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文章出处:未知 人气:发表时间:2017-08-27

概述

视频监控系统被广泛应用于日常生活的各个方面,传统的模拟信号监控系统已经日趋完善,并且逐渐向数字视频监控系统方向过渡。逐渐兴起了一个新的研究方向——P2P网络摄像机。P2P网络摄像机可以使用户在任意地点,使用能够接入Internet的PC机进行远程监控。网络监控系统主要是由网络摄像机(或者摄像机和视频服务器)完成视频采集和网络传输任务。这种结构在数据处理,网络传输方面有一定的优势,但是存在着不容忽视的问题,例如,需要为网络摄像机分配静态的IP地址,硬件的投资大,系统很难更新等。P2P技术改变了传统的C/S模式,P2P网络提供了一种可扩展的和容错的机制,不需要维护巨大的路由表信息,就可以定位网络上的任何节点,这使得P2P在很多领域都获得了应用。根据需求,设计了基于Skype(Skype是很流行的一种P2P网络协议)的PC机平台上的网络监控系统,充分利用ADSL等宽带接入技术和PC机处理能力。可将图像采集、远端设备的控制信号直接连入Intranet/Internet。被授权的用户通过PC机就可以在具有Intenet接入能力的世界上的任何地方对远端进行远程监控。在系统内部,不需要为监控点分配静态的IP地址

P2P 技术助力 IP Camera 突破局域网限制

近几年来, 监控技术正在由模拟向数字转换, IP 摄像头( IP Camera ) 已经占到市场的 15% 左右, 并且呈现爆炸增长的趋势. IP 摄像头使用大量生产使用的互联网设备和技术, 系统的维护和管理对比传统模拟技术具有明显的优势. 特别对于高清视频 ( 720P 1080P) 的应用, IP 技术更是唯一的选择.
   但是, IP Camera 一直以来, 源于其技术原因, 受限于局域网. 它只能应用于传统的工程市场, 这个市场是模拟 Camera 盘据的主要市场. 当系统升级到 IP 网络后, 市场的需要也发生了变化, 第一变化便是, 走出局域网! 在全球互联网上分布和监控. 问题来了, IP Camera 没有办法做到这一点.
   为了解决这个问题, 各种新的技术被应用. 例如, 动态域名技术( DDNS ), 会话发起协议( SIP ),甚至 MSN 也被用来解决这个问题. 但这些解决方案都只是解决了部分问题, 没有解决根本问题. 例如, 以 DDNS 为基础的所谓 P2P 技术, 声称可以让你的 IP camera 走出局网, 真的可以吗? 当然可以. 不过你的局域网内只能有1台 camera. 第2台就不行了. 你还需要学习什么叫 ip, 什么叫 port, 什么叫 port-mapping.
   所谓的 DDNS 不过解决了动态 IP 的问题. 如果仍然应用传统的流媒体 ( RTSP/RTP ) 技术, 它仍然不能走出局域网. 要真正地走出局域网, 必须抛弃 RTSP/RTP/DDNS 这些传统的技术, 而使用真正的完整的 P2P 技术, 从根本上解决问题.
   以真正 P2P 技术倾力打造的 P2P Camera 完美地突破局域网限制, 它做到
   1 ) 保证你的 Camera 在全球互联网 100% 看得见.
   2 ) 保证你很容易地看得见. 不需要学习任何专门技术和专门名词. 它实现了最终用户即插即用.
   你可以通过电脑 ( Windows )和智能手机 ( Android 和 iPhone, iPad ) 来监控 Camera.
   有了真正的 P2P Camera, 你可以随时随地通过全球互联网监控你的 Camera, 它可能在办公室, 在商场, 在家里, 在马路上.
   走出局域网的 P2P Camera 极大地拓展了 IP Camera 的潜力市场. 例如消费市场: 小型商店, 家居, 办公室, 都可以安装 P2P Camera, 一台两台都可以, 插上电, 插上网线, 全球都可看得见!

