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[摘要]分析视频监控系统中存在的问题，然后提出IP多播的概念和优点，接着利用IP多播技术解决视频监控中出现的问题，并叙述改进后的视频监控系统的结构和功能使用。
[关键词]视频监控 多播 采集卡 监控中心
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0720011－01
一、绪论
远程视频监控系统已经应用于诸如大型企业、银行、水力等行业。通过和工作人员的交互，远程视频监控系统可以使工作人员对远程环境和设备状态进行实时的监控。远程视频监控系统一般由多个监控现场和监控中心组成，被监控现场和监控中心之间通过计算机高速网络连接。由于有多个被监控现场同时被监控，那么监控中心不可避免的就要产生很多来自不同现场的数据，怎么样使这些数据能够快速和高质量的送到监控中心以及如何协调多个监控中心之间的分工处理也是需要解决的问题。
二、IP多播技术的介绍
在远程视频监控系统中，由于视频流的数据量很大，若以点对点(Point To Point)，即单播的方式进行传输，每次只能为一个请求发送数据，如果同时为多个请求采用单播发送数据，将造成数据量增大，可能導致网络拥塞。同时，由于传送的数据内容都是一样的，发送方必须长时间保存这些数据，这样造成发送方占用较多的缓存，而且不能保证实时性。在远程视频监控系统中引入多播，在一定程度上解决了这个问题。
IP多播要求接受相同数据的主机加入同一个特定的群组。群组是能够接收发往一个特定多播组地址数据的主机集合。当加入一个群组后，只有绑定组地址的数据才会被网络硬件获取，并上传到网络层处理。对同一次多点传送，多播数据报被传送到其目的主机组的所有成员。另外，群组里的成员可以随时加入和离开，而且他们在位置上和数量上没有限制，一个主机可以同时属于多个群组。并且一个“主机组”既可以在一个物理网络上，也可以跨越多个物理网络。支持IP多播的硬件技术为多播传送保留了一组硬件地址，多播的每一组从中选取一个作为本组的多播地址，然后对组内各机器的硬件接口进行配置，使它们能识别该地址。假如硬件支持多播传送，则IP多播地址映射到物理多播地址后，便可以在物理网里直接进行多播传送。每一个“主机组”都拥有一个唯一的多播地址。多播地址只能作为目标地址使用，而不能作为任何源地址。
对于远程视频监控系统，视频数据的传输一般选用UDP协议，而采用UDP的IP传送方式有单点传送、广播传送、多播传送三种方式；单点传送的特点是效率低下，广播方式造成主机资源和网络资源的浪费，这对本来数据量就很大的视频数据的传输来说很不合适。采用IP多播技术可以有效地减轻网络负担，避免网络资源的浪费。此外，由于IP多播技术一台主机可以同时加入一个或多个多播组的特点，可以实现监控中心同时对多个现场的监控。由此可见，利用IP多播技术可以很方便地实现“多点对多点”的传送功能，很好的满足远程监控的要求。
三、多组多播在视频监控系统中的应用
远程视频控制系统中存在的一个问题就是，多个被监控现场数据如何快速高质的传送到控制中心的问题，因为在控制中心要监控多个现场，那么对于多个现场发送过来的数据只能轮流察看，这样容易导致其他的一些有用的信息不能被显示出来，而且，还会出现多个控制中心画面只能都看同一幅画面，这样导致监控没有实时性和多角度性。
为了解决上述问题，本文设计了一套新的方案：假设共有32路数据输入，把它们分成4组，每组8路输入，引入4个8路采集卡叠加的方法代替传统的视频分割器。对32路输入以4组多播方式输出。同时在分发数据的监控中心和采集卡中间再加上一个总控制中心，由它负责协调各个监控中心的工作和流量均衡。根据每个不同请求来决定所要加入的多播，这样每个操作人员就可以在32个监控点之间任意选择所需的一个或多个监控画面，即并且每个操作人员之间互不干扰。由于网络传输速度越来越高，那么采用8路采集卡进行收集，每路的采集频率可以较高，而且画面质量也会有保证，同时再利用MPEG-4压缩技术对画面进行压缩，完全可以满足监控的需求。随着网络带宽的提高和压缩技术的进步，4路采集卡进行采集在以后相当一段时间内也是可以满足视频监控的需求的。
（一）系统结构构成
系统主要由镜头控制模块，监控现场视频数据处理模块、视频数据发送模块和监控中心端的视频数据接收播放模块四个部分组成。
