鄧中亮 陳海群

北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院 北京 100876

0 引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的組成部分，它是一種防范能力較強的綜合系統(tǒng)。視頻監(jiān)控以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于電信、電力、交通、銀行、水利、智能大廈等許多場所。近年來，隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)也正在朝著數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)是指基于網(wǎng)絡(luò)(INTERNET)在PC機或其它嵌入式系統(tǒng)中運行以C/S或B/S等結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的實時單向傳輸視頻數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)，隨著IP網(wǎng)絡(luò)的實時視頻通訊技術(shù)的長足發(fā)展，在此基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了許多視頻壓縮通訊標(biāo)準(zhǔn)，如MPEG-1、MPEG-2、H263、H264、H.323和T.120等標(biāo)準(zhǔn)。

1 Openh323的簡介

Openh323是為開發(fā)使用H.323協(xié)議在IP網(wǎng)上進(jìn)行多媒體通信的應(yīng)用程序而專門設(shè)計的全功能協(xié)議棧。

Openh323計劃極好地遵循了ITU H.323 v4標(biāo)準(zhǔn)，基于POSIX1.l(可移植操作系統(tǒng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))調(diào)用建立了一套完整的H.323協(xié)議棧。該項目還嘗試性的開發(fā)了一套包括PSTN網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)守、客戶端在內(nèi)的應(yīng)用程序包，能夠非常好地在各種Unix類操作系統(tǒng)、Windows(win32)系列操作系統(tǒng)下運行。Openh323協(xié)議棧是在PWLib(Portable Windows Library)基礎(chǔ)之上開發(fā)的。PWLIb是一個開放源代碼的函數(shù)庫，封裝了I/O、GUI、多線程和網(wǎng)絡(luò)功能屬性，目標(biāo)是支持既適用于Microsoft Windows又能用于Unix操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序的開發(fā)。

Openh323類庫結(jié)構(gòu)清晰、功能完善，非常適合于開發(fā)多級網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)時移植和借用。需要說明的是，應(yīng)用開發(fā)中涉及到與存儲管理和系統(tǒng)傳輸相關(guān)的基本目標(biāo)對象類可直接從PWLib中調(diào)用或繼承使用。PWLib使用底層操作平臺的API，從基礎(chǔ)上實現(xiàn)容器類(如列表、堆棧等)、I/O信道類、套接字類、GUI模式類、進(jìn)程線程類等。

2 基于Openh323的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)的組成

基于Openh.323 的網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)主要由MCU(多點控制單元)、H.323 Terminal(終端)、Gatekeeper(網(wǎng)閘或關(guān)守)、Gateway(網(wǎng)關(guān))四部分組成，如圖1所示。

2.1 MCU(多點控制單元)

圖1 單個MCU結(jié)構(gòu)圖

MCU 是多點視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，作用相當(dāng)于一個交換機的作用。它將來自各監(jiān)控場點的信息流，經(jīng)過同步分離后，抽取出視頻、數(shù)據(jù)等信息送入同一種處理模塊，完成相應(yīng)的視頻混合或切換、控制等過程，最后將各視頻監(jiān)控場點所需的各種信息重新組合起來。

MCU 主要處理如下兩種類別的信號，分別是：視頻信號，主要由視頻處理器完成；數(shù)據(jù)信號，主要由數(shù)據(jù)處理器完成。此外，MCU 結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)接口模塊和控制處理器也是必不可少的?？刂铺幚砥髦饕?fù)責(zé)決定正確的路由選擇，混合或切換視頻、數(shù)據(jù)信號，并對監(jiān)控終端進(jìn)行控制。

2.2 H.323 Terminal(終端)

H.323 終端是提供雙向?qū)崟r通信的客戶端，具有對視頻信號的編碼功能，還具有傳送靜止圖像、接收并執(zhí)行上級MCU所發(fā)送的指令等數(shù)據(jù)通信功能。H.323 終端允許不對稱的視頻傳輸，即通信雙方可以以不同的圖像格式、幀頻和速率進(jìn)行傳輸，這給參會者帶來了很大的靈活性。

H.323 終端由視頻編解碼器、控制單元、多路復(fù)用和分解、網(wǎng)絡(luò)接口等模塊組成。視頻編碼器負(fù)責(zé)對從視頻源(如攝像機)來的視頻信號進(jìn)行傳輸和編碼，常用的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)為H.261、H.263 和H.264。系統(tǒng)控制單元通過端到網(wǎng)絡(luò)信令進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)存取，通過端到端信令進(jìn)行端到端控制，建立公共操作和信令模式。

2.3 Gatekeeper(網(wǎng)閘或關(guān)守)和Gateway(網(wǎng)關(guān))

Gatekeeper 是H.323 系統(tǒng)的一個可選組件，一般簡寫為GK，其功能是向H.323 節(jié)點提供呼叫控制服務(wù)。本區(qū)域內(nèi)的所有H.323 節(jié)點必須在本域內(nèi)的網(wǎng)守上登記注冊，GK 提供的基本服務(wù)有：地址翻譯、帶寬管理、許可控制、區(qū)域管理。多個GK 組網(wǎng)可形成網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)或主從結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)中每個GK 地位平等，分別管理所連接MCU 的地址解析、區(qū)域管理等功能。主從結(jié)構(gòu)GK 組網(wǎng)由一個頂級GK 和多個域GK 構(gòu)成樹型結(jié)構(gòu)，便于對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級擴(kuò)容。頂級GK 負(fù)責(zé)域GK的解析，域GK 負(fù)責(zé)所連接的MCU 解析、區(qū)域管理等，但此方式集中管理，穩(wěn)定性較差。

