ADSL远程实时监控系统

深圳市交通局深圳市交通局 XXXXXXXXXXXXXX 计算机信息管理系统计算机信息管理系统 远程视频实时监控系统远程视频实时监控系统 设设 计计 方方 案案 1 目目 录录 一 公司简介 二 公司工程实例 三 ADSL 远程实时监控系统理论 3 1 概述 3 2 广域网 Internet 接入方式的选择 3 3 图像压缩技术的选择 3 4 DVR2009F 远程传输系统组成 3 5 用户自身提供条件 3 6 功能陈述 3 7 同类产品比较 3 8 ADSL 远程实时远程报警的实现 3 9 常见问题解答 四 本案设计方案 4 1 图像传送实时性理论 4 2 方案分析 4 3 系统组成 4 4 成本核算 4 5 使用方法 五 系统参数 2 三 三 ADSLADSL 远程实时监控系统远程实时监控系统 3 13 1 概述概述 随着国家数字信息化的发展以及人们对安防意识的提高 传统的定点监看及录像 的监控方式 已渐渐显出其不足的一面 远程实时监控的议题也渐为人们所常谈 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 在存储技术上 数字硬盘录像机的诞生 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压缩技术的支持 下面 我们从几个相关的方面阐述一下我们的见解与探讨 3 23 2 广域网广域网 Internet Internet 接入方式的选择接入方式的选择 现在常用的接入方式中 主要有以下三类较为常用 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 A A 类 普通电话拔号方式类 普通电话拔号方式 基本特点是使用简单方便 要求低 只要有市话的地方 配上 modem 申请账号 就能直接上网 速率可达 56K S 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 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 B 类 专线方式类 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 3 量的宽频 在此我们将讨论 ADSLADSL ADSLADSL 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 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 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 C 类 局域网转接方式类 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 3 33 3 图像压缩技术的选择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 A M JPEGM JPEG 压缩技术压缩技术 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 358 288 帧 容 量 5 6 7k 帧 实 时 性 25 帧 秒 125 167 5k 秒 B B MPEG1MPEG1 压缩技术压缩技术 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 4 技术 应用于远程传输的主要参数 图像标准 358 288 帧 容 量 3 3 5 6k 帧 实 时 性 25 帧 秒 83 140k 秒 C C MPEG2MPEG2 压缩技术压缩技术 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 358 288 帧 容 量 5 6k 8 8k 帧 实 时 性 25 帧 秒 140k 220k 秒 D D MPEG4MPEG4 压缩技术压缩技术 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 358 288 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人能比的 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 第二部份所述的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 以后不作讨论 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 5 算机语言算法 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 3 43 4 DVR2009FDVR2009F 远程传输系统组成远程传输系统组成 我们根据以上理论计算 市场产品 用户需求等多方面客观因素 