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    2、實時監(jiān)控系統(tǒng)

    實時監(jiān)控系統(tǒng)通常由安裝在小范圍內(nèi)的多個攝像機或攝像頭、控制設備和采集設備組成，早期的監(jiān)控系統(tǒng)直接將攝像機采集的模擬信號錄制在存儲介質(zhì)（如錄像帶）上，當存儲介質(zhì)錄滿以后更換新的介質(zhì)。這種監(jiān)控系統(tǒng)存在很多的弊端和局限性：

    計算機的普及應用以及網(wǎng)絡技術的高速發(fā)展催生了第二代基于PC機的視頻處理系統(tǒng)數(shù)字－硬盤錄像系統(tǒng)（Digital Video Recorder, 簡稱DVR）的出現(xiàn)。這種監(jiān)控系統(tǒng)是目前常用的監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用Motion JPEG、H.263、MPEG等多媒體數(shù)字壓縮技術，將視頻圖像完全數(shù)字化，存儲在計算機的硬盤、光盤等數(shù)字化存儲媒介上，可連續(xù)存儲一個月或更長的時間，從而避免了經(jīng)常更換磁帶的麻煩。

    DVR系統(tǒng)（數(shù)字―硬盤錄像系統(tǒng)）能夠滿足大多數(shù)用戶通常需要，可是在信息技術飛速發(fā)展的今天，用戶的需求不斷提高，很多情況下都要對數(shù)千公里以外的地方或條件惡劣的環(huán)境進行實時監(jiān)控，由于Internet網(wǎng)絡資源的限制以及系統(tǒng)安裝成本的原因，需要采用一種新的方法來滿足用戶的需求。
  
    3、Windows Meida 9 系列及其關鍵技術

    Windows Meida 9 系列是一套可開發(fā)的網(wǎng)絡多媒體處理工具，采用基于Windows Media 9 系列的遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)應用特定的編碼、發(fā)布、緩沖技術解決了Internet 網(wǎng)絡帶寬不足的問題。

    Windows Media 9系列由Windows Media Encoder、Windows Media Player、Windows Media Services 三部分組成。為了在窄帶互聯(lián)網(wǎng)中將遠程監(jiān)控設備獲得的信息傳輸?shù)奖镜兀赪indows Media 9 系列的遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)采用了流媒體技術，該技術是一種解決多媒體播放時網(wǎng)絡帶寬問題的“軟技術”，已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)上成為一種傳播信息的方式。

    遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)需要將遠程監(jiān)控設備捕獲的音視頻信號實時的、連續(xù)的傳輸?shù)奖镜兀瑸榱藵M足實時性，在采集編碼服務器和視頻發(fā)布服務器上，分別設計開發(fā)了視頻采集編碼軟件和視頻發(fā)布軟件，利用流媒體技術邊下載邊播放的特點，在幾十秒甚至十幾秒的時間內(nèi)將遠程發(fā)布點的信息接收到本地網(wǎng)絡服務器，實現(xiàn)窄帶網(wǎng)絡中傳輸實時遠程監(jiān)控信息的目的。

    由于Internet并不是為傳輸多媒體內(nèi)容而設計的網(wǎng)絡，所以在網(wǎng)絡傳輸多媒體過程中存在許多問題：多媒體數(shù)據(jù)傳輸需要占用更多的網(wǎng)絡帶寬；多媒體應用需要實時的網(wǎng)絡傳輸；多媒體數(shù)據(jù)流突發(fā)性很強，僅僅是單純的增加帶寬，往往不能夠解決數(shù)據(jù)流的突發(fā)問題。

    為解決以上問題，在傳輸過程中，Windows Media 9 系列采用了RSVP（資源預留協(xié)議）、RTP（實時傳輸協(xié)議）、RTCP（l實時傳輸控制協(xié)議）、RTSP（實時流協(xié)議）等協(xié)議。

    在流媒體技術和以上各種協(xié)議的支持下，Windows Media 9 系列基本解決了在窄帶網(wǎng)絡上傳輸多媒體信息的問題，基于Windows Media 9 系列的遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)能夠穩(wěn)定連續(xù)的工作，滿足用戶需求，具有好的穩(wěn)定性和可靠性。

    4、遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

    采用遠程監(jiān)控系統(tǒng)的環(huán)境通常為在數(shù)百公里以外的特定位置安裝監(jiān)控設備進行監(jiān)控，在本地隨時看到實時情況，并且有多個監(jiān)控終端，采用了Windows Media 9 系列設計的遠程監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)最大的區(qū)別就在于視頻傳輸過程中經(jīng)過了Internet網(wǎng)絡，因此要解決在低帶寬情況下傳送實時信息的問題，該系統(tǒng)設計結(jié)構(gòu)如下圖4－1所示：

