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    1、引言

    随着网络技术和视频压缩编码技术的飞速发展以及工业、商业、办公等的需要，很多部门场所都安装了监控系统，这些监控系统通常是将摄像机采集的模拟视频信号录制在录像带等载体中，或以高速局域网为平台，使用特定监控软件，采用特定的压缩编码技术（如MPEG－4），将数字视频信号保存在大硬盘中。

    现在很多公司或部门，由于工作需要，要对分布在全国很多地方的下属单位的特殊部位进行监控，目前通用的视频监控手段在该需求方面存在很大的局限性，本文采用Windows Media 9系列实现对远程部位的实时监控。

    Windows Media 9 系列采用流媒体传输协议、特定的音视频压缩编码方式以及特定的缓冲机制可以在网络带宽有限的情况下将远端视频流高质量连续地传输到本地。

    2、实时监控系统

    实时监控系统通常由安装在小范围内的多个摄像机或摄像头、控制设备和采集设备组成，早期的监控系统直接将摄像机采集的模拟信号录制在存储介质（如录像带）上，当存储介质录满以后更换新的介质。这种监控系统存在很多的弊端和局限性：

    计算机的普及应用以及网络技术的高速发展催生了第二代基于PC机的视频处理系统数字－硬盘录像系统（Digital Video Recorder, 简称DVR）的出现。这种监控系统是目前常用的监控系统，该系统采用Motion JPEG、H.263、MPEG等多媒体数字压缩技术，将视频图像完全数字化，存储在计算机的硬盘、光盘等数字化存储媒介上，可连续存储一个月或更长的时间，从而避免了经常更换磁带的麻烦。

    DVR系统（数字―硬盘录像系统）能够满足大多数用户通常需要，可是在信息技术飞速发展的今天，用户的需求不断提高，很多情况下都要对数千公里以外的地方或条件恶劣的环境进行实时监控，由于Internet网络资源的限制以及系统安装成本的原因，需要采用一种新的方法来满足用户的需求。
  
    3、Windows Meida 9 系列及其关键技术

    Windows Meida 9 系列是一套可开发的网络多媒体处理工具，采用基于Windows Media 9 系列的远程实时监控系统应用特定的编码、发布、缓冲技术解决了Internet 网络带宽不足的问题。

    Windows Media 9系列由Windows Media Encoder、Windows Media Player、Windows Media Services 三部分组成。为了在窄带互联网中将远程监控设备获得的信息传输到本地，基于Windows Media 9 系列的远程实时监控系统采用了流媒体技术，该技术是一种解决多媒体播放时网络带宽问题的“软技术”，已经在互联网上成为一种传播信息的方式。

    远程实时监控系统需要将远程监控设备捕获的音视频信号实时的、连续的传输到本地，为了满足实时性，在采集编码服务器和视频发布服务器上，分别设计开发了视频采集编码软件和视频发布软件，利用流媒体技术边下载边播放的特点，在几十秒甚至十几秒的时间内将远程发布点的信息接收到本地网络服务器，实现窄带网络中传输实时远程监控信息的目的。

    由于Internet并不是为传输多媒体内容而设计的网络，所以在网络传输多媒体过程中存在许多问题：多媒体数据传输需要占用更多的网络带宽；多媒体应用需要实时的网络传输；多媒体数据流突发性很强，仅仅是单纯的增加带宽，往往不能够解决数据流的突发问题。

    为解决以上问题，在传输过程中，Windows Media 9 系列采用了RSVP（资源预留协议）、RTP（实时传输协议）、RTCP（l实时传输控制协议）、RTSP（实时流协议）等协议。

    在流媒体技术和以上各种协议的支持下，Windows Media 9 系列基本解决了在窄带网络上传输多媒体信息的问题，基于Windows Media 9 系列的远程实时监控系统能够稳定连续的工作，满足用户需求，具有好的稳定性和可靠性。

    4、远程监控系统设计与实现

    采用远程监控系统的环境通常为在数百公里以外的特定位置安装监控设备进行监控，在本地随时看到实时情况，并且有多个监控终端，采用了Windows Media 9 系列设计的远程监控系统与传统的监控系统最大的区别就在于视频传输过程中经过了Internet网络，因此要解决在低带宽情况下传送实时信息的问题，该系统设计结构如下图4－1所示：

    采用Windows Media 9系列设计的远程监控系统的实现主要由以下几个部分组成：视频采集、源端视频发布、接收端视频发布、本地监控终端。

    4.1视频采集

    视频采集主要功能为：将摄像机拍摄到的信息捕获到本地服务器上，并形成适合在网络上传输的媒体格式。

    监控设备通常采用不同类型的摄像机（如固定摄像机、云台摄像机、智能球形摄像机等），为了监控更大的范围，采用高清晰度、低照度摄像机，大倍数长焦距镜头，高速全向云台，摄像机不低于450线，黑白照度小于0.01 Lux，镜头焦距大于200mm，三可变自动变焦，云台水平角度大于300度，垂直大于150度。该摄像机可以清楚的监视到两公里以外的地方。

    监控设备的安装：将云台摄像机安装在高为十层的主楼顶上，将摄像机的数据线和云台控制线连接在视频编码器上，经过编码的数据信息进入光端机，光端机通过光缆将数据信息发送到控制中心，控制中心通过光端机将数字信号接收下来，并传输给视频解码器，视频解码器将数字信息解码传输到控制终端，同时，通过控制终端授权后，局域网内用户可以看到监控信息。连接结构如下图4－2所示：

