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時間：2021/03/03 點擊量：1
隨著社會信息化日益發展，特別是信息技術、網絡技術、通信技術以及多媒體技術已經滲透到人類生活、活動的各個領域，視頻監控以其直觀、方便和內容豐富等特點，日益受到人們的青睞，視頻監控行業正從傳統的安防監控向管理、生產監控發展，并逐步與管理信息系統相結合，達到資源共享，為管理者提供更直觀、更有效的決策信息，數字視頻監控不僅符合社會信息化的發展趨勢，而且代表了監控行業的發展方向。視頻監控經歷了一對一閉路電視監控時代和以PC為核心的多媒體監控時代，目前正在發展以網絡為依托以數字視頻壓縮、傳輸、存儲和播放為核心的第三代視頻監控系統，該技術的出現適應了信息技術的發展，受到了學術界、產業界和使用部門的高度重視。
二、系統概述
重要設施數字化視頻監控系統是基于計算機網絡及其網絡的體系結構，以現代網絡通信技術、數字監控技術、多畫面智能處理和多傳感器技術以及防入侵報警技術為核心的綜合化、數字化、網絡化監控報警管理系統。它以重要設施及重大環境為監控防護對象，既是一種先進的安全防范系統，又是一種智能化、現代化的信息管理系統。系統分為前端系統和中心控制系統兩個部分。在任何一臺經過授權的計算機上(包括控制中心和分管領導)，可對轄區內任一重要部位進行實時、不間斷的監控。同時，系統采用先進的報警探測技術，對監控區域內可能發生的任何入侵行為及時捕獲報警并進行實時錄像，將動態捕獲的視頻圖像記錄在計算機硬盤及其他存儲介質內，存檔備查并可以按照時間、地點、觸發時間等關鍵詞進行檢索回放，可以有效預防各類意外情況發生。采用數字監控報警系統可以加強監控手段和提高管理水平，甚至可實現無人值守，從而有效緩解這一矛盾。與傳統的模擬監控相比，數字監控報警系統具有許多優點：
①便于計算機處理；
②適合遠距離傳輸：
③便于查找：
④提高了圖像的質量和監控效率；
⑤系統易于管理和維護。
三、系統的技術分析
數字化視頻監控系統所包含的核心技術可以歸納為以下3個方面：數字視頻編碼壓縮技術、高效大容量存儲技術和網絡技術。
(1)數字視頻編碼壓縮技術
目前的數字視頻編碼壓縮技術主要有：MPEG－1，MPEG－2，H263，MPEG－4，Wavelet，JPEG等，本系統采用MPEG－4視頻編碼標準。MPEG－4視頻編碼標準支持MPEG－1，MPEC－2中的大多數功能，可以提供不同的視頻標準源格式、碼率、幀頻下矩形圖像，重要的是它支持較低的空間分辨率(低于352×288像素)和較低的幀頻(低于15Hz)。MPEG－4標準的編碼是基于對象的，便于操作和控制對象。由于傳輸帶寬限制，必須對壓縮比特率進行控制,MPEG－4對比特率控制可以基于對象，即使在低帶寬時，也可以利用碼率分配方法，對用戶感興趣的對象可以多分配一些比特率，而對用戶不感興趣的對象可以少分一些比特率，主觀圖像質量可以得到保證。
(2)存儲技術
存儲技術是數字化視頻監控系統非常重要的指標。目前主流的windows采用FAT32或NTFS文件系統,Windows文件系統對管理的文件具有較高的效率。本系統改進和優化了原有的文件系統，使之適應視頻文件的存儲，提高存儲的速度和多路并發的能力。
(3)網絡傳輸技術
本系統根據網絡傳輸的實際需求和網絡視頻實時傳輸的特點，在實時傳輸協議的基礎上，實現視音頻數據的網絡傳輸，保證數字視頻網絡傳輸的服務質量，為整個系統的廣泛應用奠定基礎。
四、系統設計
