多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究

王 燁

(石家莊醫學高等專科學校，石家莊 050000)

多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究

王 燁

(石家莊醫學高等專科學校，石家莊 050000)

隨著視頻技術、網絡技術與數字技術的飛速發展，多媒體混合應用向數字化與網絡化轉變；嵌入式網絡與多媒體技術二者相結合的優勢愈加明顯；現代日常生活工作中，視頻監控系統已成為保障生活、工作、學習安全、維護正常秩序的重要組成部分；傳統的視頻監控系統采用原始的視頻編碼與網絡傳輸技術，存在視頻數據噪點高、數據源封裝包資源大、網絡交互資源消耗大、延遲高等問題，不利于多群組大面積監控系統架構；根據問題產生的原因，提出多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統的研究；通過采用視頻編碼單元、網絡編碼單元與儲存壓縮算法，對傳統視頻監控系統進行整體修復改進；仿真實驗表明，提出的多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究方法，具有視頻清晰度高、視頻源封裝資源小、網絡傳輸速度快、延遲小的優點。

多媒體技術；嵌入式網絡；視頻監控系統；編碼

0 引言

近年來，隨著視頻技術、網絡技術、數字技術及多媒體壓縮技術的飛速發展，信息化城市建設進程不斷趨于完善，促使網絡化平臺向高速大數據時代邁進，網絡已經成為人們日常生活、工作、學習的重要組成部分。基于網絡的視頻監控技術應運而生。利用網絡數據傳輸的點對點特性與數據調用查看的實時性[1]，視頻監控系統正被越來越多的企業、工廠、學校、家庭所接受。但在長期的實踐應用中發現，傳統的視頻監控系統存在前端數據采集鏡頭的數據采集量標準不一[2-3]，視頻監控系統內部的視頻處理編碼邏輯運算率過低[4]，導致監控視頻采集處理后，封裝視頻源單一文件體積過大[5]，直接造成硬件儲存資源的過多消耗。同時，由于視頻封裝編碼的邏輯嚴謹性欠缺[6]，致使網絡傳輸過程中的協議擁堵，出現視頻調取、播放的數據高延遲[7]、畫面不同步的現象。

針對問題產生根源，結合現有的多媒體技術與網絡傳輸技術，提出多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究。采用視頻編碼單元中的EFN-D視頻編碼算法，對傳統視頻監控系統的視頻源運算封裝編碼進行邏輯重組，抑制視頻運算中的噪點數據沒提升畫質，達到解決傳統視頻監控系統中存在的視頻數據噪點高的問題；采用網絡編碼單元設計中的嵌入式RGFB同傳算法，對傳統視頻監控系統的數據傳輸架構進行底層替換，構建全新的數據傳輸架構，優化網絡傳輸吞吐量，提升數據交互成功率，從而解決傳統視頻監控系統的網絡延遲問題[8]；最后，利用儲存壓縮算法對封裝的視頻源進行算法轉換，利用視頻源封裝編碼作為介質，直接引入視頻源參數，利用儲存壓縮算法整體替換封裝編碼做最后執行封裝處理，達到對監控視頻向量容器的壓縮處理，實現縮減視頻文件體積的目的，解決傳統視頻監控系統存在的數據源封裝包資源大的問題。

通過仿真實驗證明，提出的多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究方法，具有視頻清晰度高、視頻源封裝資源小、網絡傳輸速度快、延遲小的優點。

1 多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究

1.1 視頻編碼單元設計

視頻編碼單元，完全固化在視頻采集端硬件主控芯片上。監控視頻系統的視頻采集端硬件采用多媒體技術執行標準，利用硬件的高性能處理能力，為視頻編碼單元設計中的EFN-D視頻編碼算法運行提供平臺保障[9-10]。傳統的視頻監控系統架構如下所示：

圖1 傳統的視頻監控系統架構

傳統的視頻監控系統由監控現場采集設備、嵌入式硬盤機錄像機、圖像服務器、監控終端構成，在架構中，監控現場采集設備的職能只有視頻采集這單一動能，不對采集的視頻源數據進行運算處理[11]。視頻清晰度完全取決于監控現場的采集設備感光元件等級，導致諸多普通監控現場視頻采集設備采集的視頻源數據噪點過多，生成視頻畫面效果差的直接原因。

