專利名稱：寬帶數字視頻監控網絡系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種視頻監控網絡系統，具體涉及一種基于寬帶網絡和純軟件實現的寬帶數字視頻監控網絡系統。
視頻監控矩陣是將模擬視頻數據通過該網絡和視頻分割設備/方法在監控終端的屏幕上顯示出來，并提供對各個監控點的和切換能力。它要求能在一個屏幕上顯示多個畫面，并對各個畫面分別控制，要求該網絡有處理和傳輸大量數據的能力。
傳統的視頻監控矩陣是使用模擬設備來實現。從監控點采集來的模擬視頻數據直接進入視頻矩陣網絡，通過視分儀的切換來控制不同路視頻。換句話說，傳統的系統從采集到顯示到控制傳輸的都是模擬數據，因此在視頻矩陣網絡中傳輸的即是不作處理的原始視頻數據。
這樣的監控網絡系統存在很大的缺陷首先，現有以硬件為主的模擬視頻數據網絡系統的建立成本比較大；其次，該種網絡一旦建設完成之后，所有的設備便都已經固定，沒有辦法再對系統進行動態的配置和調整，其所使用的監控終端也只能是位置固定的非智能終端，其只能在接收和播放視頻流，不能通過計算機對視頻在屏幕上進行調整；再者，現有技術中各網絡服務者提供的矩陣協議互不兼容，造成系統的維護和升級都很不方便，系統的升級不僅會影響到原有的監控終端，在控制部分的重復開發也需要額外的硬件成本開銷。
另外，優點顯著的寬帶網絡的普及已經是大勢所趨，然而傳統技術中這樣的模擬視頻網絡和寬帶的IP網絡是不兼容的，因此如果要完成這兩個不同網絡功能的實現和結合，則需要作重復的網絡建設。
本發明的目的是建立一個消除了以上缺點的視頻監控網絡系統，該系統利用視頻技術將模擬數據數字化，并通過寬帶IP網絡進行傳輸，應用各種數據傳輸技術和視頻處理技術，在實現和現有技術中模擬視頻矩陣完全一致的功能的同時，將視頻矩陣網絡擴展到整個寬帶網絡。并設計開放的視頻矩陣監控協議以利于和其它系統兼容。
在監控主機上安裝視頻采集和MPEG-4編碼軟件，在監控終端上安裝視頻顯示和MPEG-4解碼軟件。
根據網絡的性能和監控性能的要求，視頻數據經過MPEG-4技術編碼后成為相應碼率的數據流。各個監控點的數據匯集到監控主機后傳輸到寬帶IP網絡。MPEG-4算法為視頻流信息內容幀與幀之間的變化而提供了一個關鍵幀(I幀)和變化幀(P幀)組成的幀序列。通過主動舍棄P幀的數據，我們可以在監控終端建立多路分割畫面，同時提供其中部分的大畫面視頻。
每個監控主機依據安裝視頻采集卡的數量進行一路或多路的視頻采集，采集的數據通過MPEG-4編碼后經過RTP協議封裝成為可以在網絡傳輸的實時視頻流。監控主機可以采用廣播、組播和單播等方式發送數據流。每臺監控主機在運行后首先在監控服務器上進行注冊。
監控服務器作為整個系統的目錄服務器和監控點黃頁存在，在系統中起調控作用。如果監控矩陣網絡提供服務給整個寬帶網絡，那么監控服務器還將作為控制中心，控制網絡中傳輸的視頻數據流不超過額定的網絡帶寬。
寬帶網絡和數字傳輸的運用使監控終端可以靈活地位于寬帶網絡上的任何位置，接收若干路視頻流。這些視頻流可以是一個或多個不同監控主機上發出的視頻流的組合。監控終端接收多路視頻流，在計算機(或數字投影設備)上顯示多路分割畫面。
監控終端計算機連接到寬帶網絡，和監控服務器連接并確定監控主機的位置后，直接接收組播或單播的視頻數據。終端可以接收多路(M)的視頻流，其可以是一個或多個監控主機的視頻數據流的組合。終端計算機屏幕提供多路(M)的分割畫面(QCIF)顯示，同時其中部分畫面(N)可以全畫面在的屏幕中分割顯示，或者1路畫面可以放大為全屏幕顯示。
終端計算機為了節省進行多路解碼的計算能力，QCIF的小畫面顯示時，主動丟棄P幀，只進行每兩秒或每秒1幀的I幀顯示。多路(M)的QCIF畫面的I幀合在同一個解碼器中進行計算，因此一個終端實際只需要N+1個解碼器(M路QCIF+N路全畫面解碼)或1個解碼器(全屏幕解碼)同時運行。
視頻監控矩陣的協議采用類似HTML的開放的描述性協議。對監控點的控制和切換用DTD的格式傳輸，當系統升級或和其他系統互連時，不兼容的指令可以直接忽略。
