转发服务器在网络化视频组网中的应用

转发服务器在网络化视频组网中的应用 重 庆 理 工 大 学 文 献 综 述 学院(系): 电子信息与自动化学院 班 级: 0672-1 学生姓名: 张晓宇 学号: 18 指导老师: 胡新宇 成 绩: 2010年 3 月 17 日 重庆工学院毕业论文 文献综述 转发服务器在网络化视频组网中的应用 摘 要:随着以数字化、网络化为代表的信息技术的发展，以计算机、网络、 通信技术为基础，以智能图像为特色的网络视频监控系统逐渐成为视频监控 领域的发展方向。“宽视界”作为监控远程现场的一种宽带网络视频业务系统， 能充分满足行业用户对于远程现场监控的需求。本论文主要研究视频转发服务器 在整个视频网络中的作用，分析它的软件功能，了解软硬件环境，解决多用户同 时访问一路视频信号时所造成的网络拥塞。 关键词:视频监控 宽视界 流媒体 转发服务器 Abstract:As information technology figures developed, which is represented by figures and networks, the network video monitoring system has gradually become video monitoring development direction in the field. "Wide Horizon" as a remote control to the scene of a broadband network video system is able to fully satisfy users for the industry remote control needs. This paper mainly studies the role of relay server playing through really big framework, and analyze the software, know about the hardware environment. The main work is to solve network congestion, which is caused by multi-user simultaneous access road video signal. Key Words: Video Monitoring, Wide Field of Vision, Streaming Media, Relay Server 1.前言 中国网通“宽视界”业务正是这种建设基于IP的、统一的远程监控系统平 台，提供丰富的业务种类，满足不同行业客户的特殊需要。远程视频监控系统不 是一个孤立的系统，因此，系统的设计应该具有较好的可行性以及可实施性。 一方面，在系统的整体框架下开发能够分阶段实现的应用功能，并保持各阶段的 相互铺垫和整体工作的连续。另一方面，系统的整体设计也必须考虑能支持今后 业务系统的升级改造。互联网应用的蓬勃兴起，图像压缩编码与流媒体技术的逐 步演进，系统处理能力的大幅度提升，都使得数字信息技术作为一项领先的技术 手段，在促进网络图像应用，降低产品成本，提高灵活性、可扩充性等方面提供 1 重庆工学院毕业论文 文献综述 了强大的技术驱动力。受益于这些技术突破，网络图像业务的应用面得以大大扩展，正逐渐进入许多对网络图像业务有着极大需求的新兴行业市场。如国内多个省市已经出现的高考电子考场、医疗监护、寄宿制学校、连锁百货等。 基于这个网络视频监控系统，参考个方面的文献进行学习和设计，我们了解转发服务器在组网中的作用，进行一个单位的监控点设计，并进行组网设计。转发服务器在整个网络里的重要性自然就能突显出来。 2. 视频监控的发展历程 [1] 2.1 视频监控业务起源 网络技术的发展和大规模的网络基本建设贯穿了整个20世纪90年代，网络经济经过了热潮、短暂地衰落、到回归理性地发展，人们意识到:网络建设不是网络经济的最终目的，内容服务才是推动网络理性发展的原动力，而视频服务将成为内容服务的主力军。