一種帶優(yōu)先權可擴展的數(shù)字網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1、一種帶優(yōu)先權可擴展的數(shù)字網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)     (南京航空航天大學 信息科學與技術學院, 江蘇 南京 210016) 摘要：煤礦企業(yè)對井下作業(yè)的安全性要求很高，安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以將井下的生產狀況以視頻的形式直觀地展現(xiàn)在管理人員面前，便于及時發(fā)現(xiàn)事故隱患，防范于未然。通過將傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡化，同時加入優(yōu)先權和可擴展的特性，提高了系統(tǒng)的可靠性，實現(xiàn)了分布式、遠程視頻監(jiān)控。 關鍵詞: 優(yōu)先權；視頻監(jiān)控；煤礦；硬盤錄像機 中圖法分類號: TP393，TP29 文獻標識碼: A    引言 對煤礦

2、企業(yè)來說，日常生產中存在著一定的危險性，尤其是井下作業(yè)的危險系數(shù)更高。鑒于此，煤礦企業(yè)在獲得良好經(jīng)濟效益的同時，必須充分考慮安全因素。為了確保井下作業(yè)礦工的生命安全，除了要保證井下設備的質量、規(guī)范操作流程和提高礦工安全意識外，安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)1，實施對井下作業(yè)現(xiàn)場的實時監(jiān)控也是必不可少的重要安全措施。本文以河南某煤礦的視頻監(jiān)控項目為背景，設計并實現(xiàn)了一種數(shù)字網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)引入優(yōu)先權的概念，將系統(tǒng)的用戶分為不同等級，賦予相應的優(yōu)先權，同時，系統(tǒng)具有良好的擴展性，增加刪除監(jiān)控節(jié)點的成本可以忽略不計。    1總體方案 1.1 方案概述 &

3、#160;  整個系統(tǒng)主要由以下幾個模塊組成：攝像頭、硬盤錄像機、視頻監(jiān)控服務器和瀏覽器。攝像頭是本系統(tǒng)中最底層的設備，負責視頻圖像的采集，根據(jù)不同的應用需求，可以配備不同分辨率的攝像頭；硬盤錄像機和攝像頭之間用標準的BNC視頻接口（75）連接，把攝像頭采集來的視頻數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理、壓縮，并把處理過的數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)絡上，同時存儲在本地硬盤，以便提供歷史回放功能；視頻監(jiān)控服務器承擔視頻中轉的任務，一方面與硬盤錄像機通信，獲取視頻數(shù)據(jù)，另一方面向用戶提供在瀏覽器中直接瀏覽視頻的功能；瀏覽器是整個系統(tǒng)的最上層，瀏覽器可以位于本地局域網(wǎng)，也可以在遠程通過Internet連接到本地網(wǎng)

4、絡。系統(tǒng)結構如圖1所示： 圖1 系統(tǒng)結構 1.2 攝像頭 在本方案中，已經(jīng)存在傳統(tǒng)的模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，為了不影響原有系統(tǒng)的正常運行，同時考慮到成本方面的因素，沿用現(xiàn)有的攝像頭資源，直接將原來連接到閉路電視上的視頻信號接入硬盤錄像機，再將硬盤錄像機的環(huán)通輸出接口與原有監(jiān)視器連接，保證原有系統(tǒng)的正常運行，增強了系統(tǒng)的兼容性。 1.3 硬盤錄像機 硬盤錄像機是整個系統(tǒng)的核心之一，其處理能力的快慢、壓縮效率的高低及存儲容量的大小直接影響到系統(tǒng)的速度、可靠性、圖像質量等。本方案采用?？低?DS-8016系列網(wǎng)絡硬盤錄像機3，這是一款專為安防領域設計的優(yōu)秀數(shù)字監(jiān)控產品，采用了嵌入式處理器和嵌入式操作

5、系統(tǒng)，結合了IT領域各項最新技術，如視音頻壓縮/解壓縮、大容量硬盤記錄、TCP/IP網(wǎng)絡等技術，代碼固化在FLASH中，使得系統(tǒng)運行更穩(wěn)定。DS-8016網(wǎng)絡硬盤錄像機既可本地獨立工作，也可連網(wǎng)組成一個強大的安全監(jiān)控網(wǎng)?？蓱糜阢y行、電信、電力、司法、交通、小區(qū)、工廠、倉庫、資源、水利設施等各領域、各部門的安全防范4。 1.4 視頻監(jiān)控服務器 視頻監(jiān)控服務器采用IBM xSeries5 226 8488服務器，該服務器配置有Xeon3.0G的CPU， 512M*2的內存，73.4GB*2的SCSI硬盤，兩塊千兆網(wǎng)卡，性能優(yōu)越。 在服務器上部署Web服務器，最終用戶都通過此Web服務器訪問視頻監(jiān)

