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远程监控系统

远程实时监控技术方案

• 远程实时监控技术的发展及现状

远程视频控制系统是综合计算机 IP 视频技术、视频和音频数据的压缩及解压处理技术、互联网应用技术相结合的系统，它是以计算机为核心、结合 IP 视频技术、计算机网络技术的一种监控主机系统。是近年来网络 IP 视频应用发展的一个新的方向，它涉及了计算机领域多种前沿技术。远程视频控制系统能将监控信息从监控中心释放出来，通过计算机网络使其能够到达桌面的计算机上，从而与信息管理系统融合在一起，更好的为管理服务，提高管理水平和效率。

近年来，网络信息业长足发展，很多地方都能用上网络宽频（有线电视网、长城宽带网、电信网络快车（ ADSL ）、小区宽带等各门各类的宽频网络），为远程实时监控提供了外部传输技术的支持。

在存储控制技术上，数码硬盘录像机的诞生，把传统的模拟信号转化为数字信号，从 M-JPEG 、 MPEG1 、 MPEG2 乃至当今的 MPEG4 技术的不断改进，图像画质越来越清晰，而存储容量越来越小，为远程实时监控提供了内部图像压缩技术的支持。

远程监控的构思由此而产生，把本地的监控场所中的图像，通过外部广域网的媒介，把图像以及声音实时传送到远方的用户微机中，用户即使远离监控点，亦可随时了解到监控点的实时情况并对此进行一定的操作。

• 广域网（ Internet ）接入方式的选择

现在常用的接入到外部广域网的方式中，主要有以下三类较为常用及典型的：

A 类：普通电话拔号方式（ PSTN 、 ISDN ）；

B 类：专线方式（ DDN 、 ATM 、 xDSL ）；

C 类：局域网转接方式（ LAN 、小区宽带网、长城宽带网）；

A类：普通电话拔号方式

一般只要有电话的地方，配上 modem ，有一个上网账号，就能直接拨号上网，速率可达 56 k/s 。

基本特点：使用简单方便，要求低。

其缺点也是较为明显的：

1 ）传输速率慢

PSTN 为 56k/s ， ISDN 为 112k/s 。可以满足一般的静态网页浏览，但对于通过 Internet 进行实时图像数据传输的远程监控来说，是远远不够的（通过后面的介绍，可知道远程实时监控最低要求有 512k 的上传速率）。

2 ）通讯费用高。

普通电话拨号的通讯费用是由两方面组成：网络费 + 电话费。网络费有包月制，在几十元之间；但电话费却要根据通话时间来计算，在远程传输时，要求网络一直处于连通状态，就相当于电话一天 24 小时在通话，这样计算下来，电话费就是个沉重的负担，据不完全估计，一月下来的电话费用差不多需要 5000 元。

总体来说，普通拨号方式，在远程监控方面的应用性是较差的，但由于某些特殊原因，也有可能使用到。

B类：专线方式

DDN 、 ATM 等专线的昂贵费用令用户望而怯步。但近年来，虚拟专线系列产品（ ADSL 、 VDSL 、 XDSL ）的推出，使用费用不断下调，用户可以在低成本的基础用上高质量的宽频。在此我们将以 ADSL 展开阐述。

ADSL 的优势是显著的：

1 ）速率高

一般的 ADSL 提供最基本的 512k/2M 的速率（注：速率表述为 上行速率 / 下行速率 ，上行速率指的是数据往网络中发送的速度，下行速率指的是接收网络数据的速度），有些地区可根据用户的需求扩展上传、下行的速率（上传可达 2M/ 下行可达 8M ）。

我们在实现图像传送方面，所看重的是网络上行速度，它关系到我们的图像是否能实时对外发送到用户手中。但由于 ADSL 均采用非对称数据传送技术，其所标称的速度一般为最大值，在正常情况下，其稳定的速度有最大值的 60% ，即 300k/s 左右的速度。即使只有 300k/s 的速度，我们亦能保证有 15 帧 / 秒的效果。

