楊陽

【摘要】針對傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)在實際應用中的不足，本論文結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)詳細探討了基于網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控平臺的設計與實現(xiàn)，首先分析了系統(tǒng)的設計原則，對系統(tǒng)進行了功能需求分析，在此基礎上重點給出了基于網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控平臺系統(tǒng)的設計方案，從網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計、系統(tǒng)層次設計和系統(tǒng)軟件配置三個角度詳細論述了系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，對于進一步提高基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用管理具有較好的指導和借鑒意義。

【關鍵詞】網(wǎng)絡平臺視頻監(jiān)控遠程監(jiān)控

一、引言

隨著網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展，自動化控制系統(tǒng)的要求也越來越高，從過去的集散式自動化控制發(fā)展到分布式自動化控制，再發(fā)展到目前流行的現(xiàn)場總線自動化控制，以及逐步成為趨勢的工業(yè)以太網(wǎng)自動化控制，目前基于網(wǎng)絡實現(xiàn)的遠程無人值守自動化控制逐步得到了廣泛的關注、研究和應用。由于網(wǎng)絡帶寬的擴充，使得基于網(wǎng)絡的遠程無人值守成為了可能，但是這也對監(jiān)控平臺提出了更高的要求，除了傳統(tǒng)的依靠傳感器監(jiān)測機電設備的生產(chǎn)狀態(tài)、工作狀態(tài)之外，還必須要對整個環(huán)境實施全方位的監(jiān)控，因而視頻監(jiān)控也要實現(xiàn)基于網(wǎng)絡化的遠程控制。

過去傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控都是就近接線實現(xiàn)就近監(jiān)控，隨著數(shù)字化管控、一體化管控概念的提出，遠程視頻監(jiān)控也逐漸成為了當前安全監(jiān)控、自動化監(jiān)控的必然需求，因此，如何基于以太網(wǎng)構(gòu)建遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是當前遠程監(jiān)控系統(tǒng)必須要解決的技術問題之一。本論文主要結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)的實際功能，對基于網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控平臺展開系統(tǒng)的分析設計與研究，以期能夠從中找到面向網(wǎng)絡的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計應用方法，并以此和廣大同行分享。

二、基于網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控平臺的總體分析

2.1設計原則

基于網(wǎng)絡實現(xiàn)的遠程視頻監(jiān)控平臺，在設計時除了要滿足其基本的視頻監(jiān)控功能外，還必須結(jié)合實際的應用需求進行設計，確保功能滿足的同時實現(xiàn)最佳的經(jīng)濟效益，為此，需要確立以下幾個設計原則：（1）先進性?；诰W(wǎng)絡的視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須要足夠先進，要能夠滿足當前網(wǎng)絡系統(tǒng)、視頻監(jiān)控設備的接口類型，整體采用性能優(yōu)良的監(jiān)控裝備，確保整個系統(tǒng)在相當一段時間內(nèi)能夠保持領先的水平。（2）可靠性。從系統(tǒng)設計、部件選型、系統(tǒng)裝配、軟硬件配置等各個角度入手，都要確保系統(tǒng)的高可靠性，在任何惡劣環(huán)境以及網(wǎng)絡資源有限的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)都能夠穩(wěn)定可靠工作。（3）方便性。整個監(jiān)控管理界面應當具有良好的人機交互性，即使不具備計算機操作知識的人員依然能夠方便的實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控和相關數(shù)據(jù)記錄的查閱、調(diào)取和管理，同時從系統(tǒng)的后期維護保養(yǎng)的角度來說，也要方便整個系統(tǒng)的維護和維修。（4）擴展性。系統(tǒng)除了要滿足當前的監(jiān)控功能外，還必須設計一定的功能冗余，一方面要能夠?qū)崿F(xiàn)將來新監(jiān)控設備的補充，以實現(xiàn)新的監(jiān)控功能；另一方面還要設計適當?shù)臄U容接口，以滿足系統(tǒng)日后的升級，包括更換更新的設備、網(wǎng)絡擴容以及增加其他必要的控制模塊等。

2.2功能需求分析

（1）圖像視頻監(jiān)控功能?；诰W(wǎng)絡的遠程視頻監(jiān)控平臺，首要功能自然是圖像視頻監(jiān)控功能，該平臺系統(tǒng)應當能夠提供24小時不間斷的視頻監(jiān)控功能，同時自動存儲圖像視頻資料，以供后期查閱和調(diào)用管理。（2）數(shù)據(jù)管理功能。對于存儲的圖像視頻數(shù)據(jù)，應當按照時間節(jié)點自動存儲管理，通過所設計的數(shù)據(jù)庫管理軟件能夠?qū)嫶蟮囊曨l圖像數(shù)據(jù)方便的進行直接管理，按照用戶的管理需求進行數(shù)據(jù)管理。（3）用戶安全管理功能。由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了網(wǎng)絡化和遠程化，因此系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全性必須要著重設計，確保整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全，對于用戶登錄的權(quán)限，也必須加強管理，確保實現(xiàn)不同權(quán)限等級的用戶擁有不同的數(shù)據(jù)管理功能。

三、基于網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控平臺的實現(xiàn)

