远程图像传输方案
摘要:
1.引言
1.1概 述
数字视频实况组播（广播）和监控模块是一套建立在标准的校园网基础上的数字化监控系统，实现了基于TCP/IP的点对点、点对多点、多点对多点等远程视频实时编码组播（广播）和监控、远程遥控摄像机变焦和转动的功能。
1.2 背景
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。
1.3 系统分为如下几个部分：
1、 管理服务端：可以设置用户的帐号和权限，及实况编码和组播工作站的参数
2、 实况编码和组播工作站: 连接摄象机或其他视频源，进行实况编码压缩和组播服务
3、 云台转向和变焦镜头控制器及软件
4、 画面分割器和视频切换矩阵
2.系统概述
远程视频控制系统是明显优点在远距离的控制方面。远程视频控制系统已从传统的图像控应用系统演变为网络、远程、数字媒介的综合应用。由于原有视频及网络技术的限制，视频信息巨大的数据流量很难满足网络用户的共享和使用需求。随着IP视频技术及网络技术的发展，现有视频控制系统采用了先进的编解码技术和先进的网络传输技术，使之区别于以往视频控制系统。远程视频控制系统的应用涉及的领域非常广泛，如远程教学图像控制、小区保安监控、工矿企业生产过程监控及环境监控等。
2.1 系统环境配置
2.2系统的性能及特点
远程监控系统可对镜头进行光圈、焦距、景深距离的控制操作。
对云台可做全方位控制。系统可以对云台的上下左右的转动以及配套的云台护罩的相应保护设备进行全方位的控制。
编码/解码器具有双向通讯功能。编解码器具有独立的地址编码，采用数字化信号进行寻址。语音、图像全矩阵开关。对于音频和视频可以全矩阵切换和同步进行切换。
分布式计算机控制。系统由中心计算机和各级智能控制子站组成，通过网络构成控制网。控制子站独立完成某一区域的控制或实现某一控制功能，使用中只需增加控制子站和在子站上增挂监控点即可，所以监控点的多少几乎没有限制且不增加系统的复杂性，系统配置十分灵活，扩展性好，极易实现对较大区域的控制。并且某一监控子站本身的设备故障不影响其他子站的正常工作，系统整体的可靠性。
计算机视窗图形控制台代替传统文字控制键盘。操作人员只需鼠标点按即可控制系统的各种设备，操作形象、简单，无须记忆各个烦琐功能 。并且控制面板和媒体播放器集成方式更加方面客户端的操作。
编码控制节省控制线。系统各点均采用编码方式总线控制，各监控点设备和控制设备，只需挂接在总线上即可，方便灵活；同时编码控制提高了设备控制的可靠性，且命名控制线大大减少使布线、维修较为容易
控制信号的传输采用RS-485（RS-442）协议，具有强抗干扰性、传输距离远。特别适合于环境恶劣的场所。
易使用性。系统软件在Windows下实现，人机界面友好，汉字菜单，图形化标识。无须记忆烦琐的功能键盘，极易操作，使用人员几乎不加任何培训，即可掌握。
M-JPEG网络视频压缩技术。采用国际流行的M-JPEG视频编码技术，压缩比和帧率可调，动态文件可供网络用户共享。
大容量数字切换矩阵MCU 。可接入32路远端E1进行多点选择和控制，具有快速切换控制视频、语音和数据信号的能力，并将不同信号送入相应单元。
智能化的远程网络管理。系统提供支持TCP/IP协议的网络接口，充分满足局域网内用户对远端站点进行网络化的统一控制管理，并交互使用数据、图表、视频等多种信息。
2.3系统的核心技术
本系统结合目前比较先进的网络技术，即图像图像压缩技术、图像控制技术、网络通讯技术。
2.3.1 图像压缩技术
视频压缩编码的理论基础是信息论。压缩就是从时域、空域两方面去除冗余信息。本系统采用的是MPEG编码。MPEG是国际标准化组织ISO/IEC下的一个制定动态视频压缩编码标准的组织，它为视频压缩编码技术的标准化、实用化作出了巨大贡献。如针对1.5Mbps传输率的MPEG-1、针对HDTV的6Mbps以上传输速率的MPEG-2都已取得了应用，并创造另外巨大的商业价值。
2.3.2图像控制技术
本系统的图像控制意味着本地和远程端均可控制系统中的所有镜头的变化。通过矩阵转换将多个云台与服务器相连(多达64个云台)，云台可控制镜头不同方向的转动,及变焦、聚焦、和光圈的变化，和自动报警。从而达到本地和远程都可通过计算机控制镜头的目的。
2.3.3网络通讯技术
采用RS-485，RS-232通讯接口以计算机为中心的监控平台。
建立在TCP/IP协议基础之上的图像传输系统的线路可为DDN、CDMA、HDSL、ISDN、ATM、LAN、WAN、微波等。接口也可为703/V.35/RS449/网卡等。
3. 系统目标
4. 系统结构
4.1运行平台
硬件平台：系统主机为赛扬以上CPU、128Ｍ以上内存、4M以上显存、4GB以上硬盘。接收工作站为同上。
软件平台：系统主机为中文Windows2000/NT Svr;接收工做站为windows98/NT/2000.
