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监控系统及中央控制系统 设计与实现 薛亚非 东南大学 摘要 随着计算机技术的发展，人们的生活在发生着革命性的改变。当今社会的信息化膨胀速 度是无法想象的。随之而来的，各公司企业以及工厂同样快速发展，这就会伴随着一系列的 管理上的困难。各工矿企业为了应对潜在的安全隐患，也希望能够实时的掌握各地的情况。 同时，随着人民生活水准日益提高，防患意识也逐渐提高，各小区也需要有切实可行的解决 方案来保障居民的安定。 为了应对以上可能出现的需求，“监控刀，尤其是“视频监控 这样一种技术就应运而生。 视频监控系统的发展大致经历了三个阶段。在九十年代初以前，主要是以模拟设备为主 的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。九十年代中期，随着计算机处理能力 的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处 理，利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示，从而大大提高了图像质量，这种基 于pc 机的多媒体主控台系统称为第二代数字化本地视频监控系统。九十年代末，随着 网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种实用视频处理技术的出现， 视频监控步入了全数字化的网络时代，称为第三代远程视频监控系统。第三代视频监控 系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像 分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命，受到了学术界、产业界和使用部门的高 度重视。 随着监控系统的发展，在大型标案中，中央控制系统越来越成为监控系统中的一个重要 组成部分，其便捷的管理功能、集中的存储功能，满足大部分用户的需求。本文将根据本人 公司经过调研所了解到的各大企业及小区对视频监控的实际需求，介绍一个监控系统及中央 控制系统的设计与实现。 论文首先介绍视频监控业务的概况、系统的开发背景，以及视频监控系统实现的技 术基础，包括d i r e c t s h o w 、视频采集、解码、网络传输等相关技术。 接着详细描述了对系统进行分析和设计的过程，包括系统的总体结构，系统的功能 需求，以及视频录制模块、报警模块、备份管理模块、网络浏览模块、系统设置模块等 的功能设计。同时，数据库的设计也是整个系统必不可少的一个组成部分，结合数据库 设计的理论介绍了视频监控系统中包括备份、录制、系统用户管理等功能的数据库的设 计过程。 最后介绍中央控制系统的实现，包括中控系统的总体架构及工作流程、影像轮巡模 块、对远程服务器及浏览端的监听对讲、本地，远程回放、对服务器进行录制的管理功能 模块、群组设置、摄像机及云台控制、用户与权限管理等。 结束前对论文进行了简要总结，并对系统的进一步改进提出了一些设想。 关键词：视频监控、d i r e c t s h o w 、视频采集、中央控制、视频录制、报警管理、数据库 东南大学硕士学位论文 t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f t h em o n i t o r 口n gs y s t e ma n d t h ec e n t r a lc o n t r o ls y s t e m y a f e ix u e s o u t h e a s tu niv e r sit y a b s t r a c t ： a sc o m p u t e rt e c h n o l o g yi s a d v a n c i n g ，r e v o l u t i o n a r yc h a n g e sa r eh a p p e n i n g i n p e o p l e sl i v e s n o w a d a y st h ei n f l a t i n gs p e e dr a t eo fs o c i a li n f o r m a t i o n a l i z a t i o ni s u n i m a g i n a b l e c o n s e q u e n t l y ，j nt h em e a nt i m e ，c o m p a n i e s ，e n t e r p r i s e sa n df a c t o r i e s a r ea l s od e v e l o p i n gf a s t t h a tw o u l dg ow i t has e r i e so fd i f f i c u l t i e si nm a n a g e m e n t i n d u s t r i a la n dm i n i n ge n t e r p r i s e sa l s oh o p et om a s t e rt h er e a l t i m es t a t u se v e r y w h e r e 。 