CN101035270A - 基于互联网络的对等视频监控方法 - Google Patents

Abstract

一种基于互联网络的对等视频监控方法，由监控节点、客户节点、服务节点这三种类型的节点基于现有互联网组成视频监控网络，其中，监控节点是一台具备视频功能的网络装置，对视频信号的数字化及压缩编码，并通过网络直接将视频数据发送至客户节点；客户节点是一台具备联网功能的终端设备，直接通过网络从监控节点获取监控视频数据，经过视频解码后显示；服务节点是一台具备公网IP地址的网路设备，协助客户节点与监控节点建立直接的网络连接，从而实现监控节点与客户节点的直接数据交换。本发明摒弃了现有网络视频监控系统中视频服务器这一性能瓶颈，提出了一种客户节点与监控节点对等(peer to peer)进行直接数据交换方案，从而彻底解决了现有视频监控技术不可解决的矛盾。

Description

基于互联网络的对等视频监控方法

技术领域

本发明属于网络视频监控技术领域，特别涉及一种基于互联网络的对等视频监控方法。

背景技术

随着人们生活水平的逐步提高、生活空间的不断拓展以及生活节奏的不断加快，人们迫切需要“千里眼”和“顺风耳”以突破时间和空间的限制，视频监控技术则给人们提供了实现类似需求的很好的技术手段。

现在的互联网络是基于IPv4协议而发展起来的，由于IPv4网络先天的缺陷(IP地址严重不足)，造成目前的互联网应用大多基于客户/服务器模式。作为互联网的典型应用，现有的网络视频监控应用也是基于传统的互联网客户/服务器模式。

现有网络视频监控系统主要由以下三个部分组成，如图1所示：

1.监控终端

监控终端负责采集视频图像，将编码后的数字视频通过网络发送到视频服务器。

2.视频服务器

视频服务器负责接收各个视频监控终端上传的视频数据，并根据监控客户端的请求，将视频监控数据发送到相应监控客户端进行显示。

3.监控客户端

监控客户端接收视频服务器发送的视频监控数据，进行解码和显示。

通过分析现有网络视频监控系统的组成，我们可以看出，视频服务器是整个系统的核心，负责从各监控终端获取视频监控数据，并将视频监控数据发送到各个监控客户端。因此，视频服务器成了整个网络监控系统的瓶颈所在。因此，这种应用模式具有以下几个非常严重的缺陷：

1.负荷严重

视频服务器任务繁重，需要接收处理各个监控终端的视频监控数据，又要处理各个监控客户端的数据请求，向其发送视频监控数据，负荷非常严重。

2.网络拥塞

同样，由于所有的数据都要通过视频服务器的网络接口进行转发，造成视频服务器网络的极大拥塞，形成视频监控数据丢失，滞后，不连贯甚至不可用的情况。

3.高成本

视频服务器的硬件成本本身就比较高昂，再加上上流媒体服务器软件的成本，使得视频服务器的成本比较高，在监控点比较多的情况之下，单台服务器不能满足要求，还需要多台视频服务器来进行分流。而且，视频服务器本身的维护成本也比较高昂。

4.不易部署

由于视频服务器本身需要外界可访问的公网IP地址，因此部署起来也比较困难，并不是只要能连上网络就可以使用。

5.应用规模受限

虽然视频服务器的瓶颈可以通过增加服务器数量的方式来缓解，但是在面向大规模视频监控的情况下，例如针对家庭用户的视频监控，采用增加视频服务器的方式来进行分流，其成本是不可想象的，所以实际上也是不可操作的。

通过上述分析可以看出，现有视频监控系统的客户/服务器的应用模式是不太合理的，尤其在面对监控点众多，客户端众多的监控环境时，是基本不可用的。但是，随着人民生活水平的不断提高，类似于家庭视频监控等监控应用的需求会越来越多，海量的监控终端，海量的监控客户端是这类应用的一大特点，现有的视频监控系统根本不可能满足这类应用的需求，因此如何解决这项难题已成为本领域技术人员十分关注的问题。

发明内容

本发明提供一种基于互联网络的对等视频监控方法，其目的在于解决传统客户/服务器模式的网络视频监控方式所带来的负载严重、网络拥塞、高成本、不易部署、应用规模受限等问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于互联网络的对等视频监控方法，其内容是：

(1)、设置监控节点、客户节点、服务节点这三种类型的节点，每种类型的节点至少为一个，三种类型的节点通过互联网络相互连接，互联网络采用TCP/IP协议，协议版本为IPV4；