3.1系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計

（1）網(wǎng)絡介質(zhì)的選擇?，F(xiàn)在網(wǎng)絡鋪設的介質(zhì)主要有雙絞線、同軸電纜和光纖。目前雙絞線應用的已經(jīng)比較少了，同軸電纜在遠距離傳輸方面并沒有突出的優(yōu)勢，而光纖目前是主流的網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)，一方面因為光纖傳輸速率快，失真少，更重要的是光纖傳輸尤其適合應用于遠程監(jiān)控，況且視頻圖像監(jiān)控所形成的視頻數(shù)據(jù)都是大流量數(shù)據(jù)，極易造成網(wǎng)絡的擁塞，而采用光纖作為傳輸介質(zhì)，極大的避免了網(wǎng)絡擁塞的發(fā)生。（2）網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的選擇。網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)一般有星型結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)以及總線型結(jié)構(gòu)等。各種類型的網(wǎng)絡物理拓撲結(jié)構(gòu)的性能對比見下表1。從表1可見，環(huán)型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)適宜應用于遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，而且環(huán)形網(wǎng)絡由于具有鏈路冗余功能，因此能夠確保遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。

3.2系統(tǒng)層次分析

基于網(wǎng)絡的遠程視頻監(jiān)控平臺系統(tǒng)，從前端攝像頭到后臺控制中心，其網(wǎng)絡架構(gòu)層次設計如下：（1）網(wǎng)絡攝像頭層。作為遠程視頻監(jiān)控平臺的最前端，采用網(wǎng)絡攝像頭的最大好處是避免了因接口轉(zhuǎn)換而帶來的成本上升的問題，直接采用RJ45接口將攝像頭拍攝到的視頻圖像畫面以通用的TCP/IP網(wǎng)絡傳輸協(xié)議進行傳輸，簡化了網(wǎng)絡層次和結(jié)構(gòu)。（2）網(wǎng)絡傳輸層。采用光纖構(gòu)建的千兆工業(yè)以太網(wǎng)是整個遠程視頻監(jiān)控平臺系統(tǒng)的關鍵部分，承擔著視頻圖像數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸。在網(wǎng)絡傳輸層，網(wǎng)絡傳輸平臺通過環(huán)形拓撲實現(xiàn)控制網(wǎng)絡冗余連接，即控制網(wǎng)上任何一點的單一鏈路連接意外斷開，系統(tǒng)都能通過環(huán)網(wǎng)的反方向提供后備鏈路，保證系統(tǒng)可用性的同時兼顧經(jīng)濟性，環(huán)網(wǎng)主干鏈路全部采用單模光纖，保證故障切換時間均<300ms，以提高網(wǎng)絡傳輸?shù)目煽啃院涂捎眯?。?）網(wǎng)絡管理服務器層。網(wǎng)絡管理服務層主要是由各種網(wǎng)絡中間設備和服務管理設備構(gòu)成，如路由器，視頻采集設備、服務器等，該網(wǎng)絡層的主要目的是實現(xiàn)對視頻圖像的采集和還原，同時依靠服務器對視頻圖像數(shù)據(jù)進行管理，以滿足用戶終端顯示層對視頻圖像數(shù)據(jù)的調(diào)用和管理。（4）終端顯示層。終端顯示層采用專用的視頻監(jiān)控管理軟件，對經(jīng)過網(wǎng)絡傳輸過來的遠程視頻畫面實施監(jiān)視和畫面切換功能。根據(jù)用戶的需要，對不同監(jiān)視點進行實時監(jiān)視和切換；同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)對遠程攝像頭進行遙控功能，即對各監(jiān)視點攝像設備的光圈、焦距以及云臺進行控制。此外，一些輔助控制操作也是必須的，包括燈光的開停，告警裝置的設防、撤防與解除等。

3.3系統(tǒng)軟件配置

（1）終端顯示層程序。作為遠程視頻監(jiān)控平臺系統(tǒng)的終端，其顯示程序采用了人機交互性友好的組態(tài)軟件進行開發(fā)，能夠借助于三維圖形逼真的還原監(jiān)控現(xiàn)場的場景；另一方面，該顯示程序除了要能夠?qū)崿F(xiàn)不同視頻攝像頭監(jiān)測畫面之間的切換，還必須要能夠?qū)Ξ嬅孢M行存儲管理。下面重點分析視頻采集程序的實現(xiàn)。（2）視頻采集軟件子程序。視頻采集模塊主要是通過相關函數(shù)接收來自攝像頭傳輸過來的視頻信息。在程序設計中調(diào)用ReadStreamData（HANDLE hChannelHandle，void* DataBuf， DWORD*Length，int* FrameType）函數(shù)來讀取參數(shù)hChannelHandle對應的視頻通道的音視頻數(shù)據(jù)流，并按照參數(shù)Length指定的緩沖區(qū)大小，將數(shù)據(jù)流讀取到數(shù)組DataBuf中，同時返回當前讀取的數(shù)據(jù)流的幀長度。這樣系統(tǒng)就可以對數(shù)組中的數(shù)據(jù)流信息進行后續(xù)的處理，如本地音視頻的預覽等。

四、結(jié)語

由于圖形視頻監(jiān)控具有直觀、醒目的特點，因此在現(xiàn)代化的自動化控制系統(tǒng)中逐漸凸顯出特殊的監(jiān)控作用，對于確保整個生產(chǎn)環(huán)境的安全具有至關重要的作用?；诠I(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)的遠程視頻監(jiān)控平臺，是將遠程測控技術和計算機網(wǎng)絡通信結(jié)合的又一個典型應用，本論文重點針對遠程視頻監(jiān)控平臺的結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)，給出系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)方案，對于其他技術領域內(nèi)應用遠程視頻監(jiān)控技術提供了很好的范本，是值得推廣應用的。

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