2 ）费用低

据不完全统计所得，全国各大城市对 ADSL 的包月费都在 40~200 元之间，此外，不含其它使用费用。

但跟 DDN ， ATM 等专线相比，也有一些不足之外，例如速率不太稳定、 IP 动态分配等。

总体来说， ADSL 是目前为止，远程实时监控应用最好的媒介。

C类：局域网转接方式

小区宽带网（长城宽带网、有线电视网等）的速率随着用户人数的增加而下降，有堪者会低到只有几十 k 的速率，另外，其 IP 的双重性，为网络识别主机身份带来一定的困难。在远程实时传输上是不利的。所以我们是不太主张在监控端使用此种接入方式。

通过以上三种方式的介绍，我们在选择传输媒介时，推荐使用 ADSL 。

• 图像压缩技术的选择

要实现远程图像的实时传输，除了选择外部网络传输方式外，也得考虑现有的图像压缩技术。

目前数字硬盘录像机所用图像压缩技术，可分为以下几类：

A 、 M-JPEG

B 、 MPEG1

C 、 MPEG2

D 、 MPEG4

A： M-JPEG 压缩技术

早期数字硬盘录像机使用的压缩技术，其压缩容量大（ 450-600M/ 小时）而图像效果差。

应用于远程传输的主要参数：

图像标准： 384 ⅹ 288

帧容量： 5-6.7k/ 帧

实时性（ 25 帧 / 秒）： 125-167.5k/ 秒。

B： MPEG1 压缩技术

对 M-JPEG 的图像质量及存储作了某些的优化，其压缩容量相对 M-JPEG 要小（ 300-500M/ 小时），图像质量要好。目前市面上的数字硬盘录像机都基本采用 MPEG1 技术。

应用于远程传输的主要参数：

图像标准： 384 ⅹ 288

帧容量： 3.3-5.6k/ 帧

实时性（ 25 帧 / 秒）： 83-140k/ 秒

C： MPEG2 压缩技术

对 MPEG1 图像质量低下而改造的技术，有效地提高了图像质量，但同时却又大大增加了图像压缩容量（ 500-800M/ 小时），故很少数字硬盘录像机采用些技术。

但嵌入式的硬盘录像机，由于使用的是 UNIX 或是 LIUIX 操作系统，建立在纯 IC 写出 / 写入的程序结构下，对此技术的调用或存储有很大的便利性，而且考虑到图像质量作为嵌入式的卖点，固应用此技术较多。

应用于远程传输的主要参数：

图像标准： 384 ⅹ 288

帧容量： 5.6k-8.8k/ 帧

实时性（ 25 帧 / 秒）： 140k-220k/ 秒

D： MPEG4 压缩技术

新型图像压缩技术，有效解决容量与图像质量的问题。 MPEG4 提供 DVD 级的图像质量而存量却又能大大降低（ 80-220M/ 小时）。

另一最大的特点是， MPEG4 技术是基于网络传输方面作出了更强的功能开发，首次引入了流媒体技术的概念，使原来巨型的图像容量包传送的困难迎刃而解。换言之， MPEG4 技术的成功之外，也就在于它专门针对网络传输方面的开发。

应用于远程传输的主要参数：

图像标准： 384 ⅹ 288

帧容量： 0.8-2.5k/ 帧

实时性（ 25 帧 / 秒）： 20-62.5k/ 秒

（注：帧容量： 0.8~2.5k/ 帧， 0.8k/ 帧代表静态时的压缩容量， 2.5k/ 帧代表动态时的压缩容量）

客观上分析，以上四种压缩技术的发展是各有优势的， M-JPEG 技术发展最为早期，至今也是相当成熟， MPEG1 的稳定性与兼容性也是不容置疑的， MPEG2 的图像质量是众多图像技术最为绚丽的，而 MPEG4 的图像传输功能也是无以伦比的。

