应用流媒体技术的网络视频监控系统设计与实现

发布于:2021-09-13 13:17:36

电脑编程技巧与维护
应用流媒体技术的网络视频监控系统设计与实现
胡宏玉
(天津城市建设管理职业技术学院,天津 300000) 摘 要:应用流媒体等技术实现了网络实时传输的功能,使用户端实时地掌握、记录和处理由现场传来的各种实时 信息。同时还可以通过监控端设备将控制要求传送到被控端,完成以前只有在现场才能完成的操作,并且该系统支 持多客户端的同时监控。 关键词:流媒体; 远程; 网络视频监控系统; 实时传输; 编码技术

Application of Streaming Media Technology in Network Video Monitoring System Design and Implementation
HU Hongyu
(Tianjin city construction management Career Technical College , TianJin 300000)
Abstract: Application of this system streaming media technology to realize the function of the network real-time transmis- sion, make the client real-time to master, records and processing by the spread of all kinds of real-time information. At the same time also can by monitoring the end equipment will be sent to the control requirement was charged, before the finish in the scene to do only operation, and the system of the client support and monitoring. Key words:stream media ; Remote ; network video monitoring system ; real time transmission ; coding technology

随着多媒体技术、网络技术、通信技术、压缩技术、计 算机性能的提高和网络带宽的增大,以及计算机视觉技术的 快速发展都为网络视频监控技术提供了良好的技术支持*台, 使远程视频监控已成为当今的主流。
1 设计背景
随着网络技术与计算机技术的飞速发展,流媒体应用得到 了迅速的推广,给人类的生产、生活及工作方式带来了巨大变 革,同时现在安防产品已经进入了网络化阶段,无论是硬盘录 像机,还是网络视频服务器,网络一体化,网络矩阵等,基于 网络的功能越来越多。应用流媒体技术设计网络监控系统不仅 可以将传统的布线连接、传输模式全部基于网络进行架构,而 且使得监控工作能在任何时候、任何地点均能进行。 网络视 频监控系统是综合了视频服务器、网络摄像机、实时多任务操 作系统、高效压缩编码以及总线等,它能允许用户不论何时何 地只要有一台 IP 主机就能观看其安装摄像头所监控的一端。 这就是网络视频监控系统,它是纯数字视频监控系统。 在网 络视频监控系统中应用流媒体技术主要是实现视频图像的传 输、转发和点播。充分利用流媒体本身具有的优势,将声音、 影像或动画由服务器向用户计算机进行连续、不间断地传送, 在一定程度上突破了网络带宽对多媒体信息传输的限制,另外 采用流媒体方案具有明显成本优势以及灵活性和拓展性。
2 流媒体技术
流媒体技术就是一种可以使音频、视频和其他多媒体能在 Internet 上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。 而流媒体传输技术的主要特点是以流的形式进行多媒体数据的 传输。而流媒体传输的多媒体数据必须经过适当的处理才能适 应流式传输,它需要采用更加高效的视频压缩算法,采用合适 的传输协议,编码器对于即时音/视频信号进行压缩、编码, 生成适合以流方式传输的媒体内容放在流媒体服务器或网站服

务器上,流媒体服务器响应请求,用户可以边下载边观看,而 不需要等整个文件下载完成后才可以观看的网络传输技术。 由于网络带宽及网络线路稳定性的问题,常常会使网络监控中 出现图像延迟时间长,图像帧率不够、图像画质不理想等现 象,而流媒体技术就能在保障图像相对良好的同时增加压缩比 例,减少传输、存储资源的占用。实际上就是先在用户的电脑 上创造一个缓冲区,而且是一个环形链表结构的缓冲区,在播 放前预先下载一段数据作为缓冲,当网络实际连接速度小于播 放器的播放速度时,播放程序就会使用这一缓冲区内的数据, 避免播放的中断,以保证播放的质量。 2.1 流媒体传输流程
流媒体技术是在数据网络上以流的方式传输多媒体信息 技术。它需要解决从音频/视频源的编码/解码到网络端的媒体 服务、流媒体传输,到用户端的授权监视、控制、存储等一 系列问题。它的传输流程如图 1 所示。