4.2 IP视频数字化处理单元
视频切换矩阵。切换矩阵的输入可以直接与摄像机的输出相连，实现了视频的分配与全矩阵切换功能。采用差分放大使得视频干扰降低到最小程度。此外，直接采用计算机通过串行总线进行控制，其控制的速度达到毫秒级。切换板提供了32*16视频切换矩阵和扩展的接口。通过切换板之间简单的并联就可以很方便的扩展输入输出路数，扩展后也不影响开关的控制速度。
远程通信单元。提供了RS-485的通信接口，这是与编解码器的接口，它具有通信速度高，抗干扰能力强的特点。最高通信速度可达2MBPS，RS485采用差分的输入,输出方式，大大增强了抗干扰的能力。通信板上设有硬件发送和接收缓冲区可以保证通信线路上数据的可靠性，不会因为拥挤而丢失数据。高速的通信速度，合理的缓冲区结构及高效率的编码方式，使得单一总线上可以并入多个系统，而不至于通信线路显得过分拥挤。由于总线上只限于控制指令的传输所以对线路的要求不高。因此，采用这种简便易行的串行总线结构是最为现实可行的方法。
数字化视频压缩卡。数字化视频压缩卡可以完成视频的实时数字化压缩存储，然后由计算机直接处理。这样通过软件就可以实现对视频的分屏显示，动态储存，实时捕捉，资料库查询等功能。在系统中，把数字化处理单元的视频输出交由视频压缩卡处理，这样从根本上解决了对于每一路视频画面进行高质量的压缩，根据本中心的网络带宽情况，采用MPEG1编码，图像压缩传输码流带宽可在256K-2M选择，在１.5Ｍ带宽网络环境下，使图像质量达到较高分辨率，采用标准交换格式（SIF），PAL/SECAM为352＊288像素，2路CD音质，可处理各种大小的帧。
编解码器。编解码器为最小的系统，它主要包括以下几个部分：3路220V有源触点开关，3路直流电源输出，1路RS-485通信接口及云台控制，镜头控制及雨刷，防护罩等的控制。实现的核心是单片机电路，会自动产生相关动作，并将信息编码后向外发送，传送给IP视频监控主机和数字化处理单元。
5. 控制流程
5.1 客户控制流程
6．网络视频监控系统软件结构
利用在中文平台上的专用系统软件,实现对用户与监控系统的对话窗口;通过它了解本监控系统所完成的多项功能及相应措施,AVOnline IP网络视频监控系统在软件上完成了系统模块间总级联和总管理功能.
