石化企業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

孟凡超　趙鑫　邱慶歡

摘 要 視頻監(jiān)控是石化企業(yè)生產(chǎn)受控和安全防范的重要手段，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)今后的發(fā)展方向?；诰W(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議，利用視頻編碼技術(shù)和流媒體技術(shù)，組建包括接入層、匯聚層、核心層的網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)，利用管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器和存儲(chǔ)服務(wù)器搭建視頻服務(wù)平臺(tái)，選用分布式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計(jì)出適用于石化企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控；TCP/IP；視頻編碼；流媒體；石化企業(yè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）16-0098-02

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是指能夠提供實(shí)時(shí)圖像、聲音和報(bào)警信號(hào)，并進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸、圖像存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理的安防系統(tǒng)類(lèi)型。

視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：20世紀(jì)90年代初期的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用模擬設(shè)備采集和存儲(chǔ)視頻；20世紀(jì)90年中后期的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將采用了嵌入式微處理器技術(shù)和嵌入式操作系統(tǒng)的數(shù)字硬盤(pán)錄像機(jī)（DVR）引入監(jiān)控領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了視頻信號(hào)的數(shù)字化存儲(chǔ)；進(jìn)入21世紀(jì)后的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（IPC）、網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)（NVR）和網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器（DVS）等為主要設(shè)備，具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)管控能力，是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)于石化企業(yè)生產(chǎn)受控和廠區(qū)安防有著重要意義，需要設(shè)計(jì)出一種滿(mǎn)足石化行業(yè)需求的監(jiān)控系統(tǒng)方案。

1 系統(tǒng)采用技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)基于TCP/IP協(xié)議，可以采用ADSL、LAN、WLAN、3G等多種網(wǎng)絡(luò)接入方式，利用視頻編碼技術(shù)將視頻信號(hào)封裝，利用流媒體技術(shù)將視頻流傳輸至客戶(hù)端，通過(guò)電視墻、PC機(jī)、手機(jī)等多種終端進(jìn)行視頻瀏覽和控制管理。

1）傳輸協(xié)議。TCP/IP協(xié)議即傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，定義了電子設(shè)備接入因特網(wǎng)互相傳輸數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的每臺(tái)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備均以獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)身份出現(xiàn)，必須具有唯一的網(wǎng)絡(luò)地址即IP地址。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議傳輸視頻數(shù)據(jù)，借助Internet網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的遠(yuǎn)傳組網(wǎng)。

2）編碼技術(shù)。H.264是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的音視頻信息壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)H.264技術(shù)編碼封裝后，具有碼率低、圖像質(zhì)量高、容錯(cuò)能力高、網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

3）流媒體技術(shù)。流媒體技術(shù)是指在網(wǎng)絡(luò)中采用流式傳輸?shù)姆绞絺鬏斠曨l。流媒體技術(shù)傳輸視頻信號(hào)具有傳輸時(shí)間短、節(jié)省存儲(chǔ)空間等優(yōu)點(diǎn)。流媒體技術(shù)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的分發(fā)機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平臺(tái)并發(fā)視頻流到多個(gè)客戶(hù)端。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)包括分層次組網(wǎng)、選擇監(jiān)控設(shè)備、構(gòu)建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等環(huán)節(jié)。

2.1 網(wǎng)絡(luò)層次

依據(jù)石化企業(yè)下屬單位的隸屬關(guān)系，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入模式采用分層結(jié)構(gòu)，包括接入層、匯聚層和核心層等。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)具備上級(jí)單位網(wǎng)絡(luò)接入能力，預(yù)留跨區(qū)域遠(yuǎn)傳的網(wǎng)絡(luò)接口并配備網(wǎng)閘，保證上級(jí)單位能夠遠(yuǎn)程調(diào)取視頻流。

1）接入層用于前端設(shè)備的接入和訪問(wèn)控制，采用固定配置的交換機(jī)，具有較高的接口密度，以10/100M端口為主，另外配備1000M的上聯(lián)端口。接入層布置在各生產(chǎn)裝置的控制室。

2）匯聚層負(fù)責(zé)鏈路匯聚和流量收斂，采用固定配置交換機(jī)或者機(jī)箱式模塊化交換機(jī)，具有較高接入能力和充足帶寬，配備光端口和高速電口。匯聚層布置在各分廠的監(jiān)控機(jī)房。

3）核心層用于高速數(shù)據(jù)交換，采用機(jī)箱式模塊化交換機(jī)，配備管理模塊、光端口和高速電口，機(jī)箱具備較高的插板容量。核心層位于石化企業(yè)的總監(jiān)控中心。

2.2 設(shè)備選用

系統(tǒng)設(shè)備包括視頻采集設(shè)備、視頻服務(wù)平臺(tái)、用戶(hù)客戶(hù)端以及視頻顯示設(shè)備等。

采集設(shè)備連接到接入層交換機(jī)，包括內(nèi)嵌編碼器的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、云臺(tái)、拾音器、報(bào)警傳感器等，用于采集前端音視頻信號(hào)和輸出報(bào)警信號(hào)。安裝在易燃易爆環(huán)境中的攝像機(jī)、云臺(tái)等應(yīng)具備符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的防爆等級(jí)，防止設(shè)備工作過(guò)程中產(chǎn)生的電火花引爆危險(xiǎn)氣體造成生產(chǎn)事故。將槍式攝像機(jī)安裝在防爆護(hù)罩內(nèi)或者向球機(jī)內(nèi)部不斷注入惰性氣體能夠達(dá)到隔爆要求。采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼封裝后傳輸至視頻服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行處理。

