基于流媒体技术的网络监控综合业务平台的实现.docx

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基于流媒体技术的网络监控综合业务平台的实现

基于流媒体技术的网络视频监控综合业务平台的实现

姓名：

于文学

单位：

南京南自信息技术有限公司（公章）

提交日期：

2010-06

目录

1第一章、绪论2

1.1技术背景2

1.2主要工作3

1.3文章结构安排3

1.4设计依据4

2第二章、系统设计需求分析4

2.1需求来源4

2.2需求分析5

2.3系统结构图6

3第三章、系统设计6

3.1硬件系统设计6

3.2软件系统设计7

3.2.1流媒体中心管理服务端功能表7

3.2.2流媒体中心管理转发服务端功能说明：

8

3.2.3流媒体客户端功能列表9

3.2.4流媒体客户端功能说明10

3.3开发环境11

3.4软件界面12

4第四章、系统测试和应用14

4.1测试环境14

4.2单台流媒体客户端视频解码性能14

4.3多台流媒体客户端转发占用带宽15

4.4应用案例16

5第五章、结论16

【摘要】

视频监控是人类发展历史上对安全诉求的产物，它随着科技的发展，新技术的出现而不断的发展和完善，从最初的点对点模拟视频监控到系统的区域监控，再到分布式的网络视频监控，以及现在新兴的纯数字IP摄像机综合业务监控平台，视频监控走过了三个时期。

现代视频监控业务正面向智能化，综合业务平台化发展，其中网络流媒体技术是网络视频监控中对系统系能有重大影响的一个技术。

本文通过对流媒体技术的分析，结合实际项目需求，介绍了基于流媒体技术的网络视频监控综合业务平台的实现过程。

【关键词】流媒体，视频监控，平台系统，转发

1第一章、绪论

1.1技术背景

随着社会的发展，人们对安全的要求越来越高，传统的视频监控系统越来越多的体现出其局限性；传统视频监控系统多以模拟视频、本地监控为主，对于大范围或分级机构的厂区或企事业单位，要想全方位的掌控各区点的监控和安全情况，传统的模拟视频监控几乎无法办到。