图像压缩与网络发送软件（图像发送端），运行在主机端的WindowsNT下，实现对视频压缩卡的网络发送应用管理，把前端摄像机采集的视频摸拟信号压缩转换成数字信号，同时又实时地通过特定的协议，将视频信号以数据流的形式在局域网上传输广播，发送给每台工作站。对多路视频压缩卡，根具分配的通道序号分别管理，对视频压缩与传输的码流带宽可在256K-1.5M之间选择，每路数据流又同时在网上发送，从而形成一个独立管理又统一发送的多路视频压缩与发送的有机整体。
网络图像接收软件（图像接收端），运行在工作站的Win98下，可分为单路和多路接收软件，它对发送来的视频数据流，进行接收与解压，将监视图像呈现在用户的眼前，画面清晰而流畅，对监视现场有身临其境的感觉。通过选择通道可以接收一路或多路画面，对每一通道的画面都可任意放缩与移动，是一个活动的桌面监视窗口，与其它管理信息窗口融一体。
图像压缩与录像软件，运行在主机的Winnt下,实现对视频的压缩与录制，对其进行存储与捕捉，保存大量的视频素材，以作为资料库便于事后查询。对视频质量同发送软件一样设置。
图像、云台与镜头的控制软件，分为主控端（主机）与分控端（用户），使用户对监视图像的各种需求得以实现。硬件级别上已经实现编解码器和报警单元相对独立的小系统功能,通过软件,可以使得各部分联成统一的整体,在软件的控制和管理下,完成系统功能.编解码器和报警单元可以向系统软件报告自己系统内部的状态;同时,系统软件又可以控制编解码器和报警单元完成系统相应的动作.从而实现对视频通道、云台、镜头的控制，与接收软件共同完成网络用户的全面监视功能。
综所上述，主机、视频压缩卡、编码器、图像压缩发送软件、录像软件与主控软件，构成了监视中心单元，摄像机及音频、报警采集器为前端采集单元，网络工作站及接收控制软件为用户接收单元，各部分协调工作，形成有机而完整的现代化监视系统。
新型数字监控系统功能介绍：
1、 所有镜头均进入矩阵,可切换任意镜头，并控制镜头上下左右转动，及焦距变化，同一时间看到不同画面。
2、 多路输出至TV及大屏幕上，4画面分割可同时显示不同画面，并可同时进行数字硬盘录像。
3、 可控制红外线报警开关，报警控制。
4、 通过编程实现红外探测定时开关及智能报警切换镜头，立即录像 并使监控者在报警同时看到现场，及控制镜头追踪现场变化（报警机敏度小于100ms）。
5、 通过局域网可使其他方（如主管）进行远程监控，远程控制切换，及远程录像等功能。均为MPEG1或VCD效果。
6、 对摄像头及探测器具有可靠的保护措施.
7、系统性能指标
A、视频处理部分
B、数字录像部分
1.1概 述
数字视频实况组播（广播）和监控模块是一套建立在标准的校园网基础上的数字化监控系统，实现了基于TCP/IP的点对点、点对多点、多点对多点等远程视频实时编码组播（广播）和监控、远程遥控摄像机变焦和转动的功能。
1.2 背景
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。
1.3 系统分为如下几个部分：
1、 管理服务端：可以设置用户的帐号和权限，及实况编码和组播工作站的参数
2、 实况编码和组播工作站: 连接摄象机或其他视频源，进行实况编码压缩和组播服务
3、 云台转向和变焦镜头控制器及软件
4、 画面分割器和视频切换矩阵
2.系统概述
远程视频控制系统是明显优点在远距离的控制方面。远程视频控制系统已从传统的图像控应用系统演变为网络、远程、数字媒介的综合应用。由于原有视频及网络技术的限制，视频信息巨大的数据流量很难满足网络用户的共享和使用需求。随着IP视频技术及网络技术的发展，现有视频控制系统采用了先进的编解码技术和先进的网络传输技术，使之区别于以往视频控制系统。远程视频控制系统的应用涉及的领域非常广泛，如远程教学图像控制、小区保安监控、工矿企业生产过程监控及环境监控等。
