2024年5月1日发(作者：)

２００７８

产品设计与实现

远程网络视频监控系统的设计与实现

邓璐娟王利亚刘涛丁孟宝

（郑州轻工业学院，４５０００２）

【摘要】

基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的远程视频监控是视频监控系统的最新发展趋势，它将摄

像头采集的视频信息通过视频服务器发布到网络上，能够使异地人员通过一台连接到

Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上的ＰＣ机进行观看，从而对监控现场进行监管。本文以对校园内一栋教学楼

的远程视频监控为背景，首先介绍了整个系统的基本硬件结构及视频信息和控制信息

在系统中的传输过程，然后提出了远程监控系统中几个关键技术的实现方法，最后对

系统中的主要软件模块作了概述。

【关键字】

视频监控系统Ｃ／Ｓ模式套接字组播

一、引言

视频监控是安防领域的主要手段之一，对于保障

人们日常生产和生活的安全具有重要意义，是大型企

业诸如集团化公司、邮电、银行等信息交流广泛的企

业生产与管理的必备系统。

目前，随着互联网的大范围普及，社会信息化的

日益发展，信息技术、网络技术、通信技术以及多媒

体技术逐渐融合，视频监控也从传统的安防监控向数

字网络监控发展。以网络为基础的视频监控突破了时

间、地域的限制，只要有网络存在的地方就可以建立

网络监控系统，省去了传统的布线和线路维护费用，

降低了监控成本；用户在授权的情况下，就可以不受

地域限制随时按需监控，实现即插、即用、即看。

本文介绍了基于Ｃ／Ｓ模式，通过互联网对校园内一

栋教学楼的远程视频监控系统的实现方案及关键技

术。

二、系统硬件结构及主要部件功能

网络视频监控系统结构如图１所示：该系统由前端

设备、传输设备、多路视频分配器、网络视频服务

器、本地显示器、终端客户机等部分组成。前端包

括：摄像机、镜头、云台、防护罩等设备。传输部分

由视频线缆、电源线缆、控制线缆和传输线缆等组

成。本地主机接连接４路视频输入，集监视、录像、多

种画面分割、画面切换、回放检索、打印、等功能于

一体。终端客户机实现远程视频回放和对云台的监

控。

网络视频服务器是一种压缩、存储、处理视音频

数据的专用计算机，它由视音频压缩编码器、大容量

存储设备、输入／输出通道、网络接口、视音频接口、

ＲＳ４２２串行接口、协议接口、软件接口、视音频交叉点

矩阵等构成，同时，提供外锁相和视频处理功能。

视频服务器是前端的核心设备，在其上运行视频

数据处理模块，主要实现视频数据的实时采集和视频

图像模拟信号的数字化转换、压缩编码和动态存储、

视频图像的实时播放控制和网络传输，以及对摄像机

的接入和控制。

一路视频信号对应一台监视器或录像机，一台摄

像机的图像送给多个管理者观看时，就需要视频分配

器。因为并联视频信号衰减较大，送给多个输出设备

后由于阻抗不匹配等原因，图像会严重失真，线路也

不稳定。视频分配器除了阻抗匹配，还有视频增益，

使视频信号可以同时送给多个输出设备而不受影响。

在一台监视器上同时观看多个摄像机图像，需要

用画面分割器。分割器除了可以同时显示４个摄像机的

图像外，也可以显示单幅画面，可以叠加时间和字

符，设置自动切换，连接报警器材，也可以送到录像

机上记录。

－４５－

产品设计与实现

２００７８

来很大的负担。因此，流媒体数据在传输或存储之

互联网

校园局域网

交换机

网络视频

服务器

控制线

多路视频

分配器

视频线

本地

观看

前，先要进行压缩处理，以便存储和传输，传送到目

的地后再解压缩播放出来。在本系统中采用ＭＰＥＧ－

４编解码技术。

ＭＰＥＧ是活动图像（ＭｏｖｉｎｇＰｉｃｔｕｒｅＥｘｐｅｒｔＧｒｏｕｐ）

的简称，是一个国际标准化组织，它制定了一系列的

音频和视频压缩标准，主要有ＭＰＥＧＩ，ＭＰＥＧ２，ＭＰＥＧ４，

ＭＰＥＧ７和ＭＰＥＧ２１。ＭＰＥＧ－４是超低码率运动图像和语

言的压缩标准，它不仅是针对一定比特率下的视频编

码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。与其他

视频压缩编码标准相比，ＭＰＥＧ－４标准对传输速率要求

比较低，网络传输占用带宽小，能通过各种方式进行

远程视频图像传输，是适合于网络视频传输的佼佼

者。

２、网络传输技术

视频图像的传输质量直接影响系统的监控质量，

数字视频信号虽然已经过压缩，但数据量还是很大，

特别是当几路视频信号同时在网络上传输时，大量的

数据传输会使得传输网络变得拥挤，这会造成数据的

延迟及丢失，因此良好的网络通信通道和通信协议的

控制命令发送

图１网络视频监控系统结构图

三、网络视频监控系统的视频传输与处理模块

整个系统由服务器端和客户端两部分组成，服务

器端和客户端通过Ｓｏｃｋｅｔ套接字在整个互联网上进行通

信，视频数据流传输与处理流程见图２：

服务器端

本地视频回放

视频采集

数据存储

视频压缩

网络传输

云台镜头控制

控制命令接受

远程客户机端

视频显示

视频解压缩

网络传输

选择至关重要，ＩＰ协议是ＩＰ层通用的协议；常用的传输

层协议有ＴＣＰ、ＵＤＰ、实时传输协议ＲＴＰ（Ｒｅａｌ－

ｔｉｍｅＴｒａｎｓｐｏｒｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）、实时传输控制协议ＲＴＣＰ

（Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅＴｒａｎｓｐｏｒｔＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｔｏｃｏｌ）等。

