智能视频监控系统中的网络拥塞

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3.0 陈辉 2024-11-19 4 4 1.28MB 63 页 15积分

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摘要

近些年来，伴随技术地进步，视频监控系统在人们生活中的应用越来越广泛。

当前视频监控系统的发展正朝着数字化、智能化前进，借此为用户提供一个全面

智能的安全防护解决方案。各种报警传感器和智能网络摄像机地诞生为视频监控

系统的发展提供了基本保障。但是这些设备大多数是通过网络进行数据传输，现

有的网络体系结构只能提供尽力而为的传输服务，缺乏服务质量保障，这对网络

带宽需求量最大的视频流传输产生了严重影响。如何能够在网络环境下为大量的

视频流传输提供可靠保证，成为了网络视频研究的热点问题。

本课题以视频监控系统中的网络拥塞问题作为研究对象，借助于网络摄像机

等硬件设备搭建起了一个监控系统。通过借鉴传统的网络拥塞控制理论和网络通

信传输技术，分析了网络拥塞产生的原因和视频流在网络上传输的特点，对网络

自适应拥塞处理技术做了研究。该技术利用 RTFC 拥塞控制模型对网络状态进行

评估，再根据评估的结果指导数据传输带宽和视频编码地调整。

本文的主要工作包括以下几方面：首先，利用网络摄像机、门禁控制器、IO

控制器等硬件设备搭建起实验平台，用户能在这个实验平台上进行监控视频查

看、监控视频保存等基本的操作。另外通过分析视频流的网络传输方式和网络拥

塞产生的原因，论文借鉴了 TFRC 拥塞控制模型原理，提出了一种网络拥塞自适

应解决策略，按照该网络拥塞解决策略的要求，结合网络视频流传输的相关技术

为系统后台服务端设计了一个网络拥塞处理模块，该模块通过接收端反馈回来的

网络状况报告，制定出平滑的数据传输带宽，系统根据这个传输带宽来指导数据

发送模块和视频编码模块的工作。系统各模块相互配合，既能尽量避免网络出现

拥塞，一旦网络陷入较为严重的拥塞当中，系统也有能力帮助网络尽快恢复正常，

从而保证整个视频监控系统的稳定工作。

论文提出的网络自适应拥塞解决策略综合视频编码技术、TFRC 拥塞控制模

型、接收端缓存管理技术制定出了一个较为完整的网络视频流拥塞解决方案，同

时，结合数字图像分析等相关技术，视频监控系统实现了人脸识别、移动侦测等

基本智能化功能。论文的研究成果和设计思路对网络自适应视频传输系统的设计

具有很好的研究和借鉴意义，在视频会议、视频监控等各类应用中具有较大的推

广价值。

关键词：视频监控拥塞控制网络自适应 TCP 友好

Abstract

In recent years,with technology’s progress, video surveillance system is widely

used in people's lives. Now,video surveillance system advance towards to be more

digital and intelligent, so they can provide users with a dependable safety protection.

Various alarm sensor and intelligent IPcamera help the monitoring system’s

development. But most of these devices transmit their datas by the network, and the

network can only provide best-effort service, they can not ensure transmission service

quality.It make serious influence to the video transmission produces.How can the

network provide a reliable environment for video transmission become the hotspot

problem in the field of network video transimitting research.

This topic in video monitoring system of network congestion problem as the

research object, by the network cameras,other hardware devices develop an

platform ,we build up a monitoring system. Through using the traditional network

congestion control theory and network communication transmission technology,

analyze the network congestion formation reasons and study the streaming video

transmission characteristics on the network by network adaptive congestion

processing technology. The technology RTFC congestion control model to evaluate

network state, then according to the evaluation results guide data transmission

bandwidth and video coding to adjust the situation.