在本文的技术讨论中，最主的是从网络图像传输方面出发，故对 MPEG4 的技术有所推崇。

各接入方式最大上传速率：

普通电话拔号最大上传速率： 56K/112K

ADSL 最大上传速率： 512K

局域网转接最大上传速率：不稳定，视其用户数目（往后不作讨论）

当数据传输时，各最大上传速率要除以一个系数 8 （具体参数来源，请参考有关计算机语言算法，字节与字符之间的转换），所以真正能上传的最大速率为：

普通拔号速率： 7K ADSL速率：64k

在广域网（ Internet ）中实现远程实时监控功能，对照各压缩技术的参数、功能特点的比较以及各接入方式的最大上传速率，我们得出如下结论：

MPEG4+ADSL 是目前实现远程实时监控最佳的配置，成本低，实效性强。

• 技术性市场细分

• 质量的市场细分：

2M ～ 8M MPEG-2 高清晰度图像质量 ;

768K ～ 2M 中高端图像质量。 CIF 、 4CIF;

128K ～ 768K 低端图像质量 ;

<128K 个人用户。

• 务类型的市场细分：

会议电视、远程教育、远程医疗、远程监控、应急指挥、 VOD 、电子商务、远程购物、虚拟社区、网络电视、网络电影、网络游戏、多媒体消息、视频邮件、可视电话。

3 、通信方式的市场细分：

　对称－非对称、单向－双向、实时－非实时。

4 、用户承载网络的市场细分：

几乎所有的传输网络均可以承载多媒体业务。如： E1 、 DDN 、 ISDN 、卫星、帧中继、 ATM 、 IP 。

5. 通信协议的市场细分：

H.320 、 H.323 、 SIP 、非标协议。

6. 视频编解码算法的市场细分：

H.261 、 H.263 、 H.263 ＋、 H.263 ＋＋、 H.264 、 MPEG4 、 MPEG2 。

7. 语编解码算法的市场细分：

G.711 、 G.722 、 G.728 、 G.729 、 G.723.1 。

远程监控系统组成

远程监控系统由监控前端子系统、图像传输子系统、中心控制子系统三部分组成。

• 监控前端

监控前端主要由前端视频服务器、固定或可控摄象机、报警器等主要设备组成。主要完成图像的采集、编码和传输、摄象机的控制和报警的输入 / 输出工作。

• 图像传输系统

传输系统是远程监控系统的关键组成部分，负责各种信号和指令的上传下达。可以通过现有以太局域网、 PSTN 、 ISDN 、 xDSL 、 DDN 、数字光纤、数字微波、无线扩频等多种远程数字传输媒介，将图像、数据信号进行压缩编码传送到中心控制端，同时将中心端发出的控制信号传回远端基站完成数据传输。

• 控制中心

主要由图像监控中心服务器等组成。主要完成现场图像接收，用户登录管理，优先权的分配，控制信号的协调，图像的实时监控，录像的存储、检索、回放、备份、恢复等。　

一般在信息中心配置一台中心监控服务器，安装中心服务器监控软件，中心监控服务器前端对所有摄像机、视频服务器进行管理，后端对所有的上网监控用户进行管理，同时担负录像报警等众多功能。

中心监控服务器功能强大，可以同时管理数十甚至数百个摄像机和数十个在线用户，以后系统扩容时，监控中心无须增加硬件设备投入；系统能够对数十个活动视频图像的同时接收、满足所有在线客户的转发申请；系统具有完善的录象服务：人工录象、计划录象和报警录象，可存储、检索、备份和恢复大量的图像数据库文件；具有强大的录象回放能力；系统也具有完善的用户认证机制（用户名、密码、前端系统密码、优先级）机制。

基于广域网接入方式的实施方案

• 监控方案

根据客户对监控所要达到目的的要求，本地的监控点可能一到多路 , 所监控的各点不同，所选用的前端产品有所不同。

1. PC+[1~4 路采集卡 ]+ 监控软件

基于 PC 式构架的监控系统采用 PC 采集卡收集 1~4 路视频信号，经过压缩实时存放在硬盘中，本地监控软件可以实现实时监控，录像，回放等功能。

. DVR[ 数字硬盘录像机 ]

DVR[Digital Video Recorder] 通常具有：多路监视、录像、画面分割切换、分控、云台镜头控制、报警器和摄像机的联动的功能；同时还具有移动侦测、快速检索、网络传输与控制等模拟系统难以提供的功能。

