基于流媒体技术的视频监控系统及其应用研究

摘要：随着教育、企业、交通、医疗等领域对安防系统的要求越来越高，视频监控系统作为安防系统中重要的组成部分，也得到了快速的发展。而在传统的视频监控系统中由于监控数据量越来越大，监控范围越来越广，使其视频信号传输质量和实时性难以保障，而流媒体技术的兴起为解决以上问题提供了一条可行的途径。基于此本文介绍了流媒体的基本概念，并以此基础分析了流媒体应用于视频监控系统的关键技术，最后对系统应用中体系结构、工作过程及系统功能的讨论。

关键词：流媒体；视频监控；编码压缩；传输流程

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 01-0172-02

1 引言

视频监控是安防系统的重要组成部分，是公共安全领域重要的安全管理手段之一[1]。通过视频监控系统，安防人员可以直观而方便的掌握现场的安全动态，同时还可以满足事后寻求线索和调查取证的需要。为了满足这些要求，视频监控系统必须要有更高的清晰度和监控画面的实时性，但因为当前网络带宽有限，再加上监控项点和数据量越来越大，这样传统的面向存储单一码率的视频监控技术已经很难满足安防系统的要求。而流媒体技术的兴起与发展为解决以上问题提供了一条途径。基于流媒体技术的视频监控系统必将是网络视频监控技术向一体化、数字化和智能化发展的方向，该技术在安防工程实践中也将的到广泛的应用[2]。

2 流媒体技术概述

流媒体（Streaming Media）是指通过网络以实时的数据流方式传输和音视频多媒体信号的技术。而数据流方式就是把音视频信号通过编码压缩处理之后发送给流媒体服务器，从而用户就可以在监控端上通过网络访问流媒体服务器，而获得实时、连续的数据流，并在网络浏览器上边下载边观看。运用数据流方式之后就不再需要准备一个用于存储多媒体文件的空间，也不需要将媒体文件全部下载下来就可以通过浏览器直接观看。流媒体传输技术的主要特点是参与传输的多媒体数据必须以流的形式存在的，所以用于流媒体传输的多媒体数据必须要采用高效的编码器对即时的音视频信号进行压缩编码，使其格式符合流媒体传输要求的数据信号才能放在流媒体服务器上参与传输。

3 流媒体的关键技术

3.1 编码/压缩技术

编码是将多媒体文件转化成流媒体格式文件的数据处理技术。在流媒体技术实现中音视频数据的编码性能是决定流媒体传输质量的关键，而编码性能又由以下几个因素决定：一是编码效率，即在满足音视频质量的基础上要使媒体流的速率尽量低，从而实现对流媒体数据的压缩目的；二是编码的冗余性和可靠性。由于流媒体是在网络上进行实时传输的，所以必须将传输过程中的数据丢失对解码质量的影响考虑进来。

3.2 流媒体传输协议

流媒体传输协议主要有实时传输协议RTP、实时传输控制协议RTCP、实时流协议RTSP和资源预定协议。

（1）RTP与RTCP协议

RTP作为网络传输协议的一种，它主要针对多媒体数据流的传输问题，它同时支持多播和单播应用。一般RTP使用UDP传输数据，但是他也能够在TCP或ATM等协议上工作。就RTP本身而言，它并无法为按顺序传输数据包提供可靠的传输机制，同时也不能提供流量控制或拥塞控制，而是依靠RTCP来完成这些服务，因此，RTP一般会和RTCP配合起来使用，这样可以经过有效的反馈而达到良好的传输效率。

（2）RTSP协议

RTSP是针对一对多应用程序中通过IP网络传输多媒体数据而制定的，它在体系结构上高于RTP和RTCP，RTSP主要采用TCP或RTP实现数据的传输。它和采用单向方式的HTTP有所不同，RTSP支持客户端和服务器同时发出请求并做出响应。

（3）RSVP协议

RSVP是网络资源预订协议，它通过预留网络资源方式为流媒体的传输提供了优越的服务质量（QoS）。RSVP主要由发送者、接收者和主机或者路由器等元素组成，在进行发送前发送者首先告知接收者将要发送数据，同时告知需要采用怎样的服务质量（QoS），这时接收者会给主机或路由器一个同样的通知，然后系统就可以进行数据发送操作，在这个过程中主机或路由器负责流出所有合适的资源。