常言道“百闻不如一见”，在人类感官接受的各种信息中约有80,来自视觉。视频、图像是对客观事物形象、生动的描述，是直观而具体的信息表达形式，是人类最重要的信息载体。同时，视频服务能最大限度地“消耗”网络带宽资源，从而有效地推动网络基础建设的发展。 [1][2] 2.2视频监控的发展历程 网络视频监控业务是一种基于宽带网络为用户提供图像和各种报警信号远程采集、传输、储存、处理的一种全新电信业务。这是一个由前端、中间端、后端三部分组成的网络视频监控系统。视频监控随着社会的进步，近来越来越被广泛地应用到各个领域。同时随着社会的发展，视频监控系统也随之经历了模拟视频监控、数字视频监控、网络视频监控三个时代。 第一代:模拟时代(模拟视频监控) 视频以模拟方式采用同轴电缆进行传输，并由控制主机进行控制，主要是模拟信号的处理。 第二代:半数字时代(数字视频监控) 视频仍然以模拟方式采用同轴电缆进行传输，但是由多媒体控制主机或硬盘 2 重庆工学院毕业论文 文献综述 录像主机(DVR),进行数字处理与存贮，采用数字信号处理方法进行录像存储与分发。 第三代:全数字时代(网络视频监控) 视频从前端图像采集设备输出时即为数字信号，并以网络为传输媒介，基于国际通用的TCP/IP，采用流媒体技术实现视频在网上的多路复用传输，并通过设在网上的网络虚拟(数字)矩阵控制主机(IPM)来实现对整个监控系统的指挥、调度、存贮、授权控制等功能。此外报警、门禁、巡更等前端设备输出的数字信号也可由多网合一的方式通过网络复用进行传输并在同一平台上进行管理与控制。 视频监控系统已经被广泛应用于现今社会的各个领域，由单一的模拟信号传输为主的模拟视频监控，经历了视频数字化，让传输的视频数据变为数字信号，具有存储量小等优点，进而发展为多视频数字化，利用互联网络实现监控网络化，实现用户可以通过网络调用前端存储图像。 [3] 2.3 数字监控和传统监控的区别 数字监控和传统模拟监控之间最大的区别在于前端(摄像头)和控制端之间信号的传输方式，要想达到数字监控，首先就要实现前端(摄像头)输出和受控的是基于TCP/IP协议的数字信号。从通用的看法上，这种传输是依赖于基于光纤和双绞线布线，以及采用了数字交换机和以太网卡的以太网络。 区别数字监控和传统监控，是进行投资之前的选择，选择的意义在于: 1.节省总体拥有成本(TCO):总体计算设备寿命期限内的初始投资、运行费用、维护费用、升级费用和培训费用; 2.遵循全球统一的工业标准:延长设备的更新年限，在管理人员更迭时没有或产生尽量少的损失; 3.采用更先进的技术，提高客户本身的知名度，在同行业中始终处于领先地位。 3.视频监控整个组网架构 [3] 3.1基于IP网络的视频监控系统设计 视频监控系统的总体架构包括前端设备(PU)、客户端(CU)和中心服务平台，如图1-1。其中，中心服务平台包括终端接入、视频存储转发、中心管理、 3 重庆工学院毕业论文 文献综述 AAA、Web服务器。各个部分通过IP网络互连。 图1-1 基于IP网的系统结构图 这是由前端、中间端、后端三部分组成的网络视频监控系统。前端由镜头、摄像机、云台、报警开关、视频编解码设备、主机控制设备和监控软件组成;中间端即是电信公司提供的中心服务平台，中心服务平台具有业务平台的管理功能，并对传送过来的图像进行转发、分发或存储，对报警进行联动处理;在后端用户可在网络的任何一个接入点,无论是监控现场,监控中心,或者是远端,只要通过IE浏览器或客户端软件,在通过用户认证后可任意观看视频,可控制摄像机的角度、拉近拉远镜头、控制远端设备，并可接收报警信息。 [4] 3.2监控中的相关技术分析 在网络视频监控数据传输中，传输的数据都是视频流，当然包括音频信息，视频流的数据量是很大的，如果单纯的不做任何处理，占据的带宽是相当大的，浪费很多资源，因此视频压缩技术就显得犹为突出，可以方便传输视频数据。 1.视频编码技术 压缩技术是将数据中的冗余信息去掉(去除数据之间的相关性)，压缩技术包含帧内图像数据压缩技术、帧间图像数据压缩技术和熵编码压缩技术。