2.1 系统环境配置
2.2系统的性能及特点
远程监控系统可对镜头进行光圈、焦距、景深距离的控制操作。
对云台可做全方位控制。系统可以对云台的上下左右的转动以及配套的云台护罩的相应保护设备进行全方位的控制。
编码/解码器具有双向通讯功能。编解码器具有独立的地址编码，采用数字化信号进行寻址。语音、图像全矩阵开关。对于音频和视频可以全矩阵切换和同步进行切换。
分布式计算机控制。系统由中心计算机和各级智能控制子站组成，通过网络构成控制网。控制子站独立完成某一区域的控制或实现某一控制功能，使用中只需增加控制子站和在子站上增挂监控点即可，所以监控点的多少几乎没有限制且不增加系统的复杂性，系统配置十分灵活，扩展性好，极易实现对较大区域的控制。并且某一监控子站本身的设备故障不影响其他子站的正常工作，系统整体的可靠性。
计算机视窗图形控制台代替传统文字控制键盘。操作人员只需鼠标点按即可控制系统的各种设备，操作形象、简单，无须记忆各个烦琐功能 。并且控制面板和媒体播放器集成方式更加方面客户端的操作。
编码控制节省控制线。系统各点均采用编码方式总线控制，各监控点设备和控制设备，只需挂接在总线上即可，方便灵活；同时编码控制提高了设备控制的可靠性，且命名控制线大大减少使布线、维修较为容易
控制信号的传输采用RS-485（RS-442）协议，具有强抗干扰性、传输距离远。特别适合于环境恶劣的场所。
易使用性。系统软件在Windows下实现，人机界面友好，汉字菜单，图形化标识。无须记忆烦琐的功能键盘，极易操作，使用人员几乎不加任何培训，即可掌握。
M-JPEG网络视频压缩技术。采用国际流行的M-JPEG视频编码技术，压缩比和帧率可调，动态文件可供网络用户共享。
大容量数字切换矩阵MCU 。可接入32路远端E1进行多点选择和控制，具有快速切换控制视频、语音和数据信号的能力，并将不同信号送入相应单元。
智能化的远程网络管理。系统提供支持TCP/IP协议的网络接口，充分满足局域网内用户对远端站点进行网络化的统一控制管理，并交互使用数据、图表、视频等多种信息。
2.3系统的核心技术
本系统结合目前比较先进的网络技术，即图像图像压缩技术、图像控制技术、网络通讯技术。
2.3.1 图像压缩技术
视频压缩编码的理论基础是信息论。压缩就是从时域、空域两方面去除冗余信息。本系统采用的是MPEG编码。MPEG是国际标准化组织ISO/IEC下的一个制定动态视频压缩编码标准的组织，它为视频压缩编码技术的标准化、实用化作出了巨大贡献。如针对1.5Mbps传输率的MPEG-1、针对HDTV的6Mbps以上传输速率的MPEG-2都已取得了应用，并创造另外巨大的商业价值。
2.3.2图像控制技术
本系统的图像控制意味着本地和远程端均可控制系统中的所有镜头的变化。通过矩阵转换将多个云台与服务器相连(多达64个云台)，云台可控制镜头不同方向的转动,及变焦、聚焦、和光圈的变化，和自动报警。从而达到本地和远程都可通过计算机控制镜头的目的。
2.3.3网络通讯技术
采用RS-485，RS-232通讯接口以计算机为中心的监控平台。
建立在TCP/IP协议基础之上的图像传输系统的线路可为DDN、CDMA、HDSL、ISDN、ATM、LAN、WAN、微波等。接口也可为703/V.35/RS449/网卡等。
3. 系统目标
4. 系统结构
4.1运行平台
硬件平台：系统主机为赛扬以上CPU、128Ｍ以上内存、4M以上显存、4GB以上硬盘。接收工作站为同上。
软件平台：系统主机为中文Windows2000/NT Svr;接收工做站为windows98/NT/2000.