镜头等设备控制模块。该模块负责对云台、镜头等设备进行控制；视频数据处理模块。该模块通过视频采集压缩卡厂商所提供的二次开发包，对所有现场局站的视频图像进行实时采集，实现图像的实时捕捉和动态存储；视频数据发送模块。该模块把视频采集压缩卡输出的视频图像数据实时地以数据流的形式发送至监控中心的各主控机；视频数据接收播放模块。该模块负责接收、播放、存储发送来的视频数据流。
（二）视频数据发送及多组多播实现
监控主机将收集的多路视频数据按多个不同的多播地址发送出去，并且可以同时存储为录像资料，以便今后查询。客户端有选择性的加入一个或多个组，接收视频数据并播放出来，以达到远程监控的目的。
将采集卡采集的数据分别存放在4个队列缓冲区，当某个缓冲区满时，立即启动与之对应的发送线程(每个组对应一个发送线程)将数据发送到相应的多播地址。然后清空缓冲区，等待接收下一批数据。
（三）视频数据接收和播放的实现
由于多播数据是以多组的方式发送的，为此要建立一个控制通道和一个数据通道。控制通道用来在发送端和接收端之间建立会话，数据通道用于视频流数据的通信。接收端在接收视频流数据前先向相应的发送端发送数据请求，发送端在接收到数据请求后向接收端发回相应的IP多播地址和端口，接收端则加入此多播组接收视频流数据。对于控制通道选择可靠性较高的TCP协议。具体步骤总结如下：客户端在1-32路摄像点中选择所需的现场画面；建立到数据发送方的连接，发送客户端请求；根据接受回应的多播地址和端口号，创建接收缓冲区；客户端启动接收线程，接收多播数据；创建一个视频窗口，因为本文所用的4路采集卡对4路输入同时采集，对应的每一帧图像同时包含4路的输入数据，所以客户端需要对接收的每一帧图像进行剪切。
四、总结
本文主要讨论了IP多播技术在远程视频监控系统中的应用。事实证明：利用IP多播技术可以方便高效地实现视频数据的传输，很好地解决了监控画面的冲突，并且能够有效的对分监控中心进行控制和实现数据均衡传输。随着IP多播技术的不断发展和完善核需求的发展，IP多播将更多地应用于各种系统。
参考文献：
[1]Tanenbaum AS.计算机网络[M].第三版.北京:清华大学出版社1998.314-316.
[2]张逸军.IP组播技术在视频传输中的应用[J].电脑知识与技术.2005.(23).
[3]王大伟.组播技术在实际应用中的优势与不足[J].网络安全技术与应用，2005，(04).
作者简介：
曹盛，上海交通大学电子信息与电气工程学院，电子与通信工程专业，工程硕士；李建华，教授，上海交通大学信息安全工程学院常务副院长。
[关键词]视频监控 多播 采集卡 监控中心
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0720011－01
一、绪论
远程视频监控系统已经应用于诸如大型企业、银行、水力等行业。通过和工作人员的交互，远程视频监控系统可以使工作人员对远程环境和设备状态进行实时的监控。远程视频监控系统一般由多个监控现场和监控中心组成，被监控现场和监控中心之间通过计算机高速网络连接。由于有多个被监控现场同时被监控，那么监控中心不可避免的就要产生很多来自不同现场的数据，怎么样使这些数据能够快速和高质量的送到监控中心以及如何协调多个监控中心之间的分工处理也是需要解决的问题。
二、IP多播技术的介绍
在远程视频监控系统中，由于视频流的数据量很大，若以点对点(Point To Point)，即单播的方式进行传输，每次只能为一个请求发送数据，如果同时为多个请求采用单播发送数据，将造成数据量增大，可能導致网络拥塞。同时，由于传送的数据内容都是一样的，发送方必须长时间保存这些数据，这样造成发送方占用较多的缓存，而且不能保证实时性。在远程视频监控系统中引入多播，在一定程度上解决了这个问题。
IP多播要求接受相同数据的主机加入同一个特定的群组。群组是能够接收发往一个特定多播组地址数据的主机集合。当加入一个群组后，只有绑定组地址的数据才会被网络硬件获取，并上传到网络层处理。对同一次多点传送，多播数据报被传送到其目的主机组的所有成员。另外，群组里的成员可以随时加入和离开，而且他们在位置上和数量上没有限制，一个主机可以同时属于多个群组。并且一个“主机组”既可以在一个物理网络上，也可以跨越多个物理网络。支持IP多播的硬件技术为多播传送保留了一组硬件地址，多播的每一组从中选取一个作为本组的多播地址，然后对组内各机器的硬件接口进行配置，使它们能识别该地址。假如硬件支持多播传送，则IP多播地址映射到物理多播地址后，便可以在物理网里直接进行多播传送。每一个“主机组”都拥有一个唯一的多播地址。多播地址只能作为目标地址使用，而不能作为任何源地址。
