数字智慧网络视频监控系统的设计与实现①

程罗德， 邢旭峰， 孙 涛， 王建彬

(大连海洋大学，辽宁 大连 116023)

0 引言

随着计算机网络、图形图像、音视频等相关技术的发展与应用，监控系统也有传统的模拟电视监控发展到目前多技术融合的全新数字网络监控.并且伴随着通讯信息平台的扩展与应用，监控系统和网络系统连接融合，实现异构信息聚合(数据、语音和图形图像)[1].本文针对项目应用实际需求，设计了改进型监控数据传输通信模式，并将数据存储与恢复、音视频数据流处理、实时联动报警、云管理平台等在设计过程中充分应用，真正做到监控系统的数字化、智慧化、网络化.

1 视频监控系统的发展、应用特点分析

视频监控系统的发展大致经历三个不同阶段:模拟视频监控、多媒体微机平台的数字视频监控、数字智能化网络视频监控[2].

模拟监控系统特点为视频、音频信号的采集、传输、存储均为模拟形式，质量最高，但是只适用于较小的地理范围、与信息系统无法交换数据、监控仅限于监控中心，应用的灵活性较差 、不易扩展.基于微机平台的数字视频监控(DVR)采用微机和Windows平台，支持实时视频和音频，适合传统监控系统的改造，不适合新建的监控系统、又要求实现远程视频传输的系统[3].网络数字监控系统将传统的视频、音频及控制信号数字化，以IP包的形式在网络上传输，实现了视频/音频的数字化、系统的网络化、应用的多媒体化以及管理的智能化.

图1 直道监测点监视范围示意图

图2 弯道监测点监视范围示意图

图3 红外检测报警模块设计结构示意图

2 数字智慧网络视频监控系统的模块设计

2.1 网络传输模块设计

本系统主体采用数字化网络传输，摄像机与前端视频服务器间采用同轴电缆连接.结合大数据、实时、可控、无差错的进行数据传输要求，设计采用Socket网络接口，TCP(Transmission Control Protocol)＆UDP(User Datag ram Protocol)传输协议，以UDP协议为基础[4]，由此建立滚动堆栈协议并结合TCP进行数据流传输，从而确保了系统的数据传输量大、高效、完整、无差错.

在数据进行通讯之前，首先由服务进程和客户进程各自创建套接字，函数创建如下:Socket socket(int sa，int stream，int tcp).发送方和接收方建立 2张大数据缓存表，作为循环滚动栈，发送方系统调用绑定函数把自己的IP地址及发送端口号与接收方显式建立连接，以使客户端对其进行请求服务及相应，然后将压缩视频数据帧分割若干小的数据包按顺序编号再逐个进行发送，当每发一个数据包，循环滚动栈上边界数值加1，并同时调用本函数中对该数据包的计时器功能.服务器发送方设置监听工作方式并调用Socket accept(SOCKET s，struct sockaddr* addr，int* addrlen)函数，等待响应接收方的请求连接，一旦握手成功建立连接后接收方只接收序号位于上下边界栈内的数据包，当收到序号等于下边界的数据包时，滚动栈上下边界同时加1，同时接收方通过先前建立的旁路TCP连接向发送方发送已收到该数据包的确认信息.发送方每收到一个从接收方送过来的确认信息下边界数值增1，并使计时器归零.当出现发送方栈溢出时，进行发送等待，若计时器发生超时，则需重新传输该缓存区的数据包.数据包传输结束前调用释放函数winsock DLL:int WSACleanup(void).通过循环滚动栈和旁路TCP传输信息确认，从而实现数据的高效完整传输.

2.2 系统监控采集点模块设计

前端监测点主要负责视频的实时采集、压缩和网络传输.要求能够适应比较恶劣的环境，能够按要求覆盖规定区域，能够保证视频的质量.为了方便安装、布线和监视、管理，除了每个摄像头对应一个全段外，合理划分个监管区域，每个区域设机柜一个，用于安放前端视频服务器、网络集线器等设备.为了保证不出现覆盖盲区，每个监测点监视范围应适度重叠，直弯道检测点方案设计如图1，2所示:

监测点为不间断运行，为了确保其稳定运行，监测点采用固定与动态旋转架设方式，联动云台.

