一種帶優(yōu)先權(quán)可擴(kuò)展的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1、一種帶優(yōu)先權(quán)可擴(kuò)展的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)     (南京航空航天大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 江蘇 南京 210016) 摘要：煤礦企業(yè)對(duì)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(chǎn)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(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，防范于未然。通過(guò)將傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，同時(shí)加入優(yōu)先權(quán)和可擴(kuò)展的特性，提高了系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)了分布式、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。 關(guān)鍵詞: 優(yōu)先權(quán)；視頻監(jiān)控；煤礦；硬盤(pán)錄像機(jī) 中圖法分類(lèi)號(hào): TP393，TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A    引言 對(duì)煤礦

2、企業(yè)來(lái)說(shuō)，日常生產(chǎn)中存在著一定的危險(xiǎn)性，尤其是井下作業(yè)的危險(xiǎn)系數(shù)更高。鑒于此，煤礦企業(yè)在獲得良好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，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(shè)備的質(zhì)量、規(guī)范操作流程和提高礦工安全意識(shí)外，安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)1，實(shí)施對(duì)井下作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)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(xiàng)目為背景，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)引入優(yōu)先權(quán)的概念，將系統(tǒng)的用戶(hù)分為不同等級(jí)，賦予相應(yīng)的優(yōu)先權(quán)，同時(shí)，系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，增加刪除監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的成本可以忽略不計(jì)。    1總體方案 1.1 方案概述 &

3、#160;  整個(gè)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)模塊組成：攝像頭、硬盤(pán)錄像機(jī)、視頻監(jiān)控服務(wù)器和瀏覽器。攝像頭是本系統(tǒng)中最底層的設(shè)備，負(fù)責(zé)視頻圖像的采集，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，可以配備不同分辨率的攝像頭；硬盤(pán)錄像機(jī)和攝像頭之間用標(biāo)準(zhǔn)的BNC視頻接口（75）連接，把攝像頭采集來(lái)的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理、壓縮，并把處理過(guò)的數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，同時(shí)存儲(chǔ)在本地硬盤(pán)，以便提供歷史回放功能；視頻監(jiān)控服務(wù)器承擔(dān)視頻中轉(zhuǎn)的任務(wù)，一方面與硬盤(pán)錄像機(jī)通信，獲取視頻數(shù)據(jù)，另一方面向用戶(hù)提供在瀏覽器中直接瀏覽視頻的功能；瀏覽器是整個(gè)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(yuǎn)程通過(guò)Internet連接到本地網(wǎng)

4、絡(luò)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示： 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 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(yùn)行，同時(shí)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(lái)連接到閉路電視上的視頻信號(hào)接入硬盤(pán)錄像機(jī)，再將硬盤(pán)錄像機(jī)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(yùn)行，增強(qiáng)了系統(tǒng)的兼容性。 1.3 硬盤(pán)錄像機(jī) 硬盤(pán)錄像機(jī)是整個(gè)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(chǔ)容量的大小直接影響到系統(tǒng)的速度、可靠性、圖像質(zhì)量等。本方案采用?？低?DS-8016系列網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)3，這是一款專(zhuān)為安防領(lǐng)域設(shè)計(jì)的優(yōu)秀數(shù)字監(jiān)控產(chǎn)品，采用了嵌入式處理器和嵌入式操作

5、系統(tǒng)，結(jié)合了IT領(lǐng)域各項(xiàng)最新技術(shù)，如視音頻壓縮/解壓縮、大容量硬盤(pán)記錄、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，代碼固化在FLASH中，使得系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定。DS-8016網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)既可本地獨(dú)立工作，也可連網(wǎng)組成一個(gè)強(qiáng)大的安全監(jiān)控網(wǎng)。可應(yīng)用于銀行、電信、電力、司法、交通、小區(qū)、工廠、倉(cāng)庫(kù)、資源、水利設(shè)施等各領(lǐng)域、各部門(mén)的安全防范4。 1.4 視頻監(jiān)控服務(wù)器 視頻監(jiān)控服務(wù)器采用IBM xSeries5 226 8488服務(wù)器，該服務(wù)器配置有Xeon3.0G的CPU， 512M*2的內(nèi)存，73.4GB*2的SCSI硬盤(pán)，兩塊千兆網(wǎng)卡，性能優(yōu)越。 在服務(wù)器上部署Web服務(wù)器，最終用戶(hù)都通過(guò)此Web服務(wù)器訪問(wèn)視頻監(jiān)

