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    1、引言

    隨著網絡技術和視頻壓縮編碼技術的飛速發展以及工業、商業、辦公等的需要，很多部門場所都安裝了監控系統，這些監控系統通常是將攝像機采集的模擬視頻信號錄制在錄像帶等載體中，或以高速局域網為平臺，使用特定監控軟件，采用特定的壓縮編碼技術（如MPEG－4），將數字視頻信號保存在大硬盤中。

    現在很多公司或部門，由于工作需要，要對分布在全國很多地方的下屬單位的特殊部位進行監控，目前通用的視頻監控手段在該需求方面存在很大的局限性，本文采用Windows Media 9系列實現對遠程部位的實時監控。

    Windows Media 9 系列采用流媒體傳輸協議、特定的音視頻壓縮編碼方式以及特定的緩沖機制可以在網絡帶寬有限的情況下將遠端視頻流高質量連續地傳輸到本地。

    2、實時監控系統

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

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

    DVR系統（數字―硬盤錄像系統）能夠滿足大多數用戶通常需要，可是在信息技術飛速發展的今天，用戶的需求不斷提高，很多情況下都要對數千公里以外的地方或條件惡劣的環境進行實時監控，由于Internet網絡資源的限制以及系統安裝成本的原因，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 系列是一套可開發的網絡多媒體處理工具，采用基于Windows Media 9 系列的遠程實時監控系統應用特定的編碼、發布、緩沖技術解決了Internet 網絡帶寬不足的問題。

    Windows Media 9系列由Windows Media Encoder、Windows Media Player、Windows Media Services 三部分組成。為了在窄帶互聯網中將遠程監控設備獲得的信息傳輸到本地，基于Windows Media 9 系列的遠程實時監控系統采用了流媒體技術，該技術是一種解決多媒體播放時網絡帶寬問題的“軟技術”，已經在互聯網上成為一種傳播信息的方式。

    遠程實時監控系統需要將遠程監控設備捕獲的音視頻信號實時的、連續的傳輸到本地，為了滿足實時性，在采集編碼服務器和視頻發布服務器上，分別設計開發了視頻采集編碼軟件和視頻發布軟件，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將遠程發布點的信息接收到本地網絡服務器，實現窄帶網絡中傳輸實時遠程監控信息的目的。

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

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

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

    4、遠程監控系統設計與實現

    采用遠程監控系統的環境通常為在數百公里以外的特定位置安裝監控設備進行監控，在本地隨時看到實時情況，并且有多個監控終端，采用了Windows Media 9 系列設計的遠程監控系統與傳統的監控系統最大的區別就在于視頻傳輸過程中經過了Internet網絡，因此要解決在低帶寬情況下傳送實時信息的問題，該系統設計結構如下圖4－1所示：

    采用Windows Media 9系列設計的遠程監控系統的實現主要由以下幾個部分組成：視頻采集、源端視頻發布、接收端視頻發布、本地監控終端。

    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，并形成適合在網絡上傳輸的媒體格式。

    監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），為了監控更大的范圍，采用高清晰度、低照度攝像機，大倍數長焦距鏡頭，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視到兩公里以外的地方。

    監控設備的安裝：將云臺攝像機安裝在高為十層的主樓頂上，將攝像機的數據線和云臺控制線連接在視頻編碼器上，經過編碼的數據信息進入光端機，光端機通過光纜將數據信息發送到控制中心，控制中心通過光端機將數字信號接收下來，并傳輸給視頻解碼器，視頻解碼器將數字信息解碼傳輸到控制終端，同時，通過控制終端授權后，局域網內用戶可以看到監控信息。連接結構如下圖4－2所示：

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

    要實現監控信息遠端傳輸，視頻數據流必須通過窄帶的Internet網絡，Mpeg4格式的視頻數據不能滿足在窄帶網絡上的傳輸，因此，采用目前流行的流媒體技術，實現遠程監控的目的，技術實現如下：

    在圖4－2環境中加裝一臺雙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內核開發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的視頻流進行發布。

    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中。并根據視頻源配置腳本，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、網絡等環境進行相應的配置。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Internet帶寬窄、不穩定的特定進行緩沖設置，將公共流的可變壓縮緩沖區大小設置為5秒，設置單個視頻流的幀速率為15fps，關鍵幀間隔為8秒，圖像質量要在傳輸速度和傳輸質量兩個指標中進行平衡。最后將以上設置完成的結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送到指定位置，在該系統中，將視頻信息發布到8080端口，并且將IP地址限制為只有發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視頻發布

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

    在視頻采集端的視頻發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內加裝一臺視頻發布主機，該主機上安裝基于Windows Media Services9內核開發的視頻發布服務軟件，通過該軟件在視頻發布主機上建立一個廣播單播發布點，發布視頻源指定為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，并為該發布點指定別名為：publish1。在權限部分設定允許遠端發布點連接的IP地址，控制視頻發布流量，已達到最好效果。

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

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

    二級發布點中安裝了基于Windows Media Services9內核開發的媒體發布軟件，通過該軟件建立一個廣播單播發布點，發布視頻源指定為遠程發布點，并為該發布點指定別名為：video1。在權限部分設定允許觀看監控信息的局域網內主機的IP地址或IP網段。

    4.3監控終端

    監控終端主要功能為接收遠端監控視頻信息，遠程監控系統在圖4－1B部分所示局域網內的監控終端上安裝了以Windows Media Player9為內核開發的監控終端系統，監控終端與二級發布點視頻發布主機處于同一局域網內，監控終端系統中采用特定協議連接在二級發布點的發布主機上，經過授權以后就可以看到遠程監控信息。在局域網內，根據需要可以設多個監控終端，由于局域網帶寬資源豐富，多個監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，完成了基于Windows Media9系列的遠程監控系統，該遠程監控系統充分利用局域網高帶寬的優勢將視頻信息采集壓縮和多路傳輸放在局域網內，將單一的視頻流采用特定編碼在廣域網內傳輸，通過設置兩級視頻發布點服務功能以及采用緩沖預留技術，實現了對重要單位部門的遠程監控，同時也可以作為將普通監控系統改造為遠程監控系統的參考方案。

    5、結束語

    基于Windows Media 9系列實現的遠程監控系統方法獨特，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，該遠程監控系統安裝成本低，易擴展，易升級，系統運行結果令人滿意。

    總之，隨著網絡技術的發展以及Internet網絡帶寬的擴展，該技術將有很大的發展前景，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 核心協議權威指南，中國電力出版社，2002年.

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

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