    采用Windows Media 9系列設計的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)主要由以下幾個部分組成：視頻采集、源端視頻發(fā)布、接收端視頻發(fā)布、本地監(jiān)控終端。

    4.1視頻采集

    視頻采集主要功能為：將攝像機拍攝到的信息捕獲到本地服務器上，并形成適合在網(wǎng)絡上傳輸?shù)拿襟w格式。

    監(jiān)控設備通常采用不同類型的攝像機（如固定攝像機、云臺攝像機、智能球形攝像機等），為了監(jiān)控更大的范圍，采用高清晰度、低照度攝像機，大倍數(shù)長焦距鏡頭，高速全向云臺，攝像機不低于450線，黑白照度小于0.01 Lux，鏡頭焦距大于200mm，三可變自動變焦，云臺水平角度大于300度，垂直大于150度。該攝像機可以清楚的監(jiān)視到兩公里以外的地方。

    監(jiān)控設備的安裝：將云臺攝像機安裝在高為十層的主樓頂上，將攝像機的數(shù)據(jù)線和云臺控制線連接在視頻編碼器上，經(jīng)過編碼的數(shù)據(jù)信息進入光端機，光端機通過光纜將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到控制中心，控制中心通過光端機將數(shù)字信號接收下來，并傳輸給視頻解碼器，視頻解碼器將數(shù)字信息解碼傳輸?shù)娇刂平K端，同時，通過控制終端授權(quán)后，局域網(wǎng)內(nèi)用戶可以看到監(jiān)控信息。連接結(jié)構(gòu)如下圖4－2所示：

    視頻編碼器采用Mpeg4的視頻編碼格式，可以清晰的顯示監(jiān)控信息，在局域網(wǎng)10－100M帶寬的條件下，局域網(wǎng)內(nèi)的授權(quán)用戶均可以清晰流暢的看到監(jiān)控信息。

    要實現(xiàn)監(jiān)控信息遠端傳輸，視頻數(shù)據(jù)流必須通過窄帶的Internet網(wǎng)絡，Mpeg4格式的視頻數(shù)據(jù)不能滿足在窄帶網(wǎng)絡上的傳輸，因此，采用目前流行的流媒體技術，實現(xiàn)遠程監(jiān)控的目的，技術實現(xiàn)如下：

    在圖4－2環(huán)境中加裝一臺雙CPU、具有四路軟編碼能力的視頻編碼服務器，該服務器安裝一塊PV-153型4端口的音視頻采集卡，使用三通頭在圖中視頻解碼器和控制設備之間將視頻信號旁路出來，通過50Ω的BNC線連接在視頻編碼器的采集卡上，在視頻編碼服務器上安裝基于Windows Media Encoder9內(nèi)核開發(fā)的視頻采集編碼軟件，該軟件的主要功能為將Mpeg4格式的視頻信息采集下來，進行重新編碼，形成在窄帶上能夠傳輸?shù)囊曨l流進行發(fā)布。

    視頻采集編碼軟件分為采集、配置和輸出三部分：

    采集部分主要功能為識別視頻采集卡，將視頻信號捕獲到系統(tǒng)中。并根據(jù)視頻源配置腳本，添加字幕信息，說明視頻信息來源。

    配置部分的主要功能為為適應設備、網(wǎng)絡等環(huán)境進行相應的配置。在28種配置方式中選擇智能流方式，采用Windows Media Video V9格式編碼，圖像的顯示設置為“320×240”。根據(jù)Internet帶寬窄、不穩(wěn)定的特定進行緩沖設置，將公共流的可變壓縮緩沖區(qū)大小設置為5秒，設置單個視頻流的幀速率為15fps，關鍵幀間隔為8秒，圖像質(zhì)量要在傳輸速度和傳輸質(zhì)量兩個指標中進行平衡。最后將以上設置完成的結(jié)果保存在配置文件中。

    輸出部分的主要功能為將進行設置后的視頻信息發(fā)送到指定位置，在該系統(tǒng)中，將視頻信息發(fā)布到8080端口，并且將IP地址限制為只有發(fā)布主機可以從視頻編碼服務器上獲得編碼以后的視頻信息。