结合自身技术 力量 研发出 DVR2009F 远程传输系统 该系统是建立在 MPEG4 软压缩的数字硬盘录像机上 安装自开发的 LIFTING 远程 系统软件 通过 ADSL 拨号网络接入 直接实现远程监控功能 无须外置任何设备 其系统组成具体如下 PC 主机 CPU P4 C1 7 or AMD 1700 显示 ATI 128PRO or Geforce2 M400 64M 内存 256M 硬盘 80G 机箱 4U 工控型 视频采集卡 MPEG4 软压缩卡 100 帧 200 帧 4 路 16 路 带音频接口 软件 Window 98 SE Window 2000 操作平台 DVR2000 硬盘录像操作软件 JAVA 软件支持平台 VC 软件支持平台 LIFTING 远程传输软件 PWS 网络主机服务器 Office Access 数据库支持平台 ODBC 数据库支持软件 Norton 防病毒软件 及各相应支持的文本 工具 插件 网页等软件 其方案示意图如下 3 53 5 用户自身提供条件用户自身提供条件 1 申请虚拟专线 ADSL VDSL XDSL 等具有公网 IP 的网络 费用自理 2 网站授权 用于对网站数据进行一定的修改 如果没有网站者 我公司可提 供网站服务 3 如果服务器端有云台 变焦镜头时 需要购置相应的解码器及转换口 6 3 63 6 功能陈述功能陈述 本系统可分为服务器端及客户端 A A 服务器端功能 服务器端功能 提供与一般数字硬盘录像机相若的各种主要功能 主要有 1 图像实时监控 录像 回放等 2 控制云台 镜头等 3 移动 触发报警等 4 多路视频录像选择 5 局域网传输 Internet 传输 6 局域服务器共亨 B B 客户端功能 客户端功能 可分监视及监控两部分功能 监视功能 远程用户 通过 IE 浏览观看监控情况 不能作任何操作 不能发布 命令 监控功能 远程用户 安装专门的客户端程程序 可直接对服务器端设备进行远 程操作 控制镜头左右上下摆动 对可变镜头进行远近调节 异地保存记录等 3 73 7 同类产品比较同类产品比较 以下对一些同类产品作一些的简单的比较 1 1 普通电话拨号方式的 普通电话拨号方式的 QuickseverQuicksever 支持 M JPEG 压缩技术 由于电话拨号的上传速率仅仅只有 7k s 但图像数据传 输量大 最小大于 80K S 所以它的远程传送效果较差 平均是每秒里只有 2 4 帧的 速度 远程客户端的丢帧现象严重 当 IP 是变换后 要双方通过打电话询问主机 IP 才能联接 2 2 硬盘录像机内置远程程序 直接 硬盘录像机内置远程程序 直接 modemmodem 传送传送 随着远传的发展 后期的硬盘录像机功能中都带有着远程监控的客户端工具及主 机服务器平台 在局域网中的传输效果上有了很大的提高 但在 Internet 的使用中 用户只能通过普通电话拨号实现远程监控的功能 其本质上跟使用 Quicksever 效果 一样 只是减少了外置设备 3 3 网络摄像机 网络摄像机 网络摄像机采用 MPEG4 压缩技术 也能通过 ADSL 进行传送 其原理与我们所开 发的 DVR2009F 远传系统一样 但它仅仅实现的 DVR2009F 的远传功能 缺乏了硬盘录 像机的存储 回放等一些基本功能 另一方面价格高 一般一台网络摄像机要卖到 6000 元以上 及要求静态 IP 相当于租用专线 一个月好最少也需要几千元的通讯费 7 也是它目前未能很好解决的问题 4 4 视频网络器 视频网络器 类似 Quicksever 的产品 支持 MPEG4 压缩技术 而且要求静态 IP 的支持 DVR2009F 则从日常费用低 实用性强 操作方便等角度考虑而开发的产品 1 日常费用低 利用一般动态 IP 的 ADSL 作为传输 本系统不限制静态 IP 日常操作费用低 深 圳地区每月的费用也仅仅是 200 元 一些城市上 ADSL 的包月费更低至 40 元 2 成本低 实用性强 功能上如一台硬盘录像机 带有多种实用功能 同时实现远程实时传送 用户不 需另购置其它设备 适用于任何摄像机类型 为用户提供了很大的选择范围 3 操作方便 基本上全自动执行 也可根据用户要求调速参数 操作简单 跟一般的硬盘录像 机没有区别 在客户端 提供了两种监控方式 第一种是直接通过 IE 浏览 开放性强 客户 可随时随地观看监控情况 第二种是通过特定的软件来进行控制 保密性强 从诸多的对比中 我们相信我们的产品具有很强的竟争优势 3 83 8 ADSLADSL 远程实时远程报警的实现远程实时远程报警的实现 1 1 DVR2009FDVR2009F 远程报警的种类远程报警的种类 DVR2009F 系列产品 提供了本地视频移动报警及外接传感器报警等功能 由于 DVR2009F 是专门针对广域网的实现远程监控而开发的系统 因此我们也通 过对 TCP IP 的协议解释 相应引入两种远程报警方式 A LAN 类报警 B DIAL UP 类报警 A LAN 类报警 LAN 类报警方式 是建立在 TCP IP 协议上的同网内报警方式 最基本的应用类型是应用在组成局域网中 