一、視頻監(jiān)控系統(tǒng)介紹

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的組成部分，它是一種防范能力較強的綜合系統(tǒng)。視頻監(jiān)控以其直觀、方便、信息內容豐富而廣泛應用于許多場合。近年來，隨著計算機、網(wǎng)絡以及圖像處理、傳輸技術的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術也有長足的發(fā)展。

1、網(wǎng)絡化視音頻綜合信息業(yè)務

在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，由于IP技術提供了各類不同信息業(yè)務在數(shù)據(jù)傳輸和信息交換層面的技術一致性，并可以較為有效地對雙向不對稱的信息業(yè)務提供支撐，因此，在基于IP與IPv6的信息網(wǎng)絡融合的推動下，網(wǎng)絡所承載的信息業(yè)務實現(xiàn)了進一步融合，構成了一個包含不同業(yè)務模式的綜合信息業(yè)務環(huán)境。

在單向式廣播業(yè)務方面，由于廣播電視網(wǎng)絡正在逐漸實現(xiàn)基于IP網(wǎng)絡和基于Web的網(wǎng)絡融合，因此，視音頻廣播業(yè)務可以在融合信息網(wǎng)絡環(huán)境下實現(xiàn)更為靈活的雙向互動功能，為傳統(tǒng)的單向廣播提供了潛在增值業(yè)務模式。

在雙向互動業(yè)務方面，隨著傳統(tǒng)電信網(wǎng)面向計算機互聯(lián)網(wǎng)的融合，各類多媒體信息業(yè)務逐漸成為通信業(yè)務的主要發(fā)展趨勢，而其中雙向業(yè)務的不對稱性，又可以由IP網(wǎng)絡所提供的組播、多播等技術進行彌補，實現(xiàn)靈活的業(yè)務模式。
特別地，視頻監(jiān)控業(yè)務，已經(jīng)成為信息網(wǎng)絡融合推動下所實現(xiàn)的一項關鍵業(yè)務，由傳統(tǒng)的、應用于安防領域的視頻監(jiān)控業(yè)務出發(fā)，視頻監(jiān)控已經(jīng)擴展為實時雙向視音頻通信與媒體傳播業(yè)務的綜合業(yè)務形態(tài)。近年來，視頻監(jiān)控已經(jīng)突破了已有內涵，實現(xiàn)了面向更為廣泛的雙向互動業(yè)務的擴展。

因此，本文在對互動視音頻業(yè)務進行研究的過程中，將從視頻監(jiān)控業(yè)務出發(fā)，探討基于IP與互聯(lián)網(wǎng)的、更為有效和高效的互動視音頻業(yè)務形態(tài)，并對其支撐技術進行研究。

2、視頻監(jiān)控技術發(fā)展現(xiàn)狀分析

在國內外市場上，主要推出的是數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控和數(shù)字視頻監(jiān)控兩類產(chǎn)品。前者技術發(fā)展已經(jīng)非常成熟、性能穩(wěn)定，并在實際工程應用中得到廣泛應用，特別是在大、中型視頻監(jiān)控工程中的應用尤為廣泛；后者是新近崛起的以計算機技術及圖像視頻壓縮為核心的新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了模擬系統(tǒng)部分弊端而迅速崛起，但仍需進一步完善和發(fā)展。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)正處在數(shù)控模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)混合應用并將逐漸向數(shù)字系統(tǒng)過渡的階段。下面對這兩類系統(tǒng)進行簡要的介紹與分析：

（1）數(shù)字信號控制的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)

此監(jiān)控系統(tǒng)分為基于微處理器的視頻切換控制加PC機的多媒體管理和基于PC機實現(xiàn)對矩陣主機的切換控制及對系統(tǒng)的多媒體管理兩種類型。但是模擬監(jiān)控系統(tǒng)的主要有以下缺點：

①通常只適合于小范圍的區(qū)域監(jiān)控模擬視頻信號的傳輸工具主要是同軸電纜，而同軸電纜傳輸模擬視頻信號的距離不大于1Km，雙絞線的距離更短，這就決定了模擬監(jiān)控只適合于單個大樓、小的居民區(qū)以及其它小范圍的場所；

②系統(tǒng)的擴展能力差對于已經(jīng)建好的系統(tǒng)，如要增加新的監(jiān)控點，往往是牽一發(fā)而動全身，新的設備也很難添加到原有的系統(tǒng)之中；

③無法形成有效的報警聯(lián)動在模擬監(jiān)控系統(tǒng)中，由于各部分獨立運作，相互之間的控制協(xié)議很難互通，聯(lián)動只能在有限的范圍內進行。

