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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