6、控系統(tǒng)。Web服務(wù)器軟件采用當(dāng)前流行的企業(yè)級(jí)開(kāi)發(fā)平臺(tái) .NET，并結(jié)合SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)。此外，采用COM技術(shù)，結(jié)合VC+ 6.0開(kāi)發(fā)平臺(tái)，將與視頻處理相關(guān)的功能封裝為一個(gè)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(jí)和維護(hù)。 1.5 瀏覽器 瀏覽器是系統(tǒng)和用戶(hù)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(shí)現(xiàn)視頻處理的功能，所以在初次使用瀏覽器進(jìn)入視頻監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，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(shí)現(xiàn)了視頻監(jiān)控的數(shù)字化

7、和網(wǎng)絡(luò)化，與傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控相比，有著明顯的優(yōu)勢(shì)。 首先，傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控對(duì)距離十分敏感，隨著傳輸距離的增加（例如大于1000m 時(shí)），信號(hào)很容易產(chǎn)生衰耗（特別是高頻衰耗）、畸變、群延時(shí)失真等，并且，在漫長(zhǎng)的信號(hào)傳輸過(guò)程中很容易受到外來(lái)電磁信號(hào)的干擾，導(dǎo)致監(jiān)視畫(huà)面的雜波增大，并可能由于寄生調(diào)幅而使圖像被疊加了脈動(dòng)的或網(wǎng)狀的幅度干擾成分，使圖像質(zhì)量嚴(yán)重劣化；而將視頻信號(hào)數(shù)字化處理以后，傳輸距離得到很大的擴(kuò)展，不會(huì)由于距離的增加導(dǎo)致信號(hào)的衰減，并且，數(shù)字信號(hào)具有很強(qiáng)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(hào)的存儲(chǔ)會(huì)耗費(fèi)大量的存儲(chǔ)介質(zhì)（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(wù)器中的計(jì)算機(jī)硬盤(pán)上，其壽命遠(yuǎn)大于普通的錄像帶，并且其最大的優(yōu)點(diǎn)是既能保證存儲(chǔ)圖像的清晰度不受多次復(fù)制而遭劣化的影響，又能夠快速檢索到所存儲(chǔ)的圖像。 第三，將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，極大的擴(kuò)展了視頻監(jiān)控的地理范圍，使得異地遠(yuǎn)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(hào)不易進(jìn)行檢索，當(dāng)需要查尋歷史圖像時(shí)，必須反復(fù)回放錄像帶中記錄的圖像，往往要花費(fèi)大量時(shí)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(chǔ)，經(jīng)過(guò)壓縮的視

9、頻數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在磁盤(pán)陣列中或保存在硬盤(pán)、光盤(pán)中，用戶(hù)可以完全自動(dòng)地對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行永不間斷的全程監(jiān)控，并可以利用計(jì)算機(jī)建立的索引，非常方便地查詢(xún)?nèi)我粫r(shí)間、任一地點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)資料，在幾分鐘內(nèi)就能找到相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)記錄，方便快捷。    2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)由基礎(chǔ)硬件和相關(guān)軟件構(gòu)成，上述的攝像頭、硬盤(pán)錄像機(jī)、服務(wù)器及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備構(gòu)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)龋幌到y(tǒng)的管理和配置等功能由視頻監(jiān)控管理平臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)，下面討論管理平臺(tái)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。 管理平臺(tái)軟件分為兩個(gè)部分，一是與前端視頻設(shè)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(hù)提供的瀏覽界面。 2.1 視頻ActiveX控件 本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)通過(guò)瀏覽器查看視頻圖像。眾所周知，瀏覽器本質(zhì)上是HTTP協(xié)議的客戶(hù)端，將用戶(hù)的瀏覽網(wǎng)頁(yè)的請(qǐng)求封裝成HTTP請(qǐng)求報(bào)文發(fā)送給服務(wù)器，并接收來(lái)自服務(wù)器的響應(yīng)報(bào)文，解析其中的HTML內(nèi)容，以適當(dāng)?shù)母袷秸宫F(xiàn)給用戶(hù)?？梢钥闯?，瀏覽器本身是沒(méi)有視頻處理能力的，要實(shí)現(xiàn)在Web頁(yè)面上顯示視頻，必須通過(guò)一種機(jī)制，將視頻插入到標(biāo)準(zhǔn)的HTML文件中，ActiveX控件正是這樣一種機(jī)制，它可以作為一個(gè)對(duì)象插入HTML文件中，在HTML中為其定義一個(gè)對(duì)象標(biāo)簽，有關(guān)視頻處理部分就完全交給ActiveX控件來(lái)完成。視