系統(tǒng)盡管已發(fā)展到很高的水平，但已無太多潛力可挖，其局限性必然存在，要滿足更高的要求，數(shù)字化是必由之路。

（2）數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

隨著多媒體技術、視頻壓縮編碼技術、網(wǎng)絡通訊技術的發(fā)展、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)迅速崛起，現(xiàn)今市場上有兩種數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)類型，一種是以數(shù)字錄像設備為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在：功能多，系統(tǒng)結構簡化，數(shù)字多媒體遠程網(wǎng)絡監(jiān)控不受距離限制，有利于系統(tǒng)實現(xiàn)多媒體信息查詢。但隨著基于PC機的視頻監(jiān)控錄像系統(tǒng)的發(fā)展，在實際工程使用過程中，也暴露出一些不足，主要是系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定性；

另一種是以嵌入式視頻Web服務器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。它是以應用為中心，軟硬件可裁減的，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積等綜合性嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。這種監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)缺點表現(xiàn)在：

①系統(tǒng)為專用系統(tǒng)，所以系統(tǒng)小，指令精簡，處理速度快；

②系統(tǒng)數(shù)據(jù)置于ROM/FLASHMEMORY，調用速度快，不會被改變，穩(wěn)定性好；

③系統(tǒng)處理實時性好，性能穩(wěn)定；

○4文件管理系統(tǒng)更適合于大量的視頻數(shù)據(jù)；

○5該類系統(tǒng)目前四路以上機型還較為少見；

○6在網(wǎng)絡功能、音視頻同步等方面也難令人滿意。

二、即時通信系統(tǒng)的原理介紹

即時通信（InstantMessenger，簡稱IM），它是一種使人們能在網(wǎng)上識別在線用戶并與他們實時交換消息的技術。典型的IM是這樣工作的：當通信對象列表（buddylist）中的某人在任何時候登錄上線并試圖發(fā)出通信請求時，IM系統(tǒng)會發(fā)一個消息提醒用戶，然后建立一個通信會話并鍵入消息文字進行交流。
即時通信的出現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)有著密不可分的關系，從技術上來說，IM完全基于TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議族實現(xiàn)，而TCP/IP協(xié)議族是整個互聯(lián)網(wǎng)得以實現(xiàn)的技術基礎。

首先，用戶A輸入自己的用戶名和密碼登錄即時通信服務器，服務器通過讀取用戶數(shù)據(jù)庫來驗證用戶身份，如果用戶名、密碼都正確，就登記用戶A的IP地址、IM客戶端軟件的版本號及使用的TCP/UDP端口號，然后返回用戶A登錄成功的標志，此時用戶A在IM系統(tǒng)中的狀態(tài)為在線（OnlinePresence）。

其次，根據(jù)用戶A存儲在IM服務器上的聯(lián)系人列表（BuddyList），服務器將用戶A在線的相關信息發(fā)送到也同時在線的即時通信聯(lián)系人的PC機，這些信息包括在線狀態(tài)、IP地址、IM客戶端使用的TCP端口（Port）號等，即時通信聯(lián)系人PC機上的即時通信軟件收到此信息后將在PC桌面上彈出一個小窗口予以提示。

第三步，即時通信服務器把用戶A存儲在服務器上的聯(lián)系人列表及相關信息回送到他的PC機，這些信息也包括在線狀態(tài)、IP地址、IM客戶端使用的TCP端口（Port）號等信息，用戶A的PC機上的IM客戶端收到后將顯示這些聯(lián)系人列表及其在線狀態(tài)。

接下來，如果用戶A需要與用戶B進行通信，他將直接通過服務器發(fā)送過來的用戶B的IP地址、TCP端口號等信息，直接向用戶B的PC機發(fā)出信息，用戶B的IM客戶端軟件收到后顯示在屏幕上，然后用戶B再直接回復到用戶A的PC機，這樣雙方的即時消息就不通過IM服務器中轉，而是通過網(wǎng)絡進行點對點的直接通信，這稱為對等通信方式（PeerToPeer）。在商用即時通信系統(tǒng)中，如果用戶A與用戶B的點對點通信由于防火墻、網(wǎng)絡速度等原因難以建立或者速度很慢，IM服務器還提供消息中轉服務，即用戶A和用戶B的即時消息全部先發(fā)送到IM服務器，再由服務器轉發(fā)給對方。早期的IM系統(tǒng)，在IM客戶端和IM服務器之間通信采用采用UDP協(xié)議，UDP協(xié)議是不可靠的傳輸協(xié)議，而在IM客戶端之間的直接通信中，采用具備可靠傳輸能力的TCP協(xié)議。隨著用戶需求和技術環(huán)境的發(fā)展，目前主流的即時通信系統(tǒng)傾向于在即時通信客戶端之間、即時通信客戶端和即時通信服務器之間都采用TCP協(xié)議。