当监控主机发生报警状态时 把报警 信号传送到同网中的指定某台微机上 该微机即会弹出报警窗口并同时发出报警响声 由此应用可推广到广域网中 但要求接受报警信号的微机是具有固定的公网 IP 报警主机预先把此静态 IP 输入到报警发送 IP 栏中 一旦发生报警情况时 报警信号 可马上向此 IP 发出 对于某类型的广域网接入方式中 不具有固定的静态 IP 能否实现此远程报警功 能 答案也是 可以的 不过相对的技术问题就更为复杂了 要应用到 VPN 内联技 术 其费用较高 以及稳定性有待测试 8 B DIAL UP 类报警 DIAL UP 指的是通过拨号方式 把报警信号发送到指定的一个电话号码或 CALL 机号 实现即时报警功能 DIAL UP 将调用到 WINDOWS 内置的拨号网络程序 只要把 WINDOWS 内置的拨号网 络设定好报警号码 如 110 手机号 小区保卫室电话号码 或是随身的 CALL 号等 当有情况发生时 即可实现报警功能 当然 这种功能需要 MODEM 来支持 2 2 DVR2009FDVR2009F 远程报警实现所需设备远程报警实现所需设备 要实现以上远程报警的功能 除了监控软件的完善外 在硬件配置上也得有相应 的支持 以下从被监控端和监控中心两方面进行设备配置 A 被监控端 DVR2009F 远程监控主机 内置相应监控 报警软件 1 台 宽带网络的接入 如 ADSL 长宽等 1 套 报警信号输入线 接报警发生器 如红外探测器 温感器 烟感器等 1 16 路 报警信号输出线 现场连接报警装置 如警号 自动控制器等 1 3 路 MODEM 用于实现 DIAL UP 功能所需 1 套 B 监控中心 监控专用微机 需配合宽带接入方式进行调整系统的安装 1 套 宽带固定 IP 接入1 套 同样 基于 DVR2009F 系列产品 是进行视频远程监控 其图像传送数据非常大 一般建议用户采用单独的 ADSL 进行工作 避免因图像传送而引起其它数据的掉失 而且网络速度建议上行速度不低于 512K S 3 3 远程报警图解 远程报警图解 当发生视频移动报报警或是报警器报警时 DVR2009F 主机会进行实时录像及预前 录像 有关此项设置 请参看产品说明书 并在第一时间内把报警信号传送到指定的 微机上或拨打指定的号码 3 93 9 常见问题解答常见问题解答 1 客户端可不可以多画面同时实时监控 上面已计算过 对于一路图像的实时上传就要求有至少 512K 的速率 才能实现 25 帧 秒的实时效果 如果服务器端只接了一条 ADSL 的话 哪么上传速度就局限在 25 帧 秒了 如果想同时多路监控 则要分享这 25 帧 例如说 要两路同时上传 则 每路只能上传到 12 帧 秒的速度 如果要三路上传 则只能到 8 帧 秒的速度 如此 类推 但是 如果有两个服务器 各自接了单独的 ADSL 则每个服务器可单独上传 25 9 帧 秒的速度 此时客户端就可以同时监控 2 路分别来自不同服务器端的实时情况 如此类推 但这种情况也不是无限扩展的 也要根据接受端的上网方式来判断 如果使用 ADSL 因为 ADSL 的下行的速度也局限在 2M 的速度 也就是说 下传实时只能达 100 帧 秒 最多只能支持 4 路实时同时监控 无论服务器有多少个也无济于事 2 往后能不能扩展为多路实时监控 如果 ADSL 上传能提供 2M 或是更宽的速率 就可以实现更多路的实时图像 此 标准就用 512K 路 来作为计算单位 是此单位的几倍速度 就可实现几路的实时传 送 或是图像压缩技术有更进一步发展 将来出现比 MPEG4 更低压缩容量的技术 就 越有可能实现多路实时监控了 3 每月费用多少 每月的费用 只是用户向电信局交纳的 ADSL 使用费 深圳地区 200 元包月 其它 地区按各地方的包月费用计算 除此之外就是电费了 其它没有附加费用 4 如果客户端是普通电话拨号 能不能监控 也可以监控 不过看到的图像是断断续续的 因为据上面的计算 一般 56K 的速 度 只能支持 3 6 帧 秒的速度 比起实时 25 帧 秒的要求 就远远不够了 5 如果客户端是其它宽带上网 能不能实时监控 对于其它宽带上网 长城宽带 有线电视网 或其它小区网 只要下行速度大于 512K 秒时 就能实现单路实时监控 有某些小区宽带 虽然说能达到 2M 接入 但由 于多用户共享这 2M 的速度 有可能使真正的用户会少于 512K 秒的要求 此时 实时 监控的效果就可能不太如意 6 远程监控距离有限制 没有 原则上只要有 Internet 网达到的地方就可以监控 如果这样计算 在国外也可以监控的 但由于我国的 Internet 出国端口是有限 的 全国网民都共享这些端口 所以图像传送到国外时是有一定的影响 但在国内传 送基本上就影响不大了 只是当网络使用高峰时 可能会造成某些地方网络阻塞 图 像传送不到 7 图像传送真正达到实时 ADSL 的理论上传最大值是 512k s 但大多的时间里它的速率只能维持有 300k s 左右的速度 所在实际传送时 严格来说 只能实现到 20 帧 秒左右的速度 8 在局域网中使用多台 DVR2009F 都能实现每路远程监控 