视频 音频

A/D 转换 编码压缩





















CPU

网络

图1

2.2 流媒体技术

2.2.1 压缩问题

要在保证质量的前提下,码流速率尽量低,再有就是编

码的可靠性和冗余性,采用了目前国际广泛使用的 MPEG4 标

准方式,因为此方式更侧重于实用性。在带宽变动时可自动

作者简介:胡宏玉 (1962-),女,讲师,研究方向:计算机 科学与技术。 收稿日期:2011-09-

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NETWORK AND COMMUNICATION

网络与通信

调整传输整码率,以保证在网络条件不太好的情况下,传输 仍能达到较好质量要求的图像。 2.2.2 前端性能
网络视频前端的性能制约着流媒体的服务、扩展能力的 发挥,因此要选择合适的摄像机以及与摄像机相配套的前端 设备。特别是 CPU 能力、 I/O 总线等。它们的视频前端都要 采用大规模并行处理的嵌入式结构,采用 Web 方式,可使监 控者通过网络在 IE 浏览器随时随地地进行监控。 2.2.3 图像控制
播放方式是制约流媒体性能的重要因素,因此在 IP 网络 上进行流媒体传输采用应用层的质量控制机制和 IP 组播构建 一种具有组播能力的网络。用 IP 组播协议实现多个服务器的 观看,在不增加发送端的网络带宽的条件下,提供多个用户 对视频服务器的访问。 2.2.4 对数据进行实时传输差错控制
采用实时传输协议/传输控制协议对网络数据传输过程中 出现的问题进行实时监控。如数据丢失、抖动、延迟、乱序 等错误,并通过一定的缓冲和补偿最大限度地修正网络传输 差错,来保证传输质量。
3 系统设计方案
采取网络实时传输的视频监控系统。一个完善的网络视频 监控系统,在保证系统功能的前提下,要尽量保证视频流在网 络上以较少的数据量传输尽可能多的数据信息,达到在客户端 能够以较清晰的画面把视频图像显示出来。根据实际使用功能 及安全防范管理的要求,对安防监控的场所进行实时有效的视 频监视、图像显示、处理、记录和回放,达到用户不论何时何 地只要有一台 IP 主机就能观看其安装摄像头所监控的一端。 设计中使用流媒体视频编码技术,运用编码工具将摄像机采集 到的音视频信号进行压缩编码,转换成流格式。采用流媒体发 布*台完成流媒体的发布。采用 HTTP/TCP 来传输控制信息, 而用 RTP、RTCP、RTSP 等网络协议传输实时流媒体数据。 3.1 结构体系
如图 2 所示,其主要工作过程是从摄像头即网络视频监 控系统前端获得原始的视频信号,经过视频编码部分主要由 视频数据采集芯片和 MOEG4 压缩芯片等组成部分,将数据转 化成 MOEG4 数据流,再通过局域网络将 MOEG4 数据流传送 到流媒体视频服务器,流媒体服务器将数据流转换成流媒体 格式,通过网络接口实时传送到计算机网络上;监控端连接 到计算机网络上获得媒体数据流并进行解码解压缩,PC 端则 通过浏览器进行视频的监测并可发出控制命令进行控制。一 方面可以通过流媒体视频播放软件实时地播放 MPEG4 视频数 据,掌握由现场传来的各种实时信息,还可以通过监控端将 控制信息传送到前端进行控制,以完成在现场所能完成的各 种操作。 3.2 优势
可不间断地由服务器向用户实时传递信息,一定程序上 突破了网络带宽对多媒体信息传输的限制,与传统方式光纤 或同轴电缆传输视频信号的方式相比能节约成本并有很好的

灵活性和可扩展性,能够通过远程进行集中存储和管理,保 证了监控的实效性,并降低了系统的维护成本。

视频编码压缩 摄像头 1
流媒体视 频服务器 摄像头 n
数据流
网络 RTP/UDP/TCP

网络

监控端
解码/ 解压

控制信息

TCP/RTCP/RTSP
图2
4 技术问题
(1) 编码/压缩的性能首先是压缩效率。压缩效率要求在 保证音/视频质量的前提下,流媒体的码流速率尽量低。其次 是编码的冗余性和可靠性。采用的是网络视频监控编码/压缩 方式 MPEG4 方式,它在窄带宽下更侧重于实时性,而清晰度 不理想。因此要提高压缩比和优化压缩算法才能更好地解决 图像质量问题。
(2) 网络视频前端性能。网络视频前端性能成为制约流 媒体服务扩展能力的主要因素。网络视频前端性能的关键指 标是流输出能力和能同时支持的并发请求数量。影响网络视 频前端性能的主要因素是 CPU 能力、I/O 总线、存储带宽等。
(3) 缓存技术。网络视频监控系统的实现需要缓存。In- ternet 是以包传输为基础进行的异步传输,由于网络传输的不 稳定性,各个包选择的路由不尽相同。因此到达客户端的时 间先后也会发生变化,甚至会产生丢包现象。为了解决对网 络传输、图像理解等安防的特殊需求,需要提高缓存来弥补 数据的延时,并重新对数据包进行排序,从而达到数据能连 续输出,不会因网络的阻塞而使监控图像出现停顿现象。
5 结语
应用流媒体技术的网络视频监控系统,充分实现了实体 防范和技术防范的结合,集成了计算机技术、网络技术、信 息技术、计算机视觉等技术。网络视频监控系统可以不受时 间和空间的限制,实现网络远程多点监控,完整实现视频监 控、数字录像和视频联网功能。由于流媒体技术所具有的各 种优势,使得该技术在网络视频监控系统中得到广泛的应用, 随着流媒体软、硬件技术的提升,流媒体技术将得到更广阔 的应用。
参考文献
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