图4 统一管理控制平台功能模块组成结构示意图

2.3 红外探测报警监测模块设计

根据项目功能需求及运营环境特点的特殊要求，此子系统包括红外远程监管中心、前端监测点部分.红外检测报警模块设计结构示意图如图3所示:

前端监测点由主动对射红外报警器和网络转换传输模块组成.当主动对射红外报警器探测到布防区有人非法入侵时，将报警信号传送给转换传输模块，发送到监控中心.

监管中心负责对报警信号的接收、处理、保存、显示和发出报警.提示值班人员能够在监管中心直观地看到各监测点的状态，有报警发生时，可调看 监控点区段实时视频并作出处理.

图5 软件系统架构示意图

图6 系统部署实现结构组成示意图

2.4 统一管理控制平台模块设计

统一管理控制平台包含四个子模块，分别通过不同的方式产生相应的数据信息，我们通过集中控制管理平台把它们进行聚合、整合.

为了把各种数据聚合到一起，系统需要提供单独的服务器作为数据服务器.各子系统在单独处理存储数据的同时，需要把其相关数据送到数据服务器进行处理和存储.收集到数据服务器的数据必须进行关联，完成数据的整合.为了保证数据的统一、关联的有效，各种数据必须实现标准化，需要为各种关键数据建立数据字典，如区段等.统一管理控制平台功能模块组成结构示意图如图4所示.

3 数字网络视频监控系统构建技术及实现

3.1 数字网络视频监控系统架构设计

系统以监控指挥中心为核心，所有信息在中心进行集中、整理，中心根据从各子系统获得的信息进行指挥，为了保证报警信息得到及时处理，报警信息在传往中心的同时向保安执勤点报警.监控指挥中心建设一面电视墙，对各种信息进行集中监控.软件系统架构示意图如图5所示.

3.2 数字智慧化网络视频监控系统的部署与实现

系统以监控中心为核心，沿围网分两条线路架设光纤和交流220V主供电线路，分别到达最远的四个个分站.管道采用 PE碳素管.每条线长为2000米.以每个分站为中心，采用星型布线[5]，管道为波纹管，供电线材采用水压线.分中心到视频监视点的线路为一条视频线和一条12V直流供电线线，分中心到红外监测点的线路为一条24V直流供电线和一条信号线.系统部署实现结构组成示意图如图6所示.

监控系统通过前端的数据采集终端实时收集信息，然后数据流及控制信息传输到数据存储服务器，以便展示到web信息平台，进行实时、个性化的管理与监控.

4 结语

系统在设计与应用中对数据流的传输进行了改进，以套接字为接口，结合TCP和UDP数据传输协议并以此建立的大数据循环滚动栈，从而确保了数据流的高效、完整、无差错的传输，经系统正式运行验证数据传输效果非常理想.为了保证视频监控采集无盲区、高质量的要求，依据项目部署实际环境进行了特殊的设计.系统设计与开发过程中，融合了图像视频处理技术、模式识别及人工智能技术、数据库存储备份恢复技术，实现监控系统的网络化、数字化、智慧化.

[1]Banerjee，Suman.Scalable Secure Group Communication over IP Multicast[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2002.

[2]Collins RT.Mean Shift Blob Tracking Through Scale Space[J].Proc.of the Conf.on Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR)，2003:18 －20.

[3]Comaniciu D，Ramesh V，P.MEER.Kernel－based Object Tracking[J].IEEE Transactions.on Pattern Analysis and Machine Intelligence，2003，25(5):564 －577.

[4]石头，张笑微，周建雄.智能网络视频监控系统[J].兵工自动化，2009，28(12).

[5]吴礅华.网络视频监控系统中数据传输的实现[J].计算机工程与设计，2004，25(6).