視頻一體化在智能建筑中的應用

聞 鋒

(上海建筑設計研究院有限公司，上海 200041)

視頻一體化在智能建筑中的應用

聞 鋒

(上海建筑設計研究院有限公司，上海 200041)

本文從當今智能建筑的發展趨勢引出視頻一體化的需求,及目前智能建筑中視頻及多媒體應用的現狀,并提出實現視頻一體化的關鍵要素,列舉了視頻一體化的應用實例。

視頻一體化 智能建筑 網絡

0 引言

在當今信息化社會,計算機通信技術和網絡技術的不斷發展,自動化信息處理能力的逐漸提高，使得信息化技術在社會生產和生活中的各個領域得到了廣泛的應用。

在信息發布、視頻會議、視頻監控和數字電視系統中都存在視頻信息的傳輸，然而由于不同程度的技術瓶頸和行業壟斷的緣故，各系統獨立運行，視頻資源不可共享。然而信息化社會需要的是一個集成、統一、一體化的視頻通信服務平臺，通過系統整合可以實現現有資源的最大化利用，大規模的高清視頻通信將是未來信息化和數字化建設的核心。

視頻一體化是建立在高速網絡、云計算及智能終端等先進技術的基礎上,其核心是用戶在不同環境中,通過網絡與云端交互,獲取所需要的信息和應用服務。視頻一體化能夠實時傳輸大規模的、高品質的視頻流媒體。

1 現狀及挑戰

1)視頻監控系統

視頻監控系統在智能樓宇安全防范中意義非常重大，傳統的模擬視頻監控系統逐漸暴露出缺陷，如圖像質量較差、施工維護復雜、擴展難度大等。

越來越多的用戶希望能夠通過電腦或手機等終端進行遠程監控，并要求高質量的圖像和實時顯示，這就需要數字圖像網絡化，最好能采用現有的內部局域網，若距離較遠，無法鋪設寬帶網，則需要采用電信ISDN網絡進行遠程視頻監控。通常用戶都希望能夠將所有遠端視頻畫面實時傳回到控制中心進行集中監控，但需要巨大帶寬，不可實現。

2)視頻會議系統

視頻會議系統主要由多點控制單元MCU、會議終端設備、網關、網守(可選項)、傳輸信道及網絡接口等組成。會議終端一方面接收會議現場的模擬音視頻和VGA輸入，通過壓縮編碼與控制信息一起復用打包成數據流，通過網絡傳輸到MCU或其他會議終端；另一方面,接收其他會議終端的數字碼流信號,通過解壓縮分別輸出其他會議現場的音視頻和VGA信號到本地會場的顯示設備和音響設備。

傳輸通道是將圖像、聲音及各種圖表、數據等信息可靠、高質量地傳輸給視頻會議的與會人員的通信網絡。通信網絡主要采用TCP/IP網絡傳輸，高清視頻會議系統對帶寬要求較高，以便支持1 920×1 080分辨率、30幀/s(1 080p)的高清視頻，核心設備應設置QoS帶寬保證，確保電視會議實時帶寬需求，不會因瞬間或一段時間其他應用系統占用消耗網絡帶寬而無法確保高清視頻會議質量。

3)多媒體信息發布系統

多媒體信息的多樣化和海量存儲是當今時代的信息化特性，面對各種媒體信息的極速增長，將各種多媒體內容(文字、圖片、音視頻、動畫及文檔等)整合在一個動態、有效、互動式的多媒體平臺上，同時達到便捷的組織管理、發布演示和存儲檢索。

2 關鍵要素

1)視頻數據編碼及壓縮解壓縮技術、視頻處理運算技術

在視頻一體化過程中，所占用的寬帶和視頻圖像質量的矛盾從始至終，如果要解決存在的矛盾，需要在保證視頻圖像質量的前提下，想方設法降低寬帶占用,如采用更有效的壓縮編碼方式。

目前視頻流傳輸中最為重要的編解碼標準有運動靜止圖像專家組的M-JPEG、國際標準化組織運動圖像專家組的M-PEG系列、以及標準國際電聯的H.264標準。視頻監控和多媒體領域中的編碼方式以MPEG-4、H.264為主。

H.264標準是一個新的數字視頻編碼標準，集成了以往編碼標準的優點,采用統一的VLC符號編碼，多模式、高精度的位移估計，具有較高的容錯能力、高質量的網絡應用,基于4×4塊的整數變換、分層的編碼語法等,繼承了以往編碼標準積累的經驗，壓縮比效率顯著提高,具有很高的編碼效率，系統更完善，比H.263減少50%的比特率。H.264的碼流結構具有較強的網絡適應性和差錯恢復能力，因此能夠較好的適應當今IP技術及無線網絡的實際應用,目前監控行業多采用H.264標準。另外，在某些特殊場合也會使用M-JPEG以便獲得最好的圖像質量。