网络时代的到来，为视频监控提供一条宽敞的大道，这个时期出现了网络视频监控。

网络的优势就是他的互联性，从小规模的局域网到大至全球互联的Internet，世界每一个角落都通过网络互联在一起。

利用网络的互联性视频监控出现了集中管理的概念。

把各分散的监控视频图像通过网络集中传递到中央监控室，不仅可以节省人力财力，还可以把工作人员从繁重的工作中解脱出来，将精力转向分析决策。

另外，还可以对系统性能和服务的异常，进行及时、准确地报警，提醒操作人员排除故障。

流媒体技术最初是在电视会议上被广泛应用的，随着视频监控的普及，人们将流媒体技术应用到了视频监控的视频流网络传输中。

流媒体指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续媒体，如：

音频、视频或多媒体文件。

流式媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入内存。

流式媒体的数据流随时传送随时播放，仅在开始时有一些延迟。

流媒体实现的关键技术就是流式传输。

流式传输定义很广泛，现在主要指通过网络传送媒体（如视频、音频）的技术总称。

实现流式传输有两种方法：

实时流式传输（Real-timestreaming）和顺序流式传输（Progressivestreaming）。

一般说来，如视频为实时广播，使用流式传输媒体服务器，或应用如RTSP的实时协议，即为实时流式传输。

如使用HTTP服务器，文件即通过顺序流发送。

流式传输的实现需要合适的传输协议。

由于TCP需要较多的开销，故不太适合传输实时数据。

在流式传输的实现方案中，一般采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时视频图像数据包。

流媒体的播放支持单播、点播、组播和广播等方式，以及各种方式之间的组合播放方式。

1.2主要工作

本文主要阐述了通过使用流媒体技术如何建造一套完整网络监控综合业务平台；通过对平台实际应用，得出该平台可用环境及其性能指标等结论。

1.3文章结构安排

本文分为五个章节对流媒体平台的构建和应用做出阐释：

第一章：

概述，描述流媒体技术应用背景和相关知识；

第二章：

系统设计需求分析，对客户提出的需求进行分析，为系统设计做准备；

第三章：

系统设计，设计平台系统各项功能，概要阐述各项子功能；

第四章：

系统测试和应用，对平台系统测试的要求和步骤进行阐述，系统实际应用环境说明；

第五章：

结论，通过系统的应用情况得出系统的适用环境和性能指标等结论。

1.4设计依据

《重大危险源辨识》（GB18218－2000）

《重大危险源申报登记与管理》

《消防通信指挥系统设计规范》（GB50313-2000）

《邮电部电话交换设备总技术规范书》YDN065—1997

《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》GBT/T50312-2000

《城市地理信息系统设计规范》（GB/T18578-2001）

《计算机软件开发规范》（GB8566-88）

《信息技术设备包括电气设备的安全》GB4943-95

《安全防范工程程序与要求》GB/T75-94

《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

《计算机防雷设计规范》GB50174-95

《计算机站场地技术条件》（GB2887）

《计算机场地技术条件》GB2887-89

2第二章、系统设计需求分析

2.1需求来源

本系统来自一个真实的需求：

辽宁营口市大石桥农电局变电站监控系统。

客户监控点分布情况：

农电局所辖25个乡镇变电站，每个站视频监控点位4-10个，总计177个；每个站烟雾监控点5-10个，总结140个；红外探测点1-5个，总计85个。

变电站通讯线路：

2ME1通讯线路。

监控中心位于农电局办公楼内。

要求设计一套视频监控系统，实现对所辖变电站的全天候视频监控和火灾报警、非法入侵报警通知。

监控中心需要多个客户端同时对变电站现场进行监控。

特定监控点需要使用云台控制摄像机或球形摄像机进行多方位监控。

2.2需求分析

由于农电局所辖变电站地理分布范围广，跨度大，传统模拟视频集中式视频监控无法简单实现。

考虑到客户提供的2ME1通信通道，我们可以利用网络桥接器将E1通道网络透明化处理，实现网络流媒体集中监控。

由于每个变电站点位数多为4-10个，未压缩过的单路视频信号带宽在40Mbps以上，2M带宽成为传输多路视频图像的瓶颈，所以必须对视频流压缩进行优化，并对多画面进行复合压缩。

复合压缩的过程是通过视频复合器来实现的，监控行业称为“画面分割器”，后面将一律表述为“画面分割器”。

多路视频通过画面分割器复合后需要通过视频编码压缩才可以在2M的带宽下进行传输，这个过程成生成网络所承载的数字视频信号即为流媒体信号，压缩过的视频一般控制在2Mbps以内。

监控中心有多个客户端同时监控，并且要求对视频进行存储录像，因此每一路视频可能存在多个访问接收端，那么2M带宽再次成为了瓶颈，如果多个客户端与前段编码器同时建立连接并进行流媒体传输，那么所占的带宽将成倍的增加，因此在监控中心必须设计一个对流媒体进行多点客户端传输的系统，我们称该系统为流媒体转发系统，有了这个系统，当多个客户端同时访问同一个视频源时，不必每个客户端都与前端编码器建立连接并传输视频流，只需和流媒体转发系统建立连接，流媒体转发系统将每一路视频复制多份传给客户端。