ＴＣＰ是传输控制协议的缩写，它是面向连接的，

提供可靠流服务，提供确认与超时重传机制、滑动窗

口机制等。但是ＴＣＰ的这些机制增加了网络开销，不适

合传输突发性的大量数据或者实时性数据，如音视频

流。

ＵＤＰ是无连接的传输协议，不提供可靠性措施，

不必在数据报丢失或出错时要求服务器再重发，因此

紧凑快速，特别适合于实时性要求高的数据传输场

合。由于音频数据和视频图像数据的传输往往要求实

时传输，同时又允许在性能要求范围内存在数据错误

率和丢失率，因此ＵＤＰ协议适合对音频和视频数据传

输。

但是由于ＵＤＰ存在不可靠性，基于ＵＤＰ的应用程

序，必须自己解决诸如报文丢失、重复、失序和流量

控制等问题。因此，在ＵＤＰ协议之上，还必须使用多

媒体数据传输的ＲＴＰ和ＲＴＣＰ协议。ＲＴＰ协议提供实时

的、端到端的数据传送服务，采用ＲＴＰ协议对音频、视

视频信号

ＲＴＰ／ＲＴＣＰ

控制信号

ＴＣＰ／ＩＰ

图２视频传输与处理示意图

安装在现场的摄像头和麦克将采集的模拟音视频

信号送入网络视频服务器。模拟信号被分成两路，一

路直接送入本地监视器进行本地回放，另一路被送入

编码器编码成ＭＰＥＧ－４的视频流和音频流，从编码器出

来的音视频流再被分为两路，一路送入本地硬盘存

储，另一路通过网络发送到客户端。客户机端用户根

据分配的用户名和密码访问服务器主机，接收网络数

据包，经过解码还原成原来的视频图像，就可以实时

察看监控录像，并发送相应的控制信息对云台、摄像

头进行远程控制，实现远程监控。

四、实现远程视频监控的关键技术

在远程网络视频监控系统中，需要采用了许多先

进的技术，主要有数字视频压缩编码技术、网络传输

技术、组播技术以及多线程技术。

１、数字视频压缩编码技术

由于流媒体信息源所产生的数据量非常大，如果

直接进行传输或存储，将会对网络带宽和存储空间带

－４６－

２００７８

产品设计与实现

ＤｉｒｅｃｔＳｈｏｗ是微软公司推出的新一代基于组件对象模型

ＣＯＭ（ＣｏｍｐｏｎｅｎｔＯｂｊｅｃｔＭｏｄｅｌ）的多媒体开发包，主

要负责在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上音视频流的捕捉和回放。

ＤｉｒｅｃｔＳｈｏｗ支持多种音视频编解码器和多种媒体类型，

可以提供高品质的媒体流解码和回放，为播放视频监

控中涉及到的各种类型的音频、视频数据提供了非常

有效的途径。

ＤｉｒｅｃｔＳｈｏｗ使用ＦｉｌｔｅｒＧｒａｐｈ模型来管理整个数据流

的处理过程；参与数据处理的各个功能模块叫做

Ｆｉｌｔｅｒ；各个Ｆｉｌｔｅｒ在ＦｉｌｔｅｒＧｒａｐｈ中按一定的顺序连接成

一条“流水线”协同工作。

３、采用Ｗｉｎｄｏｗｓ的Ｓｏｃｋｅｔ套接字实现数据传输

Ｓｏｃｋｅｔ实际上是指一个通信端点，借助于它，用户

