FFmpeg入门详解之117：视频监控的架构和流程

几张架构图带您快速了解视频监控

图一

图二

图三

图四

视频监控系统的简介

视频监控

视频监控是安全防范系统的重要组成部分，英文Cameras and Surveillance。传统的监控系统包括前端摄像机、传输线缆、视频监控平台。

摄像机可分为网络数字摄像机和模拟摄像机，可作为前端视频图像信号的采集。它是一种防范能力较强的综合系统。视频监控以其直观、准确、及时和信息内容丰富而广泛应用于许多场合。近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也有了长足的发展。

最新的监控系统可以使用智能手机担当，同时对图像进行自动识别、存储和自动报警。视频数据通过3G/4G/WIFI传回控制主机（也可以是智能手机担当），主机可对图像进行实时观看、录入、回放、调出及储存等操作。从而实现移动互联的视频监控。

基本信息

定义

视频监控：英文Cameras and Surveillance。

包括前端摄像机、传输线缆、视频监控平台。

摄像机可分为网络数字摄像机和模拟摄像机，可作为前端视频图像信号的采集。

完整的视频监控系统是由摄像、传输、控制、显示、记录登记5大部分组成。

摄像机通过网络线缆或同轴视频电缆将视频图像传输到控制主机，控制主机再将视频信号分配到各监视器及录像设备，同时可将需要传输的语音信号同步录入到录像机内。 

通过控制主机，操作人员可发出指令，对云台的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作，并可通过视频矩阵实现在多路摄像机的切换。利用特殊的录像处理模式，可对图像进行录入、回放、调出及储存等操作。

以下是视频监控包括的产品：

1）摄像机（Camera）

2）光圈镜头

3）硬盘录像机

4）矩阵

5）控制键盘

6）监视器

在智能家居系统中，视频监控系统属于家庭安防系统的一部分，是一个常见的选配系统，尤其是在别墅应用中。

主要组成

采集系统

视频采集系统主要由各观测点的摄像机组成，主要完成视频图像信号采集。

云台镜头

云台镜头控制系统主要由云台和控制器组成。

用于完成在监控中心遥控摄像机的观测位置的变动和观测点图像的放大、缩小处理。

信号传输

信号传输分有线和无线传输，并且传输方式和传输线材对信号影响较大。

视频处理

视频处理系统主要完成对视频信号的数字化处理、图像信号的显示、图像信号的存储、及图像信号的远程传输。

其他部分

1、监控前端：用于采集被监控点的监控信息，并可以配备报警设备。监控前端可分为两类：

（1）普通摄像头+视频服务器。普通摄像头可以是模拟摄像头，也可以是数字摄像头。原始视频信号传到视频服务器(live555)，经视频服务器编码后，以TCP/IP协议通过网络传至其他设备。

（2）网络摄像头（IPC）。网络摄像头是融摄像、视频编码、Web服务于一体的高级摄像设备，内嵌了TCP/IP协议栈。可以直接连接到网络。

【本地摄像头 + x264/265编码 + 内嵌视频服务器(live555) + Web服务器】

2、管理中心：承担所有前端设备的管理、控制、报警处理、录像、录像回放、用户管理等工作。各部分功能分别由专门的服务器各司其职。

3、监控中心：用于集中对所辖区域进行监控，包括电视墙、监控客户终端群组成。系统中可以有一个或多个监控中心。

4、PC客户端：在监控中心之外，也可以由PC机接到网络上进行远程监控。

5、无线网桥：无线网桥用于接入无线数据网络，并访问互联网。通过无线网桥，可以将IP网上的监控信息传至无线终端，也可以将无线终端的控制指令传给IP网上的视频监控管理系统。常用的无线网络为CDMA网络。

系统功能

1、安全性高，图像掩码技术，防止非法篡改录像资料；只有授权用户才可以进入系统进行查看，调用视频资料，可以对不同身份的管理人员发放不同权限的管理账号；有效防止恶意破坏；强大日志管理功能，保证了专用系统的安全使用。服务器端和客户端之间所传输的数据，全部经过加密。

2、服务器平台构架方便，在大楼监控机房/市公安局、区（县）公安局和各派出所，都可以方便的安装客户端软件，只需分配用户不同权限的登陆帐号，即可以查看前端摄像机监控点的图像资料。