11、頻ActiveX控件向外界提供三個(gè)調(diào)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(yàn)證用戶(hù)的身份，只讓合法用戶(hù)登錄，保證系統(tǒng)的安全性，兩個(gè)參數(shù)User和Password分別為用戶(hù)名和密碼；Play提供視頻的播放功能，其參數(shù)有三個(gè)，DVRIP表示硬盤(pán)錄像機(jī)的IP

12、地址，此處用IP地址來(lái)惟一標(biāo)識(shí)一臺(tái)硬盤(pán)錄像機(jī)，Channel表示硬盤(pán)錄像機(jī)的通道號(hào)（每個(gè)硬盤(pán)錄像機(jī)最多有16個(gè)通道，因此Channel的取值范圍為116），Port表示通信的端口號(hào)；PlayHistory提供視頻回放功能，和Play相比，它多了兩個(gè)參數(shù)StartTime和EndTime，分別表示回放開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。三個(gè)函數(shù)的返回值都為BOOL型，調(diào)用成功返回TRUE，調(diào)用失敗返回FALSE。 視頻ActiveX控件采用COM技術(shù)，在功能強(qiáng)大的VC+ 6.0環(huán)境下開(kāi)發(fā)，同時(shí)使用了?？低曁峁┑目蛻?hù)端軟件開(kāi)發(fā)包7，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)和多臺(tái)硬盤(pán)錄像機(jī)、多個(gè)視頻攝像頭的通信，使得用戶(hù)根據(jù)需要同時(shí)查看多路視

13、頻。 2.2 管理與瀏覽界面 管理平臺(tái)軟件在.NET環(huán)境下實(shí)現(xiàn)，采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)、可擴(kuò)展等先進(jìn)特性。 系統(tǒng)中的硬盤(pán)錄像機(jī)和攝像頭的相關(guān)參數(shù)信息都存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中，管理平臺(tái)軟件維護(hù)著一張映射表，如表1所示。 表1 管理映射表 工作組 地點(diǎn) DVRIP Channel Port 排水系統(tǒng) 負(fù)130大泵房 1 8000 負(fù)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(nèi)容僅作示意，實(shí)際內(nèi)容根據(jù)具

14、體情況而定。 表中地點(diǎn)表示視頻通道的邏輯名稱(chēng)，而一個(gè)工作組可以包含多個(gè)視頻通道，DVRIP、Channel和Port在上文已經(jīng)闡述過(guò)，此處不再描述?？梢钥闯?，引入此映射表，可以對(duì)最終用戶(hù)屏蔽系統(tǒng)設(shè)備層的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，用戶(hù)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(guān)心攝像頭與硬盤(pán)錄像機(jī)的連接情況，極大的方便了用戶(hù)的使用；同時(shí)映射表還為管理人員提供了方便，當(dāng)系統(tǒng)做出調(diào)整，如增加、撤除硬盤(pán)錄像機(jī)和攝像頭，調(diào)整攝像頭與硬盤(pán)錄像機(jī)的連接關(guān)系時(shí)，管理人員只要根據(jù)具體情況，增加映射表項(xiàng)或修改映射表，即可快速地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)，而無(wú)需調(diào)整現(xiàn)有的軟硬件設(shè)置，而這一切對(duì)最終用戶(hù)都是透明的。 系統(tǒng)根據(jù)需要將用戶(hù)劃分成不同級(jí)別，最上層是超級(jí)管理員。不同級(jí)別的用戶(hù)被賦予不同的權(quán)限。管理員可以創(chuàng)建用戶(hù)，分配初始密碼，也可以將用戶(hù)劃分為用戶(hù)組進(jìn)行管理。系統(tǒng)將權(quán)限分為多個(gè)等級(jí)，可根據(jù)需要靈活地分配給相應(yīng)的用戶(hù)。關(guān)于用戶(hù)管理和優(yōu)先級(jí)的問(wèn)題將在下文詳細(xì)闡述。 3 系統(tǒng)的先進(jìn)特性 3.1 優(yōu)先級(jí) 由于觀看視頻圖像需要占用較大的網(wǎng)絡(luò)帶寬（本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為每通道512kbps），當(dāng)同時(shí)登錄系統(tǒng)的用戶(hù)過(guò)多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)過(guò)載，無(wú)法順暢的瀏覽視頻。但在某些關(guān)鍵時(shí)間段（如：發(fā)生生產(chǎn)事故時(shí)），必須保證部分