t oc o p ew i t ht h eh i d d e ns a f e t yp r o b l e m s i nt h em e a n t i m e ，w i t ht h el i v i n gs t a n d a r d i n c r e a s i n g ，t h ei d e ao fp r e c a u t i o ni sa l s og r o w i n gr e a d i l y e a c hr e s i d e n t i a ld i s t r i c ta l s o n e e d sp r a t i c a la n df e a s i b l es u l u t i o n st og u a r a n t e et h es a f e t yo fp e o p l e t om e e tt h ep o s s i b l er e q u i r e m e n ta b o v e 。t h et e c h n i q u eo fm o n t o r i n g ，e s p e c i a l l yt h e o n ek n o w na sv i d e om o n i t o r i n ga p p e a r e d t h ea d v a n c e m e n to fv i d e om o n i t o r i n g s y s t e ma p p r o x i m a t e l ye x p e r i e n c e dt h r e es t a g e s b e f o r et h e9 0 。s ，t h ed o m i n a n tp o r t i o n w a so c c u p i e db yt h ec l o s e dc i r c u i tt e l e v i s i o nm o n i t o r i n gs y s t e m s ，k n o w na st h ef i r s t g e n e r a t i o na n a l o gm o n t o r i n gs y s t e m ，w h i c hi sm a i n l yc o m p o s e db yt h ea n a l o g e q u i p m e n t i nt h em i d s to ft h e9 0 。s 。w i t ht h ee n h a n c e m e n to fc o m p u t e rp r o c e s s i n g a b i l i t ya n dt h ea d v a n c e m e n to ft h ev i d e ot e c h n o l o g y ，p e o p l ec a nm a k eu s eo ft h e h i g h - s p e e dd a t ap r o c e s s i n ga b i l i t yo ft h ec o m p u t e r si nv i d e oc a p t u r i n ga n dp r o c e s s i n g ， a n dr e a l i z et h em u l t i p i c t u r e sd i s p l a yw i t ht h eh i g hr e s o l u t i o no ft h em o n i t o r , a tl a s t e n h a n c et h eq u a l i t yo fd i s p l a y s u c hap c b a s e dm u l t i m e d i ac o n s o l es y s t e mw a s c a l l e dt h es e c o n dg e n e r a t i o nd i g i t a l i z e di o c a lv i d e om o n t o r i n gs y s t e m a tt h ee n do f 9 0 s 。w i t ht h ef a s t ；n c r e a s i n go ft h ea b i l i t yo fc o m p u t e rp r o c e s s i n ga n dt h eq u a n t i t yo f s t o r a g e ，a n dt h ea p p e a r a n c eo fv a r i o u sk i n d so fp r a c t i c a lv i d e op r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , v i d e om o n i t o r i n gh a se n t e r e dan e t w o r kp e r i o df u i l yd i g i t a l i z e d 。