6、控系統(tǒng)。Web服務器軟件采用當前流行的企業(yè)級開發(fā)平臺 .NET，并結合SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫存儲相關數(shù)據(jù)。此外，采用COM技術，結合VC+ 6.0開發(fā)平臺，將與視頻處理相關的功能封裝為一個ActiveX控件6，使得系統(tǒng)模塊劃分更加清晰，降低了系統(tǒng)的耦合性，易于升級和維護。 1.5 瀏覽器 瀏覽器是系統(tǒng)和用戶的接口，要求使用Microsoft IE系列瀏覽器，版本在5.0以上。由于采用了ActiveX控件實現(xiàn)視頻處理的功能，所以在初次使用瀏覽器進入視頻監(jiān)控系統(tǒng)時，需根據(jù)系統(tǒng)提示，下載并安裝ActiveX控件，方可正常瀏覽視頻。 1.6 與傳統(tǒng)方案的比較 本方案實現(xiàn)了視頻監(jiān)控的數(shù)字化

7、和網(wǎng)絡化，與傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控相比，有著明顯的優(yōu)勢。 首先，傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控對距離十分敏感，隨著傳輸距離的增加（例如大于1000m 時），信號很容易產生衰耗（特別是高頻衰耗）、畸變、群延時失真等，并且，在漫長的信號傳輸過程中很容易受到外來電磁信號的干擾，導致監(jiān)視畫面的雜波增大，并可能由于寄生調幅而使圖像被疊加了脈動的或網(wǎng)狀的幅度干擾成分，使圖像質量嚴重劣化；而將視頻信號數(shù)字化處理以后，傳輸距離得到很大的擴展，不會由于距離的增加導致信號的衰減，并且，數(shù)字信號具有很強的抗干擾性，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。 其次，傳統(tǒng)模擬視頻信號的存儲會耗費大量的存儲介質（如錄像帶），而且視頻錄像帶容易遭破壞或磨損

8、；數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)將視頻圖像記錄在視頻服務器中的計算機硬盤上，其壽命遠大于普通的錄像帶，并且其最大的優(yōu)點是既能保證存儲圖像的清晰度不受多次復制而遭劣化的影響，又能夠快速檢索到所存儲的圖像。 第三，將先進的計算機網(wǎng)絡技術引入視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，極大的擴展了視頻監(jiān)控的地理范圍，使得異地遠程監(jiān)控成為可能，并且易于統(tǒng)一集中管理，這是傳統(tǒng)模擬視頻監(jiān)控所不能比擬的。 第四，在傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，記錄在錄像帶上的模擬視頻信號不易進行檢索，當需要查尋歷史圖像時，必須反復回放錄像帶中記錄的圖像，往往要花費大量時間觀看錄像帶才能找到需要的圖像資料；而在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻圖像是以數(shù)字化方式存儲，經(jīng)過壓縮的視

9、頻數(shù)據(jù)可存儲在磁盤陣列中或保存在硬盤、光盤中，用戶可以完全自動地對監(jiān)控對象進行永不間斷的全程監(jiān)控，并可以利用計算機建立的索引，非常方便地查詢任一時間、任一地點的現(xiàn)場資料，在幾分鐘內就能找到相應的現(xiàn)場記錄，方便快捷。    2 軟件設計與實現(xiàn) 本系統(tǒng)由基礎硬件和相關軟件構成，上述的攝像頭、硬盤錄像機、服務器及相關的網(wǎng)絡連接設備構成了系統(tǒng)的硬件環(huán)境，這些硬件完成視頻數(shù)據(jù)的采集、壓縮、編碼和傳輸?shù)?；系統(tǒng)的管理和配置等功能由視頻監(jiān)控管理平臺軟件實現(xiàn)，下面討論管理平臺軟件的設計與實現(xiàn)技術。 管理平臺軟件分為兩個部分，一是與前端視頻設備直接交換數(shù)據(jù)的視頻Active

