介绍流媒体技术的相关概念，并结合中钢集团山东矿业有限公司安全生产的实际需要，提出了流媒体技术在冶金矿山视频监控领域应用的设计方案，并介绍了该方案在山东矿业调度中心的成功应用。该监控系统采用了当今最流行的网络和流媒体及DLP 大屏幕显示等新技术，实现了视频图像分散采集、集中监控、远程浏览的功能，达到了整个矿区地表监控“无死角、无盲区”及重点布防之目的。
0 前言
中钢集团山东矿业有限公司是中钢集团与山东临沂合资，由中钢控股，中钢在国内开发的首家矿产资源企业，2006年正式挂牌，2007年矿区主要基建工程全面开工建设。矿区面积为2.613 3km2 ，由于矿区各作业点地域分布广，有的作业点灰尘大、噪声大，不宜工作人员久留，为实现安全生产，将分散采集的监控点图像远传至矿调度中心集中监控和管理，以实现动态监视和动态调度管理，并在矿区局域网内登录浏览，如果仅采用传统的硬盘录像技术是无法达到此目的的。
目前计算机网络的普及为音/视频图像远程传输提供了一个机遇，在一定程度上解决了通过网络实现远程访问的目的，例如，通过软件访问前端视频主机。但是仍面临许多问题：首先是资源问题，在一个局域网中可以容易地实现远端访问，但是由于视频设备本身技术原因造成受访客户数量受到限制，如果多人访问前端图像就会影响图像速度和质量，并且对网络资源占用严重，使网络带宽成为视频监控系统的瓶颈。遇到跨网络访问图像的情况时，由于前端视频采集主机没有固定IP地址，所以要通过ADSL上传和访问图像。另外由于技术限制，使得以分散控制为特点的矿山监控系统难以对各监控点进行集中管理。这些是目前单个数字硬盘录像机以及客户端软件所无法解决的问题。流媒体(Streaming Media )技术的出现改变了这种状况。利用该技术将视频集中在一个统一平台上，然后将音/视频数据以“流”的形式进行数字信号的传送，使人们在不同带宽环境下就可以在线欣赏到连续不断的高品质音频和视频。2008 年中钢集团山东矿业有限公司在建设矿区地表视频监控系统时就采用了当今最流行的网络和流媒体及DLP(Digital Light Processor )大屏幕显示等新技术，实现了视频图像分散采集、集中监控、远程浏览的功能，达到了整个矿区地表监控“无死角、无盲区”及重点布防之目的。
1 流媒体技术
1.1 流媒体的基本概念【1】
流媒体是一种可以使音频、视频和其它多媒体能在互联网及企业网上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。流媒体把连续的影像和声音等信息经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由音/视频服务器向用户计算机连续、实时地传送。在采用流式传输方式的系统中，用户不必像非流式播放那样等到整个文件全部下载完毕后才能看到当中的内容，而是只需经过几s 或几十s 的启动延时即可在用户的计算机上利用相应的播放器或其它的硬件、软件对压缩的动画、音/视频等流式多媒体文件解压后进行播放和观看，多媒体文件的剩余部分将在后台服务器内继续下载。
1. 2 流媒体监控系统的工作过程[2]
利用流媒体技术，采用浏览器朋/服务器(B / S ) 结构进行视频监控系统的设计，用户只需要在监控端浏览器输人各硬盘录像机的IP 地址，通过浏览器调用播放器就可以看到实时的监控图像。也可以将浏览器、播放器、前端控制整合在一个控制面板上。流媒体监控系统工作过程如下：( l )监控端请求流媒体服务后，Web 浏览器与web 服务器之间使用HTTP / TCP 交换控制信息，把需要传输的实时数据检索出来;( 2 ) Web 浏览器启动播放器，使用HTTP 从web 服务器检索相关参数对播放器初始化;( 3 )播放器及硬盘录像机运行实时流协议RTSP / TCP 和实时流控制协议RTCP / TCP ，交换视频传输的控制信息;( 4 )硬盘录像机使用RTP / UDP 协议将音/视频数据传输给播放器。实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器，基本原理如图1 所示。
2 系统设计
2 . 1 硬件及网络配置
硬件及网络包括：前端监控视频采集装置，DLP数字拼接墙系统，流媒体视频管理/转发服务器及矿区局域网络。矿区视频网络拓扑详见图2 。
2. 1. 1 前端监控视频采集装置
