數(shù)字視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用

柳燕銘

[摘要]從模擬監(jiān)控系統(tǒng),數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng),視頻監(jiān)控系統(tǒng)近幾年得到很大的發(fā)展。分析數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點,并詳細介紹數(shù)字視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)以及在工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字視頻遠程監(jiān)控視頻壓縮

中圖分類號:TN92文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1210036-01

一、概述

遠程監(jiān)控是工業(yè)生產(chǎn)自動化的關(guān)鍵。利用視頻會議系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控,可以全面監(jiān)視生產(chǎn)現(xiàn)場,迅速及時地對各種情況作出相應(yīng)的反應(yīng),同時具有價格低廉、性能優(yōu)越的特點。比如,如果在家里安裝一臺桌面型視頻會議電視系統(tǒng),就可以實現(xiàn)家庭辦公、購物等,使工作和學(xué)習(xí)變得更加方便輕松。

數(shù)字視頻監(jiān)控以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而被廣泛應(yīng)用于許多場合。在電子技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展過程中,數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)水平直接反映了不同階段電子與通訊的技術(shù)狀況,而計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展將數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)提到了一個新的高度。

網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)遠程現(xiàn)場視頻瀏覽應(yīng)運而生。從模擬監(jiān)控到數(shù)字監(jiān)控,實現(xiàn)了數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)的一次飛躍,目前最先進的技術(shù)就是通過專用視頻服務(wù)器(瘦服務(wù)器)把模擬圖像信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信號后上網(wǎng),同時通過管理程序?qū)Χ鄠€視頻流進行統(tǒng)一管理,獲得授權(quán)的用戶便可以通過網(wǎng)絡(luò)看到任何一個監(jiān)控現(xiàn)場的實時圖像,并且可以控制監(jiān)視器的視角和焦距。

二、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點

(一)以平臺為核心,以網(wǎng)絡(luò)為紐帶。我們現(xiàn)在的安防系統(tǒng)以及工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控崗位,靠人力已經(jīng)不能解決大規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)的管理問題了,所以打造一個管理平臺的需求就顯得非常迫切。一個好的管理平臺可以將所有的攝像頭納入管理,將所有的報警點納入管理,將所有的編解碼設(shè)備納入管理,將所有的后臺服務(wù)器納入管理,從而使得整套系統(tǒng)能夠順暢運行。

(二)接入多個不同的設(shè)備,實現(xiàn)互聯(lián)互通。由于安防系統(tǒng)過去以獨立的小規(guī)模應(yīng)用為主,造成了設(shè)備的生產(chǎn)廠家非常眾多,而且各個廠家都有自己的一套編解碼和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)淖龇ā＿@要求大型監(jiān)控系統(tǒng)平臺能夠接入多家廠商的設(shè)備。一者保護用戶原有的投資,充分利用現(xiàn)有資源,避免資源浪費;二者在用戶在新系統(tǒng)建設(shè)時減少投入提供解決辦法。

三、數(shù)字視頻遠程監(jiān)控技術(shù)

數(shù)字化視頻可以在計算機網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng)或廣域網(wǎng))上傳輸圖像數(shù)據(jù),基本上不受距離限制,信號不易受干擾,可大幅度提高圖像品質(zhì)和穩(wěn)定性;數(shù)字視頻可利用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)帶寬可復(fù)用,無須重復(fù)布線。

(一)組播技術(shù)。在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸中,大都采用點對點的傳輸方式,這種方式比較可靠,但對于一點向多點傳輸相同的數(shù)據(jù)的情況下,這種方式就不能充分利用帶寬,使傳輸?shù)穆窋?shù)有限。以確保需要數(shù)據(jù)的用戶能夠得到所需的數(shù)據(jù);采用IP組播就是為了解決這個棘手問題而開發(fā)出來的。IP組播采用了組地址的概念,把需要視頻流數(shù)據(jù)的用戶編入用戶組,并利用一些高級的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來確保最經(jīng)濟地利用帶寬,把數(shù)據(jù)通過用戶組傳遞給真正需要的用戶。

