視頻監控系統的軟件設計開(kāi)發(fā)方案

監控系統被廣泛應用于保安、生產(chǎn)管理等需要無(wú)人值守的場(chǎng)合。雖然基于閉路電視的模擬監控系統已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，但當前興起的數字視頻監控系統與之相比，有許多優(yōu)點(diǎn)。數字視頻監控系統的智能性和可靠性高，能提供遠程訪(fǎng)問(wèn)能力，視頻資料管理保存方便，而且可以開(kāi)發(fā)升級。本文介紹了一種基于IP網(wǎng)絡(luò )的數字視頻監控系統的設計開(kāi)發(fā)實(shí)現方案，從采集、傳輸到終端控制實(shí)現了全過(guò)程數字化。
 

系統需要解決的問(wèn)題

1、數字音視頻壓縮標準以及壓縮方式的選擇

現有的壓縮算法有H．263系列，M-JPEG，MPEG-1 VCD壓縮標準，MPEG-2 DVD壓縮標準，WAVELET小波變換，MPEG-4標準。這些算法各有優(yōu)缺點(diǎn)，也決定了其應用于不同行業(yè)的適用性，H．263適合用于可視電話(huà)及視頻會(huì )議等對圖像大小和質(zhì)量要求不是很高的應用領(lǐng)域；MJPEG，MPEG-1，MPEG-2由于實(shí)時(shí)性差以及數據量大的缺點(diǎn)不適合網(wǎng)絡(luò )傳輸；MPEG-4視頻壓縮技術(shù)的出現引發(fā)了壓縮領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，他基本上克服了其他壓縮算法的缺點(diǎn)，利用很窄的帶寬，通過(guò)幀重建技術(shù)壓縮和傳輸資料，以求以最少的數據獲得最佳的圖像質(zhì)量。MPEG-4試圖達到2個(gè)目標：

（1）低比特率下的多媒體通信；

（2）是多工業(yè)的多媒體通信的綜合。

據此目標，MPEG-4引入AV對象（Audio／Visaul Objects），使得更多的交互操作成為可能。盡管MPEG-4并不是專(zhuān)為視頻監控壓縮領(lǐng)域而設計的，但同樣也適合CIF（352×288）或者更高清晰度（768×576）情況下的視頻壓縮。

實(shí)現壓縮算法的方式有2種，軟件壓縮和硬件壓縮，其中硬件壓縮實(shí)時(shí)性好，性能可靠，市場(chǎng)上也存在專(zhuān)用的MPEG-4壓縮芯片或板卡。

為了達到實(shí)時(shí)性的要求，本系統采用MPEG-4壓縮算法的硬件壓縮方式。

2、信道環(huán)境以及實(shí)時(shí)性的考慮

目前可供選擇的信道有PSTN，N-ISDN，以太網(wǎng)等。而監控系統大多數的應用場(chǎng)合是在一個(gè)相對較小的地域內進(jìn)行視頻監控，因而可以使用已經(jīng)廣泛使用的以太網(wǎng)作為數字硬盤(pán)錄像系統視頻傳輸的信道。目前100BASE-T以太網(wǎng)的帶寬已經(jīng)達到100Mb／s，可以滿(mǎn)足數字硬盤(pán)錄像系統提供高質(zhì)量清晰圖像、多路視頻同時(shí)傳輸的要求。因此本文選用100BASE-T以太網(wǎng)作為主要傳輸信道。
 

本文的任務(wù)主要是圍繞以太網(wǎng)來(lái)解決數字視頻的實(shí)時(shí)傳輸和組播問(wèn)題?？紤]在某些應用場(chǎng)合需要遠距離傳送視頻碼流，為此在設計網(wǎng)絡(luò )傳輸系統時(shí)就充分考慮了信道帶寬的限制，引人碼流和幀率動(dòng)態(tài)可調機制，較好地滿(mǎn)足了遠程監控場(chǎng)合對圖像質(zhì)量和圖像連續性的要求。

為了達到實(shí)時(shí)性，不光音視頻采集部分要實(shí)現實(shí)時(shí)性，傳輸部分也要達到實(shí)時(shí)要求，根據試驗，采用MPEG-4要達到25幀／s，需要256kb／s的帶寬，可見(jiàn)100Mb／s的以太網(wǎng)

可以滿(mǎn)足多路傳輸要求。

?3、網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和傳輸機制的控制

ISO組織制訂的OSI網(wǎng)絡(luò )參考模型中，運輸層建立在IP層之上，包含2種傳輸協(xié)議：一種是傳輸控制協(xié)議TCP，他是面向連接的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議；另一種是用戶(hù)數據報協(xié)議UDP，他是無(wú)連接的。其中TCP不適合實(shí)時(shí)傳輸音視頻資料，常用的是基于UDP的RTP協(xié)議。

由于UDP沒(méi)有差錯控制，屬于不可靠的分組遞交，為了實(shí)現可靠交付和流量控制，IETF（因特網(wǎng)工程部）提出了RTP和RTCP兩個(gè)協(xié)議。所有的實(shí)時(shí)媒體資料都使用RTP進(jìn)行傳輸，RTCP提供接收方向發(fā)送方反饋信息的功能。他們都是基于UDP的。