孟凡超　趙鑫　邱慶歡

摘 要 視頻監(jiān)控是石化企業(yè)生產(chǎn)受控和安全防范的重要手段，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)今后的發(fā)展方向?；诰W(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議，利用視頻編碼技術(shù)和流媒體技術(shù)，組建包括接入層、匯聚層、核心層的網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)，利用管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器和存儲服務(wù)器搭建視頻服務(wù)平臺，選用分布式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計出適用于石化企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控；TCP/IP；視頻編碼；流媒體；石化企業(yè)

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）16-0098-02

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是指能夠提供實時圖像、聲音和報警信號，并進行遠程傳輸、圖像存儲、數(shù)據(jù)管理的安防系統(tǒng)類型。

視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：20世紀90年代初期的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用模擬設(shè)備采集和存儲視頻；20世紀90年中后期的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將采用了嵌入式微處理器技術(shù)和嵌入式操作系統(tǒng)的數(shù)字硬盤錄像機（DVR）引入監(jiān)控領(lǐng)域，實現(xiàn)了視頻信號的數(shù)字化存儲；進入21世紀后的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以網(wǎng)絡(luò)攝像機（IPC）、網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機（NVR）和網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器（DVS）等為主要設(shè)備，具備遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)管控能力，是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)對于石化企業(yè)生產(chǎn)受控和廠區(qū)安防有著重要意義，需要設(shè)計出一種滿足石化行業(yè)需求的監(jiān)控系統(tǒng)方案。

1 系統(tǒng)采用技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)基于TCP/IP協(xié)議，可以采用ADSL、LAN、WLAN、3G等多種網(wǎng)絡(luò)接入方式，利用視頻編碼技術(shù)將視頻信號封裝，利用流媒體技術(shù)將視頻流傳輸至客戶端，通過電視墻、PC機、手機等多種終端進行視頻瀏覽和控制管理。

1）傳輸協(xié)議。TCP/IP協(xié)議即傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，定義了電子設(shè)備接入因特網(wǎng)互相傳輸數(shù)據(jù)的標準。接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的每臺網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備均以獨立的網(wǎng)絡(luò)身份出現(xiàn)，必須具有唯一的網(wǎng)絡(luò)地址即IP地址。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議傳輸視頻數(shù)據(jù)，借助Internet網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)跨區(qū)域的遠傳組網(wǎng)。

2）編碼技術(shù)。H.264是由國際標準化組織制定的音視頻信息壓縮編碼標準，視頻信號經(jīng)過H.264技術(shù)編碼封裝后，具有碼率低、圖像質(zhì)量高、容錯能力高、網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強的特點。

3）流媒體技術(shù)。流媒體技術(shù)是指在網(wǎng)絡(luò)中采用流式傳輸?shù)姆绞絺鬏斠曨l。流媒體技術(shù)傳輸視頻信號具有傳輸時間短、節(jié)省存儲空間等優(yōu)點。流媒體技術(shù)一點對多點的分發(fā)機制可以實現(xiàn)系統(tǒng)平臺并發(fā)視頻流到多個客戶端。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計包括分層次組網(wǎng)、選擇監(jiān)控設(shè)備、構(gòu)建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等環(huán)節(jié)。

2.1 網(wǎng)絡(luò)層次

依據(jù)石化企業(yè)下屬單位的隸屬關(guān)系，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入模式采用分層結(jié)構(gòu)，包括接入層、匯聚層和核心層等。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當具備上級單位網(wǎng)絡(luò)接入能力，預(yù)留跨區(qū)域遠傳的網(wǎng)絡(luò)接口并配備網(wǎng)閘，保證上級單位能夠遠程調(diào)取視頻流。

1）接入層用于前端設(shè)備的接入和訪問控制，采用固定配置的交換機，具有較高的接口密度，以10/100M端口為主，另外配備1000M的上聯(lián)端口。接入層布置在各生產(chǎn)裝置的控制室。

2）匯聚層負責鏈路匯聚和流量收斂，采用固定配置交換機或者機箱式模塊化交換機，具有較高接入能力和充足帶寬，配備光端口和高速電口。匯聚層布置在各分廠的監(jiān)控機房。

3）核心層用于高速數(shù)據(jù)交換，采用機箱式模塊化交換機，配備管理模塊、光端口和高速電口，機箱具備較高的插板容量。核心層位于石化企業(yè)的總監(jiān)控中心。

2.2 設(shè)備選用

系統(tǒng)設(shè)備包括視頻采集設(shè)備、視頻服務(wù)平臺、用戶客戶端以及視頻顯示設(shè)備等。

采集設(shè)備連接到接入層交換機，包括內(nèi)嵌編碼器的網(wǎng)絡(luò)攝像機、云臺、拾音器、報警傳感器等，用于采集前端音視頻信號和輸出報警信號。安裝在易燃易爆環(huán)境中的攝像機、云臺等應(yīng)具備符合行業(yè)標準的防爆等級，防止設(shè)備工作過程中產(chǎn)生的電火花引爆危險氣體造成生產(chǎn)事故。將槍式攝像機安裝在防爆護罩內(nèi)或者向球機內(nèi)部不斷注入惰性氣體能夠達到隔爆要求。采集到的信號經(jīng)過編碼封裝后傳輸至視頻服務(wù)平臺進行處理。