(2)、所述三种类型的节点如下：

①、监控节点是一台具备视频功能的网络装置，包括摄像头、中央处理器、存储器以及网络接口；其任务主要是：a、登录视频监控系统；b、采集视频信号并将其数字化；c、对采集的视频信号压缩编码；d、将编码后的视频数据通过网络发送到指定用户；e、发送和接收控制命令，并做相应操作；

②、客户节点是一台具备联网功能的终端设备，包括显示器、中央处理器、存储器以及网络接口；其任务主要是：a、登录视频监控系统；b、通过网络接收视频数据；c、对接收视频数据进行解码；d、对视频图像进行显示、转发或保存；e、发送和接收控制命令，并做相应操作；

③、服务节点是一台具备公网IP地址的网路设备，包括中央处理器、存储器以及网络接口；其任务主要是：a、管理监控节点和客户节点资源；b、判断客户节点和监控节点所处的网络环境，内容包括是否有公网IP地址、NAT类型、防火墙类型；c、协助客户节点与监控节点直接建立网络连接，进行直接的视频数据交换；d、发送和接收控制命令，并做相应操作；

(3)、各种类型节点之间按以下方式建立联系

①、监控节点与服务节点

a、每个监控节点启动后，首先与服务节点建立连接，然后向服务节点发送自身信息进行身份验证，同时服务节点将相关信息记录到系统数据库中；

b、登录成功后，服务节点采用协议名称为“Simple Traversal of UserDatagram Protocol Through Network Address Translators”，协议编号为“RFC3489”的方法判断监控节点自身所处网络环境，内容包括是否有公网IP地址、NAT类型、防火墙类型，并将该监控节点当前所处网络环境信息记录到系统数据库中；

c、完成注册后，监控节点处于等待状态；

②、客户节点与服务节点

a、每个客户节点启动后，首先与服务节点建立连接，然后向服务节点发送自身信息进行身份验证，同时服务节点将相关信息记录到系统数据库中，只有合法的客户节点才能登录到监控网络，并且保证客户节点只能监控自己权限范围内的监控节点；

b、登录成功后，服务节点采用协议名称为“Simple Traversal of UserDatagram Protocol Through Network Address Translators”，协议编号为“RFC3489”的方法判断客户节点自身所处网络环境，内容包括是否有公网IP地址、NAT类型、防火墙类型，并将该客户节点当前所处环境信息记录到系统数据库中；

c、完成注册后，客户节点处于等待状态；

③、客户节点与监控节点

当客户节点需要与监控节点建立连接时，客户节点向服务节点发送与监控节点的连接请求，服务节点从系统数据库中查询需要建立连接双方的网络环境信息，接着作如下处理：

a、当需要建立连接的双方均具有可直接访问的公网IP地址时，服务节点指示任意一方向对方发送连接请求，实现直接连接；连接后客户节点直接向监控节点发送控制命令，监控节点直接将编码后的视频数据通过网络发送到指定客户节点，实现视频监控；

b、当需要建立连接的双方有一方具有可直接访问的公网IP地址时，服务节点指示对方向可直接访问的一方发送连接请求，实现直接连接；连接后客户节点直接向监控节点发送控制命令，监控节点直接将编码后的视频数据通过网络发送到指定客户节点，实现视频监控；

c、当需要建立连接的双方均不具有可直接访问的公网IP地址时，表示双方均处在不同的私有网络中，需要服务节点协助为连接双方进行NAT穿透，具体步骤如下：

(a)、服务节点按照系统数库中记载的双方网络环境信息指示连接请求方，向接收方NAT分配的IP地址及端口发送报文，以在请求方NAT暂时建立一个到接收方的会话，当接收方的NAT设备接收到这个报文时，因为以前并没有与请求方有过连接，所以认为这是个非法报文而丢弃，所以连接不会成功；

(b)、在请求方向接收方发送报文之后，服务节点再指示接收方向请求方NAT分配的IP地址及端口发送报文，由于请求方在这之前曾向接收方发送过报文，并建立过一个会话，当请求方的NAT设备接收到接收方的报文时，认为它们之前曾经通信过，是个合法报文，从而双方建立起直接连接；

连接后客户节点直接向监控节点发送控制命令，监控节点直接将编码后的视频数据通过网络发送到指定客户节点，实现视频监控。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、监控节点通过网络发送给客户节点的视频数据为实时视频数据或历史视频数据。