工作原理

当监控主机(指电脑、手机等显示设备或者NVR等录像设备)M1(M1,M2,M3为任意不同的监控主机)连接到网络以后,自动发一个数据包通知服务器S(服务器S可以是某台监控主机,也可以是另外独立的专用服务器,假设M3作为服务器S),服务器S把当前正在工作的监视器(指网络摄像机)C1、C2、C3...的IP地址返回给监控主机Ml,监控主机M1选择部分或全部的监视器(如C1,C2)并将信息反馈给受控点服务器S,服务器S将监控主机Ml的IP加上其所选的监视器(如C1,C2)的lP作为一条记录保存下来。此后,当有监控主机M2也需要监控与Ml同样的部分监视器(如C1,C2)时,服务器S对M2的请求和所保存的记录进行比较以后,将监控主机Ml的IP发给M2,则M2可以直接到M1上获得所需的数据,而无需连接到对应的监视器(如C1,C2)上,从而减少了监视器(如C1,C2)的负担.同时也充分利用了每台监控主机的闲置资源.提高了整个系统的性能。P2P的特点是当连接的数量越多,工作得越好。
所以当在P2P网络摄像机进行多画面监控时,整个监控系统将工作得更好。监视器的结构设计:监视器一端通过Intenet连接监控主机。另一端通过RS一485总线连接控制器,所以P2P网络摄像机监视器的设计优劣程度决定了整个系统的功能实现和整体性能。监视器由六大模块组成:摄像头模块f图像传感器+数据压缩处理器)、网络模块、步进电机模块、微处理器模块、存储模块和电源模块。其中摄像头模块主要负责现场图像的采集和处理,步进电机作为摄像头的辅助模块,它使摄像头能达到全方位多视角的图像监视,网络模块完成监视器Internet的物理连接,网络收和发送:存储模块包括两类:一类是用于存储网络参数和用户记录信息的EEPROM,一类是用作网络收发缓存的静态随机存储器SRAM。

摄像头模块

P2P网络摄像机摄像头模块包含图像传感器和数据压缩处理器两部分。图像传感器采用的是OmniVision公司推出的CMOS彩色图像传感器0V7620,该传感器的最大分辨率为664x492。它不但能工作在逐行扫描方式下,而且能工作在隔行扫描方式下。可通过12c总线配置片内寄存器,使0V7620输出RGB原始数据。664像素×492像素的图像阵列扫描输出原始的RGB彩色图像信号,经模拟处理电路进行曝光、校正、自电平调整等处理后根据输出要求可转换成YUV等多种信号输出形式,其模拟视频信号经两路10位视频A/D转换器转换后由视频接口输出16位的YUV4:2:2或RGB4:2:2格式的标准数字视频图像信号。数据压缩处理器采用OmniVision公司生产的专用DSP-OV528作为图像数据压缩处理芯片。OV528一款单片低功耗、小体积、高性能的DSP.完成色校正、JPEG压缩和编码等,然后把数据送到SRAM储存或直接通过接口传输到上位机。OV528支持的接口有两种:一种是RS一232,波特率范围在9.6.920kb/s之间,常用的波特率设置值是115.2kbls,230.4kb/a和460名kb/s;另一种是SPI,可以获得更高的传输速率,达到2—4Mb/s。

