嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻應用技術(shù)的研究與實現(xiàn)

四川信息職業(yè)技術(shù)學院 胡德清

一、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控體系

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控體系由于所應用的場所不同可以設(shè)計出不同的系統(tǒng)，本文介紹的是一種典型的系統(tǒng)是由監(jiān)視設(shè)備對遠景畫面及聲音進行采集，經(jīng)由視頻線經(jīng)編碼器編碼后，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包發(fā)至遠程監(jiān)控服務器，服務器再將收到的數(shù)據(jù)包發(fā)往解碼器或PC進行解碼。因而，PC可以通過登錄服務器實行遠程監(jiān)控，并可在局域網(wǎng)內(nèi)配置多臺解碼器，將解碼后的數(shù)據(jù)流輸出至電視墻。還可通過配置數(shù)字錄像器進行錄像和視頻點播功能。視頻監(jiān)控系統(tǒng)由以下幾個單元組成：

①編碼器，能夠?qū)崟r采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進行編碼，再通過公共網(wǎng)絡(luò)或內(nèi)部網(wǎng)進行傳輸，從而為外圍監(jiān)控設(shè)備（防盜儀、攝像機等）提供接口；

②解碼器，能夠從網(wǎng)絡(luò)中收到的音頻、視頻數(shù)據(jù)經(jīng)由編碼器編碼的數(shù)據(jù)包進行解碼，并將其還原成模擬信號，通過顯示和聲音設(shè)備實時了解所控制區(qū)域發(fā)生的情況；

③服務器，是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心，登陸服務器的用戶需要經(jīng)過認證，使用瀏覽器（IE）可以獲得多個畫面的影象，并對其他各單元（電視墻、錄像、視頻監(jiān)控等）進行控制；

④數(shù)字錄像器，能夠?qū)⑴臄z下的數(shù)據(jù)文件進行錄入，具有點播和回放等功能；

⑤客戶端，主要指PC，客戶端的功能實現(xiàn)主要通過服務器來操作；

⑥電視墻，能夠?qū)⒔獯a后的模擬信號在屏幕上顯示的設(shè)備。

二、嵌入式技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)是指具有計算機功能卻不是計算機的設(shè)備，它不是PC系統(tǒng)，是一種應用型的專用處理系統(tǒng)。可以說，嵌入式技術(shù)是集軟硬件為一體，它的工作方式像PC的BIOS，軟件代碼小能夠自動運行，因此，具有自動化和速度快等顯著特點，適用于多任務場景。嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是各種芯片的繼承，采用專用的操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以集成各種接口，是一體化設(shè)計的設(shè)備，這種設(shè)備具有體積小、功耗小、便于安置在各種環(huán)境等特點。由于視頻信息之間的傳遞是采用數(shù)字信號，數(shù)據(jù)的采集與服務器之間信號的傳輸通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，因而，不用進行模擬線路的鋪設(shè)。嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)有如下優(yōu)點：

①可以應用于廣泛的區(qū)域；②可建構(gòu)環(huán)境復雜的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；③性能穩(wěn)定，可實現(xiàn)自動化管理。

三、嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控架構(gòu)

(一)終端編解碼

終端模塊需要實現(xiàn)監(jiān)控的各項功能，包括編解碼和信號傳輸、警告控制、攝像頭控制、字幕顯示，并能進行各種參數(shù)的配置。例如，將編好的軟件嵌入到編碼器中，對編碼器的算法進行優(yōu)化，所獲得的圖像質(zhì)量就會得到大幅度地提高，并可以適應高達2Mbps的帶寬進行傳輸。終端模塊由以下幾部分組成：

①調(diào)度模塊是總控部分，由它實現(xiàn)各功能模塊的調(diào)用，采用回調(diào)形式。當調(diào)度模塊實現(xiàn)調(diào)用功能時，調(diào)度模塊先發(fā)送通知信息，然后由回調(diào)模塊決定采用何種處理策略，這樣可以減少耦合性的發(fā)生；

②協(xié)議模塊主要負責服務器和終端的通信，是兩者相互聯(lián)系的橋梁，他們之間的通信采用TCP/IP協(xié)議，碼流則采用RTP/RTCP協(xié)議，由調(diào)度模塊發(fā)送至服務器；