2、在实际网络环境中，客户节点与监控节点可能有一方或者双方不具备外界可访问的公网IP地址，并隐藏于防火墙和NAT(Network AddressTranslator)设备之后，因此监控节点与客户节点无法建立起直接的网络连接，需要服务节点协助双方进行连接。为了协助客户节点与监控节点进行直接网络连接，服务节点协助了解客户节点和监控节点的自身网络环境。由于客户节点和监控节点所处的网络环境十分复杂，有的具有公网IP地址，可以直接提供别的节点访问，有的置身私有网络，不具备公网IP地址，不能为外界直接访问，有的置身防火墙之后，很多端口被防火墙所屏蔽，也不能为外界所访问。因此，判断客户节点和监控节点所处的网络环境，对以后为客户节点与监控节点建立直接连接起到关键作用，只有了解两个要求对等通信的节点所处的网络环境，才能为其建立直接连接提供合理的策略。

判断客户节点所处的网络环境是一个比较复杂的过程，本发明采用STUN(Simple Traversal of User Datagram Protocol(UDP)Through NetworkAddress Translators(NATs)----RFC3489)策略。

总之，本发明由监控节点、客户节点、服务节点这三种类型的节点基于现有互联网组成视频监控网络，其中，监控节点是一台具备视频功能的网络装置，对视频信号的数字化及压缩编码，并通过网络直接将视频数据发送至客户节点；客户节点是一台具备联网功能的终端设备，直接通过网络从监控节点获取监控视频数据，经过视频解码后显示；服务节点是一台具备公网IP地址的网路设备，协助客户节点与监控节点建立直接的网络连接，从而实现监控节点与客户节点的直接数据交换。本发明摒弃了现有网络视频监控系统中视频服务器这一性能瓶颈，提出了一种客户节点与监控节点对等(peer topeer)进行直接数据交换方案，从而彻底解决了现有视频监控技术不可解决的矛盾。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

1、本发明不存在负荷过重

监控节点与用户直接进行数据交换，不需要中间的视频服务器进行数据中转，因此不存在网络中某个中间的视频服务器负荷过重的情况。

2、本发明不存在网络拥塞

不需要经过中间的视频服务器进行数据转发，各个节点之间进行对等数据交换策略，利用各自的网络带宽，不存在网络中某个部分网络拥塞的情况出现，保证了视频监控数据传输的实时性。

3、本发明节约成本

不需要部署视频服务器，使得部署整个网络视频监控系统的成本大大降低。

4、本发明无规模限制

由于系统采用对等的网络访问策略，使得系统不会随规模的扩大而出现瓶颈。

5、本发明数据更安全

监控数据不需经过中间的视频服务器进行转发，而是直接由监控节点发送到客户节点，降低了数据被中间获取的隐患。

6、本发明易于部署

客户只要具备上网环境就可以轻松实现网络视频监控，无需额外投入，无需专业知识。

附图说明

附图1为现有基于互联网络的视频监控网络拓朴结构图；

附图2为本发明基于互联网络的对等视频监控网络拓朴结构图，其中，实线箭头表示的是监控节点与客户节点的数据链路，虚线箭头表示的是服务节点与监控节点或客户节点的控制链路；

附图3为本发明客户节点和监控节点注册过程流程图；

附图4为本发明客户节点与监控节点建立连接过程流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：图2为本发明基于互联网络的对等视频监控网络拓朴结构图，该基于互联网络的对等视频监控网络由监控节点、客户节点、服务节点这三种类型的节点组成，服务节点至少为一个，监控节点和客户节点若干个，三种类型的节点通过互联网络相互连接，互联网络采用TCP/IP协议，协议版本为IPV4。