本發明所提供的這種數字視頻監控網絡矩陣，其視頻質量和矩陣中傳輸的視頻數量是隨網絡性能而變化的，如果寬帶網絡中的其他應用占據帶寬過多，就可能影響視頻矩陣輸出的視頻質量，導致丟包或圖象馬賽克；同樣監控終端進行多路視頻解碼和顯示時，受不同終端計算機性能的影響，會出現不同的監控視頻質量。但對比于現有視頻監控網絡系統，其優點是顯而易見的。
對比現有的視頻監控網絡系統，本發明的優點在于采用數字的IP網絡視頻矩陣可以建立靈活的監控網絡，監控終端可以分布在寬帶網絡的任何地方，監控服務器可以智能的調控視頻流的帶寬、尺寸和幀率等屬性。
描述性的矩陣控制協議能很快和其他系統兼容，系統的升級也不會影響到原有的監控終端。避免現有矩陣協議各廠家不兼容造成的監控系統在控制部分的重復開發。
采用純軟件的數字視頻監控網絡主要依賴計算機的CPU資源，從現有的內部IP網基礎上就能建立起來，成本也遠遠低于現有硬件為主的模擬系統，系統的維護和升級都很簡便，不需要額外的硬件成本開銷。
圖2是監控主機運行后和監控服務器注冊過程圖。
圖3是監控終端通過監控服務器定位的過程圖。
圖4是監控終端分割顯示32路畫面的過程圖。
圖2是監控主機運行后和監控服務器注冊過程圖。
步驟1，監控主機對視頻采集設備初始化，確定能提供的視頻流格式；步驟2，監控主機向監控服務器注冊，進行監控視頻格式和質量的數據的握手；步驟3，監控服務器更新目錄數據庫；
步驟4，監控服務器通知監控主機初始化和注冊成功；步驟5，監控服務器通知主機組播或單播某路視頻流到指定地址；步驟6，監控主機確定視頻流播放成功；步驟7，監控服務器更新目錄數據庫。圖3是監控終端通過監控服務器定位的過程圖。
步驟1，監控終端啟動后先登陸到監控服務器；步驟2，監控服務器根據終端用戶的權限，提供可以訪問的監控點目錄；步驟3，用戶選擇監控某路視頻；步驟4、5，服務器通過目錄數據庫查詢該路視頻是否已經開始組播；步驟6’，如果該路視頻沒有進行組播，服務器通知相應監控主機發送該路視頻；步驟6，向監控終端返回操作結果。
圖4是監控終端分割顯示32路畫面的過程圖。
終端為每路大視頻數據流分別建立解碼器，所有QCIF顯示的視頻流用一個統一的解碼器。
數據到達終端后，程序首先判斷該路視頻是以QCIF大小分割顯示，還是以640×480全畫面顯示。如果是后者，則把數據傳遞給解碼線程，解碼后顯示實時視頻；如果是前者，判斷該幀是是I幀還是P幀，如果是P幀，則直接丟掉；如果是I幀，則傳遞給統一解碼線程，解碼后只顯示I幀，效果是每秒1幀左右。
顯而易見，本發明所述的寬帶數字視頻監控網絡系統，對于熟悉本領域的人員而言可容易地實現另外的優點和進行修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般的概念的精神和范圍的情況下，本發明并不限于特定的細節、代表性的設備和這里示出與描述的圖示示例。
權利要求
1.一種視頻監控網絡系統，其特征在于，該系統包括一個寬帶網絡，一個監控服務器，一個或多個監控主機，一個或多個監控終端。
2.如權利要求1所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，在監控終端上安裝有視頻顯示和MPEG-4解碼軟件。
3.權利要求1所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，在監控主機上安裝有視頻采集和MPEG-4編碼軟件。
4.權利要求1所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，監控主機可以采用廣播、組播和單播等方式發送數據流。
5.權利要求1所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，每臺監控主機在運行后首先有一個在監控服務器上進行注冊的過程，其注冊過程包含下列步驟步驟1，監控主機對視頻采集設備初始化，確定能提供的視頻流格式；步驟2，監控主機向監控服務器注冊，進行監控視頻格式和質量的數據的握手；步驟3，監控服務器更新目錄數據庫；步驟4，監控服務器通知監控主機初始化和注冊成功；步驟5，監控服務器通知主機組播或單播某路視頻流到指定地址；步驟6，監控主機確定視頻流播放成功；步驟7，監控服務器更新目錄數據庫。
