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对于有优先权可扩展的数字网络视频监控系统的探索
摘要：煤矿企业对井下作业的安全性要求很高，安装视频监控系统可以将井下的生产状况以视频的形式直观地展现在管理人员面前，便于及时发现事故隐患，防范于未然。通过将传统的视频监控系统数字化、网络化，同时加入优先权和可扩展的特性，提高了系统的可靠性，实现了分布式、远程视频监控。
关键词: 优先权；视频监控；煤矿；硬盘录像机
中图法分类号: TP393，TP29 文献标识码: A
An Extensible Video Monitoring System of Digital Network with Priority
ZHENG Zhong-ye , HAN Yi-ming, MA Wei-hua
(College of Information Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics,
Nanjing 210016, China)
Abstract: It has a high security requirement for the operation underground well in coal mining enterprises. Installing a video system can display the underground situation to managers in the form of video, which is helpful to discover possible accidents in advance and deal with them in time. This paper improves the traditional video monitoring system with techniques of computer and network, and at the same time adds features of priority and expandability to it, making the system more reliable, and the distributive and remote video monitoring has been achieved.
Key words: Priority; Video monitoring; Coal mine; Digital video recorder
引言
对煤矿企业来说，日常生产中存在着一定的危险性，尤其是井下作业的危险系数更高。鉴于此，煤矿企业在获得良好经济效益的同时，必须充分考虑安全因素。为了确保井下作业矿工的生命安全，除了要保证井下设备的质量、规范操作流程和提高矿工安全意识外，安装视频监控系统[1]，实施对井下作业现场的实时监控也是必不可少的重要安全措施。本文以河南某煤矿的视频监控项目为背景，设计并实现了一种数字网络视频监控系统，该系统引入优先权的概念，将系统的用户分为不同等级，赋予相应的优先权，同时，系统具有良好的扩展性，增加删除监控节点的成本可以忽略不计。
1总体方案
1.1 方案概述
整个系统主要由以下几个模块组成：摄像头、硬盘录像机、视频监控服务器和浏览器。摄像头是本系统中最底层的设备，负责视频图像的采集，根据不同的应用需求，可以配备不同分辨率的摄像头；硬盘录像机和摄像头之间用标准的BNC视频接口（75Ω）连接，把摄像头采集来的视频数据进行数字化处理、压缩，并把处理过的数据发布到网络上，同时存储在本地硬盘，以便提供历史回放功能；视频监控服务器承担视频中转的任务，一方面与硬盘录像机通信，获取视频数据，另一方面向用户提供在浏览器中直接浏览视频的功能；浏览器是整个系统的最上层，浏览器可以位于本地局域网，也可以在远程通过Internet连接到本地网络。系统结构如图1所示：
图1 系统结构
1.2 摄像头
在本方案中，已经存在传统的模拟闭路电视监控系统，为了不影响原有系统的正常运行，同时考虑到成本方面的因素，沿用现有的摄像头资源，直接将原来连接到闭路电视上的视频信号接入硬盘录像机，再将硬盘录像机的环通输出接口与原有监视器连接，保证原有系统的正常运行，增强了系统的兼容性。
1.3 硬盘录像机
硬盘录像机是整个系统的核心之一，其处理能力的快慢、压缩效率的高低及存储容量的大小直接影响到系统的速度、可靠性、图像质量等。本方案采用海康威视[2]DS-8016系列网络硬盘录像机[3]，这是一款专为安防领域设计的优秀数字监控产品，采用了嵌入式处理器和嵌入式操作系统，结合了IT领域各项最新技术，如视音频压缩/解压缩、大容量硬盘记录、TCP/IP网络等技术，代码固化在FLASH中，使得系统运行更稳定。DS-8016网络硬盘录像机既可本地独立工作，也可连网组成一个强大的安全监控网。可应用于银行、电信、电力、司法、交通、小区、工厂、仓库、资源、水利设施等各领域、各部门的安全防范[4]。