目前监控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC等几种视频编码技术。 4 重庆工学院毕业论文 文献综述 2.监控中视频编码分辨率的选择 目前监控行业中主要使用以下分辨率:QCIF、CIF、4CIF和D1。QCIF分辨率为176x144;CIF分辨率为352x288，相当于VCD的清晰度水平;4CIF分辨率为704x576，相当于DVD的清晰度水平;D1分辨率为720x576。 不同的NTSC制式分辨率 MPEG压缩格式中所使用的分辨率 3.音频编解码技术 常用的音频编解码技术有PCM编解码、ADPCM(自适应差分PCM)、G.723(低码率语音编码算法)、G.723.1(双速率语音编码算法)、、G.729A、MP3(MPEG-1 audio layer 3)等。G.723和G.729编解码技术占用的带宽小，音质一般，适于在对带宽要求严格的网络比如internet广域网。MP3技术的音质好，但占用带宽较大，时延稍大，适于宽度局域网使用。 4.网络传输协议 TCP协议:TCP通过序列确认以及包重发机制，提供可靠的数据流发送和到应用程序的虚拟连接服务。与 IP 协议相结合， TCP 组成了因特网协议的核心。 UDP协议:UDP是一个无连接协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。 5 重庆工学院毕业论文 文献综述 [5] 3.3视频监控平台的系统配置及带宽说明 由于网络视频传输技术，在达到较好的监控效果与带宽资源利用率之间很难达到均衡，想要达到好的监控效果，肯定要浪费带宽资源，传输时不同的视频图像分辨率有不同的传输速率，如今的网络视频分辨率都是D1格式，为1.5Mbps传输速率。因此我们规定视频监控平台的系统配置和带宽要求如下: 1.视频监控点接入网络的带宽根据要求的视频质量和分辨率进行设计，CIF格式的视频信号按照不小于512K的带宽考虑;D1格式的视频信号按照不小于1.5M的带宽考虑; 2.中心管理服务器单机处理能力可支持1万用户，并发2000用户;中心数据库服务器是整个系统的核心设备，采用高可用集群的方式，并配置一个磁阵来共享数据;配置多台中心WEB服务器组成集群来满足需求; 3.接入服务器的处理能力为接入2000个视频前端(PU); 4.转发服务器的处理能力为同时转发300路1.5M视频或者1000路512K视频; 5.存储服务器的处理能力为同时存储300路1.5M视频或者1000路512K视频; 6.客户浏览平台根据浏览图像的数量配置相应的接入带宽，按照每路视频信号512k-1M带宽来考虑;视频监控点接入方式多样化，包括光纤、LAN、E1、ADSL、VDSL、SHDSL以及无线接入方式等。不同的网络接入方式根据其带宽的不同达到的视频传输效果不同。 4.转发服务器在网络视频监控系统中的作用 [8] 4.1 流媒体 随着互联网的普及，利用网络传输声音与视频信号的需求也越来越大。广播电视等媒体上网后，也都希望通过互联网来发布自己的音视频节目。但是，音视频在存贮时文件的体积一般都十分庞大。在网络带宽还很有限的情况下，花几十分钟甚至更长的时间等待一个音视频文件的传输，不能不说是一件让人头疼的事。流媒体技术的出现，在一定程度上使互联网传输音视频难的局面得到改善。 6 重庆工学院毕业论文 文献综述 4.2转发服务器转发原理 我们先要知道转发服务器在整个组网中的工作原理。首先，视频监控用户发送请求视频预览，要通过AAA服务器的授权验证，如果没有通过验证就会向用户发送报告，其次，通过了验证，管理服务器就会发给用户一个特定的访问路径，这个路径组成为:经过的流媒体IP+视频服务器IP+通道号，视频服务器和流媒体服务器都有自己特定的IP ，视频流传输时也要需要自己的通道号，才能让用户调用查询所需要的视频流。最后，在每次视频监控用户访问成功后，管理服务器都会记录下本次日志。 [14] 4.3转发服务器负载均衡 引入转发服务器的p2p机制，是为了每个分发服务器都会向中心管理服务器上报状态及CPU、网络流量等状态信息，当用户请求视频时，中心管理服务器为用户选择一条视频转发路径，然后供一个或多个视频监控用户发出视频请求。