网络模块

P2P网络摄像机网络模块为监视器连接到Internet提供物理接口,用以实现TCP/IP连接的建立,接收来自P2P网络摄像机的网络数据包并解封装存储在接收缓存中,等待微处理器的处理同时负责将采集到的图像数据打包后发送给监控主机。在网络模块的设计中,主要由硬件协议栈芯片W3100A和网卡芯片RTL8201协调工作来实现监视器在Intemet上的应用。W3100A是韩国wizllet公司专门为以太网互联和嵌入式设备推出的硬件TCP/IP协议栈芯片,其硬件TCP/IP协议栈包含了TCP、UDP、IP、ARP和ICMP协议。W3100A硬件协议栈则可以在占用极低系统资源的条件下快速完成网络通信。它支持硬件以太网协议DLC和MAC;同时支持四路独立的网络连接;支持PING命令;协议处理速度达到全双工4~5Mbps;支持In—tel/Motorola MCU总线接口;支持12C接口;带有标准的MII接口,可连接底层以太网可提供SocketAPI加速应用程序开发;支持全双工模式;其内建16KB双口RAM可作为数据缓冲区采用0.35pmCMOS制造工艺。
RTL8201是带有媒体独立接口MII(MediaIndependent Intor-face)的单口10/100Mb/s以太网收发器,从硬件的角度看,以太网接口电路主要由MAC控制器和物理层接口(Physical Layer,PHY)两大部分构成,超低耗和小于180Ma/3.3V操作电压,全双工和半双T操作,提供一个LED显示器指示一个网络回环存在。网络模块中.W3100A采用非直连总线模式与MCU相连,采用MII与RTL8201相连。

外部存储器

在监视器的设计中.存储器分为两类:上类是用作网络数据收发缓存的静态随机存储器SRAM;一类是用于存储网络参数和用户记录信息的E2PROM。静态RAM采用IS61C1024作为网络数据的收发缓存。IS61C1024是128Kx8的岛速CMOS静态RAM;E2PROM在监视器上需要存储网络模块的网络参数(IP地址、子网掩码、网关)和用户记录信息,本系统采用I2C总线控制的存储芯片,E2PROM型号为24C02,当以后需要扩大存储容量时,不需要再另外占用单片机的I/0口资源,只需按地址操作,互不冲突。

电源及应用程序

RS--485总线应用于监视器和控制器之间的连接。RS-485总线的特性是线路设计简单、价格低廉、控制方便:其信号采用差分方式进行,有很强的抗干扰能力。本设计中的485接口转换芯片选用MAX485;监视器中各个模块的工作电压不尽相同,有5v和3.3v两种。利用LM317,通过外接电阻可以很方便地将5V降为3.3V。监控主机应用程序, 应用程序的总体设计按照应用程序的功能划分为八大功能模块。应用程序界面显示模块:应用程序的整体框架。界面中菜单、工具栏、状态栏的布局,各个子窗口之间的相互联系,界面的刷新等;2)身份验证模块:包含用户名和密码输入对话框和验证结果的信息提示框;3)系统管理模块:管理员的专用模块。通过它可以对用户一记录进行管理,包括用户记录的添加、删除、权限等级的设置:修改等;4)操作控制模块:用户的操作平台。包括改变摄像头的采集模式和采集分辨率,采集灯光的调节,云台的转动角度,发送给控制器的控制命令等;5)网络传输模块:监控主机应用程序与远端舱视器的连接“接口”,是实现网络控制的核心部分。实现网络数据包的发送和接收;6)图像显示模块:自动跟踪图像变化,模拟现场环境,构筑监控图像界面,根据用户的操作对图象的显示区域进行调整,对显示界面进行分割或切换。
在同步现场图像变化的同时,监控方的一切键盘及鼠标操作要反映在现场图像上,能对图像的局部区域进行处理,比如局部放大,缩小;7)图像保存模块:以数据库形式保存收到的图像数据、发fI;的控制命令和管理员的管理操作记录等:8)查询回放模块,供日后系统维护,记录查询之用,图像数据的调用查看等;