前端监控视频采集装置包括摄像装置、控制云台和光端机等各45 台(套)。在净化水池、原矿堆场、精矿粉仓及地磅房、尾矿浓密池、110 kV 变电站、办公大楼及车库等地共安装了9 台高速球型彩转黑摄像机，在选矿厂房及矿区周边各被监控点安装了38 个匀速球型彩色摄像机和固定枪机，以收集被摄物体及其周边的光信号，并将其转换为电视信号，再通过光端机将该电视信号变成光信号，经多模光纤传送到约1 000m 以外的矿调度中心，调度中心的监控主机通过用45 接口输出云台控制信号，实现一体化球型摄像机的扫描摄像。进人调度中心的45 路前端视频图像全部经视频分配器一分为二，45 路图像进3 台硬盘录像机(监控主机/工作站)，由监控主机对各自系统前端采集设备进行管理和远程控制，3 台监控主机再与流媒体视频管理才转发服务器相连进人矿区局域网，该服务器对整个系统的视频图像进行管理和转发;另45 路信号进人视频矩阵后与DLP 数字拼接墙(大屏幕)连接。
2. 1. 2 DLP数字拼接墙系统[3]
采用VTRON 公司Visionpro2㊣ XGA DLP 显示单元组成大屏幕投影显示系统，该显示单元以美国TI ( Texas Instrument )公司新开发的数字微反射器件(DMD㊣)构成的全新DLP投影机为主体。
采用10 个投影单元配置的2×5 DLP 拼接墙，屏幕之间的拼接缝隙不大于1 mm 。高清晰拼接墙系统采用Digicom 3010 plus + 系列多屏处理器，它是基于Windows XP 多处理器系统架构的专用计算机系统，提供两路独立的网络，支持10 / 100 / 1 000 Mb / s 快速以太网络适配器，采用RJ-45接口可以同时连接多个不同的网络，访问管理不同的子网，实现各路网络的集中管理。多屏处理器单机箱支持10个图形通道输出，支持复合视频输入，可接收PAL/NTSC/SECAM制式的信号，接口类型为BNC头。
本方案配备了1台64×32路视频信号矩阵切换器(SVAK)和1台RGB信号矩阵切换器(SRAK)，由控制台(投影墙控制PC)的RS232接口与第3方控制系统相连。在DLP数字拼接墙左右两侧共配置16台53 cm平板液晶显示器;在拼接墙的上方安装一块单色LED条形显示屏，字幕滚动。DLP数字拼接墙系统详见图3。
2.1.3 流媒体视频管理/转发服务[4]
调度中心的3个工作站(3台监控主机)对各个前端采集设备进行管理和远程控制。调度中心配置的1台专用流媒体服务器(即管理平台)统一管理所属3台监控主机45个摄像机的图像信息。该流媒体服务器实际是1个智能化的管理平台，通过企业内网接收和管理分布于各个不同位置的前端上传信号，起到对前端设备管理、视频图像存储、视频流转发以及对远程访问用户进行安全认证等功能。外部用户通过该服务器实现对分布在不同位置的视频图像的访问。
在多媒体应用中采用流媒体监控管理系统，具有数字化、网络化、智能化、系统化的特点，并且具有超大规模组网能力。主要特点包括：(1)网络管理分级化，就是通过流媒体监控管理软件可在公司内部的职能部门和公司级领导层实现两级管控。(2)留有扩展接口，便于将来与GIS(地理信息系统)，MIS等有机结合，为用户的综合管理提供方便。(3)采用分布式的信息转发和存储机制，在IP网络上进行虚拟矩阵控制，从而极大提高了网络带宽利用率，并大大减少硬件设备投入。(4)寻址定位自动化。采用动态域名解析技术，前端及客户端只需简单的登录操作，经认证后，系统即可自动完成对新加入设备的寻址定位。(5)远程管理。可实现远程维护、配置以及状态查询，极大减少现场维护工作量，与本地操作同样方便。
2.2 软件配置
系统软件选择南京南自信息技术有限公司开发的Observer系列视频软件，具体配置包括：服务
端软件、流媒体转发软件和客户端软件等。
(1)服务端软件
服务端软件主要面向系统管理人员，提供对整个系统中单个或多个监控现场的设备资料、系统配置、用户权限及运行参数的集中管理。本案所采用的软件支持的视频设备包括NV40xX系列硬盘录像机、NV4000视频服务器、大华嵌入式硬盘录像机等。
(2)流媒体转发软件
本软件实现流媒体数据接收、复制及分发功能。软件基于多线程、多任务工作模式，有效地解决了流媒体传输系统中出现热点连接时局部带宽不足的问题。
应用流媒体转发软件时要注意的几个方面：软件能支持的视频设备类型;视频流类型(目前本软件可以转发3种类型的视频流，它们分别是MPEG2，MPEG4和H.264);流媒体转发软件与视频源设备的连接方式，有TCP，UDP，组播和中继4种方式;当前接收此转发任务发出的音/视频流的计算机数(即客户端数，本案最大可以接受64个用户同时访问);此设备每秒钟发送的字节数(码流)，单位为Kb/s等。
(3)客户端软件