3、权限管理为保证上网人员的隐私和录像资料的安全，该视频监控系统具有操作权限管理，系统登录、操作进行严格的权限控制，保证系统的安全性。

4、远程视频监控监控人员可远程任意调取网吧存储的监控图像，并可远程发出控制指令，录像资料的智能化检索、回放、调整摄像机镜头焦距、控制云台进行巡视或局部细节观察。

5、本地录像，保存一定时间段内的本地视频监控录像资料，并能方便地查询、取证，为事后调查提供依据

6.随时随地的监控录像功能，无论身在何处，任何密码授权的用户通过身边的电脑联网连接到监控网点，可以看到任意监控网点的即时图像并根据需要录像，避免了地理位置间隔原因造成监督管理的不便。

7、视频监控系统中包含网吧基本信息的管理，并且电子地图相结合，当网吧出现突发状况时，可以及时的获取该网吧的基本信息（网吧电话、地址、负责人），更加快捷的联系到网吧相关负责人。

8、系统可扩容性强，若需要添加新的监控网点，在服务器端添加相应网吧信息和设备信息即可。

9、网吧监控和电子地图相结合，可以通过电子地图更加直观的查看网吧所分布的地理位置，并且在电子地图上实时显显示网吧监控设备的运行状态，当用户需要查看某网吧的监控信息时只要在电子地图双击该网吧即可进入该网吧的监控界面。

视频监控系统的工作原理和结构 

对于视频监控系统，根据系统各部分功能的不同，整个视频监控系统划分为七层--表现层、控制层、处理层、传输层、执行层、支撑层、采集层。

当然，由于设备集成化越来越高，对于部分系统而言，某些设备可能会同时以多个层的身份存在于系统中。

1. 表现层

表现层是我们最直观感受到的，它展现了整个视频监控系统的品质。

如监控电视墙、监视器、高音报警喇叭、报警自动驳接电话等等都属于这一层。

2. 控制层

控制层是整个视频监控系统的核心，它是系统科技水平的最明确体现。

通常我们的控制方式有两种--模拟控制和数字控制。

模拟控制是早期的控制方式，其控制台通常由控制器或者模拟控制矩阵构成，适用于小型局部视频监控系统，这种控制方式成本较低，故障率较小。

但对于中大型视频监控系统而言，这种方式就显得操作复杂且无任何价格优势了，这时我们更为明智的选择应该是数字控制。

数字控制是将工控计算机作为监控系统的控制核心，它将复杂的模拟控制操作变为简单的鼠标点击操作，将巨大的模拟控制器堆叠缩小为一个工控计算机，将复杂而数量庞大的控制电缆变为一根串行电话线。

它将中远程视频监控变为事实、为Internet远程监控提供可能。但数字控制也不是那么十全十美，控制主机的价格十分昂贵、模块浪费的情况、系统可能出现全线崩溃的危机、控制较为滞后等等问题仍然存在。

3.处理层

处理层或许该称为音视频处理层，它将有传输层送过来的音视频信号加以分配、放大、分割等等处理，有机的将表现层与控制层加以连接。音视频分配器、音视频放大器、视频分割器、音视频切换器等等设备都属于这一层。

4.传输层

传输层相当于视频监控系统的血脉。

在小型视频监控系统中，我们最常见的传输层设备是视频线、音频线，对于中远程监控系统而言，我们常使用的是射频线、微波，对于远程监控而言，我们通常使用Internet这一廉价载体。值得一提的是，新出现的传输层介质--网线/光纤。

大多数人在数字安防监控上存在一个误区，他们认为控制层使用的数字控制的视频监控系统就是数字视频监控系统了，其实不然。纯数字视频监控系统的传输介质一定是网线或光纤。信号从采集层出来时，就已经调制成数字信号了，数字信号已趋成熟的网络上跑，理论上是无衰减的，这就保证远程监控图像的无损失显示，这是模拟传输无法比拟的。当然，高性能的回报也需要高成本的投入，这是纯数字视频监控系统无法普及最重要的原因之一。