3.3 媒体服务器

媒体服务器是用于存储和控制流媒体数据的计算机，因此流媒体服务器的性能是决定其流媒体服务扩展能力的重要因素。媒体服务器性能的主要影响因素有处理器配置、I/O总线、存储带宽等，目前主要有两种搭建性能优越的媒体服务器的方法，一种是采用了大规模并行处理结构，这种方式应用较为广泛，比如采用超立方体结构将各个流媒体服务单元连接成一个整体；另外一种方式是采用较为简单的PC集群的方式，即利用局域网将若干个PC流媒体服务进行连接，在其前端采用内容交换与负载均衡器将流媒体服务请求尽可能均匀的分配给各个PC媒体服务单元。总体来看前者比后者的性能优越，但成本较高。

4 基于流媒体技术的视频监控系统的应用分析

4.1 系统的体系结构

实际应用中流媒体视频监控系统的设计方案较多，但就其体系结构的本质而言都比较类似，如图1所示为典型的流媒体视频监控系统体系结构图。系统主要有：音视频采集系统；音视频信号编码压缩器；流媒体视频服务器；网络传输系统；监控端等。

系统开启时，首先从音视频采集系统（摄像头）获得原始的音视频信号，经过由数据采集芯片和MPEG-4压缩芯片构成的编码部分将数据转化成MPEG-4数据流，再通过局域网将数据流传送到流媒体服务器，流媒体服务器将数据流转化为流媒体，然后通过网络将其实时的传输到计算机网络上，这样监控端就可以通过与网络的连接获取媒体数据流，并通过解码解压缩而得到实时音视频信号，并可以用浏览器播放，同时监控端还可以通过浏览器对前端实施控制。

4.2 系统的工作过程

在视屏监控系统使用时，用户通过在监控端计算机的浏览器上输入服务器的IP地址，就可以用浏览器调用的播放器实时的播放监控画面。流媒体监控系统的具体工作过程可以描述为：监控端详流媒体服务器发出请求后，Web浏览器和Web服务器使用HTTP/TCP进行控制信息交换，并将待传输的实时数据检索出来，Web浏览器调用A/V播放器，再使用HTTP从Web服务器检索相关参数对A/V播放器进行初始化，A/V播放器及A/V服务器运行RTSP/TCP和RTCP/TCP，使视频传输的控制信号得以交换，然后A/V服务器使用RTP/UDP协议将音视频数据传输给播放器。具体如图2所示。

4.3 系统实现的功能

系统能够实现的基本功能有以下几个方面：

（1）用户权限管理功能

用户要访问监控画面或对其进行控制时，其作出的访问或控制申请首先会被发送到流媒体服务器上，流媒体服

务器会对其权限进行认证，如果该用户具有以上操作的权限，则随即将监控画面向用户转发或执行用户的控制指令，这种用户权限的管理功能，很好的保证了系统的安全。

（2）实时监控功能

用户可以通过监控端浏览器观看权限允许区域内的所有监控图像，并且所有的画面都是实时动态的。同时所有的视频采集端都可以按照预先设定的流程成组或单独自动的巡视各个区域，也可以定点监视重要区域。并且可以通过监控端对前端进行远程控制和多画面分割组合监视。

（3）视频存储功能

系统将视频文件存放在流媒体服务器中，可以按照连续或者某时间端的方式进行录制，并且服务器还具备DVD光盘刻录功能，可以将视频文件刻成光盘保存。

（4）视频转发功能

流媒体视频监控系统支持同一局域网内的多个用户同时对同一个监控前端的访问，这时流媒体会对带访问用户进行逐一认证并将当前的数据进行转发。

（5）远程访问功能

系统提供的Web服务可以和企业管理信息系统进行连接实现联网功能，这样用户可以在任意的互联网节点的浏览器或客户端上获得所有监控前端的音视频信号。

5 结束语

基于流媒体技术的视频监控系统集合了计算机技术、网络技术、通信技术和计算机视觉技术，使其达到了在任何时间、任何空间都可以对多个远程前端的实时监控，同时实现了视频监控、信号的数字录制与储存及远程联网访问等功能，这些流媒体在视频监控系统中应用所产生的显著优势，使其在各个领域具有更为广阔的应用空间，尤其是随着流媒体软、硬件技术的继续提升，基于流媒体技术的视频监控系统将会有更加先进的功能和更为广阔的发展前景。

参考文献：

[1]隋晋光.IP视频监控系统安全性研究[J].数据通信，2008，2.

[2]刘广.视频监控系统中的流媒体QoS技术研究[D].武汉：武汉理工大学，2008