基于IP网络的舞台调度视频监控方法的研究

任慧，高甜，周亦琛，杨谦逸

(中国传媒大学自动化系，北京100024 )

1 概述

视频监控经历了从模拟到数字，随着网络技术的发展，基于IP网络的视频监控越来越被广泛地应用到各个领域。现阶段，国内外的剧场用于舞台调度的视频监控都还在延续着使用模拟监控，就目前来看，该系统的局限性已经愈发明显，传统舞台调度的视频监控系统，由于各厂商的标准不一样，用户无法根据需求选择不同厂商的产品，可扩展性不高；当系统扩容时，需要增加大量的设备，扩容成本高。目前国内外未见有将有线对讲信号、无线对讲信号、视频监控信号IP网络化的舞台监督与调度集成系统，该系统IP网络化是未来的发展趋势。为此，本文重点研究了基于IP网络的舞台监督与调度系统的关键支撑技术之一——基于IP网络的舞台调度视频监控的实现方法。

2 目前舞台调度视频监控的现状分析

目前，国内的国家大剧院、杭州大剧院等剧场的舞台调度的视频监控都还在延续使用模拟视频监控系统，该系统主要由摄像机、视频切换矩阵、视频分配器、数字硬盘录像机、监视器等组成，通过视频线、控制线连接，在其封闭的环境内传输电视信号，从摄像到图像显示构成独立完整的视频监控系统[1]。在剧场的用途主要是用于剧场的演出监控、录制演出存档资料等。该系统的优点是既省时间省费用，又提高了工作效率，可以实现适时指挥和调度、处理和保存。可是现阶段模拟视频监控系统存在的不合理性愈发突出，模拟视频信号采用同轴电缆进行传输，距离较远时，需要使用视频放大器对视频信号进行放大以补偿传输损耗，这将导致信号信噪比下降，实际中监视器或者显示设备上的图像分辨率就会下降，导致图像明显失真；视频信号有时需要传输到较远的区域，在传输过程中受到的干扰难以消除；监控录像质量将随着时间的推移下降，存储成本提高，视频信息存储后，在查找调用时需要人工查找已编好号码的视频光盘，播放时也需要专业的播放设备；现有的视频监控系统是一个封闭的系统，其单独于整个舞台监督与调度系统，这将导致与其他信息系统无法交换数据，应用的灵活性较差。

3 基于IP网络的舞台调度视频监控的需求分析

基于IP网络的舞台调度视频监控能够将视频信息数字化，并通过有线或无线IP网络进行传输，使实时监控和录像等功能可以扩展到所有具备网络连接的地方。针对剧场的舞台调度视频监控主要有以下需求[2]：

(1)用于剧场演出监控：演出现场的视频信号可以被送至各视频点，例如技术用房的监视器上、化妆间的电视屏幕、各种移动终端等，可以根据需求不同收看指定的摄像机信号；

(2)用于辅助演出监控：如演员在某些位置不能看到指挥，在这些位置需要布置监视器，供演员演出时使用；

(3)录制演出存档资料和花絮素材：固定安装摄像机于舞台正面位置，摄取图像角度理想，能够作为录制的主画面；由于剧场大部分摄像机摄取的主要是幕后和观众情况，因此这些视频素材也可以作为今后视频出版物的花絮部分使用。

4 基于IP网络的舞台调度视频监控的方法研究

(1)基于IP网络的舞台调度视频监控的关键技术

网络视频监控关键技术包括视频压缩技术、视频通信协议和存储技术等。MPEG-4和H.264是现在国内视频监控行业流行的两种视频压缩标准，市场上多数的数字视频录像机、视频服务器和网络摄像机都已经支持MPEG-4/H.264的压缩方法。视频监控系统内部进行视频、音频、数据等信息传输、交换、控制时，应遵循所规定的通信协议，监控系统在进行视音频传输及控制时建立两个传输通道：会话通道和媒体流通道[3]。会话通道是用一个应用层的SIP控制协议在设备之间建立会话并传输系统控制命令；媒体流通道用于传输视音频数据，经过压缩编码的视音频流采用流媒体协议(RTP/RTCP)进行传输。视频监控系统一般摄像头数量多，视频图像存储时间长，因此存储容量需求巨大，所以视频监控系统存储必须支持大容量，且容量具有高扩展性，满足长时间大容量视频图像存储的需求。监控存储技术经历了磁带、磁盘、磁盘阵列的发展，目前以磁盘、磁盘阵列存储为主[4]。