1.4 视频监控服务器
视频监控服务器采用IBM xSeries[5] 226 8488服务器，该服务器配置有Xeon3.0G的CPU， 512M*2的内存，73.4GB*2的SCSI硬盘，两块千兆网卡，性能优越。
在服务器上部署Web服务器，最终用户都通过此Web服务器访问视频监控系统。Web服务器软件采用当前流行的企业级开发平台 .NET，并结合SQL Server 2000数据库存储相关数据。此外，采用COM技术，结合VC++ 6.0开发平台，将与视频处理相关的功能封装为一个ActiveX控件[6]，使得系统模块划分更加清晰，降低了系统的耦合性，易于升级和维护。
1.5 浏览器
浏览器是系统和用户的接口，要求使用Microsoft IE系列浏览器，版本在5.0以上。由于采用了ActiveX控件实现视频处理的功能，所以在初次使用浏览器进入视频监控系统时，需根据系统提示，下载并安装ActiveX控件，方可正常浏览视频。
1.6 与传统方案的比较
本方案实现了视频监控的数字化和网络化，与传统的模拟视频监控相比，有着明显的优势。
首先，传统的模拟视频监控对距离十分敏感，随着传输距离的增加（例如大于1000m 时），信号很容易产生衰耗（特别是高频衰耗）、畸变、群延时失真等，并且，在漫长的信号传输过程中很容易受到外来电磁信号的干扰，导致监视画面的杂波增大，并可能由于寄生调幅而使图像被叠加了脉动的或网状的幅度干扰成分，使图像质量严重劣化；而将视频信号数字化处理以后，传输距离得到很大的扩展，不会由于距离的增加导致信号的衰减，并且，数字信号具有很强的抗干扰性，从而提高了系统的可靠性。
其次，传统模拟视频信号的存储会耗费大量的存储介质（如录像带），而且视频录像带容易遭破坏或磨损；数字视频监控系统将视频图像记录在视频服务器中的计算机硬盘上，其寿命远大于普通的录像带，并且其最大的优点是既能保证存储图像的清晰度不受多次复制而遭劣化的影响，又能够快速检索到所存储的图像。
第三，将先进的计算机网络技术引入视频监控系统中，极大的扩展了视频监控的地理范围，使得异地远程监控成为可能，并且易于统一集中管理，这是传统模拟视频监控所不能比拟的。
第四，在传统的模拟视频监控系统中，记录在录像带上的模拟视频信号不易进行检索，当需要查寻历史图像时，必须反复回放录像带中记录的图像，往往要花费大量时间观看录像带才能找到需要的图像资料；而在数字视频监控系统中，视频图像是以数字化方式存储，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在硬盘、
关键词: 优先权；视频监控；煤矿；硬盘录像机
中图法分类号: TP393，TP29 文献标识码: A
An Extensible Video Monitoring System of Digital Network with Priority
ZHENG Zhong-ye , HAN Yi-ming, MA Wei-hua
(College of Information Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics,
Nanjing 210016, China)
Abstract: It has a high security requirement for the operation underground well in coal mining enterprises. Installing a video system can display the underground situation to managers in the form of video, which is helpful to discover possible accidents in advance and deal with them in time. This paper improves the traditional video monitoring system with techniques of computer and network, and at the same time adds features of priority and expandability to it, making the system more reliable, and the distributive and remote video monitoring has been achieved.
