基于复杂网络环境的数字远程监控系统设计

摘要：为保证远程监控的实时性，满足安防行业使用需求，本文设计了一种基于复杂网络环境的数字远程监控系统。此系统具有操作简单、实用性强、先进可靠、易扩展等特点，不仅可以高效、安全地远程传输网络数据，还可以实现现有资源的最大化利用，提高视频编码质量和效率，完全符合预期设计标准和要求。希望可以为相关人员提供有效的借鉴和参考。

关键词：复杂网络；数字视频压缩；流媒体网络；数字远程监控系统

目前，数字视频监控系统作为一种重要的安全防范技术手段，被广泛地应用于社区、住宅、交通、金融等行业中，为远程监控环境、保障环境周边的安全性提供重要的平台支持。传统数字视频监控系统不具有跨平台能力，无法有效地兼容编码器码流，同时，存在传输距离短、传输视频流难度大、信息安全保密性不强等问题，而基于复杂网络环境的数字远程监控系统设计和应用，可以突破传统系统存在的局限性。

本文设计的系统利用数字视频压缩技术、流媒体网络播放技术等现有网络技术，向远程监控中心安全传输和发送现场图像，由远程监控中心对其进行远程监控和报警管理，完全满足数字化远程监控需求[1]。

一、系统设计关键技术

（一）网络视频传输技术概述

在数字远程监控系统中，为保证来自不同地区的用户可以实时远程控制现场情况，并结合现场监控情况进行有效数据通信，需要确保视频图像传输质量达标，以保持系统的监控质量和效率。为避免因传输数据量过大而增加传输网络拥挤程度，造成数据出现严重延迟、丢失问题，需要应用网络视频传输技术。该技术在具体应用时，需要选用合适的网络通信通道和通信协议，从而保证数据传输的安全性和可靠性。目前，比较常用的传输层协议是TCP/IP传输协议。

TCP/IP传输协议主要基于现代化物联网技术研发而成，其IP层表现出较高的包容性。借助IP地址，可以有效地隐藏和屏蔽底层实现细节，使系统开发人员在不知道底层实现细节问题的情况下，也能正常使用TCP/IP传输协议。

（二）数字视频压缩技术

在流媒体信息源中，通常会产生海量的信息数据，如果在没有压缩信息数据的基础上进行直接传输和存储，会增加网络带宽压力。因此，在正式传输和存储流媒体数据之前，需要先对这些数据进行压缩处理，这样做能够为后期数据的快速、安全传输和存储提供极大便利。当经过压缩的数据传输至目的地后，对其进行解压缩并播放。通过压缩信息数据，不仅可以节省存储空间和CPU运行空间，还能缩短数据传输时间，提高数据传输效率。现阶段，用于数字远程监控的图像压缩技术主要以“MPEG-4”为主。在进行数字视频压缩时，主要运用以下两种压缩机制：

1.有损压缩。有损压缩主要是指压缩处理前数据与解压缩后数据出现偏差或不一致现象，这说明运用有损压缩机制进行数据压缩时，会导致不重要的图像信息、音频信息丢失，且这些丢失数据是不可逆的，无法恢复。

2.无损压缩。无损压缩主要是指压缩处理前数据与解压缩后数据保持完全相同。

（三）流媒体网络播放技术

通过构建和应用数据通道，可以将客户端与媒体服务器端进行有效地连接，使其结合为统一整体。单台服务器所提供的数据包只能向单个客户机进行传送，这种传送方式被称为“单播”。在单播模式下，单个用户在查询相关信息时，需将相关查询请求发送至相应的媒体服务器中，由媒体服务器结合用户查询请求，将相关数据信息拷贝、加载，并呈现在用户面前，便于用户查看和调用 。这种处理方式会增加数据冗余量，导致服务器面临较大的运行压力，同时，会降低系统响应速度，导致系统出现运行不稳定问题。在IP通信中，还用到广播方式。在广播方式下，借助源主机，将所有IP信息包发送和传输至特定的网段中。

