)，本地可以通過電腦進(jìn)行監(jiān)控，錄象，設(shè)置等操作。每一個(gè)本地網(wǎng)絡(luò)（分點(diǎn)）通過路由器各自連接互聯(lián)網(wǎng)，通過Internet 最終集中在一起，總部在遠(yuǎn)端通過PC 機(jī)或等離子純平電視（每路顯示16 或64 畫面，）進(jìn)行監(jiān)控和錄像，根據(jù)需求進(jìn)行遠(yuǎn)程云臺控制操作，并將錄象數(shù)據(jù)存儲在遠(yuǎn)端服務(wù)器，在必要的時(shí)候，可遠(yuǎn)程調(diào)用不同分點(diǎn)的錄像資料進(jìn)行回放，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端集中監(jiān)控管理。每個(gè)分點(diǎn)可架設(shè)多臺網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī) （可任意擴(kuò)充）。

屏幕傳輸是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控等實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，具有較廣泛的應(yīng)用價(jià)值.VNC系統(tǒng)，作為利用復(fù)制屏幕圖像實(shí)現(xiàn)屏幕傳輸?shù)闹鉀Q方案，以其一系列獨(dú)特的優(yōu)勢正獲得越來越多的關(guān)注和廣泛應(yīng)用，但VNC在窄帶寬下的性能尚有待改善.我閃以VNC系統(tǒng)為基礎(chǔ)，研究了如何提高窄帶寬下的屏幕圖像傳輸性能問題.提出并實(shí)現(xiàn)了能滿足客戶端用戶對屏幕圖像的關(guān)注程度和顯示速度 求的兩個(gè)新方案：1）漸進(jìn)傳輸方案.首先傳送到客戶端的僅是8Bits的圖像，用戶可以按需要作出操作或等待更清晰的16 Bits圖像.2）感興趣區(qū)域方案.

四、監(jiān)控方式及系統(tǒng)互動

（一）基于PC的軟件監(jiān)控（DL_Loader）

系統(tǒng)架設(shè)于網(wǎng)絡(luò)之上，以數(shù)字信號進(jìn)行傳輸，觀看端主要以基于PC 機(jī)的應(yīng)用軟件（DL_Loader）為主，軟件集本地監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控于一體，支持本地與異地同步監(jiān)控和錄象的功能（詳見附錄應(yīng)用軟件）。

軟件主要包含三個(gè)部分：

本地設(shè)置軟件（Setup）：包括設(shè)置攝像機(jī)、上網(wǎng)方式、圖象調(diào)節(jié)等；本地監(jiān)控軟件（DVR）：包括監(jiān)看、錄象、運(yùn)動檢測報(bào)警，錄象回放、拍照等；遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件（Viewer）：包括：遠(yuǎn)程監(jiān)看、錄象、拍照等。本地觀看主要以DL_DVR 為主，最大支持同時(shí)16 畫面，支持多畫面翻頁功能。遠(yuǎn)端觀看主要以DL_Viewer 為主，最大支持同時(shí)16 畫面，支持地域分組功能（即每個(gè)加油站為一個(gè)組，每組包含該站點(diǎn)的所有攝像機(jī)）。

其軟件功能特點(diǎn)有：本地設(shè)置攝像機(jī)參數(shù)和視頻畫面等；本地多畫面觀看、錄象、回放、報(bào)警以及拍照等；遠(yuǎn)程多畫面觀看、錄象及拍照等；遠(yuǎn)程回放錄象內(nèi)容；自由調(diào)節(jié)畫面分割（1、4、6、8、9、16 畫面）；遠(yuǎn)程PTZ操作（包括鏡頭旋轉(zhuǎn)、拉近拉遠(yuǎn)、預(yù)設(shè)定點(diǎn)、自動巡航等）；畫面式PTZ操作，即直接在視頻畫面上進(jìn)行PTZ操作[2]；

（二）基于手機(jī)的軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控（DL_Moivo）

除了支持PC 端觀看，系統(tǒng)還支持PDA 手機(jī)觀看。手機(jī)端觀看是基于軟件DL_Movio 之上，用戶只需輸入相應(yīng)帳號和密碼即可看到對應(yīng)的視頻畫面，不需任何設(shè)置，即時(shí)連接觀看。

五、錄象與回放

（一）本地錄象與回放模式

本地錄象與回放是基于軟件DL_DVR 操作和執(zhí)行（詳見附錄軟件應(yīng)用），存儲設(shè)備以網(wǎng)絡(luò)附加存儲器NAS 為主（可根據(jù)情況更改），以PC 機(jī)為監(jiān)控終端，執(zhí)行本地監(jiān)控和錄象任務(wù)，并在必要情況下對存儲資料進(jìn)行回放處理。

（二）遠(yuǎn)端錄象與回放模式

遠(yuǎn)程錄象是基于服務(wù)器架構(gòu)之上的存儲方式，攝象機(jī)端通過Internet 直接將視頻數(shù)據(jù)存儲于遠(yuǎn)端服務(wù)器，在服務(wù)器端集中處理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多點(diǎn)集中式錄象。同時(shí)，伴隨本地監(jiān)控錄象，實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)端同步錄象及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)備份等功能。各分點(diǎn)的錄像資料在本地存儲的同時(shí)，又可以通過Internet 將錄像資料存儲在遠(yuǎn)端服務(wù)器（總公司）之上，避免了下屬支行手動上傳資料的工作。在必要的時(shí)候，總公司可隨時(shí)調(diào)用或回放下屬分點(diǎn)的錄像資料（權(quán)限許可情況下）[3]。

