互联网在远程数字视频监控系统的应用

2018-11-22韩凯

西部广播电视 2018年20期

韩凯

（作者单位：国家新闻出版广电总局二〇二二台）

互联网的传媒特性为信息传递提供了高速、可靠的传输途径，已进入社会生活的各个领域。近年来，随着社会发展的需要及数字技术的飞速发展，在安防及影像监管等领域，能够进行远程操控及数据传输的数字视频监控系统已全面取代传统的模拟视频监控系统，在交通、公安、民航、社会安全等公众服务领域迅速普及应用。

传感技术、计算机及图像处理技术飞速发展，为影像信息的采集处理提供了强大的软硬件支持，先进的压缩编码算法大幅度提高了数据的压缩率。随着互联网技术的不断进步及网络硬件条件不断改善，信息高速公路已成为事实，为视频信息的传输提供了足够的数据带宽支持。

本文介绍了一种基于数字技术的视频监控系统[1]，采用专用中央处理器对摄像机采集的音视频图像进行压缩编码，由互联网将数据传输到远程主机进行显示及存储，操作人员通过操作远程主机即可对云台及镜头进行操作控制。

1 互联网接入的实现

互联网（Internet）即广域网，指局域网及单机按照一定的通信协议组成的国际计算机网络。通过互联网，人们可以在千里之外任何只要有互联网接入的场合，通过TCP/IP访问指定的目标信息。

在Wi-Fi及4G等普及之前，设备接入互联网只能够通过网线接入，网线的铺设会受到地域限制，从而限制了网络接入的灵活性。

GPRS虽然可以通过无线专用公网接入互联网，但由于传输速度的限制而不适于进行大数据量的传输。

1.1 有线接入

有线的方式一般只能通过楼宇及特设的信息点实现互联网接入，并且往往还需要增设网线将设备接入信息点，不过由于通过有线网络接入，数据带宽及传输稳定性都能够得到保证，这种接入方式适宜于在楼宇中实施视频监控。图1为两路视频监控通过交换机接入互联网的构成示意图。

图1 两路视频监控通过交换机接入互联网的构成示意图

图1中，远程计算机从线路①通过互联网访问视频设备，图中省略了路由、域名解析等环节。若从线路②访问视频设备，则只在局域网内部，属于本地访问。

1.2 无线接入

在广场、路口、道路沿线等场合，若实施视频监控，由于不便接入有线网络，而专门铺设有线网络，无疑带来成本上的巨大开支。

随着Wi-Fi及4G等高速无线通信方式的成熟，在有线接入不便的场合，将视频监控设备通过Wi-Fi及4G等无线方式接入互联网已经成为共识。

1.2.1 Wi-Fi接入

Wi-Fi俗称无线宽带，它是一种短程无线传输技术，能够在百米范围内支持互联网接入，架设无线网络一般只需要无线网卡及一台AP（Access Point，无线访问接入点），以无线的模式，使用既有的有线网络来分享网络资源，架设费用和复杂程度远低于传统的有线网络。基于Wi-Fi网络的视频监控系统结构如图2所示。

图2所示的AP为网络接入点，AP接入有线网络形成网络热点，安装时应考虑到AP便于接入有线网络，以及无线信号能够有效覆盖到视频监控节点，多个监控节点信号相互覆盖的情况下可共用AP。

1.2.2 4G接入

除了上述接入方式，还有一种高速的无线接入方式，即可以通过4G网络接入[2]。图3为视频监控设备经4G网络接入互联网的示意图。

图2 基于WiFi网络的视频监控系统结构图

图3 视频监控设备经4G网络接入互联网的示意图

这种构成方式是将监控设备通过4G上网卡接入移动基站，再经由移动基站接入互联网。移动基站接入互联网的过程由移动通信系统完成，使用移动通信系统既有的通信设施，不需要额外的设备投入费用，用户只需向移动运营商支付数据服务费用即可。

目前，4G网络信号已经覆盖了绝大数城乡区域，网络接入及维护方便、稳定，初期成本投入少，不过需要定期向移动运营商支付相关数据流量服务费用。

2 数字视频监控系统的构成

数字视频监控系统[3]可看作由网络、摄像系统、前端视频处理系统及远程计算机四大部分构成。其中，网络部分直接使用现有成熟的互联网络，通过TCP/IP协议接入网络，进行数据传输，前文已对网络接入的几种方式进行了阐述。

2.1 摄像系统

摄像系统由镜头及其调节装置、云台、数据接口、电源接口、支架等构成。

摄像头是摄像系统的核心，分为模拟和数字两大类，模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的转换才能由数字系统使用，数字摄像头可以将捕捉到的影像直接以数字形式输出，可直接接入微处理器，已获得广泛应用。另外，摄像头所采用的传感器有CCD和CMOS两种，前者成像质量好，但价格高；后者性价比较高，能够胜任多数的应用场合。

云台用来控制摄像头进行上、下、左、右以及旋转等运动，实现全场景的视频采集；镜头调节装置根据操作指令对镜头进行变焦、变倍等调节。

2.2 前端视频处理系统

前端视频处理系统是系统的核心，为数据接收、压缩、传输、控制、本地存储提供硬件保障。视频处理系统的核心CPU往往采用新型的高性能ARM或DSP等处理器，ARM技术成熟、成本适中、运算能力强大、处理速度快、接口丰富，非常适合于视频处理系统。

2.2.1 数据处理

数据处理过程指将摄像头采集到的视频数据流进行预处理后进行再进行压缩、编码以及存储。整个过程在CPU的指令调度下，结合相关硬件外设完成。由于视频数据是连续的，并且数据量很大，如何保证高速实时是视频系统软件设计的关键所在。

2.2.2 本地存储

考虑到网络中断的情况，为不丢失视频场景信息，有必要对数据进行前端备份。前端备份的数据可在网络连接恢复后，通过远程计算机通过网络调取，也可定期由专人取回并更换存储介质。

本地存储时，通过摄像头采集的原始视频数据由于数据量很大，不适合直接存储，往往对其采用H.264、MPEG等压缩编码算法将其压缩后再写入硬盘等大容量存储介质，系统对存储器是否写满进行管理，或以覆盖方式循环存储，或定期转移数据保证足够的存储空间。

2.2.3 网络接口

网络接口是进行远程数据传输的物理接口，应用中往往根据网络接入及设备安装的实际情况决定设备是通过有线还是无线的方式接入互联网。因此，灵活方便的网络接口是传输接口必不可少的。

为满足任意接入方式的需求，在网络接口电路设计时，即预先留出支持有线网络接入互联网的RJ-45标准接口及能够很方便地接入Wi-Fi网卡或3G网卡的USB接口，用户可以选择适配不同的互联网接入方式。

2.3 远程计算机

远程计算机是数字视频监控系统的用户终端，它通过互联网访问接入网络的视频监控设备，也可通过网络向摄像头发出参数设置、方位及变焦等控制指令。

监控系统与远程计算机之间进行连接的一种较常用的方式是用户通过IE，以域名的方式访问进入远程视频处理主机系统，进行远程控制，并调取其视频数据，这种方式机动、灵活，用户随时、随地通过一台接入网络的PC机就可以接入系统。另一种方式是多个视频监控终端接入指定的远程平台，远程平台以多画面的方式实时监控，同步进行数据存储，这种方式适宜于数据中心长期监视的使用场合。