计算机网络视频远程监控系统的研究与实现

陈骁锐

摘要： 随着社会的不断发展，原有的监控方法已经无法满足当前信息化时代的要求，人们开始寻求新的监控方式。而计算机网络视频远程监控系统正是在这一背景下诞生的新型监控方式，它的出现有效弥补了传统监控方式的弊端，符合当前社会发展的需要。本文简单介绍了几种网络数据传输方式，并从监控系统设计、监控系统模块功能的实现以及监控系统测试等三个方面进行研究与分析，希望为计算机网络视频远程监控系统的应用提供一定帮助。

关键词：计算机网络；视频；远程监控；系统设计；模块

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）35-0217-02

当前，我国已经进入了信息化时代，网络技术已经十分成熟，在发展过程中与其他多种技术慢慢融合，形成一种综合型网络通信技术。而在视频监控当中应用网络技术，使得视频监控从原有的人工监控逐渐转变成全方位数字监控。基于网络技术的监控系统不受时间、地点的限制，只需要有网络这一基础条件，就可以建立监控系统，所使用的线路为原有的网络线路，所以不需要额外布置线路，节约了线路布置的成本。

1网络数据传输方式

在我国，常见的网络数据传输方式有三种：单线传输、子网传输、分流传输。

1.1單线传输

单线传输：数据传输方与每个数据接收方之间都需要建立单独的传输通道。如果服务器只需要给少量用户传输数据，那么服务器的负载不会太大，传输也不会出现什么问题。但是如果有许多用户都要用到同一数据时，服务器也只能通过一对一的方式将该数据发给各用户，在发送过程中，服务器不仅需要承担传输数据的压力，还需要承担与多名用户同时连接的压力，服务器负载大大提高，轻则网络拥堵，传输速度受到影响，重则服务器不堪重负，直接崩溃。

1.2 子网传输

子网传输：是指数据传输方将数据包发送到子网当中，所有位于该子网内的客户端都可以接收到数据包。这种数据传输方式可以让多个客户端同时接收到数据包，而且服务器的负载也比较小，但是这种数据传输方式的强制性的，只要客户端位于该子网当中，无论是否有需求，都会强制性接收，这样就导致无需求客户端的网络资源被无故占用，影响其正常运行的速度。此外，为了防止这种强制性传输的扩散，要采取措施将传输范围控制在子网内。

1.3 分流传输

分流传输：当某一份数据包同时被多名用户需求时，数据包传输方只发出一份数据，这份数据首先会在网络中传播，直到分流节点的位置才会由分流设备将数据进行复制并分发到各用户。这种分流传输的方式不仅减轻了服务器的负担，还提高了网络传输的效率。

2 监控系统设计

监控系统的设计主要是对监控系统进行大致规划，然后将其中的模块进行划分，并选择合适的技术实现各模块的功能，其主要包括包括整体方案设计、模块设计以及软件开发设计等几个方面。一般的计算机网络监控系统都是以计算机系统为处理中心，并配备有相应的视频输入、视频输出设备以及一些其他类型的通用设备，具体情况如图1。

2.1整体设计方案

本方案将监控系统的设计分为了视频传输以及视频监控两大部分。在网络环境较好的条件下，可以考虑使用一对一不经压缩的原视频传输方式，这种视频传输方式所传输的视频十分清晰，而且实时性比较高，传输成本较低；如果网络环境不容乐观，那么可以利用SDH光传输网络，首先将视频信号进行压缩，然后再传输到网络平台上，最后从平台上传输到计算机系统当中。在将压缩后的视频信号从网络平台传输到计算机系统的过程中要使用光端机传输的方式，尽量保持图像的清晰度，避免视频信号失真从而无法达到计算机处理的要求。光端机可以使用英飞拓N3630型或者N3644型，其中前者比较适合画面变化频率较快的视频信号传输，而后者比较适合画面变化频率较慢的视频信号传输。视频信号传输示意图如图2。

在网络环境比较好的情况下，可以使用一对一的视频信号传输方式，此时用到的光端机为N3844型或者N3747型，利用这两种型号的光端机可以将视频矩阵当中的多路信号同时上传到计算机系统当中。但是由于光线强度以及天线方向等各方面原因，所以视频信号的传输最好是使用光纤传输。如果需要传输的视频信号较多，可以将视频信号先进行压缩，再统一传输。

2.2模块的划分

计算机视频监控系统主要有三个部分：应用层、处理层以及会话层。监控系统模块的设计也是严格按照这个划分标准进行的。根据每个部分所具备的功能以及相互之间的联系分别为各个部分设计具备特有功能以及连接端口的模块。以功能为划分标准，可以将系统分为四大模块：控制模块、通信模块、用户模块以及中心处理模块，其中中心处理模块是位于处理层，通信模块以及控制模块是位于会话层，用户操作模块是位于应用层，具体情况如图3。

