一种基于IP宽带网络的远程视频监控系统的设计

    1 引言

　　自九十年代起，随着互联网的兴起和个人计算机的普及，互联网用户数量及以IP为代表的数据业务呈爆炸性增长，同时出现了大量新型的业务需求，如视频会议、电子商务、VOD视频点播等。这些新的业务需求对网络带宽提出了新的要求。由于光纤通信和密集波分复用技术的进步，及ATM技术、MPLS技术、Tbps级路由器的出现，为传输网和交换网的升级换代提供了及时的手段，带宽的瓶颈落在了接入网上。

　　随着基于不同传输媒介的不同系统及其多种方案的出现和发展，如双绞线、数字电力线、无线、同轴电缆和光纤，接入网宽带化得到了空前的发展。接入网宽带化的发展，反过来又推动了新业务需求的产生和发展。远程监控就是其中之一。

　　2 远程监控及其图像压缩方式

　　视频监控过去只有银行金融机构、文博等企事业单位才会有此业务需求，多为就近独立建设机房进行分散监控。然而随着经济的发展和人们不断提高的安防意识，另外互联网的大范围普及，通过网络将图像进行远程传输的集中监控方式应运而生。并且已经渗透到教育、政府、娱乐场所、医院、酒店、运动场馆、城市治安甚至家庭等多个领域。

　　作为远程监控的主要监控内容，图像因其数据量大而需重点考虑解决方案。

　　2.1 图像压缩方式

　　有很多类去除视频冗余的压缩编码方法，如预测编码、熵编码和变换编码等，而这些编码方法又有多种实现方式，仅以变换编码为例，就有傅立叶变换、离散正弦变换、离散余弦变换、哈达码变换、沃尔什变换、K－L变换、哈尔变换以及各种小波变化等。

　　自20世纪80年代后期，国际电信联盟（ITU）、国际电工联合会（IEC）和国际标准化组织（ISO）针对静止图像及活动图像的诸多不同应用场合、传输速率、图象分辨率和图像质量，制定了如JPEG、H.261、H.263、H.264、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21等一系列数字视频压缩标准，极大地推动了数字视频压缩技术的发展。

　　2.2 图像压缩的实现

　　尽管不同的厂家采用了不同的图像压缩编码方式，但MPEG标准是针对活动图像的专用通用编码，因此图像远程监控采用MPEG标准具有先天的优势。

　　具体作为图像压缩的解决方案，CCD摄像机输出的模拟视频信号送入视频服务器的视频捕获卡，进行视频采样、A/D转换，将模拟视频信号转成数字信号之后送入计算处理单元进行MPEG压缩，将压缩后的数字视频信号送入网络接口，经网络传送至远端。

　　3 远程监控基于宽带网络的实现

　　3.1 基于宽带智能小区的局域网实现方式

　　宽带智能小区的发展，利用FTTX+LAN的方式向住户提供了多种服务，同样借助于小区局域网亦可实现远程监控的新功能。基于宽带智能小区的局域网方式的远程监控系统结构如图所示。在小区局域网上根据要求配置多台网络视频服务器，每台网络视频服务器连接多4台摄像机。在监控中心配置实时监控服务器和录像服务器，提供集中远程监控和视频录像的功能。另外已授权的移动监控终端可在该局域网上的任意一点接入进行远程监控。系统网络构架如图2所示。

　　在监控网络上只需给接入该局域网的各台监控设备（包括实时监控服务器、录像服务器、移动监控终端及视频服务器）配置固定的IP地址，通过安装在监控服务器上的监控管理平台即可实现远程监控的目的。

　　3.2 基于ADSL的点对点方式

　　利用现在应用广泛的ADSL宽带接入技术实现视频信号的网络传输，也可以达到廉价且简单易行的跨地域网络视频监控的目的。

　　该系统由摄像机、网络视频服务器、ADSL路由器、监控服务器及客户端等共同组成。

　　监控点的实际情况通过摄像头完成图像的采集，信息由网络视频服务器压缩、打包处理，经ADSL接入互联网，这些信息通过互联网传至监控中心或其他在网络上已授权的监控终端。根据需要，监控中心或其他网络上已授权的监控终端可以在需要时通过访问网络视频服务器进行实时监视或调看其内置硬盘或闪存卡所存储的录像文件。系统网络构架如图3所示。

