摘要：随着计算机及网络技术、多媒体技术的高速发展，计算机处理能力和存储容量的大幅提高，尤其是各种实用视频压缩处理技术以及网络传输技术的发展，促进了远程视频监控系统的产生与发展。本文在现有的视频监控的基础上，提出了一种基于TCP/IP网络的远程视频监控系统实现方案。
关键词：网络视频监控；技术研究；应用
一、视频监控技术概述
视频监控技术是利用视频探测技术、视频设防区域并实时显示、记录现场图像的电子系统或网格。视频监控技术从1970s开始，可分为三个阶段：模拟视频监控阶段、数字视频监控阶段、智能网络视频监控阶段。
模拟视频监控是基于模拟电视模式，以模拟视频矩阵为核心，以磁带为存储介质的视频监控系统。模拟视频监控自动化程度低，存储容量有限，需要经常更换录像机磁带，视频检索效率低下。模拟视频监控系统除在特殊使用场合外，已退出视频监控领域。
视频监控系统由视频采集设备、传输与交换、视频控制显示系统、视频存储系统组成。本文以网络视频监控为主线，介绍视频监控系统的工程设计。
二、网络视频监控系统设计原则
（一）编码器的配置技术
网络视频监控系统的设计通常是每一视频信号配置一个编码器。监控中心可同时监视多路视频（如4、6、8、12、16……）或分别监控一路视频，某一路视频编码器发生故障只会影响该路监控，而不会影响其他摄像机的工作。网络视频系统的编码器有两种：一种编码器是一个独立的专用设备；另一种编码器与网络服务器合为一体。
（二）支持远程监控技术
所谓“远程”：一是摄像机到监控中心的距离远，二是两个监控中心的距离远。当有两个以上监控中心不在同一个局域网范围内，需要通过其他（如广域网）线路远距离连接（如一个E1或几个E1线路，有时甚至低于1Mbit/s带宽的线路连接），又要在一条线路同时监控多路视频监控点（摄像机），实现的方法有两种：①画面分割器将多路视频信号组合成一路视频信号，经一个视频编码器转换IP视频监控“包”在网络（局域网、广域网）上传送。此方案画面分割器本身会产生较大的图像下降或延时，系统可靠性会降低，不推荐使用；②基于嵌入式系统和基于MPEG－4编码压缩技术可以实现在E1（2M）线路上甚至更低带宽的线路上保证高质量的视频图像。当前采用此方案的较多。
（三）远程录像和录像回放
录像和回放是视频监控系统不可缺少的功能，通常采用录像资料本地存放和在线实时回放相结合的方案。远程录像回放功能的实现必须充分考虑通信线路带宽的限制，一般采用较高标准的编码压缩技术。
（四）系统应具有支持组播能力的网络交换机或路由器
系统要实现组播，应采用支持组播技术的网络交换机或路由器，能够有效利用网络带宽。
（五）QOS（服务质量）的部署
QOS是网络的一种质量保障机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。
三、网络视频前端监控设备
系统目前多采用DS-8000系列作为前端监控设备，采用球形或枪形高清晰网络摄像机，Linux嵌入式操作系统以及专用视频处理芯片，支持多客户同时访问和全部的主流压缩格式(如MJPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.264格式等)。内置高速云台、监控摄像机。Ds，8000通过LAIN接入客户网络，实现前端监控数据的数字化与网络传输。
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（一）网络视频监控系统构成
网络视频监控系统属于全数字视频网络监控系统，其特点是：系统为全数字视频网络虚拟交换/切换模式；摄像机是全数字一体化网络摄像机，也可以是模拟摄像机＋数字编码器设备或其他数字摄像机，具有数字视频数据信号直接输出，并以网络为传输媒介；基于TCP/IP协议，采用流媒体技术实现视频数据在网上的多路复用传输。浏览器或PC机，根据网络摄像机自带的独立（IP）地址对网络摄像机进行监控和访问。
（二）网络摄像机的选择
网络摄像机采用嵌入式架构，自带处理芯片，可配置IP地址，独立完成视频采集、编码、网络传输功能。
网络摄像机的选择要点包含：视频分辨率、传感器类型、照度、供电方式、网络接口协议、报警接口、音频接口、压缩算法、应用场合等。
在部署摄像机前，需要对监控对象、监控范围进行明确，分析监控对象的宏观与微观需求。宏观需求主要分析场景内的大概行为，微观需求主要对场景内的细节目标识别分析。宏观需求可使用短焦距网络半球型或枪式摄像机，微观需求可使用长焦距的网络枪式摄像机或半球摄像机。大部分的监控场所需要进行宏观分析与微观分析相结合。这种场合一般使用可变焦距的球型一体化摄像机或带云台（PTZ）摄像机。
网络摄像机的选择不仅需要从技术参数角度考虑，还应考虑摄像机的安装环境。安装环境决定了摄像机的灵敏度与防护罩的选用。室外无光源或光源比较弱时，应采用辅助光源（红外板）或低照度的网络摄像机。污染较为严重的场所还应采用防尘防护罩或自清洗防护罩。
网络摄像机突破了模拟摄像机传输距离的要求，网络摄像机供电距离在工程设计中应予以重视。室内监控摄像机可采用POE供电形式；对于球型一体化摄像机或PTZ摄像，应考虑单独敷设可靠的单独供电。
（三）网络视频传输与交换
网络视频监控系统中数据流有两种类型：视频流、命令流。视频流是监控系统中主要的、占据大部分传输带宽的流媒体；命令流也叫控制流，其占用资源较小。视频监控系统数据流的基本要求是延时小、丢包少、实时传输。
在网络视频传输与交换网络的设计中，应选择合理的交换网络及控制协议来保证视频传输的实时性、准确性。通常采用实时传输协议（RTP）和传输控制协议（RTCP）相配合来实现流媒体的传输，采用TCP协议进行控制命令的传输。
网络视频监控系统视频传输与交换设计时，应对网络带宽、网络延时、网络抖动等三个方面特别注意。
网络带宽是视频监控网络传输的一个重要指标。视频流及其附加协议构成了视频监控网络带宽的主要部分，控制流也占据了部分带宽，但相对量级较小。单路4CIF视频流通常码流为2Mbps，常用的720p视频码流为4Mbps，1080p视频码流为8Mbps。
网络延时是视频监控流媒体包（IP包）中网络传输时的时延。时滞可分为发送时延、传播时延、处理时延、排对时延等。对于网路视频监控系统，网络时延主要体现在交换机、路由器等有源数据交换分配硬件设备的排队过程，其他类型时延基本可以忽略。在网络拥挤时，网络时延延长，达到一定极限，视频监控流媒体有可能产生丢包现象。
（四）智能网络监控系统的发展
模拟视频监控阶段和数字视频监控阶段，安保人员需要实时盯着监控屏幕，以发现可疑情况，而摄像机与监控摄像机并非一对一的配置。视频监控系统会出现大量的信息遗漏，不能及时处理突发情况，只能做为事后追踪的手段。
具有视频分析功能的智能网络监控系统是视频监控系统的发展的趋势。让智能网络监控系统读懂视频图像，通过视频分析技术，把目标从背景图像上抽离出来，对比事先设定的逻辑规则，实现对事件的判断。
参考文献：
[1]西刹子.智能网络视频监控技术详解与实践，清华大学出版社，2010年2月
[2]张冬.大话存储-网络存储系统原理精解与最佳实践清华大学出版社，2008年11月
[3]GB50395-2007.视频安防监控系统工程设计规范
论文作者:刘嘉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/27
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