5. 执行层

执行层是我们控制指令的命令对象，在某些时候，它和我们后面所说的支撑层、采集层不太好截然分开，我们认为受控对象即为执行层设备。比如:云台、镜头、解码器、球等等。

6. 支撑层

顾名思义，支撑层是用于后端设备的支撑，保护和支撑采集层、执行层设备。

它包括支架、防护罩等等辅助设备。

7. 采集层

采集层是整个视频监控系统品质好坏的关键因素，也是系统成本开销最大的地方。它包括镜头、监控摄像机、报警传感器等等。

一套完整的视频监控系统设计方案

一、系统设计描述

本工程生产视频监控系统由主厂房区域、辅助车间区域等部分组成，主厂房区域、辅助车间生产区域、安防区域视频监视系统联网组成本期工程的生产视频监视系统，通过在上述各区域内安装的网络监控摄像机组成数字化生产视频监控系统，把数字视频集成在一个统一的平台上，采用分布式集中管理的控制模式进行管理和控制，通过权限控制，系统局域网任意一台计算机用户登录后，即可显示全部其有权限的监控点位，用户可对其进行实时观看、控制、历史回放或下载，实现整个生产区域视频监视系统的网络化、数字化和智能化。

采用IP系统架构，系统由前端IP摄像机、存储管理服务器、视频管理服务器、解码器、电视墙等组成，系统由1000M/100M以太局域网、网络摄像机、区域网络交换机、主干网络交换机、监控中心管理平台、IP存储设备和监视终端等组成。联网通讯介质应采用六类网线（不超过90米）或光纤（超过90米），通讯用的六类网线、光纤和监视用视频电缆不应有中间连接头，通讯协议采用TCP/IP。

鹰眼采用多项技术，包括移动终端设备应用、实时网络、语音通讯、视频设备控制、流媒体管理、二维码识别等。利用以上技术支撑结合业务应用，系统可以实现运行管理整体操作流程控制、现场实时录音及录像、实时音视频回传、二维码位置确认防止误操作、现场操作人员与后台协管人员实时语音通讯、远程协助、操作内容录制、操作内容解析说明等。

二、系统功能描述

视频监控项目采用全IP解决方案，由前端部分、传输部分、中心控制部分、显示部分、存储部分组成。前端摄像机采集的网络视频信号通过以太网交换机组建监控专网传输至监控数据中心，数据中心安装集中阵列存储可以对网络视频信号进行集中录像存储，监控中心采用高清数字矩阵对网络视频信号进行解码，并投送至电视墙进行显示。

整个监控系统通过一套监控管理平台进行集中管理，监控管理平台还对整个系统用户进行集中授权。通过监控客户端和网络控制键盘可以实现对系统的配置和操作，实现预览、回放、云台控制、上墙切换、系统配置等操作。

系统架构图

（前端摄像机类型仅为示意）

Ø 外场示意图

2.1网络结构设计

监控传输网络系统主要作用是接入各类监控资源，为中心管理平台的各项应用提供基础保障，能够更好的服务于各类用户。

网络结构如下图所示：

2.3存储系统

存储子系统是为监控点提供存储空间和存储服务的系统，是为用户提供录像检索与点播的系统。

l 存储模式特点

支持高清应用：支持百万像素级高清IP摄像机接入。

扩展便利：系统存储容量、前端监控点数量、分控中心数量可基于IP网络灵活扩展。

可管理性强：基于网络实现对监控设备的统一管理，基于网络实现对监控数据统一管理。

存储可靠性高：CVR支持RAID技术，存储服务可靠性高。

灵活的录像配置方式：不同监控点可选择不同时间长度、不同录像方式进行录像，且可动态更改。

成本优势：施工、管理、维护成本，未来扩容、升级成本均低。

2.4解码系统

解码系统的主要是将前端网络视频监控信号还原成高清数字信号，输出到显示系统进行显示。

本次解码系统具有视频解码、拼接、控制等功能，它将原有的解码设备、拼接控制设备集成到一体化的设备中，通过视频监控管理系统的管理平台软件即可实现视频解码输出、切换控制、大屏拼接等原来需要多套软件才能够实现的功能。可以支持多种输出接口输出，如：HDMI，DVI，VGA或者BNC。