w h i c hi sc a l l e dt h et h i r d g e n e r a t i o nr e m o t ev i d e om o n i t o r i n gs y s t e m t h et h i r dg e n e r a t i o nv i d e om o n t o r i n g s y s t e mr e l i e so nt h en e t w o r k f e a t u r e db yt h ei n t e l l i g e n ta n dp r a c t i c a | m a g ea n a l y s i s i t se s s e n t i a i st h ec o m p r e s s i o n ，t r a n s m i s s i o n ，s t o r a g ea n dp l a yo ft h ed i g i t a lv i d e o t h a t s p u r sat e c h n o l o g i c a lr e v o l u t i o ni nt h ei n d u s t r yo fv i d e om o n i t o r i n g ，a n dg e tg r e a t a t f e n t i o no ft h ea c a d e m i cc i r c l e 。i n d u s t r yc i r c l ea n dt h ec o o r d i n a t ed e p a r t m e n t s w i t ht h ea d v a n c m e n to ft h em o n i t o r i n gs y s t e m ，i ni a r g eb i dc a s e s ，c e n t r a lc o n t r o i s y s t e mh a sg r a d u a l l yb e e nai m p o r t a n tp a r to ft h ew h o l em o n i t o r i n gs y s t e m i th a s c o n v e n i e n t m a n a g e m e n t a n d i n t e g r a t e ds t o r a g ef u n c t i o n s ，w h i c h m e e tt h e r e q u i r e m e n to fm o s to ft h ec u s t o m e r s 。i nt h i sa r t i c l e 。a c c o r d i n gt ot h er e s u l to ft h e i n v e s t i g a t i o nm yc o m p a n yh a sm a d e ，i nw h i c hw ec a nh a v ea ni d e ao ft h ep r a c t i c a i r e q u i r e m e n tt om o n i t o r i n gs y s t e mo fe a c he n t e r p r i s ea n de a c hr e s i d e n t i a id i s t r i c t w e 。 m a k ead e s c r i p t i o no ft h ed e s i g na n di m p l e m e n t a i o no fam o n i t o r i n gs y s t e ma n d c e n t r a ic o n t r o is y s t e m t h i se s s a ya tf i r s tw i l lm a k ead e s c r i p t i o no ft h eg e n e r a li d e ao ft h ev i d e om o n i t o r i n g b u s i n e s s ，t h eb a c k g r o u n do fs y s t e md e v e l o p m e n ta n dt h et e c h n o l o g i c a lb a s i so ft h e i m p l e m e n t a t i o no ft h e v i d e om o n i t o r i n gs y s t e m ，i n c l u d i n gd i r e c t s h o w , v i d e o c a p t u r i n g ，d e o d i n g ，n e t w o r kt r a n s m i s s i o n ，。e t c ，a n dt e c h n i q u e sr e l a t e d i i t h e nw e d i s c u s st h ep r o c e s so ft h ea n a l y s i sa n dd e s i g no ft h es y s t e mi nd e t a i l i n c l u d i n gt h eg e n e r a is t r u c t u r eo ft h es y s t e m t h ef u n c t i o n a ir e q u i r e m e n to ft h e s y s t e m 。