管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、存儲服務(wù)器在匯聚層或核心層組網(wǎng)，安裝控制軟件后組建成視頻服務(wù)平臺。視頻服務(wù)平臺應(yīng)該與企業(yè)內(nèi)車輛超速管理系統(tǒng)、紅外照射防盜系統(tǒng)等安防系統(tǒng)共架兼容，實現(xiàn)統(tǒng)一管理的目的。視頻服務(wù)平臺對前端設(shè)備采集到的視頻流進行管理和存儲，并發(fā)送到各個客戶端。

客戶端設(shè)備可以采用硬件解碼和軟件解碼等形式對視頻流解碼。硬件解碼是通過電視墻服務(wù)器將視頻流解碼后在電視墻上顯示。軟件解碼功能集成在客戶端軟件內(nèi)，用戶通過客戶端PC機可以采用B/S模式（瀏覽器/服務(wù)器模式）或C/S模式（客戶端/服務(wù)器模式）向視頻服務(wù)平臺發(fā)出請求并接收視頻流，然后將視頻流解碼顯示。此外還可以向前端采集設(shè)備發(fā)出控制指令，實現(xiàn)攝像機參數(shù)調(diào)整和云臺動作控制。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為集中式和分布式等形式。集中式系統(tǒng)架構(gòu)是在核心層將管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、存儲服務(wù)器等安裝控制軟件后構(gòu)成唯一的中心視頻服務(wù)平臺。管理服務(wù)器控制攝像機和客戶端分別連接到流媒體服務(wù)器，攝像機通過流媒體服務(wù)器向客戶端傳輸視頻流。

集中式系統(tǒng)架構(gòu)能夠滿足小型企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控需求，但數(shù)據(jù)處理分發(fā)能力有限。一路1080P的視頻流需要6M以上的傳輸帶寬，如果多個客戶端同時向管理服務(wù)器提出申請，流媒體服務(wù)器需要同時向多個客戶端發(fā)送視頻流，對流媒體服務(wù)器的流量并發(fā)能力和交換機的帶寬提出非常高的要求，容易造成服務(wù)器宕機和網(wǎng)絡(luò)擁堵。此外由于集中分發(fā)，流媒體服務(wù)器一旦宕機所有客戶端都無法獲取視頻流。在大型石化企業(yè)內(nèi)部搭建網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的時候，應(yīng)該選擇采用分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。endprint

相比集中式結(jié)構(gòu)，分布式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)主要是在匯聚層增加了代理點，以管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器和存儲服務(wù)器構(gòu)建代理點視頻服務(wù)平臺，核心層只安裝中心管理服務(wù)器。將中心視頻服務(wù)平臺功能分配到不同代理點，每個代理點平臺具備和原中心平臺相同功能。根據(jù)就近原則，將某區(qū)域范圍內(nèi)的前端設(shè)備和客戶端接入本區(qū)域的代理點平臺，中心管理服務(wù)器只負責攝像機和客戶端的注冊等業(yè)務(wù)功能，一個代理點平臺的流媒體服務(wù)器宕機不會影響其他代理點的客戶端使用，降低了服務(wù)器宕機的損失。分布式結(jié)構(gòu)既實現(xiàn)了業(yè)務(wù)統(tǒng)一管理的功能，又減輕了中心平臺設(shè)備運行壓力，降低了中心平臺帶寬要求，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行能力。

分布式架構(gòu)的系統(tǒng)客戶端獲取視頻的流程如下。

1）客戶端到中心管理服務(wù)器注冊。

2）攝像機到中心管理服務(wù)器注冊。

3）客戶端由中心管理服務(wù)器控制，重新連接到代理點管理服務(wù)器。

4）攝像機由中心管理服務(wù)器控制，重新連接到代理點管理服務(wù)器。

5）客戶端由代理點管理服務(wù)器控制，重新連接到代理點流媒體服務(wù)器。

6）攝像機由代理點管理服務(wù)器控制，重新連接到代理點流媒體服務(wù)器。

7）攝像機向代理點流媒體服務(wù)器發(fā)送實時視頻流。

8）代理點流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)實時視頻流到客戶端。

9）客戶端從代理點存儲服務(wù)器獲得回放視頻流。

3 總結(jié)

依據(jù)TCP/IP協(xié)議、視頻編解碼技術(shù)和流媒體技術(shù)相關(guān)理論，從網(wǎng)絡(luò)層次、設(shè)備選用、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面進行探討和研究，設(shè)計出了一種符合石化行業(yè)需求的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案。該方案解決了并發(fā)視頻流、降低網(wǎng)絡(luò)帶寬、遠程采集傳輸、分散布置集中管理等技術(shù)難題，具有智能性、網(wǎng)絡(luò)性、穩(wěn)定性等特點，能夠為石化企業(yè)搭建網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供指導(dǎo)方案。

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