对于远程视频监控系统，视频数据的传输一般选用UDP协议，而采用UDP的IP传送方式有单点传送、广播传送、多播传送三种方式；单点传送的特点是效率低下，广播方式造成主机资源和网络资源的浪费，这对本来数据量就很大的视频数据的传输来说很不合适。采用IP多播技术可以有效地减轻网络负担，避免网络资源的浪费。此外，由于IP多播技术一台主机可以同时加入一个或多个多播组的特点，可以实现监控中心同时对多个现场的监控。由此可见，利用IP多播技术可以很方便地实现“多点对多点”的传送功能，很好的满足远程监控的要求。
三、多组多播在视频监控系统中的应用
远程视频控制系统中存在的一个问题就是，多个被监控现场数据如何快速高质的传送到控制中心的问题，因为在控制中心要监控多个现场，那么对于多个现场发送过来的数据只能轮流察看，这样容易导致其他的一些有用的信息不能被显示出来，而且，还会出现多个控制中心画面只能都看同一幅画面，这样导致监控没有实时性和多角度性。
为了解决上述问题，本文设计了一套新的方案：假设共有32路数据输入，把它们分成4组，每组8路输入，引入4个8路采集卡叠加的方法代替传统的视频分割器。对32路输入以4组多播方式输出。同时在分发数据的监控中心和采集卡中间再加上一个总控制中心，由它负责协调各个监控中心的工作和流量均衡。根据每个不同请求来决定所要加入的多播，这样每个操作人员就可以在32个监控点之间任意选择所需的一个或多个监控画面，即并且每个操作人员之间互不干扰。由于网络传输速度越来越高，那么采用8路采集卡进行收集，每路的采集频率可以较高，而且画面质量也会有保证，同时再利用MPEG-4压缩技术对画面进行压缩，完全可以满足监控的需求。随着网络带宽的提高和压缩技术的进步，4路采集卡进行采集在以后相当一段时间内也是可以满足视频监控的需求的。
（一）系统结构构成
系统主要由镜头控制模块，监控现场视频数据处理模块、视频数据发送模块和监控中心端的视频数据接收播放模块四个部分组成。
镜头等设备控制模块。该模块负责对云台、镜头等设备进行控制；视频数据处理模块。该模块通过视频采集压缩卡厂商所提供的二次开发包，对所有现场局站的视频图像进行实时采集，实现图像的实时捕捉和动态存储；视频数据发送模块。该模块把视频采集压缩卡输出的视频图像数据实时地以数据流的形式发送至监控中心的各主控机；视频数据接收播放模块。该模块负责接收、播放、存储发送来的视频数据流。
（二）视频数据发送及多组多播实现
监控主机将收集的多路视频数据按多个不同的多播地址发送出去，并且可以同时存储为录像资料，以便今后查询。客户端有选择性的加入一个或多个组，接收视频数据并播放出来，以达到远程监控的目的。
将采集卡采集的数据分别存放在4个队列缓冲区，当某个缓冲区满时，立即启动与之对应的发送线程(每个组对应一个发送线程)将数据发送到相应的多播地址。然后清空缓冲区，等待接收下一批数据。
（三）视频数据接收和播放的实现
由于多播数据是以多组的方式发送的，为此要建立一个控制通道和一个数据通道。控制通道用来在发送端和接收端之间建立会话，数据通道用于视频流数据的通信。接收端在接收视频流数据前先向相应的发送端发送数据请求，发送端在接收到数据请求后向接收端发回相应的IP多播地址和端口，接收端则加入此多播组接收视频流数据。对于控制通道选择可靠性较高的TCP协议。具体步骤总结如下：客户端在1-32路摄像点中选择所需的现场画面；建立到数据发送方的连接，发送客户端请求；根据接受回应的多播地址和端口号，创建接收缓冲区；客户端启动接收线程，接收多播数据；创建一个视频窗口，因为本文所用的4路采集卡对4路输入同时采集，对应的每一帧图像同时包含4路的输入数据，所以客户端需要对接收的每一帧图像进行剪切。
四、总结
本文主要讨论了IP多播技术在远程视频监控系统中的应用。事实证明：利用IP多播技术可以方便高效地实现视频数据的传输，很好地解决了监控画面的冲突，并且能够有效的对分监控中心进行控制和实现数据均衡传输。随着IP多播技术的不断发展和完善核需求的发展，IP多播将更多地应用于各种系统。
参考文献：
[1]Tanenbaum AS.计算机网络[M].第三版.北京:清华大学出版社1998.314-316.
[2]张逸军.IP组播技术在视频传输中的应用[J].电脑知识与技术.2005.(23).
[3]王大伟.组播技术在实际应用中的优势与不足[J].网络安全技术与应用，2005，(04).
作者简介：
曹盛，上海交通大学电子信息与电气工程学院，电子与通信工程专业，工程硕士；李建华，教授，上海交通大学信息安全工程学院常务副院长。