Gateway(網(wǎng)關(guān))是H.323 會議系統(tǒng)的一個可選組件。網(wǎng)關(guān)提供很多服務(wù)，其中包含H.323 會議節(jié)點設(shè)備與其它ITU標(biāo)準(zhǔn)相兼容的終端之間的轉(zhuǎn)換功能。這種功能包括傳輸格式和通信規(guī)程的轉(zhuǎn)換。另外，在分組網(wǎng)絡(luò)端和電路交換網(wǎng)絡(luò)端之間，網(wǎng)關(guān)還執(zhí)行語音和圖像編解碼器轉(zhuǎn)換工作，以及呼叫建立和拆除工作。終端使用H.245 和H.225.0 協(xié)議與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。

3 系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

一個基于Openh.323 的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)因MCU與MCU 通信結(jié)構(gòu)不同主要分為“星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”和“層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”兩種。

在“星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”中，MCU 與MCU 是互連平等關(guān)系，通信只能在相鄰MCU 間進(jìn)行，沒有跨MCU 節(jié)點傳遞關(guān)系。在“層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”中，MCU 與MCU 的連接形成樹根等級關(guān)系。在每一根系中，通信可以沿根系進(jìn)行穿越MCU節(jié)點傳遞，所有MCU 通信都是通過根部的MCU 傳遞來完成。

對于單個MCU 組成的監(jiān)控系統(tǒng)，這兩種結(jié)構(gòu)并無本質(zhì)區(qū)別，但是在大型的監(jiān)控場所，多個樓群，甚至是不同社區(qū)之間的監(jiān)控系統(tǒng)，通常需要的是多個MCU協(xié)同工作。在由多個MCU 組織多點監(jiān)控時，MCU 與MCU間的數(shù)據(jù)通信就有著本質(zhì)的區(qū)別，即“星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”中，MCU 與MCU 間沒有級連關(guān)系，而在“層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”中，MCU 與MCU間有級連關(guān)系。

本文給出視頻會議系統(tǒng)的層次化組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

一級MCU主要負(fù)責(zé)對下級轉(zhuǎn)發(fā)的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼顯示、混合視頻等便于工作人員在顯示器上查看，工作人員對各個監(jiān)控終端的操作可以直接通過操作此級的MCU便可完成如選擇某一路或幾路視頻圖像的單獨或混合，調(diào)整某一路視頻圖像的清晰度，焦距等命令。如果有特殊的需要也可以選擇把各個監(jiān)控的終端所采集到的視頻存儲在一級MCU上，這樣做出于安全的考慮。二、三級MCU可以看做是上級MCU的終端，為上級服務(wù)，除了本身將連接的監(jiān)控終端所采集到的視頻數(shù)據(jù)向上級傳送外，還需負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)上級所發(fā)布的對某個或某幾個監(jiān)控終端的控制命令，也可以選擇所連接的監(jiān)控終端采集到的視頻數(shù)據(jù)存放到本地，便于事后查看。

4 視頻監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展趨勢

圖2 多級MCU級聯(lián)示意

隨著計算機科學(xué)技術(shù)、多媒體技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為視頻監(jiān)控行業(yè)的必然趨勢。遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理的需求快速增長，“平安城市”等項目的建設(shè)，監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模龐大、地理位置分散，數(shù)據(jù)存儲量巨大，傳統(tǒng)硬盤存儲滿足不了系統(tǒng)需求。數(shù)字化監(jiān)控模式在向網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控模式發(fā)展已成必然。而目前的清晰度難以滿足銀行、機場、道路監(jiān)控等高端行業(yè)的要求。所以能夠滿足定制化需求、提供一體化解決方案必將成為市場需求熱點。 傳統(tǒng)H323協(xié)議棧將例如H264等視頻的編解碼庫固化到程序當(dāng)中，不便于動態(tài)的修改、更新，而Openh323協(xié)議棧采用動態(tài)鏈接庫編解碼庫的調(diào)用更符合未來的發(fā)展趨勢。

[1] ITU-T Recommendation H.323.PACKET-Base Multimedia Communications Systems.

[2] 朱勇,高素青.NetMeeting SDK的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)[J].電腦編程技巧與維護(hù).2004.

[3] 桂衛(wèi)紅.視頻通信系統(tǒng)實用指南[M].北京:電子工業(yè)出版社.2007.

[4] 畢厚杰.新一代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)—H.264/AVC[M].北京:人民郵電出版社.2005.

[5] 盧政.如何成功運行OPENH323來開發(fā)商業(yè)的H.323協(xié)議棧.2002.

[6] 李春林.OPENH323源碼分析 http://www.withlin.net/tech 2004.

[7] http://www.openh323.org.

[8] 歐建平. 網(wǎng)絡(luò)與多媒體通信技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社.2002.

[9] 陶智勇. 視頻會議系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京郵電大學(xué)出版社.2002.