所开发的Ｓｏｃｋｅｔ应用程序可以通过网络与其他Ｓｏｃｋｅｔ应

用程序进行通信。本系统使用ＶＣ＋＋６．０配套的ＭＦＣ基本

类库中ＣＡｓｙｎｃ－Ｓｏｃｋｅｔ类对ＴＣＰ／ＩＰ通信进行编程。

视频图像发送的基本过程：（１）建立Ｗｉｎｓｏｃｋ２

ＭｕｌｔｉｃａｓｔＳｏｃｋｅｔ；如下：ＭｕｌｔｉＳｏｃｋｅｔ＝ＷＳＡＳｏｃｋｅｔ

（ＡＦ＿ＩＮＥＴ，ＳＯＣＫ＿ＤＧＲＡＭ，ＩＰＰＲＯＴＯ＿ＵＤＰ，ＮＵＬＬ，０，ＷＳ

Ａ＿ＦＬＡＧ＿ＯＶＥＲＬＡＰＰＥＤ｜

ＷＳＡ＿ＦＬＡＧ＿ＭＵＬＴＩＰＯＩＮＴ＿Ｃ＿ＬＥＡＦ｜

ＷＳＡ＿ＦＬＡＧ＿ＭＵＬＴＩＰＯＩＮＴ＿Ｄ＿ＬＥＡＦ）；／／其中

ＳＯＣＫ＿ＤＧＲＡＭ表示基于ＵＤＰ协议进行传输。（２）初始

化视频采集压缩卡，启动压缩采集；（３）建立输出到

缓冲区的流，由回调函数将采集的视频数据送至缓冲

区，设为６４ＫＢ，缓冲区数据满时启动数据发送线程，

通过ＩＰ组播放式将数据发送出去。

客户端视频流接收过程：（１）输入连接发送端的

ＩＰ地址，向发送端发送数据请求；（２）当得到发送端

的确认消息后，启动接收播放数据线程，创建用户界

面窗口；（３）建立Ｗｉｎｓｏｃｋ２ＭｕｌｔｉｃａｓｔＳｏｃｋｅｔ，根据发

送端传回的组播地址及端口加入此ＩＰ组播组；（４）建

立ＤｉｒｅｃｔＳｈｏｗＦｉｌｔｅｒＧｒａｐｈ，并启动运行；（５）在

Ｄｉｒｅｃｔ－Ｓｈｏｗ请求数据时，从ＭｕｌｔｉＳｏｃｋｅｔ中读取数据（每

个ＩＰ数据包为６４Ｋ）送到ＤｉｒｅｃｔＳｈｏｗ的Ｂｕｆｆｅｒ，此后视频

流的解码和播放都由ＤｉｒｅｃｔＳｈｏｗ来完成。

六、结束语

本监控系统具有视频流压缩、实时视频和音频预

览、视频信号和音频信号切换、本地录像文件回放、

实时网络传输、远程文件回放和下载、支持流协议等

（下转第５４页）

频数据进行封装，即使在某些包被丢失的情况下也能

对其他包进行解码，另外，时间戳信息便于解码时保

持音频和视频信号的同步。ＲＴＣＰ是ＲＴＰ的控制协议，

用于监视网络的服务质量和数据接收双方的信息传

递，ＲＴＣＰ提供关于数据传输质量的反馈，该功能与其

他传输协议的流量控制和拥塞控制机制相对应。

３、ＩＰ组播技术

在ＩＰ协议下，视频数据的传送采用组播

（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ）方式，对那些要接收视频流的客户机，传

输端通过一次传输就可以将信息同时传送到一组接收

者；这样可以有效地减轻网络负担，避免网络资源的

浪费；也使发送端编程更简洁。ＩＰｖ４中的Ｄ类地址即是

组播地址，最高位为１１１０，范围是２２４．０．０．０￣２３９．２５－

５．２５５．２５５。

４、多线程技术

为了使编解码和数据的传输能同步进行，应用程

序采用多线程结构。进程是应用程序的执行实例，线