a n dt h ef u n c t i o n a ld e s i g n o ft h ev i d e o r e c o r d i n gm o d u l e ，a l a r m i n g m o d u l e ，b a c k u pm a n a g e m e n tm o d u l e ， n e t w o r kb r o w s i n gm o d u l e s y s t e ms e t u p m o d u l e e t c 1 nt h em e a n t i m e ，t h ed e s i g no ft h ed a t a b a s ei sa l s oav e r yi m p o r t a n tp a r t o ft h ew h o l es y s t e m s ow e d i s c u s st h ep r o c e s so fd e s i g no ft h ed a t a b a s eo f b a c k u p ，r e c o r d i n g ，s y s t e m u s e rm a n a g e m e n ta n do t h e rf u n c t i o n si nt h ev i d e o m o n i t o r i n gs y s t e m 。a c c o r d i n gt ot h et h e o wo ft h ed a t a b a s ed e s i g n a tt h ee n dw e 。i ld i s c u s st h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ec e n t r a lc o n t r o ls y s t e m 。i n c t u d ：, n gt h e g e n e r a is t r u c t u r eo ft h es y s t e ma n di t sw o r k i n gf l o w , t h ei m a g ec i r c u l a t i o nm o d u l e t h e i i s t e n i n ga n dc h a tw i t hr e m o t es e r v e r sa n db r o w e r s ，t h ei o c a l r e m o t ep l a y b a c k ，t h e m o d u l eo fm a n a g e m e n tf o rt h er e c o r d i n go nt h es e r v e r s 。t h eg r o u ps e t t i n g s ， t h e ，m a n i p u l a t i o no fv i d e oc a m e r a sa n dp a n t i l t s ，t h em a n a g e m e n to fa u t h o r i z a t i o na n d r i g h t so ft h eu s e r s t h ep a p e re n d sw i t hab r i e fs u m m a n ya n dm a k e ss o m et e n t a t i v ei d e a sa b o u tf u r t h e r i m p r o v i n gt h es y s t e m k e y w o r d ： v i d e o m o n i t o r i n gs y s t e m ，d i r e c t s h o w ，v i d e oc a p t u r e 。c e n t r a tc o n t r o l 。v i d e o r e c o r d i n g ，a l a r mm a n a g e m e n t ，d a t a b a s e i l l 东南大学硕士学位论文 _ | - - - 刖舌 随着中国改革开放的不断深人，全国经济蓬勃发展，市场繁荣，全国各地对安全防范工作日益 重视。特别是对于监控对象多、涉及区域广、监控点分散的行业，如：公安消防部门、银行、交通、 大厦，对远程实时图像的集中监控的要求越来越迫切。 随着计算机网络的普及，以及计算机网络带宽的进一步提高，i n t e r n e t 和宽带网络技术日益发 展，各行业网络应用的不断推广，视频系统的应用将越来越广泛：如会议电视，可视电话及远程监控 等网络作为多媒体的载体变得相当普及，视频信息系统与网络相结合已成为发展方向多媒体通信 技术就是把数据、声音、图像以及传真等信息传到远方，使通信双方不仅可以听到声音，共享数据 资源，还可以看到对方的图像以及由对方提供的其他图像信息。因此，多媒体通信技术关联到信息 产业的两项主要技术，即多媒体技术和通信技术，以及由多媒体通信产生的相关技术进人9 0 年代， 随着图像压缩技术和话音压缩技术的进一步发展和成熟，多媒体通信技术作为新兴产业迅速崛起。 