在充分調研計算機系統和視頻處理技術的國內外發展現狀的基礎上，硬件平臺選擇工控機和PC機作為系統的硬件平臺；軟件開發平臺選擇面向對象的語言C 為系統開發語言，確保系統在硬軟件選型上具有先進性，符合計算機技術和軟件工程的發展方向。系統對外部接口完全按照網絡連接規范開發，既可以在Internet上運行，也可以在Intranet上運行，具有網絡功能的可擴展性，適應未來發展趨勢。
4.1網絡傳輸的功能設計
網絡傳輸技術需要解決在局域網和廣域網環境下的視頻編碼數據包的可靠性傳輸、數據包定序、低延遲傳輸、音視頻同步、低碼率傳輸、實時解碼軟件技術等問題，同時，在多用戶的網絡環境里，還需要考慮應用組播協議，保證網絡傳輸的高效率。系統原理框圖如圖1所示，由9個模塊組成，視頻采集和壓縮處理由視頻采集卡硬件完成，采集卡通過附帶的SDK函數接口與網絡傳輸模塊通信，當視頻采集卡完成視頻捕捉和壓縮處理后，RTP協議封裝模塊對數據塊進行封裝和排序，然后交給UDP網絡傳輸模塊在IP網絡上傳輸。接收端和發送端基本類似，負責把網絡傳輸過來的視頻資料包重組和解碼回放出來。從原理圖中可以看出，當采集卡捕獲來的資料包通過RTP協議封裝在網絡上傳輸時，接收端在譯碼的過程中同時會對傳過來的RTP包進行RTCP分析，分析所有的接收包，統計包丟失、時延抖動、網絡負載等狀況，如果網絡繁忙和堵塞，包丟失嚴重，譯碼端會馬上給編碼發送端一個反饋，發送端接收到這個信息會做相應的處理，實現網絡流量的自適應，這就是利用RTCP協議由接收方向發送方反饋信息的功能來進行傳輸的控制，以保證網絡傳輸的服務質量。
4.2系統硬件構成及功能
重要設施數字化監控系統主要包括周邊安全報警和數字化監控兩部分，也可以分為前端設備和監控中心設備。
(1)前端設備
前端設備主要完成視頻信息采集、探測器報警信號產生、云臺與防護罩的控制功能，主要設備包括攝像機、電動變焦鏡頭、三鑒探測器、周界紅外對射、煙霧探測器、紅外燈、云臺、防護罩、解碼器、警燈、****、防盜照明燈、門禁設備等，現分別敘述如下：
攝像機和鏡頭：完成現場動態視頻信息的采集，針對監控點的需要，可分別采用固定鏡頭和電動變焦鏡頭。
解碼器：中心計算機可以通過串行口控制解碼器。
實現遠程對云臺各個方位的控制，以及拍攝現場的場景拉近、推遠等。
紅外燈：通過紅外燈發出的不可見紅外線，可以在完全沒有照度的環境下正常拍攝。
周界紅外對射：負責周邊的監控，一旦發生非法翻越周邊圍墻或柵欄，因紅外線被切斷，探測器產生報警信號。
煙霧探測器：內置的紅外收發裝置，在布防區域的空氣煙霧濃度達到一定程度時自動發出火災報警信號。
三鑒探測器：可以偵測覆蓋范圍內的移動物體，當有移動物體通過布防區域時，探測器發生報警信號。
(2)監控中心
監控中心是系統核心部分，主要完成模擬視頻信號的采集、視頻壓縮、監控管理數據的記錄和處理、監控數據的回放和檢索、報警輸出、設備檢測及管理。強大的硬盤管理功能：應用軟件系統支持多個硬盤管理，尤其支持抽拉式硬盤管理，自動管理硬盤存儲、自動循環錄制，可以靈活設置硬盤的存儲空間、錄滿報警等功能，支持錄像備份功能。
完善的錄像功能：應用軟件系統允許為每一路視頻自由設置錄像方式，可以將每天分為24個時間段，每個小時分別設置為正常錄像、傳感器報警錄像、視頻報警錄像、只監控不錄像等任意一個狀態，用戶可以根據特定的需要自由設定錄像方式，從而有效地利用硬盤空間，并且實現全天自動監視及錄像，無需人工干預，達到無人值守的目的。