4.2 IP视频数字化处理单元
视频切换矩阵。切换矩阵的输入可以直接与摄像机的输出相连，实现了视频的分配与全矩阵切换功能。采用差分放大使得视频干扰降低到最小程度。此外，直接采用计算机通过串行总线进行控制，其控制的速度达到毫秒级。切换板提供了32*16视频切换矩阵和扩展的接口。通过切换板之间简单的并联就可以很方便的扩展输入输出路数，扩展后也不影响开关的控制速度。
远程通信单元。提供了RS-485的通信接口，这是与编解码器的接口，它具有通信速度高，抗干扰能力强的特点。最高通信速度可达2MBPS，RS485采用差分的输入,输出方式，大大增强了抗干扰的能力。通信板上设有硬件发送和接收缓冲区可以保证通信线路上数据的可靠性，不会因为拥挤而丢失数据。高速的通信速度，合理的缓冲区结构及高效率的编码方式，使得单一总线上可以并入多个系统，而不至于通信线路显得过分拥挤。由于总线上只限于控制指令的传输所以对线路的要求不高。因此，采用这种简便易行的串行总线结构是最为现实可行的方法。
数字化视频压缩卡。数字化视频压缩卡可以完成视频的实时数字化压缩存储，然后由计算机直接处理。这样通过软件就可以实现对视频的分屏显示，动态储存，实时捕捉，资料库查询等功能。在系统中，把数字化处理单元的视频输出交由视频压缩卡处理，这样从根本上解决了对于每一路视频画面进行高质量的压缩，根据本中心的网络带宽情况，采用MPEG1编码，图像压缩传输码流带宽可在256K-2M选择，在１.5Ｍ带宽网络环境下，使图像质量达到较高分辨率，采用标准交换格式（SIF），PAL/SECAM为352＊288像素，2路CD音质，可处理各种大小的帧。
编解码器。编解码器为最小的系统，它主要包括以下几个部分：3路220V有源触点开关，3路直流电源输出，1路RS-485通信接口及云台控制，镜头控制及雨刷，防护罩等的控制。实现的核心是单片机电路，会自动产生相关动作，并将信息编码后向外发送，传送给IP视频监控主机和数字化处理单元。
5. 控制流程
5.1 客户控制流程
6．网络视频监控系统软件结构
利用在中文平台上的专用系统软件,实现对用户与监控系统的对话窗口;通过它了解本监控系统所完成的多项功能及相应措施,AVOnline IP网络视频监控系统在软件上完成了系统模块间总级联和总管理功能.
图像压缩与网络发送软件（图像发送端），运行在主机端的WindowsNT下，实现对视频压缩卡的网络发送应用管理，把前端摄像机采集的视频摸拟信号压缩转换成数字信号，同时又实时地通过特定的协议，将视频信号以数据流的形式在局域网上传输广播，发送给每台工作站。对多路视频压缩卡，根具分配的通道序号分别管理，对视频压缩与传输的码流带宽可在256K-1.5M之间选择，每路数据流又同时在网上发送，从而形成一个独立管理又统一发送的多路视频压缩与发送的有机整体。
网络图像接收软件（图像接收端），运行在工作站的Win98下，可分为单路和多路接收软件，它对发送来的视频数据流，进行接收与解压，将监视图像呈现在用户的眼前，画面清晰而流畅，对监视现场有身临其境的感觉。通过选择通道可以接收一路或多路画面，对每一通道的画面都可任意放缩与移动，是一个活动的桌面监视窗口，与其它管理信息窗口融一体。
图像压缩与录像软件，运行在主机的Winnt下,实现对视频的压缩与录制，对其进行存储与捕捉，保存大量的视频素材，以作为资料库便于事后查询。对视频质量同发送软件一样设置。
图像、云台与镜头的控制软件，分为主控端（主机）与分控端（用户），使用户对监视图像的各种需求得以实现。硬件级别上已经实现编解码器和报警单元相对独立的小系统功能,通过软件,可以使得各部分联成统一的整体,在软件的控制和管理下,完成系统功能.编解码器和报警单元可以向系统软件报告自己系统内部的状态;同时,系统软件又可以控制编解码器和报警单元完成系统相应的动作.从而实现对视频通道、云台、镜头的控制，与接收软件共同完成网络用户的全面监视功能。
综所上述，主机、视频压缩卡、编码器、图像压缩发送软件、录像软件与主控软件，构成了监视中心单元，摄像机及音频、报警采集器为前端采集单元，网络工作站及接收控制软件为用户接收单元，各部分协调工作，形成有机而完整的现代化监视系统。
新型数字监控系统功能介绍：
1、 所有镜头均进入矩阵,可切换任意镜头，并控制镜头上下左右转动，及焦距变化，同一时间看到不同画面。
2、 多路输出至TV及大屏幕上，4画面分割可同时显示不同画面，并可同时进行数字硬盘录像。
3、 可控制红外线报警开关，报警控制。
4、 通过编程实现红外探测定时开关及智能报警切换镜头，立即录像 并使监控者在报警同时看到现场，及控制镜头追踪现场变化（报警机敏度小于100ms）。
5、 通过局域网可使其他方（如主管）进行远程监控，远程控制切换，及远程录像等功能。均为MPEG1或VCD效果。
6、 对摄像头及探测器具有可靠的保护措施.
7、系统性能指标
A、视频处理部分
B、数字录像部分
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