程是Ｗｉｎ３２的最小执行单元，一个进程包含一个主线程，

可以建立另外的多个线程。线程是系统分配处理器时

间的基本单元，并且一个进程中可以有多个线程同时

执行代码。Ｗｉｎ３２ＡＰＩ可提供多线程编程，但是开发难

度大，ＭＦＣ对其进行了封装，并且封装了事件、互斥

和其他Ｗｉｎ３２线程同步对象，提供了ＣｗｉｎＴｈｒｅａｄ类，使

编程更加方便、快捷。

五、系统主要模块的实现

本系统采用ＶＣ＋＋６．０开发完成视频采集、存储、磁

盘管理和对云台和摄像机的控制，用户权限管理等功

能。ＶｉｓｕａｌＣ＋＋支持面向对象的编程方法，提供了简单

高效的方法来操作应用程序类。

１、视频采集与压缩

视频采集压缩卡可以完成将模拟信号转化为数字

信号并进行压缩编码，利用其提供的ＳＤＫ还可以方便

的进行二次开发。

２、采用ＤｉｒｅｃｔＳｈｏｗ实现实时图像和视频文件的播

放

为了支持多媒体信息的采集、压缩、解压和回

放，微软提供了两种在Ｗｉｎｄｏｗｓ中进行多媒体处理的开

发包：ＶｉｄｅｏＦｏｒＷｉｎｄｏｗｓ（简称ＶＦＷ）、ＤｉｒｅｃｔＳｈｏｗ。

ＶＦＷ是Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ于１９９２年推出的关于数字视频的一个

软件包。其使用简单方便，但是可控制性差。

－４７－

产品设计与实现

（１）初始化发送端和接收端：主要完成１／０端口

的配置，使能发送器／接收器，启动计数器等；

（２）发送器／接收器配置：先打开配置方式，再

配置发送／接收器，最后使能收发功能；

（３）接收包／接收包处理；

（４）发送／接收数据：完成数据包的发送／接收操

作；

（５）读取Ａ／Ｄ转换结果：等待ＡＤ转换完成后，读

取Ａ／Ｄ转换结果数据，并开始接受新的转换；

六、视频传输模块设计

视频传输模块收到无线接收模块递交的视频数据

后，可以通过串口或网络接口将其传输到视频应用服

务端，本设计采用网络接口进行数据传输。目前，互

联网上传输视频数据大多采用ＵＤＰ协议。ＵＤＰ协议提供

非连接、不可靠的数据传输，由于接收端只对收到的

ＵＤＰ数据包进行简单的完整性校验，丢弃有错误的数

据包，因此数据传输速度较快。然而，为了提高数据

传输的准确性和减少因使用ＵＤＰ协议而额外增加的、

繁琐的数据确认操作，本设计选用面向连接的、可靠

的数据传输协议——ＴＣＰ，视频传输模块与视频应用服

务端之间的通信过程如图３所示：

２００７８

统，则可以使用Ｋｙｌｉｘ完成相同的功能）。由于ＢＣＢ的

Ｉｍａｇｅ类可以完成精确到像素的图像处理能力，可以将

ＢＭＰ，Ｄｒａｗｉｎｇ、自定义图形等显示成图像。因此，

ＳｏｃｋｅｔＡＰＩ从网络接收视频数据后，首先将接收到的

ＪＰＥＧ图像转换成ＢＭＰ，然后将其传送给Ｉｍａｇｅ对象，