本软件作为网络流媒体监控系统Web客户PC自备)端，在IE浏览器窗口中实现多画面预览、摄像机控制、实时录像、电子地图导航、报警处理、权限控制等功能。它结合网络流媒体监控系统管理服务端、网络流媒体转发软件，联接不同现场监控设备，可以在多种使用环境下灵活组建实用的网络视频监控系统。
3 主要功能及实现
3.1 分散采集[5]
矿区各作业点地域分布广，监视的对象及其监视的目的也各不相同。对于选矿生产系统众多的运行设备(如破碎机、球磨机、振动筛、过滤机、浓缩机、输送泵等)，重点是采集设备的运行状态;十几条长短不等的运输皮带，又高又陡的皮带通廊，这些地方平时很少有人光顾，设置监视点可代替人巡视;粗破的给矿口(俗称“老虎口”)给料是否通畅，运矿车作业是否正常，时刻需要关注;矿区主井、副井、斜坡道等是采矿与矿石运输的重要部位，关系到矿区生产安全，重点要监视设备的运行和周边的安全情况;从安防角度考虑，精矿仓的精矿粉、原矿堆场的矿石、110 kV变电站、生活用水净化池、炸药库、职工宿舍和家属区等都是重点
本案用的高速智能球形摄像机，采用0 . 64 cm Sony CCD 与数字信号处理技术(DSP )。该设备具备30 倍光学变焦、12 倍数码放大能力，能够360°全方位监控现场，并可高速旋转，最快速度达到300( °) / s ，清晰度高，并具有夜视功能。该摄像机具备强大的记忆功能，可预设128 个监控点。有画面动态检测并提供强大的报警功能，可以连接4 路报警输人和1 路报警输出。根据实际光线情况实现彩色/黑白的自动转换，最低照度彩色0 . 01 Lux ，黑白0 . 002 Lux 。通过RS485 实现远程控制功能。
3. 2 集中监控
目前，全矿区的45 个摄像装置，全部通过光端机将分散采集到的电视信号变成光信号，经多模光纤传送到约1 000m 以外的矿调度中心实现集中监控，其中有3 地(选矿车间、大门卫及炸药库)可以就地监控并远传。
根据不同的监控需求，采用了不同的监控方式，如在选矿生产系统建立了就地监控站，可及时浏览监控画面、扫描全景、查阅历史等，并同时远传至矿调度中心;在炸药库、矿区大门卫设立了就地监视并远传的功能;在精矿仓、尾矿浓缩池、尾矿输送泵房、选矿办公室等周边围墙上设立了26 对红外对射探测器，附近的高速摄像机与红外探测器报警联动，被监控区域一旦报警，由调度中心监控机控制的相应区域的高速球机立即自动跟踪并录像，在监控机显示器上弹出设防点的监控预置画面，以便值班人员及时发现并处理突发事件。
45 个摄像点的视频图像都可以任意安排到屏幕墙上的DLP大屏幕或16 台53 cm 平板液晶显示器上显示。
3. 3 远程浏览
调度中心的3 台监控主机(IP 地址分别为：192. 168. 0. 33 ; 192. 168. 0. 34 ; 192. 168. 0. 35 )对各个前端采集设备进行管理和远程控制。调度中心配置1 台专用流媒体管理/转发服务器(即管理平台)，服务器上安装双网卡，1 块网卡(IP 地址为：192 . 168 . 0 . 36 )通过千兆交换机与3 台监控主机联网负责管理45 个摄像信息;另1 块网卡(IP 地址为192 . 168 . 0 . 252 )与矿局域网联网，负责转发所属3 台监控主机的摄像信息。远程浏览采用浏览器/服务器(B / S )结构进行视频监控系统的设计。
在公司领导层和相关职能部门的电脑安装客户端软件，并设置相应的权限，只需在客户端浏览器输人服务器IP 地址，就可以通过浏览器调用播放器看到实时的监控图像，有的可在其权限范围内通过控制云台对各监视点进行扫描监视。本系统可同时登录客户多达64 个，而不会出现网络堵塞现象。
4 结束语
系统于2008 年11 月18 日通过竣工验收。实际运行表明：该监控系统和DLP 屏幕墙技术先进、设备可靠、图像清晰，红外对射边界监控灵敏，客户端浏览快速方便，历史记录查询方便。实现了对全矿区地表环境、生产区域、办公区域、生活区域等，特别是矿区的各主要出人通道、炸药库、净化水区等要害处进行人流、物流的动态监控，达到了全矿区监控“无盲区、无死角”动态监控和调度的目的，对全矿区的安全生产起到了可靠的监督保证作用。
随着视频压缩技术和网络技术的进一步发展，新一代基于流媒体技术的网络化视频监控系统将为冶金矿山的安全生产和安全管理提供一个更强有力的技术保证，流媒体技术在提高冶金矿山安全生产方面有着广阔的发展前景。
参考文献：
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