1 9 9 0 年，c c i t 丁( i t u ) 首先制定出h 3 2 0 视听用户终端技术系列标准，1 9 9 1 年i s o 制定出了m p e g - 1 运动 图像压缩标准，1 9 9 3 年i s o 又提出了m p e g 一2 标准( 草案p 1 ：i t u 于1 9 9 4 1 9 9 5 年提出了h 2 6 3 低速率多媒 体图像压缩编码的算法的建议，1 9 9 7 年对h 2 6 3 作了相应修订并提出了h 2 6 3 十图像压缩编码算法的 标准( 草案户) ，1 9 9 3 1 9 9 6 年制订了t 1 2 0 多媒体数据会议控制协议，为多媒体通信技术在更加广泛 的领域应用推广创造了条件。 而以上这一切都为网络视频监控系统提供了良好的契机，也为远距离、超远距离传输提供了完 善的通讯线路。 最早的视频监控系统是全模拟的视频监控系统u 3 ，也称闭路电视监控系统( c c t v ) 。图像信息 采用视频电缆，以模拟方式传输，一般传输距离不能太远，主要应用于小范围内的监控，监控图像 一般只能在控制中心查看。全模拟视频监控系统以模拟视频矩阵和磁带式录像设备v c r 为核心。 随着数字技术的发展，数字视频监控系统从2 0 世纪9 0 年代中期开始出现，以数字控制的视频矩 阵替代原来的模拟视频矩阵，以数字硬盘录像机d v r 替代原来的长延时模拟录像机，将原来的磁带存 储模式转变成数字存储录像，实现了将模拟视频转为数字录像。d v r 集合了录像机、画面分割器等功 能，跨出数字监控的第一步。在此基础上产生了全数字的视频监控系统，可以基于p c 机或嵌入式设 备构成监控系统，并进行多媒体管理。这类系统是目前视频监控市场的主流。 随着宽带网络的普及，视频监控逐渐从本地监控向远程监控发展，出现了以网络视频服务器为 代表的远程网络视频监控系统。网络视频服务器解决了视频流在网络上的传输问题，从图像采集开 始进行数字化处理、传输，这样使得传输线路的选择更加多样性，只要有网络的地方，就提供了图 像传输的可能。整个系统趋向平台化、智能化。很多互联网企业已开始涉足此类视频监控系统的开 发，目前尚属市场起步阶段。 本文将根据目前市场对于视频监控相关服务的实际需求，介绍一个视频监控系统的设计与实现。 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 了谢意。， 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公 布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生 院办理。 研究生签名：零障导师签名：坦日期：夕抚，。2 了 第一章绪论 第一章绪论 1 1 视频监控系统与相关业务简介 1 1 1 视频监控 视频监控( v i d e om o n i t o r i n g ) 是一个较热门的概念。随着i n t e r n e t 和监控技术的迅速发展，视 频监控的网络化已成为当今研究的热点之一。视频监控系统以其直观、方便、信息内容详实被广泛 应用于生产管理、保安监控等场合，是安全防范的重要手段之一。若将视频数据在i n t e r n e t 上进行 传输，那我们能使监控的视频信息得到更大的应用。但是，视频数据量大和网络带宽有限一直是限 制着视频监控网络化瓶颈。所以，要在i n t e r n e t 上较好地传输视频监控信息，必须解决好这两个问 题。首先，必须对视频数据进行压缩，去除其中的冗余信息，使得在网络中传输的数据量尽可能减 少，降低对网络带宽的要求。其次，根据视频传输的特点，采用合适的网络协议和传输算法，以达 到尽可能好的传输效果。 借助于远程监控可以将企业内部的信息网( i n t r a n e t ) 与控制网有效地连接起来u 1 ，实现对生产、 运营情况的随时掌握，把生产运营状况同企业的经营管理策略紧密结合，从而实现企业的综合自动 化，可以建立网络范围内的监控数据和网上知识资源库。通过远程监控可以实现现场运行数据的实 时采集和快速集中，获得现场监控数据，为远程故障诊断技术提供了物质基础；通过远程监控，技 术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视并控制生产系统和现场设备的运行状态及各种参数， 使受过专业训练的人员。虚拟。地出现在许多监控地点，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程 对象进行高级过程控制，以维护设备的正常运营，从而减少值守工作人员，最终实现远端的无人或 少人值守，达到减员增效的目的。 随着网络技术的飞速发展和监控范围的扩大，监控系统由过去的单机监控过渡到现在的网络监 控嘲，但目前还存在着一些问题。首先，网络通信技术不足的问题。网络通信技术是远程监控技术 中最为关键的技术，然而，目前网络通信一般简单采用s o c k e t 技术，甚至f t p 或e m a i l 等，这些技 术无论在传输的数据量、编程的灵活性还是安全性方面都有很大的欠缺，特别是对于现场多个端点 的数据采集，会大大增加编程的复杂度，不能满足远程监控技术对网络通信的需求；其次，网络通 信中多种结构并存的问题。目前的远程监控系统结构大多比较复杂，分布距离远，而且还存在着不 同局域网，不同平台，甚至在同一局域网中的操作平台以及编程语言也可能有不同的问题，这就要 求集成网络中的不同平台，实现相互之间的通信，而这些问题采用传统方法是难以解决的。 