监控台界面

通过P2P网络摄像机监控台界面轻松的实现监控点的连接、切换.监控视频的查看和对云台的远程控制。同时为了实现多点监控,需要采用多个监控台的工作模式。可以使用属性页设计模式,每个属性页就是一个监控台。为了统一管理多个属性页,需要开发一个页面管理器。页面管理器的功能是集中管理属性页,把解码后的媒体文件,传给相应的监控台。同时页面管理器需要接收每个监控台的命令,启用命令发送线程,向监控点发出控制命令。页面管理器设计为监控台的基类,实现监控台的基本功能。试验中开发的监控台界面如图5所示。使用者可以在属性页中选择不同的监控台。每个监控台上都有监控点的地址列表。通过地址列表可以选择不同的监控地点。通过云台速度列表选择云台转速,通过方向键,控制云台的转向。当然用户还可以根据需要决定足断开或最新连接监控点,基于P2P的网络图像监控系统可以解决系统内部的动态IP问题以及系统更新、升级方面的问题;其次,通过远近P2P技术,可以直接连接纠其他用户的计算机,进行资源共享与交换,而不需要连接到服务器去浏览或下载。有效的改善了网络环境和服务器的负担。

P2P技术特点

P2P技术与网络中占据主导地位的客户端/服务器(Client/Server)结构的一个本质区别是,在整个网络结构中不存在中心节点(或中心服务器)。P2P技术具有4个主要特点。
(1)去中心化。一个纯粹的P2P网络是没有中心服务节点的,所有的Peer既是客户机又是服务器,这是P2P最本质的特征之一。在P2P技术结构中,中心的意义被大大弱化甚至完全消失,去中心化的特点得到了更为充分地体现,网络结构扁平化的特点也进一步凸显。由于完全非集中化带来了实现和管理方面的困难,很多P2P应用采用了混合模式。
(2)可扩展性。可扩展性被认为是P2P网络最重要的特性之一,P2P网络在理论上可以无限扩展。emule在全球拥有几千万用户,BT的用户数甚至超过了emule,而且仍在快速增长。
(3)健壮性。P2P网络架构天生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散在各个节点之间进行的,部分节点或网络遭到破坏对其他部分的影响很小,像传统网络结构中中心节点故障导致所有业务瘫痪的现象几乎不会出现。
(4)高性价比。采用P2P架构可以有效地利用互联网中散布的大量普通节点,将计算任务或存储资料分布到所有节点上,利用其中闲置的计算能力或存储空间,达到高性能计算和海量存储的目的,通过利用网络中的大量空闲资源,可以用更低的成本提供更高的计算和存储能力。
基于上述特点,P2P技术的典型应用主要有:文件和内容共享,例如Napster、emule、BT等;分布式计算和存储共享,例如SETI@home、Avaki、Popular Power等;协同处理与服务共享平台,例如JXTA、NET My Service等;通信交流与协作,如Skype、MSN、OICQ等。

传统网络摄像机与P2P网络摄像机区别

1 传统的流媒体协议的网络摄像机

1> 全部需要DDNS动态域名解析服务器,不管是厂家自建,还是第三方
2> 如果局域网内有两台以上的网络摄像机,必须设置路由器端口号.
3> DDNS解析服务极不稳定,经常中断服务或无法解析,图像传输经常中断,这是技术所决定的.
4> 通过云监控,云计算的服务,建立了视频转发机制,由于云监控分布全球,向每个请求转发视频图像。(按需所取,按需收费)
5> 很多云监控平台的服务商,看到了DDNS解析服务的技术难题,不能满足用户需求,建立专门的云服务器群,通过云计算,为网络摄像机服务,但这个服务不是免费的. 正常的商业模式是按流量收费。

2 P2P底层通信协议的网络摄像机

一种去中心化的服务通信协议,全球只需要一台服务器,可管理上亿台网络摄像机与监控端的通信。 SKYPE就是这种通信模式。
1> 不需要DDNS动态域名解析服务
2> 不需要设置路由器端口号.
3> 网络摄像机放在全球任何地方,都可以建立快速的连接及稳定的图像传输。
4> 无需云监控云计算
5> 将云计算云存储变成私有云。NVR可以放在全球任何地方。
6> 视频传输具有不可破解性,彻底保护你的隐私。
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