[图一]远程实时监控系统在系统的架构与本地多频道影像实时撷取、监视、控制和自动警报系统，大致相同。不同之处在于，远程实时监控系统须大量利用了局域网(LAN)和互连网(Internet)的资源。系统可以将撷取的资料，透过TCP/IP协议传输到远程监控处，远程监控处也可以将控制信号透过网络，发送给本地监控系统，控制本地设备的运行，这样的结构可达到确保网络影像监控的目的。同时网络监控可以将这个监控系统中的每个本地控制室连接起来，同时达到透过远程的集中控制及本地端的分散控制，这是影像监控系统未来的发展方向。

功能特点：[以实际型号为准]

·采用 MPEG-4压缩编码算法，352*288图像清晰度高，可独立调节，并能快速复制到所有各路多路视频输入，显示、记录的速率均为每路25帧/秒、多路音频输入，与视频同步记录及回放。

· 录像回放速率每路 25帧/秒，声音与图像同步播放，实现回放图像动态抓拍、静止、动态放大

· 多工智能操作（监视、记录、回放、控制、备份同时进行）

· 实时监控图像单幅抓拍、所有图像同时抓拍

· 具备视频移动检测报警、视频丢失报警功能及通过 RS485总线接入多种报警探测器的报警

· 支持多种型号的高速球型摄像机、云台控制器及报警解码器

· 杰出的网络传输功能，支持局域网图像传输方式，可实现八个网络副控，多点图像远程监视

·兼容安防监视和柜员监视，可分别设置每个摄像机存储位置、空间大小及录像资料保留时长

· 全自动操作，系统可对每台摄像机制定每周内所有时段的录像计划，按计划进行录像

· 系统可对每个报警探头制定每周内所有时段的布防计划，按计划进行报警探头布防

· 系统可对每台摄像机制定每周内所有时段的移动侦测计划，按计划进行移动侦测布防

· 所有操作动作均记录在值班操作日志里，便于系统维护和检查工作

· 交接班、值班情况、值班操作过程全部由计算机直接进行管理，方便查询

· 资料备份可直接在界面操作，转存于活动硬盘或光盘等存储设备，保证主要资料不被破坏

· 人性化界面，方便用户操作

· 报警变侦录像

• 网络视频服务器

网络视频服务器功能特点：

·可通过局域网直接监署或 Internet 远端监控

·可同时外接 4 壹普通摄影机

·使用方便，不需安装特殊或专用软件，只需使用 IE 测觉器或 Netscape 即可

·自动侦测 NTSC 或 PAL 系统

·管理者可以用密码控制使用者的权限

·近端或远端录像

·事件触发可通过：时间 /GP10 输入 / 移动侦测

·事件触发后可把影像储存在网络暂存器，通过 FTP 把影像传到远端，或以 E-mail 将影像传输到设定的帐号，也可以能过继电器输出控制外部装置

·可远端控制高速球型摄影机

·具备一个 RJ-45 接口支持以太网，一个 RS-232 接口外接调制解调器，一个 RS-485 接口可控制外部 PTZ （ PAN/TILE/ZOOM ）装置

·具有快照功能

·可调整影像大小及附加时间，文字

·通过 ARP/WEB PAGE 可指定 IP 位置

·影像压缩采用 JPEG 、 MOTION JPEG 格式

·影像亮度、对比、颜色、彩度、品质可调整

·影像输出：每秒 30 个图框

·可通过 FTP 或 TELNET 做特定的网络软件内容更新

·使用 JAVA 跨平壹设计，提高最佳相容度

·通讯协定可采用 TCP/VDP/IP ， ARP ， ICMP ， HTTP ， FTP 、 TELNET 、 SMTPPPP 等

产品型号： Xweb S401

. IP 网络摄像机

网络摄像机是集视频压缩技术、计算机技术、网络技术、嵌入式技术等众多先进的 IT 技术于一体的数字摄像设备。摄像机内置了 CCD晶片、视频压缩卡、Web服务器、网卡等设备，采用嵌入式操作系统，无需计算机的协助便可独立工作。