This paper’s primary work includes the following aspects: first, using the

network video camera, access controller, IO controller and some other hardware

device build up an experimental platform. The user can do video monitor and review

operation in this experimental platform. Also, by analysising the technic of network

video transmission and network congestion, referring to the TFRC congestion control

model principle, this paper presents a kind of network congestion adaptive solving

strategies according to the network congestion solution strategy request.Unifies the

network video transmission of related techniques for system backend server that

design a network congestion processing module, this module work by the feedback of

network status report, make a smooth data transmission bandwidth, system according

to the transmission bandwidth to guide data sending module and video coding module

of work. Each module in the system mutual coordination,not only avoid network

congestion, but also the system has the ability to help network back to normal as soon

as possible once network get into serious congestion, so as to ensure the whole video

monitoring system work stablely.

This paper puts forward that the network adaptive congestion video coding

technology integrated solution strategy, TFRC congestion control model, the receiver

cache management technology worked out a relatively complete network video

congestion solutions. Meanwhile combining the digital image analysis related

technology, video monitoring system realizes the face recognition, motion detecting

and other intelligent function. The research result of the thesis and design ideas of

network adaptive video transmission system design has the very good research and

significance, video conference, video monitoring in various applications with larger

promotion value.

Key Words: Digital Video, jamming control, network self adaptation, TCP

friendly.

摘要

Abstract

第一章绪论........................................................................................................... 1

1.1 课题研究的背景与意义 ................................................................................1

1.2 视频监控系统的发展及现状 ........................................................................1

1.3 课题研究的主要内容 ....................................................................................4

第二章视频监控系统架构设计............................................................................... 6

2.1 系统后台服务端架构设计 ............................................................................7

2.1.1 后台服务端初始化 .............................................................................. 7

2.1.2 硬件设备管理 ...................................................................................... 8

2.1.3 报警分析/联动控制线程...................................................................10

2.1.4 定时计划执行线程 ............................................................................ 11

2.1.5 用户命令接收处理线程 .................................................................... 11

2.1.6 数据库表结构 .................................................................................... 13

2.1.7 数据库三层架构思想 ........................................................................ 16

2.1.8 异步通信网络架构 ............................................................................ 17

2.2 视频监控系统管理端设计 ..........................................................................18

2.2.1 人员人事管理 .................................................................................... 18

2.2.2 硬件设备管理 .................................................................................... 19

2.2.3 系统联动报警方案和定时计划方案管理 ........................................ 19

2.3 视频监控系统监控端设计 ..........................................................................20

2.3.1 监控端工作原理 ................................................................................ 21

2.3.2 监控端的视频查看功能 .................................................................... 21

2.4 硬件设备 .....................................................................................................22

2.4.1 网络摄像机 ........................................................................................ 22

2.4.2 门禁控制器 ........................................................................................ 23

2.4.3 IO 控制器 ...........................................................................................25

2.5 本章小结 ......................................................................................................25

第三章视频监控系统中的网络拥塞问题研究..................................................... 26

3.1 网络拥塞问题的产生 ..................................................................................26

3.2 视频监控系统中网络拥塞控制研究 ..........................................................28

3.2.1 网络视频通信原理 ............................................................................ 28

3.2.2 视频流的网络传输方式 .................................................................... 29

3.2.3 网络视频流传输的通信协议 ............................................................ 30

3.2.4 流媒体传输的 QoS ............................................................................ 32

3.3 视频流网络拥塞解决方案 ..........................................................................32

3.3.1 基于终端的网络拥塞解决方案 ........................................................ 32

3.3.2 基于网络的拥塞解决方案 ................................................................ 33

3.4 拥塞控制的基本概念 ..................................................................................34

3.4.1 网络流量控制与网络拥塞控制 ........................................................ 34

3.4.2 网络拥塞控制系统结构 .................................................................... 34

3.4.3 分层拥塞控制 .................................................................................... 35

3.4.4 网络拥塞控制的关键 ........................................................................ 36

3.5 自适应网络拥塞控制策略 ..........................................................................36

3.6 网络自适应拥塞控制核心算法 ..................................................................37

3.6.1 TFRC 网络拥塞控制模型 ................................................................. 37

3.6.2 丢失事件率的计算 ............................................................................ 38

3.6.3 环路时间以及超时时间计算 ............................................................ 40

3.6.4 报文大小与应答报文数的计算 ........................................................ 41

3.6.5 视频数据发送速率控制 .................................................................... 41

3.7 本章小结 ....................................................................................................43