在IP广播包中，目标地址含有主机部分和网络部分，其中，主机部分被统一设置为“1”；网络部分被统一设置为“子网地址”，利用主机部分，可以实现对各种信息包的有效识别，同时，借助本子网，可实现对广播地址信息包的统一化接收。IP组播通信方式具有较高的应用优势，可以向任意主机上发送和传输相关IP信息包，避免各个机器资源被大量消耗。

在IP协议的应用背景下， 通过采用组播的方式 ，可以实现对各项视频数据的安全化传送，当某客户端需要接收和应用所需要的视频流时，借助传输断，可向接受者一次性发送和传输相关信息，这种传输方式降低了网络运行压力，实现网络资源充分利用，同时，还简化了发送端编程流程。

二、系统总体设计

（一）系统架构设计

采用B/S设计思想，本文将系统架构划分为软件控制层、视频信号层、硬件数据层三个组成部分。本文设计的系统作为一种综合系统，不仅涉及计算机软件和硬件，还涉及复杂网络。其中，系统硬件部分主要负责实时、完整地采集视频数据，并进行编码、解码和传输。系统软件部分主要用于对硬件部分工作流程的实时化管控。总之，在整个系统模块中，软件部分具有重要的领导地位[2]。

（二）系统数据库设计

要想借助系统实现重要数据的增删改查，离不开系统数据库设计和应用。在数据库的具体设计过程中，本文选用“MySQL”关系型数据库，该数据库采用结构化方法，能够有序地存储数据。系统数据库通常含有若干张数据表，每张数据表均定义好各个字段，然后，结合表结构有序存入数据，有效地提高数据表的稳定性和可靠性[3]。

三、系统硬件设计

系统硬件部分主要是由摄像头、视频编解码器、网络接口、模数转换器、通信总线等部分组成。视频编解码器作为本文系统硬件的关键组成部分，主要借助专用集成电路逻辑关系进行科学设计和实现，该解码器主要包含视频数模转换器、视频模数转换器、主编解码芯片、网络接口四个组成部分[4]。

其中，主编解码芯片主要选用型号为Hi3510芯片；视频数模转换器和视频模数转换器主要选用由TECHWELL公司研发的TW2835芯片，该芯片功能如下：采集所需要的视频模拟信号，通过数字转换的方式将其转换为数字信号，并采用BT656格式向主编解码芯片传输和发送数字信号。

四、系统软件设计与实现

（一）系统软件结构框图及划分

系统软件结构主要划分为服务器端软件模块、客户端软件模块两大组成部分。在系统软件结构中，用户界面是由客户端提供的，主要负责网络数据的逻辑处理，同时，借助数据服务器，对客户端所发送的SQL语句进行接收和执行，并快速查询数据库中所需要的数据，然后将最终查询结果直接反馈给用户。此外，借助客户端，可以将获取图像数据的请求发送到服务端，并采用本地服务器，完整显示由服务端所发送的屏幕图像。服务端主要用于对客户端所发出请求的实时响应和处理，以实现对屏幕图像的精确化抓取和发送[5]。

（二）系统服务器端软件设计与实现

1.服务器系统介绍

服务器端软件主要包含以下两个部分：

（1）前端软件。前端软件作为一种常用软件，主要安装和部署于多个监控点位置，可以实现对图像采集、显示、传输等处理流程的实时化监控，并包含报警控制模块和文件回收模块。

（2）监控端软件。监控端软件主要用于对所需图像的实时接收、存盘、检索以及前端的实时化控制[6]。

2.视频采集模块设计

视频采集模块运行流程如下：打开和启用视频设备，科学地设置数据传输格式，并打开芯片进行运行。同时，还要做好对视频逻辑采集通道各个属性的科学设置，并启用逻辑通道，完成对所需视频信息的全面化采集，并向缓冲区存储所采集好的视频数据，如果缓冲区处于存满状态，则需要进行信号发送，并唤醒整个图像处理进程，确保该进程指向下一个缓冲区。