　　该监控的应用模式有三种。模式一，客户端直接访问前端视频服务器，前端每个视频服务器均配有一个公网固定IP地址，由ADSL桥接方式接入网络，此种模式简单稳定，但需为公网固定IP地址支付一定费用，适合于监控点数有限、跨度大、监看人员不多，且对系统稳定性要求较高的用户。模式二，前端视频服务器通过PPPoE拨号方式由ADSL接入网络，架设DDNS（动态域名服务器），客户端通过DDNS获得前端视频服务器的IP地址，或由客户端察看前端设备发来的自身IP的E-Mail（需设备支持），来获得前端设备的IP地址，下来前后端便可按模式一的方法进行连接。模式三，在网络上架设具有公网 IP地址的多媒体管理服务器，前端视频服务器首先将视音频等信息发送给该多媒体管理服务器，由多媒体管理服务器完成DDNS及视音频等多媒体信息的转发工作。该模式依托于专有的网络多媒体管理平台，适合构建大规模或超大规模的网络视频监控系统。

　　3.3 基于虚拟局域网VPN方式

　　通过基于FTTX+LAN及ADSL的方式已经可以实现跨地域的远程视频监控，但是如果要求传输的视频数据具有一定安全性的话，上述简单的连接方式便显得有些力不从心了，这就需要一个新的技术--VPN技术。

　　本系统需要增设一台VPN协议组的路由器作为VPN服务器。系统网络构架如图4所示。

　　若采用传统的远程访问方案，每访问一台视频服务器都须拨号，非常麻烦；但采用了VPN方案，远程用户只需拨号访问VPN服务器，就与本地所有的视频服务器构成一个虚拟的局域网，可以使用局域网IP地址直接访问任意的视频服务器，大大减小了远程访问连接的开销，方便了用户和上层软件系统的设计，只需要设计成局域网访问方案就可以了，并做到安全通讯。

　　4 典型商业化应用--“神眼”

　　“宽视界－神眼”业务是中国联通集团针对基础宽带接入用户，提供视频监控及看护的一种宽带增值业务。由防盗报警系统和网络视频监控系统组成的一种基于IP宽带网络，为客户提供图像和各种报警信号远程采集、传输、处理的全新宽带增值业务，可满足中小型企事业单位、个体工商户（沿街商铺）及家庭等客户视频监控、防盗报警、内部管理及安全防护等实际需求。

　　4.1 业务的实现原理

　　“神眼”互联网远程视频监控系统采用C/S模式，所有监控终端的视频查看均需要经过服务器的。“神眼”摄像头有网络模块，可通过以太网口直接接入互联网，支持静态IP、自动获取IP以及PPPoE拨号等接入方式。每个摄像头有一个ID号，服务器通过ID号来识别摄像头。

　　每个“神眼”摄像头在接入网络前应配置数据，首先需要配置接入网络的IP地址或者PPPoE账号，另外还需配置平台服务器的IP地址，这样接入网络后就可以连接到平台服务器。平台服务器有每个监控终端对应可监控的摄像头信息，当监控终端通过客户端软件登录平台服务器时，平台服务器会根据监控终端登录的账号来分配相应摄像头的图像信息，这样从客户端就可以通过互联网查看预先安置好的摄像头采集到的视频图像了。反向客户端软件也可以将相应的云台转动、摄像头拍照、开关灯等控制信号发送给远端的摄像头，对摄像头进行远程控制。具体组网如图6所示。

　　4.2 业务功能

　　4.2.1 远程监控功能

　　客户通过互联网可利用客户端软件方式或Web浏览器方式进行远程实时视频的监控、拍照、录像，查看终端布设现场的实际情况，并可查询历史报警照片及录像。

　　4.2.2 定时触发功能

　　“神眼”终端支持在指定时间段自动开始工作的功能，并将各类告警图片或视频上传到神眼业务平台，同时短信通知客户。

　　4.2.3 安全看护功能

　　现场若有人非法入侵，“神眼”终端可完成声光告警、现场照片抓拍、现场视频抓拍、实时短信通知。

　　4.2.4 紧急呼救功能

　　紧急情况下，客户可在现场利用遥控器的“紧急”按钮，控制“神眼”终端主动触发告警。

　　5 结语

　　相信随着接入网的宽带化和人们安全意识的逐步提高，远程监控将作为接入网新业务而迅速发展起来。其已经逐渐进入各种性质的单位及普通家庭内，对单位及家庭的安全防范系统进行设防、撤防等控制，极大地提高了被监控场所的安全指数，使人们的工作和生活质量通过宽带接入网的这一新业务得到又提升。