Key words: Priority; Video monitoring; Coal mine; Digital video recorder
引言
对煤矿企业来说，日常生产中存在着一定的危险性，尤其是井下作业的危险系数更高。鉴于此，煤矿企业在获得良好经济效益的同时，必须充分考虑安全因素。为了确保井下作业矿工的生命安全，除了要保证井下设备的质量、规范操作流程和提高矿工安全意识外，安装视频监控系统[1]，实施对井下作业现场的实时监控也是必不可少的重要安全措施。本文以河南某煤矿的视频监控项目为背景，设计并实现了一种数字网络视频监控系统，该系统引入优先权的概念，将系统的用户分为不同等级，赋予相应的优先权，同时，系统具有良好的扩展性，增加删除监控节点的成本可以忽略不计。
1总体方案
1.1 方案概述
整个系统主要由以下几个模块组成：摄像头、硬盘录像机、视频监控服务器和浏览器。摄像头是本系统中最底层的设备，负责视频图像的采集，根据不同的应用需求，可以配备不同分辨率的摄像头；硬盘录像机和摄像头之间用标准的BNC视频接口（75Ω）连接，把摄像头采集来的视频数据进行数字化处理、压缩，并把处理过的数据发布到网络上，同时存储在本地硬盘，以便提供历史回放功能；视频监控服务器承担视频中转的任务，一方面与硬盘录像机通信，获取视频数据，另一方面向用户提供在浏览器中直接浏览视频的功能；浏览器是整个系统的最上层，浏览器可以位于本地局域网，也可以在远程通过Internet连接到本地网络。系统结构如图1所示：
图1 系统结构
1.2 摄像头
在本方案中，已经存在传统的模拟闭路电视监控系统，为了不影响原有系统的正常运行，同时考虑到成本方面的因素，沿用现有的摄像头资源，直接将原来连接到闭路电视上的视频信号接入硬盘录像机，再将硬盘录像机的环通输出接口与原有监视器连接，保证原有系统的正常运行，增强了系统的兼容性。
1.3 硬盘录像机
硬盘录像机是整个系统的核心之一，其处理能力的快慢、压缩效率的高低及存储容量的大小直接影响到系统的速度、可靠性、图像质量等。本方案采用海康威视[2]DS-8016系列网络硬盘录像机[3]，这是一款专为安防领域设计的优秀数字监控产品，采用了嵌入式处理器和嵌入式操作系统，结合了IT领域各项最新技术，如视音频压缩/解压缩、大容量硬盘记录、TCP/IP网络等技术，代码固化在FLASH中，使得系统运行更稳定。DS-8016网络硬盘录像机既可本地独立工作，也可连网组成一个强大的安全监控网。可应用于银行、电信、电力、司法、交通、小区、工厂、仓库、资源、水利设施等各领域、各部门的安全防范[4]。
1.4 视频监控服务器
视频监控服务器采用IBM xSeries[5] 226 8488服务器，该服务器配置有Xeon3.0G的CPU， 512M*2的内存，73.4GB*2的SCSI硬盘，两块千兆网卡，性能优越。
在服务器上部署Web服务器，最终用户都通过此Web服务器访问视频监控系统。Web服务器软件采用当前流行的企业级开发平台 .NET，并结合SQL Server 2000数据库存储相关数据。此外，采用COM技术，结合VC++ 6.0开发平台，将与视频处理相关的功能封装为一个ActiveX控件[6]，使得系统模块划分更加清晰，降低了系统的耦合性，易于升级和维护。
1.5 浏览器
浏览器是系统和用户的接口，要求使用Microsoft IE系列浏览器，版本在5.0以上。由于采用了ActiveX控件实现视频处理的功能，所以在初次使用浏览器进入视频监控系统时，需根据系统提示，下载并安装ActiveX控件，方可正常浏览视频。
1.6 与传统方案的比较
本方案实现了视频监控的数字化和网络化，与传统的模拟视频监控相比，有着明显的优势。
首先，传统的模拟视频监控对距离十分敏感，随着传输距离的增加（例如大于1000m 时），信号很容易产生衰耗（特别是高频衰耗）、畸变、群延时失真等，并且，在漫长的信号传输过程中很容易受到外来电磁信号的干扰，导致监视画面的杂波增大，并可能由于寄生调幅而使图像被叠加了脉动的或网状的幅度干扰成分，使图像质量严重劣化；而将视频信号数字化处理以后，传输距离得到很大的扩展，不会由于距离的增加导致信号的衰减，并且，数字信号具有很强的抗干扰性，从而提高了系统的可靠性。
其次，传统模拟视频信号的存储会耗费大量的存储介质（如录像带），而且视频录像带容易遭破坏或磨损；数字视频监控系统将视频图像记录在视频服务器中的计算机硬盘上，其寿命远大于普通的录像带，并且其最大的优点是既能保证存储图像的清晰度不受多次复制而遭劣化的影响，又能够快速检索到所存储的图像。
第三，将先进的计算机网络技术引入视频监控系统中，极大的扩展了视频监控的地理范围，使得异地远程监控成为可能，并且易于统一集中管理，这是传统模拟视频监控所不能比拟的。
第四，在传统的模拟视频监控系统中，记录在录像带上的模拟视频信号不易进行检索，当需要查寻历史图像时，必须反复回放录像带中记录的图像，往往要花费大量时间观看录像带才能找到需要的图像资料；而在数字视频监控系统中，视频图像是以数字化方式存储，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在硬盘、