管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器在匯聚層或核心層組網(wǎng)，安裝控制軟件后組建成視頻服務(wù)平臺(tái)。視頻服務(wù)平臺(tái)應(yīng)該與企業(yè)內(nèi)車(chē)輛超速管理系統(tǒng)、紅外照射防盜系統(tǒng)等安防系統(tǒng)共架兼容，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理的目的。視頻服務(wù)平臺(tái)對(duì)前端設(shè)備采集到的視頻流進(jìn)行管理和存儲(chǔ)，并發(fā)送到各個(gè)客戶(hù)端。

客戶(hù)端設(shè)備可以采用硬件解碼和軟件解碼等形式對(duì)視頻流解碼。硬件解碼是通過(guò)電視墻服務(wù)器將視頻流解碼后在電視墻上顯示。軟件解碼功能集成在客戶(hù)端軟件內(nèi)，用戶(hù)通過(guò)客戶(hù)端PC機(jī)可以采用B/S模式（瀏覽器/服務(wù)器模式）或C/S模式（客戶(hù)端/服務(wù)器模式）向視頻服務(wù)平臺(tái)發(fā)出請(qǐng)求并接收視頻流，然后將視頻流解碼顯示。此外還可以向前端采集設(shè)備發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)參數(shù)調(diào)整和云臺(tái)動(dòng)作控制。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為集中式和分布式等形式。集中式系統(tǒng)架構(gòu)是在核心層將管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器等安裝控制軟件后構(gòu)成唯一的中心視頻服務(wù)平臺(tái)。管理服務(wù)器控制攝像機(jī)和客戶(hù)端分別連接到流媒體服務(wù)器，攝像機(jī)通過(guò)流媒體服務(wù)器向客戶(hù)端傳輸視頻流。

集中式系統(tǒng)架構(gòu)能夠滿(mǎn)足小型企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控需求，但數(shù)據(jù)處理分發(fā)能力有限。一路1080P的視頻流需要6M以上的傳輸帶寬，如果多個(gè)客戶(hù)端同時(shí)向管理服務(wù)器提出申請(qǐng)，流媒體服務(wù)器需要同時(shí)向多個(gè)客戶(hù)端發(fā)送視頻流，對(duì)流媒體服務(wù)器的流量并發(fā)能力和交換機(jī)的帶寬提出非常高的要求，容易造成服務(wù)器宕機(jī)和網(wǎng)絡(luò)擁堵。此外由于集中分發(fā)，流媒體服務(wù)器一旦宕機(jī)所有客戶(hù)端都無(wú)法獲取視頻流。在大型石化企業(yè)內(nèi)部搭建網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)候，應(yīng)該選擇采用分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。endprint

相比集中式結(jié)構(gòu)，分布式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)主要是在匯聚層增加了代理點(diǎn)，以管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器和存儲(chǔ)服務(wù)器構(gòu)建代理點(diǎn)視頻服務(wù)平臺(tái)，核心層只安裝中心管理服務(wù)器。將中心視頻服務(wù)平臺(tái)功能分配到不同代理點(diǎn)，每個(gè)代理點(diǎn)平臺(tái)具備和原中心平臺(tái)相同功能。根據(jù)就近原則，將某區(qū)域范圍內(nèi)的前端設(shè)備和客戶(hù)端接入本區(qū)域的代理點(diǎn)平臺(tái)，中心管理服務(wù)器只負(fù)責(zé)攝像機(jī)和客戶(hù)端的注冊(cè)等業(yè)務(wù)功能，一個(gè)代理點(diǎn)平臺(tái)的流媒體服務(wù)器宕機(jī)不會(huì)影響其他代理點(diǎn)的客戶(hù)端使用，降低了服務(wù)器宕機(jī)的損失。分布式結(jié)構(gòu)既實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)統(tǒng)一管理的功能，又減輕了中心平臺(tái)設(shè)備運(yùn)行壓力，降低了中心平臺(tái)帶寬要求，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行能力。

分布式架構(gòu)的系統(tǒng)客戶(hù)端獲取視頻的流程如下。

1）客戶(hù)端到中心管理服務(wù)器注冊(cè)。

2）攝像機(jī)到中心管理服務(wù)器注冊(cè)。

3）客戶(hù)端由中心管理服務(wù)器控制，重新連接到代理點(diǎn)管理服務(wù)器。

4）攝像機(jī)由中心管理服務(wù)器控制，重新連接到代理點(diǎn)管理服務(wù)器。

5）客戶(hù)端由代理點(diǎn)管理服務(wù)器控制，重新連接到代理點(diǎn)流媒體服務(wù)器。

6）攝像機(jī)由代理點(diǎn)管理服務(wù)器控制，重新連接到代理點(diǎn)流媒體服務(wù)器。

7）攝像機(jī)向代理點(diǎn)流媒體服務(wù)器發(fā)送實(shí)時(shí)視頻流。

8）代理點(diǎn)流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)時(shí)視頻流到客戶(hù)端。

9）客戶(hù)端從代理點(diǎn)存儲(chǔ)服務(wù)器獲得回放視頻流。

3 總結(jié)

依據(jù)TCP/IP協(xié)議、視頻編解碼技術(shù)和流媒體技術(shù)相關(guān)理論，從網(wǎng)絡(luò)層次、設(shè)備選用、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行探討和研究，設(shè)計(jì)出了一種符合石化行業(yè)需求的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案。該方案解決了并發(fā)視頻流、降低網(wǎng)絡(luò)帶寬、遠(yuǎn)程采集傳輸、分散布置集中管理等技術(shù)難題，具有智能性、網(wǎng)絡(luò)性、穩(wěn)定性等特點(diǎn)，能夠?yàn)槭髽I(yè)搭建網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供指導(dǎo)方案。

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