(2)基于IP网络的舞台调度视频监控的架构设计

根据剧场舞台视频监控的需求，设计了基于IP网络的舞台视频监控系统的架构如图1所示。

图1 基于IP网络的舞台调度视频监控的架构

舞台调度视频监控系统涉及视频采集、视频编码、数据传输、平台管理、视频解码、视频播放显示等过程，用到的设备主要有摄像机(包括模拟和网络摄像机)、云台、视频编码器、视频分配器、流媒体服务器、视频服务器、录制服务器、监视器、舞台调度台和远程访问PC等。

摄像机是该系统最前端的视频采集部分的主要设备，分为两种：一种是现已被布置在剧场的某一些位置的模拟摄像机，另一种则是为了提高视频质量和全面实现舞台监督与调度集成系统的IP网络化，在剧场里布置的一些高清网络摄像机。网络摄像机因有自己的IP地址，可以直接连接到局域网中[5]。摄像机上一般会集成拾音器，且摄像机设备安装在云台上。

视频编码器将模拟摄像机采集到的视频和音频信号转换成可传输的网络视频信号，通过MPEG-4/H.264编码进行压缩，提供IP地址。视频编码器能够使剧场无需抛弃现有的模拟监控设备，便能迁移至网络视频监控系统里，从而让模拟摄像机能够充分发挥网络摄像机的多项优势。转换后的网络视频信号可以直接进入流媒体服务器。

流媒体服务器是一个视频数据交换中枢，监控系统的所有数据都经过该节点进行数据交换，网络摄像机(带云台)设备和流媒体服务器可通过有线网络或无线网络进行通信。流媒体服务器交换的数据中的数据至少包括控制命令和视频数据。流媒体服务器与剧场舞台调度台通信连接，该剧场舞台调度台也通过剧院局域网与剧院调度内通系统通信连接。通过接入到剧院局域网，可以方便移动终端或者远程PC通过互联网进行访问该系统。另外摄像机云台控制器也通过IP网络和流媒体服务器连接，从而通过网络控制安装的摄像机的云台动作。视频数据的存储则通过流媒体服务器传输至录像服务器，由录像服务器进行存储。

视频服务器将接收的来自流媒体服务器的数字信号经解码后转换为模拟信号后传输至视频分配器，视频分配器可以实现一路视频输入、多路视频输出的功能，兼具视频信号放大功能[6]。通过视频服务器和视频分配器的方式实现了对原有系统的整合，节省了剧场设备的配置成本。从视频分配器里分配出来的视频信号可以直接显示在舞台调度技术用房的监视器或者化妆间等地的电视屏幕上。

5 结论

本文在现有的舞台视频监控系统的基础上，按照基于IP网络的舞台视频监控系统的需求和网络视频监控技术，对舞台视频监控系统进行了研究，可以实现视频高清晰度高分辨率显示，更为方便快捷的存储和调用视频数据，标准化的设计大大提高了可扩展性，计算机技术的引入提高了系统的易用性，智能化程度也有了较大的提升，为实现舞台监督与调度系统的集成奠定了技术基础。

[1]杨磊，李峰，田艳生.闭路电视监控系统(第2版)[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]国家大剧院舞台技术部音响组.国家大剧院舞台监督系统[J].艺术科技，2008(1).

[3]梁笃国，张艳霞，曹宁，等.网络视频监控技术与智能应用[M].北京：人民邮电出版社，2013.

[4]周密.基于IP网络视频监控系统的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2010.

[5]西刹子.安防天下智能网络视频监控技术详解与实践[M].北京：清华大学出版社，2010.

[6]信师国，刘庆磊，刘全宾.网络视频监控系统现状和发展趋势[J].信息技术与信息化，2010(1).