一、所述三种类型的节点分别说明如下：

1、监控节点

监控节点是一台具备视频功能的网络装置，该装置由一台计算机(也可以为一台嵌入式系统设备)和一台或多台视频源设备(如摄像头)组成。

监控节点任务主要是：

(1)、登录视频监控系统；

(2)、采集视频信号并将其数字化；

(3)、对采集的视频信号压缩编码，编码可以采用MPEG4、H.264、AVS等多种编码方式；

(4)、将编码后的视频数据通过网络发送到指定用户；

(5)、发送和接收控制命令，并做相应操作。

2、客户节点

客户节点是一台具备联网功能的终端设备，如电脑终端、手机、PDA等。

客户节点任务主要是：

(1)、登录视频监控系统；

(2)、通过网络接收视频数据；

(3)、对接收视频数据进行解码，然后将视频图像显示在显示终端上，或者对视频数据做其他处理，如录像、转发到其他设备上等；

(4)、发送和接收控制命令，并做相应操作，如聚焦、转动云台、进行参数配置等等。

3、服务节点

服务节点是一台具备公网IP地址的网路设备，如具有公网IP地址的计算机。

服务节点任务主要是：

(1)、管理监控节点和客户节点资源；

(2)、判断客户节点和监控节点所处的网络环境，内容包括是否有公网IP地址、NAT类型、防火墙类型；

(3)、协助客户节点与监控节点直接建立网络连接，进行直接的视频数据交换；

(4)、发送和接收控制命令，并做相应操作。

二、各种类型节点之间按以下方式进行工作：

1、监控节点与服务节点(见图3所示)

(1)、每个监控节点启动后，首先与服务节点建立连接，然后向服务节点发送自身信息进行身份验证，同时服务节点将相关信息记录到系统数据库中。

(2)、登录成功后，服务节点采用协议名称为STUN(Simple Traversal ofUser Datagram Protocol(UDP)Through Network Address Translators(NATs)----RFC3489)策略判断监控节点自身所处网络环境，内容包括是否有公网IP地址、NAT类型、防火墙类型等等，并将该监控节点当前所处网络环境信息记录到系统数据库中。

(3)、完成注册后，监控节点处于等待状态，等待客户节点发送监控命令。

2、客户节点与服务节点(见图3所示)

(1)、每个客户节点启动后，首先与服务节点建立连接，然后向服务节点发送自身信息进行身份验证，同时服务节点将相关信息记录到系统数据库中，只有合法的客户节点才能登录到监控网络，并且保证客户节点只能监控自己权限范围内的监控节点。

(2)、登录成功后，服务节点采用协议名称为STUN(Simple Traversal ofUser Datagram Protocol(UDP)Through Network Address Translators(NATs)----RFC3489)策略判断客户节点自身所处网络环境，内容包括是否有公网IP地址、NAT类型、防火墙类型等等，并将该客户节点当前所处环境信息记录到系统数据库中。

(3)、完成注册后，客户节点处于等待状态，为下一步与监控节点建立直接连接做好准备。

3、客户节点与监控节点(见图4所示)

当客户节点需要与监控节点建立连接时，客户节点向服务节点发送与监控节点的连接请求，服务节点从系统数据库中查询需要建立连接双方的网络环境信息，接着作如下处理：

(1)、当需要建立连接的双方均具有可直接访问的公网IP地址时，服务节点指示任意一方向对方发送连接请求，实现直接连接；连接后客户节点直接向监控节点发送控制命令，监控节点直接将编码后的视频数据通过网络发送到指定客户节点，实现视频监控。

(2)、当需要建立连接的双方有一方具有可直接访问的公网IP地址时，服务节点指示对方向可直接访问的一方发送连接请求，实现直接连接；连接后客户节点直接向监控节点发送控制命令，监控节点直接将编码后的视频数据通过网络发送到指定客户节点，实现视频监控。

(3)、当需要建立连接的双方均不具有可直接访问的公网IP地址时，表示双方均处在不同的私有网络中，需要服务节点协助为连接双方进行NAT穿透，具体步骤如下：

①、服务节点按照系统数库中记载的双方网络环境信息指示连接请求方，向接收方NAT分配的IP地址及端口发送报文，以在请求方NAT暂时建立一个到接收方的会话(Session)，当接收方的NAT设备接收到这个报文时，因为以前并没有与请求方有过连接，所以认为这是个非法报文而丢弃，所以连接不会成功。

②、在请求方向接收方发送报文之后，服务节点再指示接收方向请求方NAT分配的IP地址及端口发送报文，由于请求方在这之前曾向接收方发送过报文，并建立过一个会话(Session)，当请求方的NAT设备接收到接收方的报文时，认为它们之前曾经通信过，是个合法报文，从而双方建立起直接连接。

连接后客户节点直接向监控节点发送控制命令，监控节点直接将编码后的视频数据通过网络发送到指定客户节点，实现视频监控。

监控节点可根据客户节点要求通过网络发送实时视频数据，也可以根据客户节点要求通过网络发送历史视频数据，发送的历史视频数据是由监控节点事先录制好并存放在存储器中的，历史视频数据的存放量主要取决于存储器容量。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1、一种基于互联网络的对等视频监控方法，其特征在于：

(1)、设置监控节点、客户节点、服务节点这三种类型的节点，每种类型的节点至少为一个，三种类型的节点通过互联网络相互连接，互联网络采用TCP/IP协议，协议版本为IPV4；