这个过程称为流媒体的转发。

流媒体的转发实际上解决了带宽不足时对流媒体传输的限制，并且能够释放更多的网络资源和编码器资源。

流媒体转发事实上已经成为现代视频监控平台系统的核心理念。

2.3系统结构图

3第三章、系统设计

3.1硬件系统设计

根据变电站监控系统需求，按照硬件安装位置，将硬件系统分为三个部分：

前段设备，传输设备，监控中心设备。

涉及到的硬件设备如下：

设备分类

设备名称

设备功能

前端设备

摄像机

视频信号采集

画面分割器

多路视频信号复合

烟雾探测器

烟雾火灾探测报警设备

红外探测器

非法入侵探测报警设备

传输设备

视频编码器

视频压缩传输设备

E1网络桥接器

E1转以太网设备

监控中心端

流媒体管理转发服务器

设备管理、用户授权、流媒体转发……

流媒体客户端工作站

客户端监控设备

系统连接图如下

3.2软件系统设计

根据前文分析，软件系统是这个平台系统的灵魂，它是流媒体管理、控制、转发、接收的载体；根据需求，软件系统应分为两个部分组成：

流媒体中心管理转发服务端，流媒体客户端。

3.2.1流媒体中心管理服务端功能表

软件名称

ObserverVS264服务端

版本号

2.0

软件功能项目

功能说明

视频服务器管理

添加视频服务器

添加一台视频服务器到系统中

删除视频服务器

删除系统中现有视频服务器

修改视频服务器

修改系统中现有视频服务器

搜索视频服务器

搜过网络上的视频服务器

配置视频服务器

配置系统中视频服务器参数

设备管理

添加设备

添加监控设备到系统中

删除设备

删除系统中现有设备

修改设备

修改系统中现有设备参数

摄像机管理

增加摄像机

创建、增加摄像机记录

修改摄像机

修改摄像机记录

删除摄像机

删除摄像机记录

报警器设置

增加报警器

创建、增加报警器记录。

修改报警器

修改报警器记录

删除报警器

删除报警器记录

报警器布防

布防系统中的报警器

报警器撤防

撤防系统中的报警器

账户管理

增加账户

增加包含等级信息用户记录

修改账户

修改包含等级信息用户记录

删除账户

删除用户记录

计划任务

增加计划任务

添加一条用于定时报警布防或录像的计划任务

删除计划任务

删除系统中现有的计划任务

修改计划任务

修改系统中现有的计划任务参数

系统设置

音视频转发设置

设置音视频转发服务器地址、端口

SocketServer设置

设置客户端数据库服务器端口

3.2.2流媒体中心管理转发服务端功能说明：

Ø视频服务器管理

视频服务器管理功能是平台系统统一管理视频服务器（视频编码器）设置功能接口，用户可以在平台系统中添加所有系统中的视频编码器，并提供对视频编码器配置和搜索的功能。

Ø设备管理

设备管理功能用来管理系统中前端设备，如云台控制器，报警控制单元，画面分割器等。

Ø摄像机管理

摄像机管理功能用来详细设置摄像机的类型，控制协议，以及摄像机的连接方式。

Ø报警器设置

报警器设置功能用来设置变电站现场烟雾探测器、红外入侵探测器的参数和连接方式等。

Ø账户管理

账户设置功能用来设置服务端和客户端使用者的权限。

Ø计划任务

计划任务包括可以计划的录像任务，报警器布撤防任务等。

Ø系统设置

系统设置包括流媒体转发（转发）地址、端口，数据库连接端口设置等。

3.2.3流媒体客户端功能列表

软件名称

ObserverVS26客户端

版本号

2.0

软件功能项目

功能说明

视频预览

视频管理

预览/停止预览摄像机视频；摄像机视频显示模式切换；全屏显示视频；

摄像机控制

摄像机方向控制，变倍、焦距、光圈等参数调整，灯光、雨刷、警笛等辅助设备开关

视频色彩控制

控制视频亮度、对比度、饱和度、色度

视频窗口排列

控制视频窗口单画面、四画面、六画面、八画面、九画面、十三画面、十六画面

录像、拍照