10、X控件；一是為系統(tǒng)管理員提供的管理界面和一般用戶提供的瀏覽界面。 2.1 視頻ActiveX控件 本系統(tǒng)要實現(xiàn)通過瀏覽器查看視頻圖像。眾所周知，瀏覽器本質上是HTTP協(xié)議的客戶端，將用戶的瀏覽網(wǎng)頁的請求封裝成HTTP請求報文發(fā)送給服務器，并接收來自服務器的響應報文，解析其中的HTML內容，以適當?shù)母袷秸宫F(xiàn)給用戶?？梢钥闯?，瀏覽器本身是沒有視頻處理能力的，要實現(xiàn)在Web頁面上顯示視頻，必須通過一種機制，將視頻插入到標準的HTML文件中，ActiveX控件正是這樣一種機制，它可以作為一個對象插入HTML文件中，在HTML中為其定義一個對象標簽，有關視頻處理部分就完全交給ActiveX控件來完成。視

11、頻ActiveX控件向外界提供三個調用接口： BOOL Login(char *User, char *Password); BOOL Play(char *DVRIP, int Channel, int Port); BOOL PlayHistory(char *DVRIP, int Channel, int Port, char *StartTime, char *EndTime)。 其中，Login提供登錄功能，驗證用戶的身份，只讓合法用戶登錄，保證系統(tǒng)的安全性，兩個參數(shù)User和Password分別為用戶名和密碼；Play提供視頻的播放功能，其參數(shù)有三個，DVRIP表示硬盤錄像機的IP

12、地址，此處用IP地址來惟一標識一臺硬盤錄像機，Channel表示硬盤錄像機的通道號（每個硬盤錄像機最多有16個通道，因此Channel的取值范圍為116），Port表示通信的端口號；PlayHistory提供視頻回放功能，和Play相比，它多了兩個參數(shù)StartTime和EndTime，分別表示回放開始時間和結束時間。三個函數(shù)的返回值都為BOOL型，調用成功返回TRUE，調用失敗返回FALSE。 視頻ActiveX控件采用COM技術，在功能強大的VC+ 6.0環(huán)境下開發(fā)，同時使用了?？低曁峁┑目蛻舳塑浖_發(fā)包7，實現(xiàn)了同時和多臺硬盤錄像機、多個視頻攝像頭的通信，使得用戶根據(jù)需要同時查看多路視

13、頻。 2.2 管理與瀏覽界面 管理平臺軟件在.NET環(huán)境下實現(xiàn)，采用數(shù)據(jù)庫技術實現(xiàn)優(yōu)先級、可擴展等先進特性。 系統(tǒng)中的硬盤錄像機和攝像頭的相關參數(shù)信息都存放在數(shù)據(jù)庫中，管理平臺軟件維護著一張映射表，如表1所示。 表1 管理映射表 工作組 地點 DVRIP Channel Port 排水系統(tǒng) 負130大泵房 1 8000 負240大泵房 2 8000 供電系統(tǒng) 斜井變電所 1 8000 庚三變電所 0 2 8000 已二變電所 1 3 8000 注：此表內容僅作示意，實際內容根據(jù)具

14、體情況而定。 表中地點表示視頻通道的邏輯名稱，而一個工作組可以包含多個視頻通道，DVRIP、Channel和Port在上文已經(jīng)闡述過，此處不再描述?？梢钥闯觯氪擞成浔?，可以對最終用戶屏蔽系統(tǒng)設備層的實現(xiàn)細節(jié)，用戶只要指定特定的工作組中的特定視頻通道就可以瀏覽視頻，而不必關心攝像頭與硬盤錄像機的連接情況，極大的方便了用戶的使用；同時映射表還為管理人員提供了方便，當系統(tǒng)做出調整，如增加、撤除硬盤錄像機和攝像頭，調整攝像頭與硬盤錄像機的連接關系時，管理人員只要根據(jù)具體情況，增加映射表項或修改映射表，即可快速地實現(xiàn)系統(tǒng)升級，而無需調整現(xiàn)有的軟硬件設置，而這一切對最終用戶都是透明的。 系統(tǒng)根據(jù)需要將用戶劃分成不同級別，最上層是超級管理員。不同級別的用戶被賦予不同的權限。管理員可以創(chuàng)建用戶，分配初始密碼，也可以將用戶劃分為用戶組進行管理。系統(tǒng)將權限分為多個等級，可根據(jù)需要靈活地分配給相應的用戶。關于用戶管理和優(yōu)先級的問題將在下文詳細闡述。 3 系統(tǒng)的先進特性 3.1 優(yōu)先級 由于觀看視頻圖像需要占用較大的網(wǎng)絡帶寬（本系統(tǒng)設計為每通道512kbps），當同時登錄系統(tǒng)的用戶過多時，會導致系統(tǒng)過載，無法順暢的瀏覽視頻。但在某些關鍵時間段（如：發(fā)生生產事故時），必須保證部分