③配置模塊主要負責參數(shù)的設(shè)置與生成；

④編解碼管理模塊負責對模擬信號進行編解碼，編解好的密碼再由調(diào)度模塊來負責上傳；

⑤串口管理提供通道，主要負責對現(xiàn)場的攝像頭進行控制及數(shù)據(jù)采集；

⑥警告管理產(chǎn)生警告信息，調(diào)度模塊既可以使客戶端產(chǎn)生警告信息，還可以通過字幕模塊顯示警告信息；

⑦字幕模塊，根據(jù)視頻源端口的設(shè)備進行字幕顯示，對編解碼信息加字幕、顯示時間及移動警告字幕。

(二)多點控制單元（MCU）

由于服務器要和各功能單元進行連接，要起到多點控制的功能。因此，服務器的軟件模塊就采用“多點控制單元”或MCU（Multipoint Control Unit）。例如，在大型的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，會出現(xiàn)多個中心服務器，因此需要他們之間產(chǎn)生級聯(lián)的關(guān)系，這樣就可以通過創(chuàng)建過個線程（上級MCU模塊、下級MCU模塊、監(jiān)控模塊、編解碼模塊、客戶端模塊等等）來處理相應模塊的消息。MCU是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它負責信息指令的收發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā)，信息處理量非常大。MCU可以同時允許多個用戶登陸，當用戶集中登陸系統(tǒng)時，如采用單播方式會使得MCU超負荷運作，導致數(shù)據(jù)的收發(fā)延遲現(xiàn)象非常嚴重，同時路由器的鏈路也會嚴重損耗帶寬。為了解決這一問題，系統(tǒng)可以采用以組播方式建立網(wǎng)絡(luò)，使得MCU發(fā)出的信息可以同時讓多個客戶端共享，此外還可以增加一個組播組，當多個用戶進行相同操作時，只需要向組播組的地址發(fā)送一條指令就可以了，采用了這種方式可以有效節(jié)約大量帶寬。MCU采用的嵌入式硬件和操作系統(tǒng)可以保證其長時間穩(wěn)定、安全地工作，極少出現(xiàn)故障，有效避免一些因為設(shè)備故障老化所帶來的安全隱患。

(三)用戶管理模塊（UM）

用戶管理模塊又稱UM模塊是整個系統(tǒng)中一個相對獨立的模塊，它主要是為了實現(xiàn)統(tǒng)一的用戶管理功能，這樣可以有效避免各模塊之間的相互影響，從而具有良好的耦合度。其可以實現(xiàn)多個用戶管理功能、設(shè)備管理功能、用戶操作權(quán)限管理功能、針對一組用戶（單位客戶）進行管理、警告管理功能、日志管理功能等等。用戶管理模塊的信息存儲于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫之上，架構(gòu)在獨立的服務器之上，通過數(shù)據(jù)訪問技術(shù)（SQL Server）對數(shù)據(jù)庫進行操作。當用戶需要查詢數(shù)據(jù)時，MCU會轉(zhuǎn)發(fā)用戶請求給用戶管理模塊，用戶管理模塊會調(diào)取相應的結(jié)果再通過MCU轉(zhuǎn)發(fā)給用戶。

(四)數(shù)字錄像服務器

數(shù)字錄像服務器是為了事后查詢而采用的設(shè)備，其主要有兩大功能：

①錄像功能。攝像頭將拍攝到的實時畫面以模擬信號傳至編碼器。編碼器對其按照預先設(shè)定好的幀數(shù)和分辨率將這些數(shù)據(jù)進行編碼，并將數(shù)據(jù)壓縮成數(shù)字信號，再切分成數(shù)據(jù)包形式通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)到服務器。服務器接受到數(shù)據(jù)包后，直接傳送至錄像服務器。錄像服務器接收到數(shù)據(jù)包之后，將其轉(zhuǎn)換成媒體數(shù)據(jù)，并寫成ASF文件格式進行存儲。

②點播功能。將ASF文件從數(shù)據(jù)庫之中讀取之后，將它轉(zhuǎn)換成RTP數(shù)據(jù)包，以數(shù)據(jù)包的形式通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至服務器。服務器將數(shù)據(jù)包組合成多媒體數(shù)據(jù)，還是以幀數(shù)為的單位，發(fā)送到客戶端進行解碼，再將其進行解碼轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)據(jù)在顯示設(shè)備（電視墻、PC顯示器等）之上顯示。

(五)網(wǎng)絡(luò)服務器與客戶端

客戶端界面為了方便用戶的操作，采用ActiveX設(shè)計成一個OCX對話框控件，并將這個對話框控件插入到網(wǎng)頁中，這個網(wǎng)頁就是嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務器的主頁面。用戶可以通過PC訪問這個網(wǎng)頁，通過與MCU的連接來瀏覽監(jiān)控畫面及控制攝像頭等操作。用戶進行現(xiàn)場監(jiān)控時，所使用的瀏覽器平臺與服務器所運行的嵌入式平臺相互獨立，從而可以方便實現(xiàn)跨平臺的操作。因而，當用戶瀏覽遠程監(jiān)控畫面時，不需借助任何其他的軟件，只需觀看瀏覽器的顯示畫面即可。

四、結(jié)語

建立在嵌入式編解碼器和嵌入式服務器基礎(chǔ)上的平臺，通過采用上述方式的架構(gòu)，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化的遠程監(jiān)控效果。這種架構(gòu)方式的應用面很廣，如在城市交通中的應用，就是一個典型的例子。只需在各交通路段口安置一個攝像機，采用多倍自動光圈和全方位主動技術(shù)，利用嵌入式編碼器以互聯(lián)網(wǎng)的方式與監(jiān)控中心的嵌入式服務器相連。在監(jiān)控中心安置一臺大型的可以同時支持多達2000個編解碼器的嵌入式服務器，確保數(shù)據(jù)流暢的收發(fā)，同時再配置多臺數(shù)字錄像服務器，可以對遠程監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控的視頻畫面進行錄像，以備后期的點播與取證之用。該系統(tǒng)可以實行24小時全天候不間斷的錄像。通過互聯(lián)網(wǎng)的連接，用戶可以對路況進行實時監(jiān)控，并通過服務器的授權(quán)進行遠程調(diào)控。

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