远程监控是国内外研究的前沿课题，国内外都展开了积极的研究。1 9 9 7 年1 月，首届基于 i n t e r n e t 的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自3 0 个公司和研 究机构的5 0 多位代表到会。会议主要讨论了有关远程监控系统开放式体系、诊断信息规程、传输协 议及对用户的合法限制等，并对未来技术发展作了展望由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于 i n t e r n e t 的下一代远程监控诊断示范系统，这项工作同时也得到了制造业、计算机业和仪器仪表业 的s u n 、h p 、b o e i n g 、i n t e l 、f o r d 等1 2 家大公司的热情支持和通力配合。之后，由这些公司共同 推出了一个实验性的系统t e s t b e d 。t e s t b e d 用嵌入式w e b 组网、用实时j a v a 和b a y e s i a nn e t 初步 形成在i n t e r n e t 范围内的信息监控和诊断推理。另外，许多国际组织，如m i m o s a ( m a c h i n e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to p e ns y s t e ma l l i a n c e ) 、s m f p t ( s o c i e t yf o rm a c h i n e r yf a i l u r e p r e v e n t i o nt e c h n o l o g y ) 、c o m a d e m ( c o n d i t i o nm o n i t i o na ne n g i n e e r i n gm a n a g e m e n t ) 等，也纷 纷通过网络进行设备监控与故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换格式和标准。许 多大公司也在他们的产品中加入了i n t e r n e t 的功能，如b e n t l e y 公司的计算机在线设备运行监测系 统d a t a m a n a g e r 2 0 0 可以通过网络动态数据交换( n e t 叻e ) 的方式向远程终端发送设备运行状态信息； 著名的n a t i o n a li n s t r u m e n t s 公司也在它的产品l a b w i n d o w s c v i 以及l a b v i e w 中加入了网络通讯 处理模块，因而可以通过w w w 、f t p 、e 2 m a i l 方式在网络范围内进行监控数据的传送。法国。a l a r m 。 东南大学硕l 学位诒立 研究组对生产过程的智能报警和监控系统进行r 长期研究，并任多个项目中进行，应用。 围内对于远程监控技术也开展了积极的研究目前，西安变大、华中科技大学、哈尔滨【业人学、 南京理_ 人学等高校已取得了较为先进的研究成果如两安变通大学研制的。大型旋转机械计算机状 态监柳4 系统及故障啥断系统r 、华中科技大学开发的汽轮机i 况监删和诊断系统k b g 册、哈尔滨 工业大学的微计算机化机组状忐监视与故障诊断专家系统m m m d e s 等。 1 1 。2 视频监控业务 视频监摊的基奉业务功能是提供实时监视的手段井对被监视的画面进行录像存储，以便事后 回放。在此基础上，高级的视频监控乐统可以对监控装置进行远程控制，井能接收报警信号，进行 报警触发与联动。业务功能立图1 所示。 女柱m 矗 i a 撑议1 哪p - 0 准 暑。 图1 - l 视频监控业务功能示意罔 1 2 本人所做的工作和论文的主要内容 m 警吐备 该论文的撰写是本人在参与公司视频监控系统的建设和大最阅读相关技术文献资料的基础上进 行的a 系统的开发主要运用了d i r e c t s h o w 技术、交换技术、刚络技术、数据库技术以及面向对象等 技术，通过p o w e r d e s i g n e r 分析与设计工具、v c 十+ 编程上具以及a c c e s s 数据库系统加以实现。 1 2 。1 奉人所做的t 作 本项日开发由，我主要参与完成以下几个方面的f 作： 1 系统的分析与设计 通过对现有r h 场上视频监控的应用现状的分析，结f 用户对j 视频监控系统的需求，提出了系 统的总体绪构和功能需求，建征了系统原型拄功能将系统划分为视频录制模块、报警模块、备份 管理模块、网络浏览模块、系统设苴模块等。同时还完城对数据库的计。 2 视频录制、报警模块、备份管理模块、系统设置模块等厦部分数据库的实现 视频隶制及报警模块是整个系统中的关键模块。 首先，监控系统所起的关键作用就足为了对卜公可企业的生产管理进行安全防范，当出现突篾 事件时谚系统会根据朋，、故定，对某些摄像机甚至摄像机画面上的某个关键部分所采集的图像进 第一章绪论 行实时动作分析，一旦超出正常范围则触发警报，并且触发对该摄像机的录像；同时作为一套完善 的、面向行业应用的系统，还应当能够根据用户的具体应用环境需要综合各种关联系统，并实现报 警、信息联动，组成整套综合安防系统。 