    4.2視頻發(fā)布

    遠程監(jiān)控的視頻發(fā)布由兩部分組成：遠程視頻發(fā)布點和本地視頻發(fā)布點，如圖4－1所示。

    在視頻采集端的視頻發(fā)布為編碼以后的視頻流提供進入Internet的接口。在與視頻編碼服務器同一局域網(wǎng)內(nèi)加裝一臺視頻發(fā)布主機，該主機上安裝基于Windows Media Services9內(nèi)核開發(fā)的視頻發(fā)布服務軟件，通過該軟件在視頻發(fā)布主機上建立一個廣播單播發(fā)布點，發(fā)布視頻源指定為Windows Media 編碼器，IP地址指定為視頻編碼服務器，端口指定為8080端口，并為該發(fā)布點指定別名為：publish1。在權(quán)限部分設定允許遠端發(fā)布點連接的IP地址，控制視頻發(fā)布流量，已達到最好效果。

    此時，視頻采集、編碼以及采集端視頻發(fā)布的功能就完成了（圖4－1中的A部分），要實現(xiàn)視頻信息的單路傳輸、多路分發(fā)，達到遠程監(jiān)控的目的，當視頻流經(jīng)過窄帶網(wǎng)絡后，要進行二級發(fā)布。

    在圖4－1B部分局域網(wǎng)內(nèi)加裝視頻發(fā)布主機作為二級發(fā)布點，其作用是使一路視頻流通過窄帶網(wǎng)絡，到達目的局域網(wǎng)后進行多路信息分發(fā)，充分利用局域網(wǎng)帶寬資源。

    二級發(fā)布點中安裝了基于Windows Media Services9內(nèi)核開發(fā)的媒體發(fā)布軟件，通過該軟件建立一個廣播單播發(fā)布點，發(fā)布視頻源指定為遠程發(fā)布點，并為該發(fā)布點指定別名為：video1。在權(quán)限部分設定允許觀看監(jiān)控信息的局域網(wǎng)內(nèi)主機的IP地址或IP網(wǎng)段。

    4.3監(jiān)控終端

    監(jiān)控終端主要功能為接收遠端監(jiān)控視頻信息，遠程監(jiān)控系統(tǒng)在圖4－1B部分所示局域網(wǎng)內(nèi)的監(jiān)控終端上安裝了以Windows Media Player9為內(nèi)核開發(fā)的監(jiān)控終端系統(tǒng)，監(jiān)控終端與二級發(fā)布點視頻發(fā)布主機處于同一局域網(wǎng)內(nèi)，監(jiān)控終端系統(tǒng)中采用特定協(xié)議連接在二級發(fā)布點的發(fā)布主機上，經(jīng)過授權(quán)以后就可以看到遠程監(jiān)控信息。在局域網(wǎng)內(nèi)，根據(jù)需要可以設多個監(jiān)控終端，由于局域網(wǎng)帶寬資源豐富，多個監(jiān)控終端同時連接多路視頻仍然能夠獲得流暢清晰的視頻信息。

    以上三部分主要功能的實現(xiàn)，完成了基于Windows Media9系列的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該遠程監(jiān)控系統(tǒng)充分利用局域網(wǎng)高帶寬的優(yōu)勢將視頻信息采集壓縮和多路傳輸放在局域網(wǎng)內(nèi)，將單一的視頻流采用特定編碼在廣域網(wǎng)內(nèi)傳輸，通過設置兩級視頻發(fā)布點服務功能以及采用緩沖預留技術，實現(xiàn)了對重要單位部門的遠程監(jiān)控，同時也可以作為將普通監(jiān)控系統(tǒng)改造為遠程監(jiān)控系統(tǒng)的參考方案。

    5、結(jié)束語

    基于Windows Media 9系列實現(xiàn)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)方法獨特，其設計方案能夠廣泛用于遠程教育、視頻會議、視頻點播等諸多領域，該遠程監(jiān)控系統(tǒng)安裝成本低，易擴展，易升級，系統(tǒng)運行結(jié)果令人滿意。

    總之，隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展以及Internet網(wǎng)絡帶寬的擴展，該技術將有很大的發(fā)展前景，其使用范圍也會越來越廣泛。

    參 考 文 獻

    [1] 張麗，流媒體技術大全，中國青年出版社，2001年

    [2] 精英科技，視頻壓縮與音頻編碼技術，中國電力出版社，2001年.

    [3] 鐘玉琢，向哲等，流媒體和視頻服務器，清華大學出版社，2003年.

    [4] Eric A.Hall，Internet 核心協(xié)議權(quán)威指南，中國電力出版社，2002年.

    [5] Yao Wang，Jorn Ostermann，Ya－Qin Zhang，視頻處理與通信，電子工業(yè)出版社，2003年.

    [6] Microsoft Corporation，Windows Media 9 Series SDK，2000－2003.