多路視頻移動檢測：可以對多路視頻錄像進行區域、錄像預制設置，設置好的時間段區域內如多路視頻移動，例如，設定的區域內有人刻意用手堵住攝像頭或視頻線路短路，系統對應的視頻將立即錄像，同時可以聯動相關設備如燈光、****、蜂鳴器等出報警信號，及時輸出監控警情，并迅速通知有關人員處理警情。
多路報警探測、多路聯動輸出：可以同時接入8路外置報警探測信號、8路輸出控制信號。用戶可以根據實際情況設定聯動報警攝像機組，每路探測器可與一個或多個攝像機任意組合完成報警錄像。在錄像預制中設置好傳感器報警錄像，對應時間段內一旦報警則觸發信號，系統自動聯動對應的控制輸出，對應的視頻將提前5min或滯后5min進行錄像，同時可以聯動云臺(鏡頭)鎖定錄像，聯動相關設備如燈光、蜂鳴器等輸出報警信號。快速錄像檢功能：軟件系統對已存儲的各路文件數據進行單獨的分類、管理，并按年、月、日、時、分、秒、幀進行存儲，操作者可以輕易地搜索到對應的時間段內錄像文件數據，避免了傳統模擬控中的翻找錄像帶、倒帶檢索的過程。
顯示／回放／圖像處理：用戶可按實際需要每路的錄像選擇分辨率和壓縮比，8路系統最多可以接到16路視頻輸入、8路報警輸入和8路報警輸出，每路25幀／s實時錄像。在現場監視的情況下，可以用全屏幕或多畫面顯示。在圖像回放時，以實時或逐幀分解格式顯示，用戶可以選擇單幅對特定圖像進行處理，如放大／縮小、柔和．增強、銳化／提取、浮雕／擴散等，然后存儲或打印。
云臺／鏡頭控制功能：具有本地及遙控控制全方位云臺／鏡頭功能，方便用戶對系統各個部分進行遙控操作。
4.3軟件設計及實現
系統采用C／S模式，包括3個部分：視頻采集、數據傳輸、服務器顯示和控制。視頻采集的工作由視頻采集卡來完成。視頻資料包和碼流的大小會影響視頻在網絡中傳輸的實時性和視頻在接收端回放時的抖動程度，因此視頻資料包大小和碼流設置應該是傳輸時的實時性與回放時的抖動情況的折衷。
發送端的取流、封裝和發送過程采用32位操作系統搶先式多線程任務機制，以解決CPU并行效率低等問題，整體上分類一緩沖區多線程結構，即采用取流緩沖區、封裝緩沖區和發送緩沖區3個緩沖區；分配取流封裝線程、內存切換線程、視頻圖像發送線路和程序主線程4個線程；利用取流緩沖區空、取流緩沖區滿、封裝緩沖區空、封裝緩沖區滿、發送緩沖區空、發送緩沖區滿及允許發送等7個事件，提高視頻圖像傳輸效率。
為了避免主干網出現擁塞，采用IP組播技術，這項技術在多點視頻數據傳輸方面具有很大的優勢，當某個IP站點向網絡中的多個IP站點發送同一視頻數據時，它可以減少不必要的重疊發送，減輕系統和網絡的負擔，提高CPU資源和網絡帶寬的利用率，極大地改善視頻數據傳輸的實時性，提高數據傳送效率。
由于數據監控報警系統還需要給客戶端提供網絡控制功能和傳送系統信息，在具體的網絡編程應用中，采取UDPSocket和TCPSocket并存的編程機制。
五、結論
本文闡述了如何在現今技術條件下，組裝成一個既經濟又可靠又超前兼容的監控系統。系統經過長時間測試，在多處實際安裝使用，可保持良好的穩定性能，能夠長時間連續運行，不出現死機現象；CPU資源消耗比較少，在監控不錄像狀態，98％以上時間CPU利用率為0；操作簡便，系統擴展性好，適合于在局域網(10／100M)上傳輸實時數字視頻圖像，是一種簡單的多媒體監控系統。
數字化視頻監控系統的發展趨勢是安防與管理的結合，利用先進的探測技術、數據采集技術、傳感器技術、圖像與生物識別技術、自動控制技術、網絡技術、圖像分析與處理技術、多媒體技術、數據融合技術，形成安全防范、人員管理、物流管理、信息管理等綜合化、自動化、智能化的安全管理體系。相信隨著計算機技術、視頻技術、控制技術、通信技術的發展，網絡監控必然前景廣闊。