2.5视频管理系统功能

视频管理系统通过WEB方式对系统视频管理服务器（中心服务器）进行访问，形成完整的WEB配置管理中心。可以对整个安防管理系统的组织结构、设备进行配置管理。包含：

l 组织结构配置管理

l 组织结构管理包括角色管理、用户管理两部分。

l 角色管理：

l 用户管理：

l 设备配置管理

l 设备管理：

系统性能管理功能

视频管理系统可以集中监控、管理综合安防系统中其所管理的区域内所有集成子系统相关设备运行状况，收集各种统计数据，用于监视或校正系统设备运行参数，为系统优化提供统计分析手段。

系统故障维护管理功能

视频管理系统可以提供多种方式来实现视频监控系统终端设备维护管理。

视频管理系统是针对大规模组网、多级管理联网环境下的分布式系统。是一套监控和管理不同类型数字视频虚拟矩阵、数字化视频存储的系统，并且可以综合管理防范报警系统、门禁及通道管理系统等。

视频管理系统采用了分布式身份认证机制，其优势在于：

l 分布式体系架构

l 大规模系统管理

l 不同设备权限管理

l 与组织结构相吻合

l 高级可靠认证技术

视频管理系统可以通过视频管理客户端、电子地图客户端等多种形式来实现实时视频的监控目的。可以人工选择闭路电视监控系统摄像机图像或报警联动显示相应区域摄像机图像，以及对摄像机进行操作控制，包括控制参数设置、预置位设置、摄像头特殊参数设置、镜头控制、云台匀速与变速控制等。还可对录像进行存储管理，通过时间、摄像头编号、事件等信息进行录像检索和回放控制。

视频客户端主界面包括视频列表区、视频窗口区、报警信息显示区、设置操作区和菜单

视频列表管理

视频列表以文件夹的形式存放用户关注的视频对象。每一个文件夹最多可以有16个视频对象，且文件夹内部可以嵌套若干文件夹；一个文件夹代表一个用户关注的对象集合，这个集合在视频播放窗口区有特定的摆放位置。

l 播放视频

l 拖拽视频

l 添加视频

l 查找视频

实时监控

l 播放窗口：视频播放窗口的左上角为状态显示灯，第一个灯代表视频的类型（实时视频/历史视频/报警视频/巡更视频/无视频源），第二个灯代表该视频通道的状态（正在录像/没有录像）。关闭按钮来切断无关视频源，以节约网络带宽。

录像查询

录像查找包括按时间查找录像、按事件查找录像、多路历史视频查找等功能

l 按时间查找

l 按事件查找

l 多路视频查询

l 录像资源下载

集中报警功能

在视频管理系统的客户端可以通过列表报警和电子地图图形化显示两种形式来实现报警的集中显示、定位和统一处理功能；可根据报警类型灵活的自主定义报警事件级别，报警事件级别可分为99级。报警信息来自报警管理服务器及门禁管理服务器。

报表管理功能

视频管理系统具有设备报警记录、操作事件历史记录、系统操作日志等报表，并可对报表进行查询、统计、打印，同时，也可以根据操作员的需求，对指定报表进行文件导出。

视频管理系统可以按时间、人员、设备类型、报警事件级别、设备名称、设备地点等多种过滤条件来查询报警和事件资料。具备分类信息检索功能，并可以提供自定义的按时间分类或事件分类等不同分类方式的报表。

2.6鹰眼系统

在配电室内安装高清网络摄像头实现全范围无死角24小时监控，每个配电室根据房间大小布置1-2台无线AP，实现WIFI信号的全面覆盖。配置一定数量的移动终端，可以无缝接入每个配电室内的无线网络。

将每个配电室的视频信号和网络信号通过光纤分别接入集控室，在集控室内设置视频显示系统、工作机和系统基础支撑平台，系统建成后，可实现：实时监控报警、操作票实时功能、报警查询功能、操作过程回溯和系统介绍五大功能模块。

视频显示系统:将配电室内的所有视频图像实时的显示在集控室内的大屏幕上

系统基础支撑平台:提供数据(操作票数据接口、流媒体数据处理)、网络(网络数据实时同步功能)、安全(数据备份以及系统备份服务) 框架的基础应用。系统基础支撑平台是移动工作机、服务管理单元、后台运行监管中心交互的支撑框架。

