探究基于IP网络视频监控系统设计与实现

探究基于IP网络视频监控系统设计与实现

刘靖

广东省电信公司刘靖

摘要：当安全问题日益突出的今天，安防需求也就不断提高，随着科学技术的飞速发展，IP网络也随之快速兴起，带来了组织、行业的的全面融合。作为信息的重要来源，视频监控系统全面整合融入组织信息系统，人类进入了视频监控的世界，在此背景下，模拟型视频监控的弊端日益显现，而IP网络视频监控可覆盖广阔区域，实现远程监控，工程安装扩展简单、图像经数字压缩节省存储空间等优势，已使其渐成为主流。本文将具体探究基于IP网络视频监控系统设计与实现。

关键词：IP网络视频监控系统；设计；实现IP视频监控系统又称网络视频监控系统，它能够将视频信息数字化，并通过有线或无线IP网络进行传输。这使实时监控和录像等功能可以扩展到所有具备网络连接的地方，同时也使这类系统可以方便的与其他安防系统实现无缝集成，基于IP的网络视频监控系统其最大的特点是将前端监控设备的音视频信号、报警信号等压缩、编码转换为基于TCP/IP网络标准的数据包，通过RJ-45以太网接口或光纤直接传送到网络上，通过网络即可远端监视现场画面。

一、IP监控系统的各组成部分及其功能（一）前端设备前端设备由：摄像机、云台、解码器、防护罩、支架、报警探测器等组成，负责视频信号、音频信号和报警信号的采集。

（二）网络视频编码服务器网络视频编码服务器是一种压缩、处理音频数据的专业网络传输设备，由音视频压缩编解码器芯片、输入输出通道、网络接口、音视频接口、RS485串行接口控制、协议接口控制、系统软件管理等构成，主要是提供视频压缩或解压功能，完成图象数据的采集或复原等，在该系统中他主要，它负责把音、视频信号和报警信号进行压缩处理后通过局域网进行信息汇总，最后通过中央服务器接人Internet，传输到远程客户端，同时可以接收客户端发送的控制信号和音频对讲信号。

（三）中央服务器中央服务器就像人类的大脑，他负责将前端视频采集点通过IP城域网同监控中心通信，将视频监控器状况上报至主控服务器，接受控制指令，实现信息交互。主控服务器由功能软件和硬件服务器组成。监控中心通过电视墙、监视器及客户端PC实现视频显示。在监控中心将网络数字矩阵连接电视墙，通过控制矩阵实现定时切换、分组切换、报警切换，如有报警可马上切换到该监控点并输出视频，矩阵还可访问前端录像并回放。

网络数字矩阵作为硬解码设备实现数字还原模拟视频，通过电视墙显示。多媒体客户端实现对视频软解码，通过客户端软件查看指定视频和现场报警。通过IE可经PC远程监控，有权限客户可控制远程摄像机，为其提供方便的查看方式。各所站重要视频可存储在监控中心以实现分散存储、冗余备份。

二、IP的数字化网络视频监控系统的实现由于IP网络视频监控的具有良好的经济优势、兼容性和强大的拓展性，这使其被确认为一种颇具吸引力的技术，不仅适用于提高和完善现有视频监视和远程监控系统，让IP网络视频监控系统得实现已成大势所趋。

（一）视频编码标准视频编码标准主要有国际电信联盟组织（ITU）制定的H.261、H.263、H.264和国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）联合组织的运动图像专家组的MPEG系列标准MPEG-l、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7，这些算法都各有自己的优点和缺点，于是决定了其应用于不同行业的适用性，其中H.263适合用于可视电话及视频会议等对图像大小和质量要求不是很高的应用领域；MPEG-l、MPEG-2、由于实时性差以及数据量大的缺点不适合网络传输；MPEG-4视频压缩技术的出现引发了压缩领域的一场革命，他基本上克服了其他压缩算法的缺点，利用很窄的带宽，通过帧重建技术压缩和传输资料，以求最少的数据获得最佳的图像质量。为了达到实时性的要求，我们可以采用MPEG-4的压缩算法的硬件压缩方式。

（二）网络接入方式IP网络视频监控系统由于对网络环境的要求比较高，其传输速度受网络的传输速率、吞吐量、差错率及传输延迟等影响。

所以采用IP技术的传输网路，目前利用IP城域网实现视频监控已是主流，因为其带宽灵活、传输速率稳定，图像质量佳，视频及控制信令转发、存储速度快，数据安全性高。IP监控系统的数据流、控制流实际上都是运行于TCP/IP协议之上的，即IP网络是本监控系统的传输基石。TCP/IP通常被认为是四层协议系统：链路层通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡，它们一起处理传输媒介间的物理接口细节；网络层处理分组在网络中的活动；运输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信；应用层直接为用户的应用进程提供服务。采用IP网络进行传输，则势必存在安全攻击、图像被窃取等一系列问题。虽然可以采取IP地址保护和用户口令保护等措施，但真正意义上完全安全的网络是不存在的，因而监控网络的自身安全性问题是其存在的固有缺点之一。

三、IP的数字化网络视频监控系统的设计该视频监控系统基于Internet的传输控制协议（TCP/IP协议），通过专用的数字设备，把数字信号直接联入网络，经过一定带宽的网络传输后，在后端通过管理软件对多个视频流进行统一管理，使得授权的用户可以通过网络查看到网络中任一个监控现场的实时图像，并且可以控制前端设备的视角和焦距，或把数字图像信号经解码还原成模拟信号，进入监控中心的电视墙，由保安人员实现实时监控。同时可以在后端完成对监控系统的管理任务，如存储、检索、回放、访问权限、管理权限等。该系统中，网络摄像机由普通摄像机与网络前置数字转换模块集成在一起，即在摄像机内实现图像模数转化并通过网线直接接入网络，可以随意设定IP地址，每台IP摄像机拥有一个惟一的IP地址，在网络上可以通过管理软件访问任一台IP摄像机，同时可以控制前端的云台等设备，从而实现网络的远程监控。视频服务器是能实现音视频硬件压缩并具有IP地址的视频处理设备。通过视频服务器压缩的数据流小、占用网络带宽低，可以轻而易举地实现远程访问（包括局域网和广域网）和音频、视频的传输。

结束语：IP视频监控系统将会在各种行业内都极具吸引力的解决方案。在不计其数的行业应用当中，这种革命性的技术正在逐步取代传统的监控系统，以降低成本和提高安全性。同时在另外一些应用领域，它也正在开始被用来开创和激发新市场的形成。

参考文献：[1]金文光安防系统工程方案设计，西安电子科技大学出版社，2006[2]黎连业网络综合布线系统与施工技术，北京：机械工业出版社，2007[3]向哲流媒体和视频服务器，清华大学出版社，2003[4]施裕丰，网络多媒体监控系统，计算机工程，2000