一些先進的編解碼技術還沒有應用在視頻編碼中，如可伸縮視頻編解碼、多視點視頻編碼等。需要進一步加強對編解碼前沿技術的研究。

2)寬帶網絡技術

基于多個功能的一體化視頻系統必然要面對大規模的多媒體及視頻流。當網絡過載或擁塞時，要確保重要業務量不受延遲或丟棄并且網絡的高效運行，就需要設置完善的QoS服務，包括專用帶寬、抖動控制和延遲、丟包率的改進以及不同WAN下的指定網絡流量等，同時確保為每種流量提供的優先權不會阻礙其他流量的進程。

在視頻一體化架構下，需保證的關鍵指標包括帶寬、時延和丟包率，這需要根據實際情況分配合適的帶寬。語音和視頻圖像是非常不能容忍時延的，當延時達到200～250ms時，交互式會話是比較困難的，為了提供高質量的語音及視頻服務，網絡設備必須保證低延時。同樣，圖像丟包率嚴重時將會造成圖像的干擾和卡頓。

3)智能處理技術的成熟運用

近年來，伴隨著安防系統技術的發展，網絡數字視頻監控逐漸替代了傳統模擬式視頻監控，安防業與IT業不斷交叉融合，促使智能視頻分析技術不斷發展。采用視覺圖像分析技術,根據用戶需求定制視頻內容分析功能項,將攝像機場景內目標與場景分離并追蹤,實現報警及一系列聯動措施；以人員身份信息和行為事件為核心,對人員活動、物品流動、信息交互和應急事件等自動進行監控管理。實際場景中目標運動軌跡的無規則性、場景的凌亂程度、光照的不同都會給視頻分析增加難度，數字化視頻監控對現場狀況進行快速判斷和智能分析,對符合設定條件的狀況給予放行,對不符合設定條件的狀況給予拒絕，并自動發出報警信號，以供決策者參考。

安防的智能化分析不僅能提供車型、車牌、人臉、軌跡的識別，還能實現方向跟蹤、滯留分析、統計和丟失報警等功能,能全方位地記錄現場復雜場景、不同報警信息、歷史事件等，并將各種行為事件及報警信息以數字化方式存儲，用戶可以通過網絡化方式實現不同功能類型的服務需求。

3 應用

視頻一體化服務平臺可以容納視頻監控、信息發布、互動電視、視頻會議、ICU探視、視頻教學等子系統，可以實現視頻、音頻、數據的統一管理和靈活使用。視頻一體化可以在多種功能建筑中應用，如醫院、學校及辦公樓等，下面列舉兩個典型的實例。

1)數字化醫院

視頻一體化應用于醫院及相關醫療工作可以較好地幫助醫院實現數字化目標，將醫院內信息發布、數字電視、遠程醫療、排隊叫號、VOD點播、視頻監控等統一在一個管理平臺上實現。將醫療信息及管理信息以數字化方式采集、傳輸、處理及存儲，建立數字化運作的醫院信息體系和業務流程。

數字化醫院的一體化視頻平臺包含醫療視頻服務系統、公共信息服務系統及智能監控系統。所有的功能和服務可以在局域網內任意一個終端授權實現，醫療視頻服務是數字化醫院的一個重要環節，通過在智能化病床的終端實現視頻通訊、遠程陪護、ICU探視及其他各種提醒服務。公共區域的信息服務包括排隊叫號、候診區信息發布、掛號信息查詢等。智能監控可以通過桌面電腦或其他終端實時了解任何監控區域的圖像，便于領導掌握情況作出管理決定。

視頻一體化在醫療衛生領域的充分應用，有助于提高服務質量、工作效率和管理水平，實現醫院資源整合、流程優化，降低運行成本。

2)數字化學校

在各類教室、實驗室設置監控點，用于記錄實驗過程和授課過程，可保存作為今后的授課資料。在學術討論區、討論室、報告廳、展覽廳設置監

控點，用于記錄在此開展或舉辦的學術討論會、學術發表會及學術成果展等，作為今后教學或者宣傳及展示的資料。充分利用網絡技術和視頻多媒體技術將整個學校變成以學生為中心的學習環境。通過網絡及資源的融合，不斷改善教學資源和環境，教師可以開展可視化教學，也可以通過交互、寫作的資源引導學生互動式學習，實現學校資源的最大化利用，職能管理最大整合優化,給師生創造出最便利的生活學習環境。

4 結束語

視頻一體化呈現出不斷發展的趨勢，在一個平臺上實現所需要的所有視頻服務，并可以根據需要不斷地擴展新的服務。其中，用戶的體驗最為重要，因此從根本上解決通信網絡和多媒體技術的融合尤其重要。

[1] 陳于平.多媒體視頻會議系統的關鍵技術與核心設備[J].智能建筑,2008,11: 53-58.

[2] 杜明芳.智能建筑系統集成[M].北京：中國建筑工業出版社,2009.

聞 鋒

畢業于華中科技大學，碩士學位。曾獲現代建筑設計集團優秀電氣專業設計一等獎，浦東新區2013年度建設工程設計質量綜合優秀獎等。負責的項目有廈門國際中心，上海國際金融中心等。

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