另外也应当满足用户在录像上的不同需求，比如按照日期设定录制计划，选择在某一时段对指 定摄像机进行录制，同时当由于报警触发录像时，还可以设定对报警前一段时间的画面进行录制， 更有效的进行安全管理；同时应该提供多种可以配置的存储策略供用户使用，如使用单一分区作为 存储区域，当分区剩余空间超过定额后，新的录像将覆盖原先的录像或者转移到新的分区上去。 备份管理是指将系统录制的影像数据，备份到计算机硬盘的指定文件夹中或者备份到互联网的 f t p 服务器上。系统设置中包括了各种设定选项，有设备管理、报警信息及声音设置、轮训设置及 其他设置功能。 1 2 2 论文的主要内容 第一章简单介绍视频监控与相关业务的概况、系统开发的背景、开发中本人完成的主要工作和 论文要点。 第二章介绍视频监控系统实现的技术基础，包括d i r e c t s h o w 、视频采集、解码、网络传输等相 关技术。 第三章详细描述了对系统进行分析和设计的过程，主要包括系统的总体结构，系统的功能需求， 以及报警模块、视频录制模块、备份管理模块、系统设置模块等的功能设计。 第四章根据数据的设计理论详细叙述视频监控系统数据库的设计过程，主要有数据库的需求分 析、概念设计、逻辑设计、物理设计等 第五章介绍报警模块及视频录制模块的实现，包括座席业务系统的工作流程、座席呼叫处理、 界面设计、呼叫号码的分配与提取、呼叫结果的处理、业务数据的同步、录音系统的接口、c t i 接 口、报表统计、用户与权限管理等。 第六章是对论文所述内容的总结与展望。 3 东南大学硕士学位论文 第二章视频监控系统的实现技术 视频监控系统的建立源自于将网络技术成功地应用于数字视频监控领域，使人们通过网络不受 地域限制地实现对重要场所的监视和相关控制，因此视频监控系统的实现技术是以视频编码解码以 及视频网络传输实现技术为基础的【1 8 1 。本章介绍该视频监控系统的一些关键实现技术。 2 1 数字视频编码 数字视频监控系统的视频信源来自于模拟信号，一般由视频压缩卡上的视频采集量化单元对其 进行模，数转换，得到满足后续处理要求的原始数字视频信号。将视频数据进行大幅度合理压缩，用 最小的数据量表达和传送视频信息，以满足数据存储和计算机网络处理传输的基本要求。视频编码 压缩方法有多种方式，如从信源的统计特性可分为预测编码、变换编码、矢量量化编码、子带一小 波编码及神经网络编码方法等：从人眼的视觉特性可分为基于方向滤波的图像编码、基于图像轮廓一 纹理的编码方法等：从图像传递的景物特性可分为分形编码、基于内容的编码方法等。视频编码可分 为墒编码、源编码和混合编码im 。 2 2d ir e c t s h o w 技术 2 2 1 栩i 述 d i r e c t s h o w 是微软推出的d i r e c t x 多媒体软件开发包中的一个组件。d i r e c t x 是m i c r o s o r 公司 为游戏和其他高性能多媒体应用所提供的一套底层应用编程接口。这些接口包括对二维和三维图形、 声效和音乐、输入设备以及多玩家网络游戏等的支持。目前d i r e c t x 的最高版本是d i r e c t x 9 0 。 d i r e c t x 9 0 由下列组件构成： ( 1 ) d i r e c t xg r a p h i c s ：该组件组合d i r e c t x 旧版本中的d i r e c t d r a w 和d i r e c t 3 d 两个组件， 使其成为一个适用于所有图形程序的单独的应用程序接口。其中的d i r e c t 3 d 扩展( d 3 d x ) 应用程 序库简化了多数图形程序的工作。 ( 2 ) d i r e c t l n p u t ：支持各种输入设备，完全支持力反馈技术。 ( 3 ) d i r e c t p l a y ：支持多玩家网络游戏。 ( 4 ) d i r e c t s o u n d ；支持用于播放和捕获音频波形的高性能音频应用软件的开发。 ( 5 ) d i r e c t m u s i c ：为音乐音轨以及基于波表、m i d i ( m u s i c a li n s t r u m e n td e v i c e si n t e r f a c e ) 或其他由d i r e c t m u s i cp r o d u c e r 创作的非音乐音轨，提供了一套完整的解决方案。 ( 6 ) d i r e c t s h o w ：提供对多媒体数据的高质量捕捉和回放。 ( 7 ) d i r e c t s e t u p ：一个简单的应用程序接口，提供d i r e c t x 组件的自动安装。 ( 8 ) d i r e c t xm e d i ao b j e c t s ：提供对数据流对象的读写支持，包括视频和音频的编解码器及其 效果。 d i r e c t s h o w 技术嗍是建立在d i r e c t d r a w 和d i r e c t s o u n d 组件基础之上的，它通过d i r e c t d r a w 对显卡进行控制以显示视频，通过d i r e c t s o u n d 对声卡进行控制以播放声音。