启动/停止录像任务

 实现手动录像、自动录像、报警录像功能

视频拍照

实现手动拍照功能

浏览

拍照浏览

实时视频截图，保存为照片文件

录像浏览

查询系统中的照片记录，浏览、导出、打印照片文件

报警

报警器状态管理

查看报警器报警状态

报警器布撤防管理

布撤防报警器

系统控制

预置点管理

球形机预置点信息保存、修改、载入、删除

音频开关

视频服务器音频开关

系统设置

系统设置

设置客户端是否使用服务端转发

录像设置

设置客户端录像计划任务、录像盘符

3.2.4流媒体客户端功能说明

Ø视频预览

视频预览功能是客户端的最重要功能，包括预览/停止预览摄像机视频；摄像机视频显示模式切换；全屏显示视频；摄像机方向控制，变倍、焦距、光圈等参数调整，灯光、雨刷、警笛等辅助设备开关；控制视频亮度、对比度、饱和度、色度；控制视频窗口单画面、四画面、六画面、八画面、九画面、十三画面、十六画面功能。

Ø录像、拍照

录像、拍照功能实现了手动录像、自动录像、报警录像功能，手动视频拍照功能。

Ø浏览

浏览功能包括录像记录浏览和照片浏览。

Ø报警

报警功能包括查看报警器报警状态和布撤防报警器功能。

Ø系统控制

系统控制功能包括球形机预置点信息保存、修改、载入、删除，视频服务器音频开关功能

Ø系统设置

系统设置功能设置客户端是否使用服务端转发，客户端录像计划任务和录像盘符。

3.3开发环境

Ø操作系统：

WindowsXP

Ø开发平台：

BorlandC++Builder6.0，MicrosoftVisualC++6.0,MicrosoftDirectXSDK9.0

3.4软件界面

Ø流媒体中心管理转发服务端

Ø流媒体客户端

4第四章、系统测试和应用

4.1测试环境

Ø计算机系统

流媒体中心管理转发服务端:

P43.0GCPU,512M内存,80GB硬盘；

流媒体客户端:

P43.0GCPU,512M内存,nVidiaGforce7300显卡,80GB硬盘；

Ø网络系统：

百兆快速以太网络,采用DLink-1008D网络交换机搭建；

Ø编码器：

H.264编码方式视频服务器50个，图像分辨率设置为D1（720*576）方式，码率上限设置为2Mbps；

4.2单台流媒体客户端视频解码性能

通过图表可以看出，该配置计算机下，解码10路视频图像，CPU资源已经接近100%，为了保证系统稳定性，CPU资源占用率不应该超过80%，也就是视频图像同时解码不能超过8个。

4.3多台流媒体客户端转发占用带宽

考察流媒体平台转发性能的主要指标是转发服务器所能承受的连接客户端数和总连接流量，以下测试使用10台流媒体客户端同时连接中心管理转发服务器，每个客户端同时浏览8个不同视频画面，每个客户端有一半视频和其他客户端中的视频是重复的，这样总浏览不重复视频个数为4*10=40个，通过记录每增加一台客户端时，流媒体中心管理转发服务器的入口和出口流量和CPU占用率来考察流媒体转发的性能。

通过上图，我们看出，随着客户端个数的增加，中心转发服务器的CPU资源始终维持在10%以内，说明现在的计算机处理能力完全能满足流媒体转发平台的需要；另一方面，入口带宽（与前端编码器连接的网络接口带宽），随着客户端的增加，比出口带宽（连接客户端的网络接口带宽）增长要缓慢的多，最终，总的入口带宽与总的不重复视频总带宽一致。

这里清楚的看出了流媒体转发所起的作用。

4.4应用案例

本系统应用于营口大石桥农电局，经过半年的试运行，修改了软件中的问题，现已正式服务于其电力监控管理。

5第五章、结论

本文通过概括性的介绍基于流媒体技术的网络视频监控综合业务平台的实现，并通过几个环境下的测试论证了流媒体转发机制在现代监控领域中的重要性；平台系统在经过测试后能够正式应用在工程项目中证明了系统架构和性能满足了客户的需求。

未来视频监控系统将越来越走向平台化、智能化，本系统的研发成功将为未来更加复杂的平台系统做好了准备。