第四章智能视频监控系统网络拥塞方案设计..................................................... 44

4.1 智能视频监控系统方案设计 ......................................................................44

4.2 视频编解码模块 ..........................................................................................45

4.2.1 视频编码码率控制模块 .................................................................... 46

4.2.2 视频差错控制技术 ............................................................................ 46

4.3 网络拥塞控制模块 ......................................................................................47

4.3.1 视频编码调整 .................................................................................... 49

4.3.2 发送速率调整 .................................................................................... 49

4.4 客户端缓冲 ..................................................................................................49

4.4.1 缓冲区容量 ........................................................................................ 49

4.4.2 缓冲区容量调整算法 ........................................................................ 50

4.5 接收端图像分析处理 ..................................................................................50

4.6 本章小结 ......................................................................................................52

第五章视频监控系统未来扩展............................................................................... 53

5.1 研究工作经历总结 ......................................................................................53

5.2 视频监控系统扩展 ......................................................................................53

5.2.1 代理服务器缓存技术 ........................................................................ 53

5.2.2 路由器算法研究 ................................................................................ 54

参考文献..................................................................................................................... 55

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果......................................... 58

一、发表论文 .......................................................................................................58

二、科研项目 .......................................................................................................58

致谢......................................................................................................................... 59

第一章绪论

1.1 课题研究的背景与意义

近些年来，伴随着经济地快速发展，人民生活水平的日益提高。视频监控系

统作为一种信息获取、安全防卫监控的有效手段在人们工作、生活中的应用是越

来越为广泛。视频监控系统常见于为办公大楼、居民小区、停车场等提供无人监

控值守；在交通领域提供交通违章取证，交通流量统计等一系列服务；为档案室

和金库等重要部门提供监视、报警服务。

同时，随着科学技术地不断发展、进步，对视频监控系统的要求也是不断提

高：

一、安全、稳定、可靠。人们使用视频监控系统，就要它必须能够稳定运行，

并且对于病毒攻击和黑客非法入侵等拥有比较强的防御能力，能保证自身系统正

常的运行；对于用户访问量较大的系统，必须提供合理的策略、措施来保障绝大

部分用户的正常服务需求。

二、智能化。视频监控不能仅仅是为用户提供视频监控信号一个简单的功能，

还应当结合相关的一些视频处理技术，让监控做到及时报警、主动处理。要能实

时分析、跟踪、判别监控对象，并在发生异常事件的时候做出报警并且上报管理

人员，为用户及时有效地应对异常情况提供有效的支持。

三、功能多样性。视频监控系统最初只是用来采集、传送的图像，但是随着

用户需求地增加，诸如温湿度采集上报、远程语音通讯、智能图像分析等功能在

视频监控系统上都成为了常见功能。

四、一体化。过去的视频监控视频往往是一个独立的系统，不能和其他安防

系统进行信息交流。未来的发展趋势要求安防平台之间能够共同分享视频信息、

报警信息。使视频监视覆盖面更加广泛，安全防护工作效率更高。

1.2 视频监控系统的发展及现状

视频监控系统自诞生之日起，就成为了备受关注的热点技术，回顾过去几十

年视频监控系统的发展，大致可以分为三个阶段[1]：

一、模拟监控系统

模拟视频监控系统主要由模拟摄像机、视频矩阵、监视器、录像机等组成，

通过视频线、控制线缆等来连接。

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摘要近些年来，伴随技术地进步，视频监控系统在人们生活中的应用越来越广泛。当前视频监控系统的发展正朝着数字化、智能化前进，借此为用户提供一个全面智能的安全防护解决方案。各种报警传感器和智能网络摄像机地诞生为视频监控系统的发展提供了基本保障。但是这些设备大多数是通过网络进行数据传输，现有的网络体系结构只能提供尽力而为的传输服务，缺乏服务质量保障，这对网络带宽需求量最大的视频流传输产生了严重影响。如何能够在网络环境下为大量的视频流传输提供可靠保证，成为了网络视频研究的热点问题。本课题以视频监控系统中的网络拥塞问题作为研究对象，借助于网络摄像机等硬件设备搭建起了一个监控系统。通过借鉴传统的网络拥塞控制...

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