Ｉｍａｇｅ对象最后处理视频数据、生成图像视频并将其显

示出来。

八、结束语

本文提出了一种基于ＡＲＭＳ３Ｃ２４１０Ｘ的嵌入式无

线视频监控系统设计。采用嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统进行

视频采集、压缩和打包并通过ｎＲＦ２４０１无线发射、接收

模块进行视频数据无线传输，最后通过ＴＣＰ／ＩＰ网络将

视频数据从视频传输模块传输到视频应用服务端，构

成一套完整的无线视频监控系统。由于系统的核心工

作采用高性能嵌入式处理器完成，因此该系统具有结

构简单、性能稳定、成本低廉等优点在油田、油气井

无线视频监控，智能家居等领域具有广阔的应用前

景。

【参考文献】

［１］陈俊宏，ＥｍｂｅｄｄｅｄＬｉｎｕｘ嵌入式系统原理与实

务［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００４

［２］曹翔，实时视频传输在ＭＰＬＳ网络中的ＱｏＳ研究

［Ｊ］微计算机信息，２００６，７－３：５８－６０

［３］ＮｏｒｄｉｃＶＬＳＩＡＳＡ．ｎＲＦ２４０１ＳｉｎｇｌｅＣｈｉｐ２．４ＧＨｚ

ＲａｄｉｏＴｒａｎｓｃｅｉｖｅｒＰｒｏｄｕｃｔＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ，２００３

．转自《微计算机信息》２００７年第７期

视频应用服务端

ｓｏｃｋｅｔ（）

ｂｉｎｄ（）

视频传输

ｓｏｃｋｅｔ（）

ａｃｃｅｐｔ（）

建立连接

阴塞，等待用户连接请求

ｗｒｉｔｅ（）

请求

ｒｅａｄ（）

处理服务请求

ｒｅａｄ（）

应答

ｗｒｉｔｅ（）

ｌｉｓｅｎ（）

（上接第４７页）

功能。

【参考文献】

［１］Ａ．ＭｕｒａｔＴｅｋａｌｐ．．ＤｉｇｉｔａｌＶｉｄｅｏＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．

ＰｒｅｎｔｉｃｅＨａｌｌＰＴＲ．１９９８．

［２］卞俊锋，李兆强等．视频监控中心数据传输

控制的设计与实现［Ｊ］微计算机信息，２００５，２１（３）：６６－

６７，１０６

［３］李虎，林中．远程网络视频监控系统的设计

与实现［Ｊ］．数据通信２００４，第６期：５１－５３

［４］欧建平，娄生强．网络与多媒体通信技术［Ｍ］．

北京：人民邮电出版社，２００２：２５６

转自《微计算机信息》２００７年第７期

ｃｏｎｎｅｃｔ（）

图３视频传输模块—视频应用服务端的通信过程

七、视频应用服务端一视频显示模块设计与实现

视频应用服务端采用ＢｏｒｌａｎｄＣ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ６．０完成监

控视频的合成（如果视频应用服务端采用Ｌｉｎｕｘ操作系

－５４－