防洪工程监控系统中视频采集技术的应用

王坤杰

（河北省防汛抗旱指挥部办公室，河北 石家庄 050011）

1 防洪工程视频监控系统的构成

防洪工程视频监控系统主要包括现场监控系统、远程监控系统两个部分。现场监控系统中的摄像机主要是拍摄水利工程各种重要防洪部位的工作状态以及现场实时运行情况，实时彩色视频信息通过视频光端机和光纤传至现场控制中心服务器进行解码显示；同时前端信号在现场控制中心进行压缩，将数据传输到远程监控中心，并可以在远程进行缩小、放大和旋转等控制，同时可设定远程用户的浏览和操作权限。

远程监控系统使用一台或多台服务器进行视频转发一台计算机作为图像平台和控制平台，发送控制信息到各个信息采集点，完成图像解码显示、权限设定、分级转发等，最后在PC上通过VC实现对视频信息显示存储。具有灵活方便的画面组态，可以分别从次画面进入另一个次画面或主画面。并在监控中心实现远程控制，及时安排现场采取应急措施。图像传输采用光纤通讯方案，现场的图像通信链路使用单模光纤，两端通过视频光端机来传输实时彩色视频信息。远程的图像通信链路使用公网SDH光数据电路，接入专用的水利计算机广域网络传输。

2 视频采集方法的选用

视频采集一般有两种方法:一种是基于视频采集卡所附带的二次软件开发包SDK进行。这种方式的优点是应用方便，容易上手，缺点是对硬件的依赖性较强，灵活性差，且功能参差不齐，不能充分满足各种视频应用程序的开发需要。另一种方式是基于VFW（Video for Windows）进行的。VFW是Microsoft公司为开发windows平台下的视频应用程序提供的软件工具包，提供了一系列应用程序编程接口（API），主要由 AVICAP，MCIAVI，MSVIDEO，AVIFILE，ICM，ACM等6个模块组成。它的特点是播放视频时不需要专用的硬件设备，而且应用灵活，可以满足视频应用程序开发的需要[1]。

在视频监控系统中用来传输图像信号的介质主要有同轴电缆和光纤，如果需要传输数公里甚至上百公里距离的视频信号，需要采用光纤传输方式[2]。光纤和光端机的应用在视频监控领域里主要解决两个问题：一是传输距离，二是环境干扰。由于光纤传输的众多优势以及系统建设成本的持续下降，采用光纤传输的方案成为建设防洪工程视频监控系统的主流传输方案。

文中以VC++6.0作为编程开发环境,将视频数据流经过MPEG4的压缩实现视频监控系统中的高效率录像,并且从新的角度示范了综合采用以上两种视频采集方法来实现防洪工程视频监控系统。

3 视频采集的实现方案

远程视频监控系统是根据现场的不同情况采用了3种传输技术，即同轴传输、光纤传输和微波传输，因而前端设备在结构上也采用了不同的组合方式，无论采用何种设备组合在原理上都是将摄像机生成的模拟图像转为数字化编码，采用最小化的传输损耗入网。

信号传输指的是摄像机采集完后向中心传送的视频图像信号和中心向前端的云台、镜头发出的控制信号。在有的工程中会涉及到音频和报警信息的单向或双向传送。

远程视频监控工程在每个水库主要是采用了视频服务器的组网方式。视频信号经过各种摄像机的采集后经过同轴电缆、光纤以及微波等传输方式传输到达各地机房内的视频服务器上，视频服务器将接收到的视频信号经过编码压缩，使模拟视频信号转变为可以在IP网络上传输的数字视频信号[3]。视频编码器连接在每个前端水库的内部局域网内，通过交换机、路由器可以传输到水利厅和相关部门的网络系统中。经过授权可以观看图像的客户端只要在其计算机上安装相应的软件就可以观看自己权限内的视频图像，并可以对前端摄像机进行操作和设置。