    视频编码器采用Mpeg4的视频编码格式，可以清晰的显示监控信息，在局域网10－100M带宽的条件下，局域网内的授权用户均可以清晰流畅的看到监控信息。

    要实现监控信息远端传输，视频数据流必须通过窄带的Internet网络，Mpeg4格式的视频数据不能满足在窄带网络上的传输，因此，采用目前流行的流媒体技术，实现远程监控的目的，技术实现如下：

    在图4－2环境中加装一台双CPU、具有四路软编码能力的视频编码服务器，该服务器安装一块PV-153型4端口的音视频采集卡，使用三通头在图中视频解码器和控制设备之间将视频信号旁路出来，通过50Ω的BNC线连接在视频编码器的采集卡上，在视频编码服务器上安装基于Windows Media Encoder9内核开发的视频采集编码软件，该软件的主要功能为将Mpeg4格式的视频信息采集下来，进行重新编码，形成在窄带上能够传输的视频流进行发布。

    视频采集编码软件分为采集、配置和输出三部分：

    采集部分主要功能为识别视频采集卡，将视频信号捕获到系统中。并根据视频源配置脚本，添加字幕信息，说明视频信息来源。

    配置部分的主要功能为为适应设备、网络等环境进行相应的配置。在28种配置方式中选择智能流方式，采用Windows Media Video V9格式编码，图像的显示设置为“320×240”。根据Internet带宽窄、不稳定的特定进行缓冲设置，将公共流的可变压缩缓冲区大小设置为5秒，设置单个视频流的帧速率为15fps，关键帧间隔为8秒，图像质量要在传输速度和传输质量两个指标中进行平衡。最后将以上设置完成的结果保存在配置文件中。

    输出部分的主要功能为将进行设置后的视频信息发送到指定位置，在该系统中，将视频信息发布到8080端口，并且将IP地址限制为只有发布主机可以从视频编码服务器上获得编码以后的视频信息。

    4.2视频发布

    远程监控的视频发布由两部分组成：远程视频发布点和本地视频发布点，如图4－1所示。

    在视频采集端的视频发布为编码以后的视频流提供进入Internet的接口。在与视频编码服务器同一局域网内加装一台视频发布主机，该主机上安装基于Windows Media Services9内核开发的视频发布服务软件，通过该软件在视频发布主机上建立一个广播单播发布点，发布视频源指定为Windows Media 编码器，IP地址指定为视频编码服务器，端口指定为8080端口，并为该发布点指定别名为：publish1。在权限部分设定允许远端发布点连接的IP地址，控制视频发布流量，已达到最好效果。

    此时，视频采集、编码以及采集端视频发布的功能就完成了（图4－1中的A部分），要实现视频信息的单路传输、多路分发，达到远程监控的目的，当视频流经过窄带网络后，要进行二级发布。

    在图4－1B部分局域网内加装视频发布主机作为二级发布点，其作用是使一路视频流通过窄带网络，到达目的局域网后进行多路信息分发，充分利用局域网带宽资源。

    二级发布点中安装了基于Windows Media Services9内核开发的媒体发布软件，通过该软件建立一个广播单播发布点，发布视频源指定为远程发布点，并为该发布点指定别名为：video1。在权限部分设定允许观看监控信息的局域网内主机的IP地址或IP网段。

    4.3监控终端

    监控终端主要功能为接收远端监控视频信息，远程监控系统在图4－1B部分所示局域网内的监控终端上安装了以Windows Media Player9为内核开发的监控终端系统，监控终端与二级发布点视频发布主机处于同一局域网内，监控终端系统中采用特定协议连接在二级发布点的发布主机上，经过授权以后就可以看到远程监控信息。在局域网内，根据需要可以设多个监控终端，由于局域网带宽资源丰富，多个监控终端同时连接多路视频仍然能够获得流畅清晰的视频信息。

    以上三部分主要功能的实现，完成了基于Windows Media9系列的远程监控系统，该远程监控系统充分利用局域网高带宽的优势将视频信息采集压缩和多路传输放在局域网内，将单一的视频流采用特定编码在广域网内传输，通过设置两级视频发布点服务功能以及采用缓冲预留技术，实现了对重要单位部门的远程监控，同时也可以作为将普通监控系统改造为远程监控系统的参考方案。

    5、结束语

    基于Windows Media 9系列实现的远程监控系统方法独特，其设计方案能够广泛用于远程教育、视频会议、视频点播等诸多领域，该远程监控系统安装成本低，易扩展，易升级，系统运行结果令人满意。

    总之，随着网络技术的发展以及Internet网络带宽的扩展，该技术将有很大的发展前景，其使用范围也会越来越广泛。

    参 考 文 献

    [1] 张丽，流媒体技术大全，中国青年出版社，2001年

    [2] 精英科技，视频压缩与音频编码技术，中国电力出版社，2001年.

    [3] 钟玉琢，向哲等，流媒体和视频服务器，清华大学出版社，2003年.

    [4] Eric A.Hall，Internet 核心协议权威指南，中国电力出版社，2002年.

    [5] Yao Wang，Jorn Ostermann，Ya－Qin Zhang，视频处理与通信，电子工业出版社，2003年.

    [6] Microsoft Corporation，Windows Media 9 Series SDK，2000－2003.