基于TCP/IP的視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)計(jì)

劉拴拴

（西安思源學(xué)院 汽車交通學(xué)院,西安 710038）

基于TCP/IP的視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)計(jì)

劉拴拴

（西安思源學(xué)院 汽車交通學(xué)院,西安 710038）

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控的技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)今的網(wǎng)絡(luò)公司均把大力發(fā)展視頻流技術(shù)放在了非常重要的位置，其中的流媒體編碼技術(shù)也得到很大的發(fā)展，而客戶端與服務(wù)器之間的認(rèn)證和傳輸也成為了該技術(shù)的重點(diǎn)，誰能更好的解決這些問題，提供最方便，快捷的解決辦法，誰就能在未來的網(wǎng)絡(luò)競爭中占得先機(jī)。

關(guān)鍵詞：流媒體；TCP/IP；實(shí)時(shí)監(jiān)控

1　實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)計(jì)背景

隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，監(jiān)控技術(shù)的不斷創(chuàng)新，特別是隨著CPU處理能力、硬盤容量和光纖傳輸?shù)燃夹g(shù)發(fā)展，促使實(shí)時(shí)監(jiān)控的多媒體處理技術(shù)的發(fā)展，實(shí)時(shí)的監(jiān)控技術(shù)從而成熟。它是集視頻技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和處理技術(shù)的綜合技術(shù)的系統(tǒng)，被應(yīng)用在很多領(lǐng)域。利用視頻監(jiān)控技術(shù)，能自動(dòng)監(jiān)視重點(diǎn)地區(qū)的危險(xiǎn)狀況，當(dāng)一些危害社會(huì)行為出現(xiàn)時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)向相關(guān)人員和部門提供現(xiàn)場情況，從而避免工作人員出現(xiàn)場，避免二次事故的發(fā)生，從而節(jié)省了大量的物質(zhì)資料的投入。另外，實(shí)時(shí)的監(jiān)控技術(shù)對(duì)城市商業(yè)區(qū)、城市交通十字路口、學(xué)校門前等重點(diǎn)地區(qū)的人流量進(jìn)行監(jiān)控[1]。除了上述的應(yīng)用，還有一些應(yīng)用允許游客訪問遙遠(yuǎn)的景點(diǎn)。

2　實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)需求

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控上，同時(shí)連接數(shù)字/模擬攝像頭、有線或無線網(wǎng)絡(luò)等，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)需要將得到視頻數(shù)據(jù)處理后傳輸至網(wǎng)絡(luò)，用戶可以在PC機(jī)、手持PDA或智能手機(jī)上的客戶端實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場等[1]。其實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)如圖所示。

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)主要的硬件是流媒體服務(wù)器。在系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)之前必須做好硬件選型，其次結(jié)合硬件平臺(tái)，進(jìn)行軟件研究和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)系統(tǒng)[2]包括硬件設(shè)備、文件管理和系統(tǒng)軟件等幾部分。整個(gè)系統(tǒng)的工作流程是：第一，通過視頻監(jiān)控設(shè)備采集監(jiān)控現(xiàn)場的音視頻信息；第二，將采集的視頻數(shù)據(jù)信息編碼壓縮；第三，是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)將處理后數(shù)據(jù)傳輸至用戶的客戶端。同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)按照應(yīng)用的需要進(jìn)行用戶數(shù)量和傳輸?shù)目刂疲_定網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)調(diào)整發(fā)送碼率。因此，流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控必須具備以下功能和性能：（1）支持多路復(fù)用和多用戶服務(wù)，同時(shí)支持不同的編碼的視頻格式；（2）提供實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的幀率、碼率和和網(wǎng)絡(luò)帶寬適應(yīng)；（3）支持各種網(wǎng)路環(huán)境的監(jiān)控，實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)質(zhì)量高，傳輸數(shù)據(jù)連續(xù)性高。

3　實(shí)時(shí)監(jiān)控方案設(shè)計(jì)

根據(jù)分析實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的需求，確定了流媒體服務(wù)器的功能需求，通過流媒體服務(wù)器的協(xié)議棧的設(shè)計(jì)，在傳輸層協(xié)議上解釋RTP，RTCP，RTSP協(xié)議，流媒體數(shù)據(jù)也都是打成RTP包，通過UDP端口發(fā)出去的，因此，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化分析，對(duì)于TCP/IP端口事件的調(diào)度以及把大量的流媒體數(shù)據(jù)從磁盤空間傳遞到網(wǎng)絡(luò)上，依據(jù)此給出了流媒體系統(tǒng)的軟件架構(gòu)，由流媒體服務(wù)器和客戶端兩部分組成，二者之間通過信令傳輸信息，數(shù)據(jù)發(fā)送和控制。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其最基本的體系結(jié)構(gòu)是分層次的，TCP/IP協(xié)議的傳輸層有面向連接的傳輸控制協(xié)議TCP和無連接的用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP兩個(gè)重要的協(xié)議。而RTP/RTCP是端對(duì)端的協(xié)議，RTP協(xié)議通常使用UDP來傳送數(shù)據(jù)，也可以使用TCP協(xié)議提供時(shí)間信息和實(shí)現(xiàn)流同步。RTP和RTCP的配合使用，能有效的適合網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。

4　實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)工作流程

根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，通過視頻編碼技術(shù)對(duì)所采集的視頻數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，從而將視頻數(shù)據(jù)信息壓縮成為能夠適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔?；客戶端的任?wù)是執(zhí)行接收視頻信息和解壓縮視頻數(shù)據(jù)，從而使得使用者能夠通過客戶端觀看實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像信息，其系統(tǒng)工作流程為：

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器初始化，開啟監(jiān)聽線程；（2）自動(dòng)搜索實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)器，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；（3）進(jìn)行登錄實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)器，并且配置傳輸方式發(fā)出請(qǐng)求；（4）對(duì)請(qǐng)求用戶進(jìn)行認(rèn)證，檢查用戶權(quán)限及服務(wù)用戶的上限；（5）傳輸連接建立后，向流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器發(fā)送視頻傳輸請(qǐng)求，等待建立會(huì)話；（6）用戶接收到視頻通道信息，并且產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)地址；（7）成功建立鏈接，服務(wù)器將該用戶加入發(fā)送隊(duì)列，并處理控制命令；（8）進(jìn)行發(fā)送實(shí)時(shí)監(jiān)控的流媒體信息；（9）流媒體服務(wù)器控制信令傳輸，控制視頻、音頻數(shù)據(jù)的反饋信息；（10）斷開服務(wù)器連接，結(jié)束會(huì)話。

5　小結(jié)

本文分析了實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的需求以及整體的方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的工作流程。實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了調(diào)用關(guān)系以及接口。

實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)

參考文獻(xiàn)：

[1]陳軼博.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連海事大學(xué),2008（05）：15-21.

[2]Karim Yaghmour.Building Embedded Linux System.Sebastopol：O'Reilly,2003：53-54.

[3]陳穎,視頻編碼技術(shù)的流媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸適應(yīng)性[J].福建信息技術(shù)教育,2007（04）.

[4]王籬,薛全,張穎等.H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)及性能分柝[J].數(shù)字電視與數(shù)字視頻,2003,6（05）：25-27.

作者簡介：劉拴拴（1991—），男，陜西米脂人，本科，研究方向：交通運(yùn)輸。