6.權利要求1所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，監控終端可以位于寬帶網絡上的任何位置，接收若干路視頻流。
7.權利要求6所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，監控終端和監控服務器連接并通過監控服務器確定監控主機的位置，以直接接收組播或單播的視頻數據。
8.權利要求7所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，監控終端通過監控服務器定位的過程包含以下步驟步驟1，監控終端啟動后先登陸到監控服務器；步驟2，監控服務器根據終端用戶的權限，提供可以訪問的監控點目錄；步驟3，用戶選擇監控某路視頻；步驟4、5，服務器通過目錄數據庫查詢該路視頻是否已經開始組播；步驟6’，如果該路視頻沒有進行組播，服務器通知相應監控主機發送該路視頻；步驟6，向監控終端返回操作結果。
9.權利要求6所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，該些視頻流可以是一個或多個不同監控主機上發出的視頻流的組合。
10.權利要求1所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，監控服務器可以智能的調控視頻流在全網占用的帶寬以及尺寸和幀率等屬性。
11.權利要求1所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，視頻監控矩陣的協議采用類似HTML的開放的描述性協議。
12.權利要求1所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，對監控點的控制和切換用DTD的格式傳輸。
13.權利要求1所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，終端計算機屏幕提供多路(M)的分割畫面(QCIF)顯示。
14.權利要求13所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，該些分割畫面中的部分畫面(N)可以全畫面在的屏幕中分割顯示。
15.權利要求13或14所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，終端計算機屏幕顯示的畫面路數N＜M。
16.權利要求13所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，該些分割畫面中的一路畫面可以放大為全屏幕顯示。
17.權利要求1所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，監控服務器可作為在系統中起調控作用的整個系統的目錄服務器和監控點黃頁存在。
18.權利要求17所述的視頻監控網絡系統，其特征在于，在監控矩陣網絡提供服務給整個寬帶網絡時，監控服務器還可作為控制網絡中傳輸的視頻數據流不超過額定的網絡帶寬的控制中心。
全文摘要
本發明公開了一種基于寬帶網絡和純軟件實現的寬帶數字視頻監控網絡系統。本發明提供的寬帶數字視頻監控網絡系統包括一個寬帶網絡，一個監控服務器，一個或多個監控主機和一個或多個監控終端。該系統利用視頻技術將模擬數據數字化，并通過寬帶IP網絡進行傳輸，應用各種數據傳輸技術和視頻處理技術，在實現和模擬視頻矩陣完全一致的功能的同時，將視頻矩陣網絡擴展到整個寬帶網絡，此外該系統還利用開放的視頻矩陣監控協議以利于和其它系統兼容。本系統成本低，容易與其它系統兼容，維護和升級都比較簡便，監控終端可在網絡系統內部靈活分布，并能接收多路視頻流，顯示多路分割畫面。
文檔編號H04N7/015GK1469560SQ0212551
公開日2004年1月21日 申請日期2002年7月17日 優先權日2002年7月17日
發明者懷千江, 鄧中翰, 薛天雄 申請人:北京中星微電子有限公司