管理服务单元:提供操作票数据操作操作接口以及操作票整体流程监控。通过管理服务单元,管理人员可实现获取及下发操作票、实现智能植入二维码、实时音视频后台控制等。

将视频监控与操作任务绑定，通过此功能，实现全程自动跟踪监控和影音同步对讲。同步监控和对讲的实现，还能在发现有问题时，远程立即终止操作，技术管理人员也可远程协助重大操作，即安全又便捷。

操作完成后，将原来传统的纸质操作票变为有声音、有图像的多媒体文件保存，生成了集原始操作票信息、语音信息、视频信息于一体的多媒体操作票，便于日后审阅、学习培训和追溯。

自动生成操作信息，提高工作效率，并可利用网络共享操作信息，实现生产数据互联互通；自动对接地刀闸、接地线的操作过程及目前状态进行记录，生成报表，一目了然，可有效控制危险源。

利用监控镜头的追踪功能，可实现开关室实时监控报警，当有人进入配电室时远程自动弹出监控画面，进行实时跟踪监控，避免人员无票私自作业，确保配电室安全。

本地摄像头+ffmpeg+nginx实时预览监控视频

参考：“FFmpeg+Nginx+rtmp+videojs+VLC快速搭建网络直播网站”

一、准备：

1.本地摄像头

2.交换机

3.笔记本充当服务器

4.ffmpeg  

5.已安装过nginx-rtmp-module功能的nginx

6.videojs

7.vlc

ffmpeg -list_devices true -f dshow -i dummy

ffplay -f dshow -i video="Lenovo EasyCamera"

ffmpeg -f dshow -i video="Lenovo EasyCamera" -vcodec libx264 -an -c copy -f mp4  a001.mp4

ffmpeg -f dshow -i video="Lenovo EasyCamera" -vcodec libx264 -acodec aac -preset:v ultrafast -tune:v zerolatency -f flv rtmp://localhost:1935/live/test1

Rtmp:互联网

Rtsp: 视频监控（live555, easy-darwin）

二、rtsp流 

海康IPC支持通过rtsp协议进行流传输，因此获取流非常方便，

取流地址为：rtsp://admin:[email protected]:554/h264/ch1/main/av_stream

其中，admin和12345是登录IPC的用户名和密码，@后面跟IPC的IP地址，端口号默认为554，如果修改过，这里填修改后的端口号。

只要是支持rtsp协议的IPC都可以通过类似方式取流，各厂商的格式可能略有不同，请查阅各厂商的相关说明

连接好IPC、电脑、交换机后，打开vlc播放器，选择媒体-->打开网络串流-->填入rtsp协议-->播放，如果连接和参数正确，此时vlc应该可以播放监控画面

三、安装ffmpeg

通过第一步我们确认了rtsp流可以正确获取后，

第二步我们安装ffmpeg，用于rtsp流转rtmp流

ffmpeg是一个功能非常强大的视频处理工具，居家旅行学习开发必备。

配置环境变量：将d:/ffmpeg/bin添加到Path中

测试ffmpeg：打开cmd（使用管理员身份打开），输入：ffmpeg

四、nginx搭建

原版的nginx是不带有rtmp发布功能的，需要安装nginx-rtmp-module插件，找到已安装好插件的nginx，这个我们就可以直接用了。

具体配置请参考对应的课程。

参考：“FFmpeg+Nginx+rtmp+videojs+VLC快速搭建网络直播网站”

五、rtsp转rtmp

搭建好nginx，说明通过ffmpeg转换的rtmp流有地方接收了，这一步我们就来转流

Ffmpeg命令行请参考课程：

“FFmpeg4.3--系列4--命令行实践+理论解析”

打开cmd输入以下指令：

ffmpeg -i "rtsp://admin:[email protected]:554/h264/ch1/main/av_stream" -f flv -r 15 -s 1920x1080 -an "rtmp://192.168.1.100:1935/live/stream"

rtsp://是IPC取流的协议地址，rtmp则是刚才搭建nginx的地址，这个1935端口就是刚才配置nginx时看到的rtmp端口，输入后首先会看到关于ffmpeg的一些信息，出现如下界面则说明ffmpeg已成功将rtmp流推送到了nginx。