网络摄像机有它的自己 IP地址，可直接与以太网连接。它支持很多网络通信协议，如TCP/IP等，局域网上的用户以及INTERNET上的用户使用标准的网络浏览器就可以根据IP地址对网络摄像机进行访问，观看通过网络传输的实时图像，还可通过对镜头、云台的控制，对目标进行全方位的监控。先进网络摄像机还包含很多其它更有吸引力功能，例如运动探查，电子邮件警报和FTP报警等。

目前市场上的网络摄像机品牌已经很多，下面对一些常用的摄像机参数作一简单介绍：

支持 IP协议的典型IP网络摄像机包括一个镜头，一个滤光器，一个嵌入式图像感测器，一个影像数字转换器，影像压缩机，和一个具有网络连接功能的服务器。每一个IP网络摄像机都有自己的IP网址，数据处理功能，和内置的应用软件，可担当网络服务器、FTP服务器、FTP用户端和邮箱用户端，许多高级的IP网络摄像机还包括其特殊功能，比如移动探测、警报讯号输出/输入设备和邮件支持功能。IP网络摄像机不但支持所有的标准模拟CCTV摄像机功能，而且为使用者提供更多的系统功能并能减少更多的成本。因为IP网络摄像机可以直接插到现有的数据网络中通过以太网得以应用，可以为公司节省以布线的数千元费用，同时，IP网络摄像机可以在PC上独立作业，图像可用标准网络浏览器读取。另外IP网络摄像机也为公司节省了大量的特定监控设备和系统，因为系统可以通过网络在世界任何角落使用IP机进行实时的管理监控。

NSK-C102

• 一体化系统设计；

• 内置网络联结，支持 TCP/IP 协议；

• 采用 MPEG-4 压缩方式；

• 音视频同步传输

• 外接传感器，有视频报警功能；

• 支持多用户。

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视频源：实时和非实时。

前端采集编码：硬件视频：视频采集卡、视频服务器；软件视频。

客户端解压缩：客户端播放软件、视频播放设备。

管理服务器：视频流媒体管理设备。

客户终端： PC终端、电视、PDA和手机

网络视频传输方式

主要是有线和无线：

有线包括：电话线方式： MODEM 接入，传输速率 28.8Kbps 至 56Kbps 。

XDSL 接入： ADSL ，下行速率 1.5 ～ 9Mbps ，上行速率 16 ～ 640Kbps ；

HDSL ，双向速率为 1.5 ～ 2Mbps ；

VDSL ，下行速率最大 55Mbps ，上行速率 2.3 ～ 19Mbps ；

DDN 方式：传输速率为 2.4 ～ 19.2Kbps ， N × 64Kbps(N=1 ～ 32) 。

ISDN 方式：传输速率为 128Kbps 。

同轴电缆（ CABLE?MODEM ）：传输速率为 25 ～ 40Mbps Mbps 。

光纤传输：常用设备是光端机，包括 PDH/SDH ；光线收发器， ATM 设备。传输速率从 2Mbps 至几十 Gbps 。

无线包括：数传电台和无线扩频传输：传输速率为 64K ～ 72Mbps 。　　　　　　　

VSAT 卫星线路：常用的传输速率为 64Kbps ～ 2Mbps 。

移动 GSM ： GPRS 上网卡， 112Kbps 。

联通 CDMA ： CDMA 上网卡， 152Kbps 。

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远程实时监控系统配置方案

网络视频服务器 VideoServer:

产品简介：

DATAWIN 4000/2000/1000 Internet Camera Server ( 简称 “DATAWIN-ICS” ，以下同 ) 是基于互联网的数字视频服务器，它能通过以太网连接到视频源的 4/2/1 个频道，将压缩的实况图像传送给局域网和互联网。

DATAWIN ICS 是内建服务器，用户只需使用标准的浏览器，如 Explore TM 或者 Netscape TM ，，就可以像浏览互联网上的网页那样访问摄像服务器，并且可以方便地管理、设置和监视。 DATAWIN ICS 内有图像压缩芯片，可以在有限的网络带宽内，传输标准的 JPEG ， MJPEG ，和实时图像。