六、設(shè)備及用戶管理

（一）設(shè)備管理主要有

自定義設(shè)備名稱：用戶可自定義攝像機(jī)名稱以區(qū)別區(qū)域及應(yīng)用點(diǎn)；選擇應(yīng)用模式：改變攝象機(jī)應(yīng)用模式以實(shí)現(xiàn)不同的管理機(jī)制；添加和刪除設(shè)備：每臺網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)具有唯一的 ID 號碼，用戶可在后臺自行添加或刪除設(shè)備。選擇連接服務(wù)器：選擇或更改連接服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)不同的管理方式；調(diào)節(jié)分辨率及幀數(shù)：根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境調(diào)節(jié)對應(yīng)的圖象格式及分辨率和幀數(shù)，以達(dá)到不同的視頻效果。

定制錄象計(jì)劃：根據(jù)不同的環(huán)境需求定制不同的錄象計(jì)劃，劃分不同的時(shí)間段，以達(dá)到最佳的錄象效果并節(jié)約存儲資源。

（二）用戶管理主要有

用戶添加：添加需要觀看的用戶，并分配其帳號和密碼；設(shè)置用戶權(quán)限：設(shè)置用戶級別以及用戶操作權(quán)限等；分配攝象機(jī)權(quán)限：分配不同用戶不同的攝像機(jī)，劃分其管理范圍。

七、系統(tǒng)基本需求

（一）帶寬要求

基于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的視頻傳輸系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)帶寬具有一定的要求，每一路攝象機(jī)占用帶寬大概在200K 左右，以此為基點(diǎn)可以算出需要的帶寬大小，并選擇相應(yīng)的帶寬。

（二）服務(wù)器架設(shè)環(huán)境

架設(shè)服務(wù)器必須選擇帶寬足夠大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，以確保較大數(shù)據(jù)量的傳輸和處理。具體環(huán)境由攝像機(jī)數(shù)量而定，或應(yīng)用方選擇。

（三）電腦基本配置

用戶端主要以PC 機(jī)進(jìn)行觀看和調(diào)試。系統(tǒng)對PC 具有一定的要求，一般情況下，簡單的配置即可應(yīng)用。以下是一些基本參數(shù)僅供參考：操作系統(tǒng)：WindowsXP、2003/2000Server 等；內(nèi)存要求：256M 及以上；顯卡要求：1024X768 以上顯卡即可，建議使用獨(dú)立顯卡；硬盤大?。翰幌拗疲ㄗⅲ喝绻f用戶需要將錄象存儲在電腦上，需要根據(jù)計(jì)算來選擇硬盤，計(jì)算方式參考附錄）。

八、系統(tǒng)安裝與測試

（一）安裝

因?yàn)樵撓到y(tǒng)是完全基于網(wǎng)絡(luò)的布局，網(wǎng)絡(luò)線路可以就近結(jié)點(diǎn)（例如：選擇距離攝像機(jī)最近的交換機(jī)或路由器為一個(gè)結(jié)點(diǎn)），所以安裝起來非常方便，對于已經(jīng)有網(wǎng)絡(luò)布線的加油站來說，幾乎是不用動用太多資源即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)安裝過程。既節(jié)省時(shí)間，又避免資源的損耗。即便是沒有鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)線，安裝起來也非常方便。由于網(wǎng)絡(luò)線本身具有較好鋪設(shè)性，系統(tǒng)構(gòu)建起來也就非常方便。

（二）調(diào)試

系統(tǒng)架設(shè)好以后就需要進(jìn)行完整的調(diào)試過程。調(diào)試主要分鏡頭調(diào)節(jié)、軟件調(diào)試、以及錄象控制等。在攝像機(jī)安裝好以后，我們必須對每臺攝的鏡頭進(jìn)行對焦，以保證能控制有效的距離和較好的清晰度。軟件調(diào)試是一個(gè)非常簡單的過程，一般情況下，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)已經(jīng)具有基本的默認(rèn)設(shè)置，安裝時(shí)幾乎不用設(shè)置即可使用。

錄象控制主要以存儲設(shè)備控制為主，針對本地和遠(yuǎn)程存儲進(jìn)行對應(yīng)的操作，確保存儲設(shè)備能正常運(yùn)行即可。

（三）交付使用

通過完整的系統(tǒng)調(diào)試并確保運(yùn)行無誤之后，就可直接可交付使用。

九、主要設(shè)備介紹

（一）網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器（DL-001a）

DL-001a是一款嵌入式的MPEG-4 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控編碼器。它以先進(jìn)的技術(shù)，針對有限頻寬下的應(yīng)用進(jìn)行了影像與聲音的優(yōu)化，是面向那些需要很高圖像質(zhì)量，并且以遠(yuǎn)程方式通過Internet 或Intranet等寬帶網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)控的用戶所開發(fā)的產(chǎn)品。

（二）CCD網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（DL-002A）

DL-002A 是一款嵌入式的MPEG-4 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z影機(jī)。它內(nèi)建CCD 鏡頭，并以先進(jìn)的技術(shù)，針對有限頻寬下的應(yīng)用進(jìn)行了影像與聲音的優(yōu)化，是面向那些需要很高圖像質(zhì)量，并且以遠(yuǎn)程方式通過Internet或Intranet等寬帶網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)控的用戶所開發(fā)的產(chǎn)品。

（三）網(wǎng)絡(luò)附加存儲器（DL-010a）

DL-010a是一款Mini型網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備，體積較小，方便使用放置，適合較小容量的網(wǎng)絡(luò)存儲和管理，具有很好經(jīng)濟(jì)實(shí)用性和性價(jià)比。

【參考文獻(xiàn)】

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