三、即時通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方案

1、系統(tǒng)整體架構設計方案概述



圖1 系統(tǒng)整體架構
本系統(tǒng)基于瘦客戶端的C/S模式，在體系結構上采用以服務器為中心的星型結構，創(chuàng)新性地把監(jiān)控現(xiàn)場端和監(jiān)控中心端C角色化。即在本系統(tǒng)中所有的監(jiān)控現(xiàn)場端和監(jiān)控中心端相對整個系統(tǒng)的架構而言都是客戶端，它們的通信都需要經(jīng)過服務器的驗證中轉。同時，監(jiān)控中心使用者的登錄由于這種架構模式，也必須要經(jīng)過服務器的驗證才能成功登錄，進而獲得監(jiān)控的權利。

本系統(tǒng)S端即服務器端的作用相當重要，因為系統(tǒng)采用瘦客戶端模式，所以服務器端要擔當更多的功能：用戶登錄的確認、遠程監(jiān)控主機的驗證和連接、現(xiàn)場主機的驗證和連接、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)包的解析、構造視頻通信線路的連接等等功能?？梢哉f，整個服務器端就是整個系統(tǒng)正常運轉的核心所在，它的穩(wěn)定性直接關系到整個系統(tǒng)的正常運轉。

通信線路的連接利用了Skype提供的API。TOM-Skype是TOM在線和SkypeTechnologiesS.A.聯(lián)合推出的互聯(lián)網(wǎng)語音溝通工具。TOM-Skype采用了最先進的P2P技術，能提供超清晰的語音通話效果，使用端對端的加密技術，保證通訊的安全可靠?，F(xiàn)代系統(tǒng)開發(fā)的特點在于可重復性，本系統(tǒng)架構的視頻通信線路就很好的考慮到了這一點，充分利用了Skype的特點，這樣既保證了視頻通信線路開發(fā)的簡單有效，又提高了視頻通信線路的性能和穩(wěn)定性。可以說，這也是本系統(tǒng)的一大特點。

2、系統(tǒng)架構設計的優(yōu)越性

（1）安全性

系統(tǒng)的整體架構的特點決定了整個系統(tǒng)的安全性比較突出，正因為把監(jiān)控現(xiàn)場端和監(jiān)控中心端統(tǒng)一客戶端化，所以所有的客戶端的登錄都要經(jīng)過服務器的驗證。與此同時，所以通信協(xié)議的有關數(shù)據(jù)包也都要經(jīng)過服務器的解析、中轉。特別的，整個視頻通信的線路也是經(jīng)過服務器把有關協(xié)議的數(shù)據(jù)包解析以后，經(jīng)過驗證才可以建立起來的。這樣，整個架構的安全性就集中在S端得到了有效的保證，很突出的完成了視頻通信系統(tǒng)的安全性的要求。

（2）網(wǎng)絡化

由于本系統(tǒng)采用IP網(wǎng)絡的遠程監(jiān)控的設計開發(fā)模式，從而在某種程度上打破了布控區(qū)域和設備擴展的地域和數(shù)量界限。系統(tǒng)網(wǎng)絡化將使整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的硬件和軟件資源的共享以及任務和負載的共享。

（3）經(jīng)濟簡單性

不管是個人電腦PC機還是工作站還是大型主機，只需要通過本系統(tǒng)的一個安裝文件加上一個USB攝像頭既可以實現(xiàn)監(jiān)控，不需要用戶安裝其它軟件，也不需要視頻采集卡。

（4）可擴展性

開放性客戶端的定義使得整個系統(tǒng)的可擴展性得到了極大的提高，通過開發(fā)不同的客戶端可以延展整個系統(tǒng)的功能特點，而這一切的前提是只需要經(jīng)過以服務器為核心的驗證中轉等。

（5）開放性

正是由于本系統(tǒng)采用了經(jīng)過IP網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，從而通過網(wǎng)絡攝像機、模擬攝像機和視頻服務器，系統(tǒng)可以聯(lián)接到IP網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)的傳輸。另一方面，系統(tǒng)可以通過PDA、掌上電腦以及其它可以與PC服務器和網(wǎng)絡存儲器相連的設備來提供相應的信息。這種開放式的系統(tǒng)可提供更好的可擴展性、集成性和經(jīng)濟實用性。

（6）接口的先進性

由于本系統(tǒng)的視頻通信線路采用了Skype提供的API來實現(xiàn)的，而Skype本身又提供了手機、電話的語音連接功能，故在3G網(wǎng)絡時代，手機的視頻監(jiān)控技術成熟時，本系統(tǒng)通過Skype提供的API又可以將視頻監(jiān)控設備范圍擴展到手機上，切實適應3G時代的要求，進一步滿足用戶的更高層次的要求。

四、結束語

本文的研究核心是一個系統(tǒng)設計的問題，它包括終端、網(wǎng)絡、監(jiān)控中心三方面的設計思路和實現(xiàn)方法。基于Skype即時通信工具的視頻通信模塊的開發(fā)策略，可以有效地節(jié)省網(wǎng)絡資源，實現(xiàn)較小時延，減少網(wǎng)絡堵塞幾率，較好地保證了數(shù)字視頻傳輸?shù)貙崟r性和服務質量。