2.3 监控系统软件开发

在本监控系统当中，使用普通计算机作为数据收集服务器，操作系统选择的是红帽linux系统；视频信号收集使用的是天敏PCI收集卡，驱动程序使用的是V4L内核驱动；软件开发语言使用的是C++3.0。管理类服务器也是使用的普通计算机作为管理中心，操作系统选择的是红帽Linux系统；编程语言使用的是Java程序语言；客户端的操作系统选择的是Windows系统，软件开发语言使用的是C++6.0。

3监控系统模块功能的实现

在监控系统设计完成以后，可以开始对各模块功能的实现进行详细分析。

3.1通信模块功能的实现

监控系统主要由信息管理中心、客户端以及信息收集服务器三个部分组成。其中信息管理中心为核心组成部分，三者相互协作，形成一个完整的系统。通信模块的主要功能就是将这三个部分联系在一起，使得信息管理中心能够很好地控制客户端以及信息收集服务器的运行。通信模块会传达用户请求、系统回复、中心指令等信息。此外，信息收集服务器在输入视频信号以及删除视频前都会向信息管理中心报告。

3.2中心处理模块功能的实现

中心处理模块的主要功能是对传输到系统当中的所有视频信号进行分析和处理，是整个监控系统中的核心模块，其视频处理的质量将直接影响监控系统的性能。因此，在实现中心处理模块的功能时，要尽量合理分配系统资源，优化资源利用方案，避免产生资源浪费。

在对中心处理模块进行设计前，我们对加州大学伯克利分校以及劳伦斯·伯克利实验室的视频工具video conference进行了研究。经过研究了解到了video conference的具体结构，并参考这种结构对中心处理模块进行设计，将其设计成通用性比较强的模块，使其无论位于哪个部分都能正常使用。这种设计方式不仅减少了软件开发的工作量，还提高了模块的通用性。

中心处理模块的主要功能有视频信号的收集、视频信号的编码、视频信号的接收与传输、视频信号的储存以及视频处理及回放等。由于中心处理模块的通用性比较强，所以客戶端和信息收集服务器都是使用的同一套中心处理模块，其中，信息收集服务器利用中心处理模块进行视频信号收集、视频信号的编码、视频信号的传输以及视频信号的储存；而客户端利用中心处理系统进行视频信号的接收、视频信号的解码、视频信号的储存以及视频的处理和回放。

中心处理模块使用的编程语言为C++语言，各项功能分别封装在不同的部分，整个中心处理模块再使用某种方式进行封装，并留出一定的公共接口，用于中心处理模块与其他模块的联系与数据传输。

在对中心处理模块进行分析前，需要先解释视频源的概念。视频源是视频信号实体化的表现，其能够独立提供视频内容，所以多个视频源就有着多个独立的视频内容。而在监控系统当中，视频源可以是某张视频收集卡，也可以是某种储存器上的视频文件。在视频输出方，只需要有一个视频源，这种视频源即就是本地视频源，其内容是通过视频收集卡得到的；而在视频接收方，视频源是有许多的，每个是视频源都对应着独立的视频内容。

3.3控制模块功能的实现

控制模块是处于中心位置，被用户模块、通信模块以及中心处理模块所包围，其主要功能是连接用户模块与通信模块的控制系统、控制用户之间的会话以及管理视频源。

本系统的视频通信都需要利用控制模块的会话功能。会话指的是通信双方从建立视频联系、发送视频信号到接收视频信号这一过程。由于中心处理模块支持单线传输以及分流传输的方式，所以会话可以一对一地进行，也可以多人同时进行，其具体工作原理与数据传输方式相类似。

3.4用户操作模块功能的实现

计算机网络远程监控系统是需要用户进行操作的，所以用户模块的设计也是十分重要的。用户操作模块主要功能有两 （下转第220页）

（上接第218页）

点，一是将对应位置的监控视频展现给用户，二是用户能够通过操作界面对监控系统进行调整和控制，以便更好地实施监控工作。

4 监控系统测试

当前有相当一部分监控系统使用的是SDI数字分量串行接口传输系统，这种传输系统可以通过矩阵和网络线路将未经压缩的数字视频信号以及音频信号从源头处传输到目标位置。数字分量串行接口传输系统符合大部分监控系统应用的要求，而且能够有效处理高质量的视频信号，至今还未被其他传输系统超越。所以，本系统当中大部分设备也是使用的数字分量串行接口，比如服务器、监控设备等。某些设备在接入时需要输入对应的串行数字信号，输出时要求也不一样。在应用该传输系统时要注意，在信号传输过程中要避免产生延迟。

5结束语

本文简单介绍了几种网络数据传输方式，包括单线传输、子网传输以及分流传输等，然后从整体设计、模块划分以及系统软件开发等几个方面对系统设计进行了分析，提出了实现各模块功能的方法，并对系统进行了测试，为计算机网络视频远程监控系统的应用提供了一定的参考。

参考文献：

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[2] 刘炜.IP组播技术在远程视频监控系统中的应用[J].计算机应用研究，2002（2）： 108-110.

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[4] 赵键，吴介一. 一类基于主动网络的网络拥塞控制策略[J].通信学报，2000（21）.