4 程序的实现

河北省水利视频监控系统采用的是北京先进视讯公司的AVinfo iDVR 3.0网络视频监控系统。该系统是一个专业的远程网络视频监控软件，基于目前最流行的Browser/Server架构，可以通过任何TCP/IP网络进行数字视频的管理，与AV系列网络视频服务器相结合，构成CCTV与局域网或广域网的图像监控，实现真正的整合。可以通过众多的摄像机浏览全实时的监控画面，控制摄像机的运动，接收报警通知。该监控系统的标准版本目前可以同时显示9个摄像机监控画面。监控画面可以根据需要随便进行切换，或者根据多种预先确定的格式进行重组。

iDVR 3.0系统是一个模块化、分层的结构，由目录服务、转发服务、网关服务、录像及回放服务组成，一个iDVR系统只能有一个目录服务，一个目录服务可管理多个转发服务、网关服务、录像及回放服务。目录服务和其他服务可以安装在一台计算机上，也可以分别安装在多台计算机上。

4.1 iDVR 3.0系统服务的组成

1）目录服务。目录服务是iDVR系统的核心，负责将整个系统中的虚拟目录、数据库、网关等服务联结成一个整体。

2）网关服务。负责对相应产品等设备(编码器和解码器)的管理，包括发现设备、参数配置、视音频流的码流控制等，同时负责对单播环境下设备的音频数据进行多播转发。

3）转发服务（IVS服务）。负责接收网关或设备发来的多播音视频数据，然后使用单播方式将数据发给指定的客户端和解码器。

4）录像及回放服务。录像服务负责按照用户制定的计划把设备的音视频内容记录在硬盘上，回放服务可以让用户在客户端看到录制的录像。用户可以设置录像文件的保留时间，超过保留时间后系统会自动删除录像文件，释放硬盘空间。

5）透明串口服务。是配合成都理想的报警主机来使用的，报警主机的报警依赖此服务来解析具体的报警内容。

6）MDIP解码器代理服务。当监控系统中的解码器全都是先进视讯自主研发的MDIP系列的时候，可以考虑选用这种方式来管理解码器，这种方式比用网关服务来管理解码器的效率更高，视频图像的传输更稳定。

4.2 软件的使用

用户可以以系统管理员的身份进行登录，也可以以普通用户的身份登录。如果以系统管理员身份登录，在登陆界面中输入系统管理员的用户名和密码。如果该用户是与服务器或设备在同一组播环境下，可以选择局域网方式，否则选择广域网方式。在登录的时候如果选择“局域”的方式，则客户端浏览图像时收的是网关服务发过来的组播数据；“广域”方式，收到的则是转发服务发过来的单播数据。

本系统在服务器Windows server和PC机Windows XP平台下运行效果良好，可以将视频数据流经过MPEG4的压缩实现视频监控系统中的高效率录像，在远程对图像进行旋转、调交控制时图像清晰流畅，可以动态地将视频信号实时显示并存储到硬盘录像机上。

5 结语

AVinfo iDVR 3.0网络视频监控系统的创新点主要有：一是在低成本下,基于一个简单基本的视频采集SDK之上，采取了高效率的MPEG4压缩方法；二是综合利用SDK和VFW，实现了视频图像和数据叠加存储为AVI文件的功能；三是采用光纤取代电缆进行图像通讯，性能好，使用方便。该系统一方面解决了视频信息的大数据量对存储和传输的负担，另一方面也实现了视频存储为AVI文件，以便用户回放的时候查看相关的现场工程信息。整个系统高效可靠，有效降低了建设成本，大大提高了防洪工程监管力度和防洪安全标准。

[1]肖永隆，王理.利用VFW库函数快速分解AVI数据流[J].信息工程大学学报，2001，2(3)：39-42.

[2]杨英杰.光纤通信技术[M].广州：华南理工大学出版社，2004，4L：11-35.

[3]精英科技.视频压缩与音频编码技术（第一版）[M].北京：中国电力出版社，2001：132-167.