不能 目前技术所限 仅能对局域网中作为服务器身份的 DVR2009F 进行远程监 控 其它局域网中的 DVR2009F 因为不具备公网 IP Internet 用户无法直接连接 10 故不能访问 但在局域网中任何用户机器却能实现监控任何一台 DVR2009F 因为在局 域网内部各机 都能直接读取其它的机器的信息 但是 我们一般建议用户最好为 DVR2009F 专门配置一条单独的 ADSL 因为图像 数据传输量大 有可能影响到局域网中其它用户正常收发 Email 及下载软件 9 如果多个人同时远程观看监控点 会影响效果 经过初步实验所知 当多人分别同时观看时 会对网络传输速度造成一定的负担 各人所看的图像速度是会受一定的影响 一般情况下 在一条单独的 ADSL 512k 2M 线上 可以容纳大约 4 个人同时观看 其实时性不受影响 但人数大于 12 人时 图 像会出现偶然性的停滞情况 11 四 本案设计方案四 本案设计方案 4 14 1 图像传送实时性理论图像传送实时性理论 我们经过长期的研究及实验 得出理论 网络图像实时传送 要求采用 MPEG4 压 缩技术与 512K 2M 的 ADSL 结合 能得到最佳的效果 有关此方面的论证 请参阅上 文 ADSL 远程实时监控系统 解决成本与实效最佳方案 4 24 2 方案分析方案分析 市监控中心 Internet 分厂 内部网 车间 据用户所提供资料所示 市监控中心要求实现对下管单位 300 余家企业进行数据 交换及单路视频现场监控的要求 每家企业已安装有宽带网络 数据交换主机 电脑 希望在现在的设备下 尽量减少费用支出 实现远程视频监控功能 具体设计如下 1 监控点 每个企业数据交换机上 安装单路视频采集卡 F104 及相关的视频远程监控系统 DVR2001F 一套 在需监控的地点上安装定点监控摄像头 含 6mm 固定光圈镜头一个 彩色 420 线摄像机一台 室内护罩 支架 摄像机专用 12V 电源各一个 一套 对主机的要求是 P3 566 以上 CPU 系统安装在 WIN98 或 WINDOWS 2000 支持 PCI PNP 功能 前端摄像头报所摄像到的图像信号传通过视频线 SVWV 75 5 传送到主机上的视 频采集卡 F104 上 在卡内按图像压缩技术 MPEG4 把图像元素通过主机 CPU 处理能力 转化为数据信号及网络传送流媒体格式 AVI 信号 再通过 DVR2001F 远程传送软件 把此信号传送到指点的网站上作暂存 2 网站及空间 监控点发来的图像信号将会在此作暂时的存储 并从数据库中获取有否用户请求 发送的需要 当数据库中有记录 监控中心需要发送时 此图像信号将立即把图像信号转发到 需要的客户主机去 当数据库中没有记录 此图像信号将会自动清除 不占用网站空间 因此 网站将不需太多的空间资源 我们一般只需要 2M 空间即可 也因上述原因 网站域名也没有提出特别要求 仅仅网络能认识即可 但由于需调用到 ASP 的数据库 文件 故对网站功能提出很基本的要求 要求支持 ASP 技术 ASP 技术是个很基本的网站功能 除了最早期的网站或是建立在 UNIX 系统下的网 站服务器外 一般建立在 WINDOWS 2000 SEVER WINDOWS NT 系统的网络服务器都具备 此功能 如果现在新申请有网站 一般都具有 ASP 技术功能 12 3 监控中心 监控中心如向网站上提出图像传送要求时 此请求申请将会记录在网站数据库中 如当时数据库里有相对应的图像传送到时 此图像文件流将会转送到监控中心的发出 请求的电脑中 电脑接收到此数据信号时 已安装在 WINDOWS 内的 MPEG4 解码程序将会对此数据 信号进行实时解码 把数据流转化为功态图像 显示在电脑的显示屏中 用户即可看 到所需的实时监控图像 即可看到远在他方的实时情况 因此 对监看的电脑要求不高 CPU 高于 P3 800 内存大于 128M 系统为 WINDOWS 系列 有较好的显卡 ATI 32M 或其它 考虑到图像传送时数据量较大 如果条件允许时 建议采用单独的 ADSL 如需启 动远程报警功能 建议使用定点 IP 4 安装要求 详情参看后面成本核算 本方案的实现 基本要求只有三个 a 安装 ADSL 此方案中 各企业及监控中心已安装 ADSL 达到要求 b 远程监控系统 DVR2001F 一套 c 一个专门用于管理的网站域名及空间 此方案中 监控中心已具有此条件 4 34 3 系统组成系统组成 此系统分三部份组成 监控端 监控点 传送方 网站 ADSL 或其它宽带 接收 端 监控中心 A 监控端器材组成 MPEG4 单路视频实时采集卡 DVR2001F 远程监控系统 ADSL 或其它宽带上网 要求上行速度大于 512K 摄像机 镜头 电源 1 路 摄像机护罩 支架 B 传送方器材组成 网站域名 INTERNET 上可识别 支持 ASP 网站空间 用在本系统中 提供 2M 左右的空间 C 接收端器材组成 电脑主机 CPU 高于 P3 800 内存大于 128M 宽带上网 要求大于 512K 2M 速度 4 44 4 成本核算成本核算 1 申请 ADSL 费用