我们再打开vlc播放器，测试下是否可以成功播放rtmp流，方法依然是打开vlc，填入：rtmp://192.168.1.100:1935/live/stream 播放，如果可以看到监控画面说明成功

六、网站播放

使用videojs，实现网页预览。

综合智能视频监控系统软件

系统架构

综合智能视频监控系统软件依托于互联网，将监控摄像头、高清摄像头、硬盘录像机、4G智能终端接入及面向跨区域视频监控资源进行建设与整合，实现视频数据统一管理，在云端转码、加速、云分发、AI识别和大数据分析，提高用户价 值、高性能、高性价比和良好用户体验服务。

主要应用于智慧教育、智慧食安、集团企业、连锁机构、 建筑工地、环保卫生、城市景点、政法系统、消防系统、城市管理、物业等大型跨区域联网平台化应用的需求。

平台特点

基于云架构设计、支持视频转码、加速、优化；

支持服务器集群，满足万人级实时视频调用；

支持分布式部署、支持跨网分部与总部平台之间联网；

支持4G物联网、移动车载、智能网关接入；

支持ONVIF标准协议接入其他厂家视频设备；

支持SDK、API协议与第三方平台对接；

支持HTML 5、M3u8实时视频取流；

支持微信视频直播分享、私有云部署运营服务；

单服务器平台最大可接入10000个前端监控摄像头。

应用领域

远程监控：学校、政府、公安、邮政、酒店、博物馆、交通、金融、电信、政府及分布式跨区域机构、集团、连锁、工厂、工地、仓库等远程视频监控、视频直播、人脸识别、行为分析等；

银行及金融系统：各营业网点及ATM机远程监控、人脸识别、行为分析

连锁超市：集中视频监控、视频直播、人脸识别、行为分析

公共安全：娱乐场所、公众场所远程监控，突发事件应急指挥、人脸识别、行为分析

保险理赔：车辆理赔、维修监控，防止保险诈骗、视频直播、人脸识别、行为分析

环保行业：实时监测排污状况，监控环境污染情况、4G/5G远程视频监控、垃圾分类、人脸识别

医疗机构：医院ICU的监控，手术图像传送，救护车车辆调度视频监控、视频直播、人脸识别

电力系统：无人值守电站的遥视、4G/5G远程视频监控、电表度数识别、人脸识别、行为分析

虚拟展厅：企业新产品通过互联网进行产品视频直播展示、人脸识别、行为分析

教育系统：远程教学、家教、幼儿园等场所远程视频监控、视频直播、人脸识别、行为分析

旅游景点：通过互联网进行名胜古迹、优美风景远程视频监控、视频直播、行为分析

海关系统：重点地区的24小时视频监控、人脸识别、行为分析

房地产与物业管理：网上看房、工程监控、物业管理集中视频监控、视频直播、人脸识别

视频监控系统的技术点总结与分析

FFmpeg

编解码、封装解封装、SDK、颜色空间转换(yuv,rgb)

推流、拉流、

Nginx、SRS、Darwin、Live555

视频服务器

音视频

音频、视频、

编解码

软编码：x264,x265

硬编码：gpu, cuda, dxva2

流媒体

Rtsp, rtmp,hls,http-flv; rtp/rtcp,,flv, 

解封装,

视频监控

前端： 摄像头(local, ipc)，编解码

后端： 视频服务器、转码、分发、智能分析(opencv)

大家好，我的第一本书正式出版了，可以在京东各大店铺抢购哦。

《FFmpeg入门详解--音视频原理及应用：梅会东：清华大学出版社》

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出书过程非常艰辛，来回校正了好几遍，后续还有FFmpeg系列的其它图书。

第一本：FFmpeg入门详解--音视频原理及应用--梅会东--清华大学出版社

第二本：FFmpeg入门详解--流媒体直播原理及应用--梅会东--清华大学出版社

第三本：FFmpeg入门详解--命令行及音视频特效原理及应用--梅会东--清华大学出版社

第四本：FFmpeg入门详解--SDK二次开发及直播美颜原理及应用--梅会东--清华大学出版社

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