目前,IP Multicast是使用最廣泛的傳輸技術(shù)。IP Multicast組播是一種合理利用網(wǎng)絡(luò)資源和頻譜帶寬的技術(shù),它是標準IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)的一個擴展。IP組播的核心思想是:通過一個IP地址(組播地址)向一組主機發(fā)送同一個數(shù)據(jù)包(UDP包),即一對多的工作方式。發(fā)送方僅僅需要向一個組播地址發(fā)送一份信息,就能保證所有的接收方(前提是必須加入到同一組播)能夠收到相同的信息。組中的成員是動態(tài)的,可以根據(jù)自己的意愿隨時加入、離開,并且,每臺主機可以同時加入到多個組中去。IP組播技術(shù)可以有效地避免由于重復(fù)發(fā)送造成的發(fā)送方負擔(dān)過重以及廣播風(fēng)暴,組播數(shù)據(jù)可以突破路由器的限制,將數(shù)據(jù)包發(fā)送到不同的物理網(wǎng)段。

(二)視頻數(shù)據(jù)的壓縮解壓縮技術(shù)。數(shù)字視頻圖像數(shù)據(jù)巨大,傳輸極其不便。視頻圖像播放的關(guān)鍵是做到平滑顯示,幀率一般應(yīng)為22～30幀/s。低于20幀/s,就會感到視頻跳動。因此要實時顯示,其關(guān)鍵在于保證圖像更新的幀速率不小于20幀/s。但是,假設(shè)1幅640*480中分辨度的彩色圖像(24bit/像素),則其數(shù)據(jù)量為0.92MB,如果以每秒30幀的速度播放,則視頻信號的數(shù)碼率就高達27.6Mbps。顯然,視頻壓縮技術(shù)數(shù)字化是壓縮技術(shù)的關(guān)鍵。目前,適用于遠程視頻監(jiān)控的圖像壓縮標準有H.261,MPEG-1。兩者的核心技術(shù)都是離散余弦變換及運動補償算法,它的主要思想是通過減少每幀圖像間時間上和空間上的冗余性和相關(guān)性信息來減少數(shù)據(jù)量。H.261適合在64-384Kbps的低帶寬下傳輸實時視頻圖像、但圖像質(zhì)量不理想;MPEG-l在800KbPs-2Mbps的傳輸速率下圖像清晰度能達到較好的圖像效果。用戶可根據(jù)不同的場合和需求選用不同的壓縮標準。

(三)多線程技術(shù)在視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸中,發(fā)送方和接收方工作步驟如下:

1.啟動視頻壓縮卡;

2.取出復(fù)合數(shù)據(jù)流(視頻流和音頻流的復(fù)合流);

3.復(fù)合數(shù)據(jù)流的打包、傳輸;數(shù)據(jù)流的接收;

4.對數(shù)據(jù)進行解碼、播放。

因此,如果采用單線程工作方式,發(fā)送和接收播放就不能同時進行。采用系統(tǒng)的搶先式多線程任務(wù)機制,采用線程這個最小執(zhí)行體作為CPC分配時間的實體,同時運行多個線程,并且按線程的優(yōu)先級別調(diào)度多個線程。這樣在發(fā)送方“取流”和“傳輸”共享與同一內(nèi)存區(qū)域,采用多個線程同時進行“取流”和“傳輸”等幾個過程,提高了CPC的利用率,保證了系統(tǒng)的實時性。接收方“接收”和“播放”同時進行,保證了畫面的連續(xù)性。

四、遠程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

在監(jiān)控領(lǐng)域中、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化是一種趨勢,可廠泛應(yīng)用在電信、電力、交通、銀行等領(lǐng)域。利用各種數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)如:DDN、ISDN、E1、xDSL,把經(jīng)過數(shù)字化壓縮、編碼的視頻、音頻、報警感應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸置監(jiān)控中心,中心的計算機對各種數(shù)據(jù)進行解壓縮、解編碼同時回放視頻、音頻,對報警事件進行告警處理。

隨著TCP/IP技術(shù)與視頻編碼技術(shù)各個領(lǐng)域都得到發(fā)展和應(yīng)用,基于IP技術(shù)與圖像編碼技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)必將電信、電力、交通、銀行等領(lǐng)域的安全及生產(chǎn)監(jiān)控上得到更廣泛的應(yīng)用,超媒體的綜合自動化系統(tǒng)在不久的將來將會成為主流。在現(xiàn)今的社會,數(shù)字視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展也將標志著一個國家、一個產(chǎn)業(yè)的進步程度,它的發(fā)展對世界工業(yè)的發(fā)展進程來說起著舉足輕重的作用。

參考文獻:

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