(2)、所述三种类型的节点如下：

①、监控节点是一台具备视频功能的网络装置，包括摄像头、中央处理器、存储器以及网络接口；其任务主要是：a、登录视频监控系统；b、采集视频信号并将其数字化；c、对采集的视频信号压缩编码；d、将编码后的视频数据通过网络发送到指定用户；e、发送和接收控制命令，并做相应操作；

②、客户节点是一台具备联网功能的终端设备，包括显示器、中央处理器、存储器以及网络接口；其任务主要是：a、登录视频监控系统；b、通过网络接收视频数据；c、对接收视频数据进行解码；d、对视频图像进行显示、转发或保存；e、发送和接收控制命令，并做相应操作；

③、服务节点是一台具备公网IP地址的网路设备，包括中央处理器、存储器以及网络接口；其任务主要是：a、管理监控节点和客户节点资源；b、判断客户节点和监控节点所处的网络环境，内容包括是否有公网IP地址、NAT类型、防火墙类型；c、协助客户节点与监控节点直接建立网络连接，进行直接的视频数据交换；d、发送和接收控制命令，并做相应操作；

(3)、各种类型节点之间按以下方式建立联系

①、监控节点与服务节点

a、每个监控节点启动后，首先与服务节点建立连接，然后向服务节点发送自身信息进行身份验证，同时服务节点将相关信息记录到系统数据库中；

b、登录成功后，服务节点采用协议名称为“Simple Traversal of UserDatagram Protocol Through Network Address Translators”，协议编号为“RFC3489”的方法判断监控节点自身所处网络环境，内容包括是否有公网IP地址、NAT类型、防火墙类型，并将该监控节点当前所处网络环境信息记录到系统数据库中；

c、完成注册后，监控节点处于等待状态；

②、客户节点与服务节点

a、每个客户节点启动后，首先与服务节点建立连接，然后向服务节点发送自身信息进行身份验证，同时服务节点将相关信息记录到系统数据库中，只有合法的客户节点才能登录到监控网络，并且保证客户节点只能监控自己权限范围内的监控节点；

b、登录成功后，服务节点采用协议名称为“Simple Traversal of UserDatagram Protocol Through Network Address Translators”，协议编号为“RFC3489”的方法判断客户节点自身所处网络环境，内容包括是否有公网IP地址、NAT类型、防火墙类型，并将该客户节点当前所处环境信息记录到系统数据库中；

c、完成注册后，客户节点处于等待状态；

③、客户节点与监控节点

当客户节点需要与监控节点建立连接时，客户节点向服务节点发送与监控节点的连接请求，服务节点从系统数据库中查询需要建立连接双方的网络环境信息，接着作如下处理：

a、当需要建立连接的双方均具有可直接访问的公网IP地址时，服务节点指示任意一方向对方发送连接请求，实现直接连接；连接后客户节点直接向监控节点发送控制命令，监控节点直接将编码后的视频数据通过网络发送到指定客户节点，实现视频监控；

b、当需要建立连接的双方有一方具有可直接访问的公网IP地址时，服务节点指示对方向可直接访问的一方发送连接请求，实现直接连接；连接后客户节点直接向监控节点发送控制命令，监控节点直接将编码后的视频数据通过网络发送到指定客户节点，实现视频监控；

c、当需要建立连接的双方均不具有可直接访问的公网IP地址时，表示双方均处在不同的私有网络中，需要服务节点协助为连接双方进行NAT穿透，具体步骤如下：

(a)、服务节点按照系统数库中记载的双方网络环境信息指示连接请求方，向接收方NAT分配的IP地址及端口发送报文，以在请求方NAT暂时建立一个到接收方的会话，当接收方的NAT设备接收到这个报文时，因为以前并没有与请求方有过连接，所以认为这是个非法报文而丢弃，所以连接不会成功；

(b)、在请求方向接收方发送报文之后，服务节点再指示接收方向请求方NAT分配的IP地址及端口发送报文，由于请求方在这之前曾向接收方发送过报文，并建立过一个会话，当请求方的NAT设备接收到接收方的报文时，认为它们之前曾经通信过，是个合法报文，从而双方建立起直接连接；

连接后客户节点直接向监控节点发送控制命令，监控节点直接将编码后的视频数据通过网络发送到指定客户节点，实现视频监控。

2、根据权利要求1所述的基于互联网络的对等视频监控方法，其特征在于：监控节点通过网络发送给客户节点的视频数据为实时视频数据或历史视频数据。

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