d i r e c t s h o w 可以提供 高质量的多媒体流的捕捉和回放功能：支持多种多媒体格式，包括a s f ( a d v a n c e ds y s t e mf o r m a t ) ， m p e g ( m o t i o np i c t u r ee x p e r sg r o u p ) ，a v i ( a u d i o - v i d e oi n t e r l e a v e d ) ，m p 3 ( m p e ga u d i o l a y e r - 3 ) 和w a v 声音文件；可以充分发挥媒体的性能，提高运行速度，可以简化媒体播放、媒体 间的格式化转换和媒体捕捉等工作。同时，它还具有极大的可扩展性和灵活性，可以由用户自己创 建组件，并将这个组件加入d i r e c t s h o w 结构中以支持新的格式或特殊的效果。 应用程序与d i r e c t s h o w 组件以及d i r e c t s h o w 所支持的软硬件之间的关系如图2 1 所示： 4 第三章系统的分析与设计 2 2 2 过滤器 图2 1 应用程序与d i r e c t s h o w 组件及其支持软硬件关系图 过滤器( f 钉t e r ) 是d i r e c t s h o w 中最基本的概念。它是一种c o m 组件。过滤器主要分为一下几 种类型。 ( 1 ) 源过滤器( s o u r c ef i l t e r ) ：源过滤器引入数据到过滤器图表中，数据来源可以是文件、网 络、照相机等。不同的源过滤器处理不同类型的数据源。 ( 2 ) 变换过滤器( t r a n s f o r mf i l t e r ) ：变换过滤器的工作是获取输入流，处理数据，并生成输出 流。变化过滤器对数据的处理包括编解码、格式转换、压缩解压缩等。 ( 3 ) 提交过滤器( r e n d e r e rf i l t e r ) ；提交过滤器在过滤器图表里处于最后一级，它们接收数据 并把数据提交给外设。 ( 4 ) 分割过滤器( s p l i t t e rf i l t e r ) ：分割过滤器把输入流分割成多个输出。例如，户1 分割过滤 器把一个a v i 格式的字节流分割成视频流和音频流。 ( 5 ) 混合过滤器( m u xf i l t e r ) ：混合过滤器把多个输入组合成一个单独的数据流。例如，a v i 混合过滤器把视频流和音频流合成一个a v i 格式的字节流。 过滤器的这些分类并不是绝对的，例如一个a s f 读过滤器( a s fr e a d e rf i l t e r ) 既是一个源过 滤器又是一个分割过滤器。 在d i r e c t s h o w 里，一组过滤器称为一个过滤器图表( f i l t e rg r a p h ) 。过滤器图表用来连接过滤器 以控制媒体流，它也可以将数据返回给应用程序，并搜索所支持的过滤器。过滤器有三种可能的状 态：运行、停止和暂停。 5 东南大学硕士学位论文 2 2 3 引脚( p i n ) 过滤器可以和一个或多个过滤器相连，连接的接口也是c o m 形式的，称为引脚。过滤器利用 引脚在各个过滤器间传输数据。每个引脚都是从i p i n 这个c o m 对象派生出来的，且都是过滤器的 私有对象，过滤器可以动态地创建引脚、销毁引脚和自由控制引脚的生存时间。引脚可以分为输入 引脚( i n p u tp i n ) 和输出引脚( o u t p u tp i n ) 两种类型，两个相连的引脚必须是不同种类的，即输入 引脚只能和输出引脚相连，且连接的方向总是从输出引脚指向输入引脚。 过滤器之间的连接( 也就是引脚之间的连接) ，实际上是连接双方媒体类型( m e d i at y p e ) 协商 的过程。连接的大致过程为：如果调用连接函数时已经指点了完整的媒体类型，则用这个媒体类型 进行连接，成功与否都结束连接过程：如果没有指定或不完全指定了媒体类型，则进入下面的枚举 过程一一枚举欲连接的输入引脚上所有的媒体类型，逐一用这些媒体类型与输出引脚进行连接( 如 果连接函数提供了不完全媒体类型，则要先将每个枚举出来的媒体类型与它进行匹配检查) ，如果输 出引脚也接受这种媒体类型，则引脚之间的连接宣告成功；如果所有输入引脚上枚举的类型，输出 引脚都不支持，则枚举输出引脚上的所有媒体类型，并逐一用这些媒体类型与输入引脚进行连接， 如果输入引脚接受其中一种媒体类型，则引脚之间的连接宣告成功；如果输出引脚上的所有媒体类 型，输入引脚都不支持，则这两个引脚之间的连接过程宣告失败。 2 2 4 媒体类型( m e i d at y p e ) 媒体类型是描述数字媒体格式的一种通用的可扩展方式。两个过滤器相连时，必须使用一致的 媒体类型，否则这两个过滤器就不能相连。媒体类型能识别上一级过滤器传送给下一级过滤器的数 据类型，并对数据进行分类。 实际在很多应用程序中，用户根本不需要担心媒体类型的问题，d i r e c t s h o w 会处理好所有的细 节。但有些应用程序需要对媒体类型进行操作。媒体类型一般可以有两种表示：a m m e d i 户o r y p e 和c m e d i a t y p e 。前者是一个结构，后者是从这个结构继承过来的一个类。 每个a m m e d i a j p