3.视频编码模块设计

视频编码流程如下：首先，启动并打开通信线程，然后从视频采集模块中获取所需数据，并将这些数据存储到视频编码器中，当编码完成后，需要打包处理码流。其次，借助网络接口，将最终打包结果传输和发送至客户端，以达到快速解码的目的。当客户端发送控制命令后，需要暂停编码处理，此时，编码操作全部停止[7]。

（三）系统客户端软件设计与实现

1.客户端设计

客户端软件作为一种重要的应用软件，具备远程实时配置、远程回放、远程实时预览等基本功能。客户端软件在具体设计时，主要采用C/S模式，完成对跨平台应用程序的设计，从而提高数据操作效率，保证数据的可靠性、完整性和安全性，完全适应复杂网络环境使用需求。

2.视频解码模块设计

视频解码模块主要运用多线程方式进行设计。首先，运用多线程方式，向指定的解码器发送和传输相关码流信息。同时，采用辅线程方式，利用视频解码器，对解码处理后的数据信息进行统一化抽取和释放。在应用主线程时，需对解码器进行初始化处理，并科学设置视频解码器的参数，如缓冲区大小等。此外，从创建好的解码通道中，获取和调用所需要的码流通道信号。

辅线程在具体运用时，需要传送解码后的数据，并将解码好的数据呈现在用户面前，供用户查询和调用。

3.视频输出模块设计

视频输出模块在具体设计时，通常离不开DirectDraw组件的应用。该模块具体设计流程如下：首先，初始化处理DirectDraw组件，并将该组件直接绑定在窗口上，确保两者形成良好的绑定关系。其次，从解码处理好的数据中获取所需要的信息，并利用函数接口，对该信息进行缩放处理。最后，通过进行数据复制和拷贝， 将缩放后的图像信息存储到DirectDraw对象中，然后对该对象进行刷新处理，并向屏幕传输和显示最终数据结果。在这个过程中，如果需要停止控制，则暂停刷新操作，并释放相关数据资源。视频输出流程如图1所示。

五、结束语

综上所述，为适应复杂网络环境特点，本文所设计的数字远程监控系统主要实现了以下几个功能：借助摄像头，将所采集到的图像数据安全、可靠地传输和发送至计算机中；计算机采用编码压缩处理技术，将所接收到的图像数据进行编码、压缩处理，降低图像数据量；当图像数据压缩完成后，将其存储到计算机中，便于后期相关人员查询和调用这些数据；可以实时播放传输过来的图像数据以及存储在计算机内的图像数据。尽管本文系统设计取得了较高的成效，但是仍然存在以下需要完善的地方：首先，目前仅设计和实现了系统软件个别模块，尚未完成系统全部模块的设计和实现；其次，系统对音频的研究内容相对较少，有待后期优化和补充。

作者单位：仇申海 莱西市职业中等专业学校

参考文献

[1]羊昆儿，陈明升.电力系统中远程数字视频监控与图像识别技术的应用与分析[J].现代企业文化，2019（35）：192.

[2]廖坤玉，胡旭东，邓立晨，等.基于5G-AR智联技术的数字化电网远程全景监控系统[J].电器工业，2023（1）：33-38.

[3]甘辉.数字化远程监控系统在工程质量安全监督管理中的应用分析[J].低碳世界，2023，13（7）：196-198.

[4]李阳.数字化远程监控系统在工程质量安全监督管理中的应用[J].中国新通信，2022，24（13）：56-58.

[5]曹丽筱.远程视频监控系统在数字化油田建设中的应用分析[J].中国设备工程，2020（13）：163-164.

[6]陈婷婷.远程视频监控系统在数字化油田建设中的应用[J].中国化工贸易，2019，11（13）：107.

[7]刘勃宏.基于数字媒体DSP的远程网络视频监控系统设计[J].现代电子技术，2020，43（4）：90-93.