因此具体的过程我们详细说明如下: 1.找到正在转发该路视频的转发服务器，找到负载比较小的，探测它与用户端的带宽，如果所有服务器的带宽都明显较低，则考虑进入多级转发选路。否则 7 重庆工学院毕业论文 文献综述 找到一个服务器返回。 2.多级选路径:找到正在转发该路视频的负载最低的转发服务器，作为第一级，将客户端对应的转发服务器作为第二级，开始转发。 3.如果存在视频路由表以路由表为准，不进行选择路径 4.当有转发服务器待机时，因视频路由表动态生成，中心管理服务器会根据目前可用的转发服务器重新生成路由表，不会影响用户请求视频。 ,.结束语 在现今社会中，随着科技的不断发展，网络化的应用越来越渗透到我们的生活当中，满足人们的各种生活需求。视频监控是其中的一种应用，从原始的模拟闭路电视监控发展到现在的第四代数字网络化视频监控，经历了一个漫长过程，其实它也是随着人们的需求而进展，如果没有当时人们想要进行小规模的监控，也就不会有现在的远距离网络监控。 中国网通的“宽视界”业务正是发挥网络监控的优势，利用网络资源展开的一项业务，基于IP的、统一的远程监控系统平台，提供丰富的业务种类，满足不同行业客户的特殊需要。远程视频监控系统不是一个孤立的系统，因此，系统的设计方案应该具有较好的可行性以及可实施性。 本文就是在这个可实施性的前提下，对其中的转发服务器的软件功能进行研究，对今后的方案组网进行了分析，充分发挥转发服务器的作用，解决网络拥塞问，并取得了很好的结果。 8 重庆工学院毕业论文 文献综述 参 考 文 献 [1]中国网通远程视频监控系统技术[C]. QB/CNC-09-001-2006 [2]基于IP的远程视频监控系统总体技术要求[C]. V1.0 [3] 江潮等. 基于网络的数字视频监控系统[J]. 武汉 武汉大学学报(自然科学版)2000年5月 [4]严立中主编. 现代声像技术[M]; 北京 电子工业出版社 2005年5月 [5]章毓晋著. 图象工程上册:图象处理和分析[M]. 北京 清华大学出版社 1999年3月 [6]中国网通公司河北省分公司市场经营部汇编. 宽视界业务培训:监控基础知 C]. 2007年6月 识[ [7]吴国勇等著. 网络视频:流媒体技术与应用[M]. 北京 北京邮电大学出版社 2001年7月 等著. 流媒体和视频服务器=Media Streaming and Video Server[M]. [8]钟玉琢 北京 清华大学出版社 2003年 [9](美)Bassem W.Jamaleddine著;朱毓斌译. IBM WebSphere应用服务器程序设计[M].北京 清华大学出版社 2003年 [10](美)Douglas E.Comer著;张卫等译. TCP/IP网络互联技术(卷3):客户-服务器编程与应用(Windows套接字版)[M]. 北京 清华大学出版社 2004年9月 [11](美)巴迪尼克著. Windows NT Web服务器[M]. 人民邮电出版社 1998年 [12]来宾等著. 服务器安装、配置与应用指南[M]. 北京 冶金工业出版社 2003年 [13]詹青龙主编. Technology of Web - Video and Application[M]。西安西安电子科技大学出版社 2004年 计算机通信网基础[M]. 北京 电子工业出版社 2000年 [14]顾尚杰等著. [15]乔建惠著. 数字视频远程监控系统开发研究[J]. 南昌 科技广场 2005年 [16]J David Irwin. Emerging multimedia computer communication technologies[M]. New Jersey, Prentice Hall, 1998 [17]A Murat and Tekalp. Digital Video Processing[M]. 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