优点 :

内建 HTTP服务器，提供互联网服务

通过 ARP/Web 页面，方便地为用户分配IP地址
基于JAVA的网页服务器，提供最大的平台兼容性
运动检测 / 日期 / 时间 / 事件触发的GPIO 输入
Email / FTP / Internal Buffer Storage / Relay Out 事件操作
3层用户安全控制
通过FTP远程升级固件和用户目录网页
服务器通过基于脚本的CGI控制，便于用户集成应用
节能电源,较小的功耗, 硬件狗提高系统对于恶劣环境下的抵抗力

① . 单路视频

DATAWIN 1000 网络视频服务器支持单路视频的远程实时传输，需要带宽极低，图像清晰，可设定安全功能，并采用最新 DDNS （动态域名解析系统）技术，客户端采用 Explore TM 或者 Netscape TM 浏览器方便您的访问。

该产品主要应用于：

② . 四路视频

DATAWIN 4000 网络视频服务器同时支持四路视频的远程实时传输，完善的网络功能，稳定传输视频最高达 30 帧/秒、丰富的视频调节能力、事件管理机制，远程管理功能、可设定安全功能，并采用最新 DDNS （动态域名解析系统）技术，客户端采用 Explore TM 或者 Netscape TM 浏览器、 GPIO 模块控制外接设备、通过 FTP 可进行软件升级，提供恢复出厂设置。

该产品主要应用于：

DVR[ Digital Video Recorder, 数字硬盘录像机 ]

• PC+CARD

基于 PC 式构架的监控系统采用 PC 采集卡收集 1~4 路视频信号，经过压缩实时存放在硬盘中，本地监控软件可以实现实时监控，录像，回放等功能。

B/S构架实时监控

B/S（Browser/Server）基于WEB的应用系统, 客户端界面运行于Web浏览器，用户可以方便地从远程登录系统，并使用系统的所有功能。合理的系统划分，优化的功能布局，全中文操作界面，监控画面灵活的鼠标控制，为用户提供强大的系统功能。B/S结构优点:

（ 1）可以非常容易地实现多用户监控。

（ 2）开发环境与应用环境分离，便于系统的管理与升级。

（ 3）应用环境为标准的浏览器，简化了传统系统中较为复杂的GUI开发；降低了对用户的培训、安装、维护等费用。

（ 4）易于实现跨平台的应用。

案例分析

上图为湖北广电局 Internet接入逻辑示意图：右端客户端通过前端交换设备连上广电局主干光纤网络，汇总到广电中央机房，通过路由器_B ,防火墙联接上Internet.

设计目标：基于广电网的远程实时监控

• 传输平台

广电网是一种单向传输的模拟网络，初期采用同轴电缆传输，采用放大器做为信号的中继传输设备，其宽带不超过750M。随着光电传输技术的发展，光纤以其优良的传输性能，最高提供10Gb的带宽，超强抗干扰能力,安装简便等特点,推动其行业的发展。广电内部网已成功接入Internet,并能为客户提供充足的带宽保证，本案例将借助广电现有的网络资源为平台,实现预期的目标。

通过广电网络连接上 Internet的客户，采用的是一种互联TCP/IP的双向传输的应用，客户机既要通过网络发送对服务器的请求，同时，要响应服务器的数据传输，从而实现数据传输与应用。Internet的实现是基于TCP/IP网络协议，任何联接上Internet的用户，必顺安装TCP/IP协议，而我们采用的DVR，VideoServer, IP网络摄像机等设备实现远程的数据发送都是基于TCP/IP协议的，所以，我们完全可以利用广电系统目前的网络平台，来实现远程监控。

2．实验内容

DVR+动态IP+客户端软件[Web]

DVR+固定IP+客户端软件[Web]

PC采集卡+动态/固定IP+客户端软件[Web]

网络视频服务器在LAN、WAN及INTERNET上的应用，DDNS[动态域名]等