提出的多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究方法中的視頻編碼單元，完全固化在視頻采集端硬件主控芯片上。在采集視頻源的同時，利用自身的EFN-D視頻編碼算法對視頻數據進行噪點抑制運算處理，屏蔽視頻數據中的噪點源，提升視頻數據向量容器編碼的純凈度，對傳統視頻監控系統的視頻源運算封裝編碼進行邏輯重組，添加采集端處理邏輯機制，降低嵌入式網絡對視頻編碼處理強度，節省嵌入式網絡資源開消，使網絡資源力集中用于數據傳輸方面[12]。EFN-D視頻編碼算法關系式如下所示：

poly_pointer get_node(void)

{ /* provide a node for use */

poly_pointer node

if (avail) {//

node = avail

avail = avail→link; //AVAIL

} else {//

node = (poly_pointer) malloc(sizeof(poly_node))

if (IS_FULL(node)) {

fprintf(stderr, “The memory is full ”)

exit(1);

}

} retu

視頻編碼單元內部視頻源采集處理運行邏輯機制如圖2所示。

圖2 視頻編碼單元內部視頻源采集處理運行邏輯機制

對視頻編碼單元進行性能穩定性仿真測試，測試時間為24小時，采用隨機抽取20組視頻編碼制式為MPEG-4 AVC的監控視頻的方式。對比傳統視頻監控系統監控現場采集端設備采集視頻源與采用視頻編碼單元改進的監控現場采集設備，采集視頻噪點率與整體性能，具體參數如表1所示。

通過上述表1可以看出，經過視頻編碼單元處理的視頻源的噪點率明顯少于傳統視頻監控系統的監控現場采集設備采集的視頻源。充分證明，視頻編碼單元具有良好的視頻噪點抑制作用，能夠有效提升監控視頻畫面的清晰度。

表1 視頻編碼單元進行性能穩定性測試

1.2 網絡編碼單元設計

傳統的視頻監控系統在視頻數據傳輸與網絡調取方面，采用的是通用G07016GB通訊協議，通過HPI 接口實現的。執行G07016GB協議時，用HPI實現 G07016GB通訊協議。HPI 接口有兩種模式：64位模式和32位模式。32位模式狀態下，傳統的視頻監控系統網絡訪問機制無法直接進行G07016GB協議底層的 DABRAM數據池訪問，而必須調用G07016GB地址數據控制器進行數據寄存操作才能完成數據交互操作[13]。64位模式狀態下，傳統視頻監控系統可網絡訪問機制能夠直接訪問G07016GB的協議底層的 DABRAM數據池，此時，無需進行32位模式對接的握手操作便可完成數據交互，因而傳輸速率更快。但是，傳統的視頻監控系統網絡訪問機制在G07016GB協議載入段采用64位模式，在控制G07016GB協議時，采用32位模式,監控現場采集設備采集的視頻源數據通過HPI接口從 G07016GB協議口傳送到遠端控制器。HPI 接口用1028×64位的數據流緩沖器來提升網絡吞吐量，與網絡服務端建立網絡傳輸通道，其端口協議與傳輸協議保值一致且屬于靜態值。當通訊協議發生變化時，端口數值無法自行作出調整，導致網絡傳視力下降，邏輯機制錯誤，數據傳輸吞吐量降低，節點返回數據延遲增大。

通過對傳統視頻監控系統的數據交互機制的分析，針對傳統視頻監控系統數據協議邏輯引用問題導致的數據傳輸力下降，視頻傳輸節點回傳延遲高的問題，采用網絡編碼單元設計中的嵌入式RGFB同傳算法，對傳統視頻監控系統的數據傳輸架構進行底層替換，構建全新的數據傳輸架構，優化網絡傳輸吞吐量，提升數據交互成功率。

RGFB同傳算法采用Socket編程接口方式寫入視頻監控系統底層數據編碼庫。Socket編程接口方式可以滿足視頻監控系統的監控現場采集設備采集的視頻源在網絡傳輸協議狀態寫多節點并發，提升視頻數據傳輸節點的數據源活動率，改善網絡傳輸能力，降低網絡協議池交互值錯誤率。通過替換傳統視頻監控系統內部參數引入機制，使視頻監控系統的網絡接口參數動態化，標準引入跟隨網絡協議機制參數，達到協議標準與端口參數的統一。RGFB同傳算法運行原理如圖3所示。

為了保證提出的多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究方法網絡編碼單元內的RGFB同傳算法執行穩定，不受外界電磁波因素影響，在RGFB同傳算法寫入同時添加電磁波濾波代碼，進行外圍電磁波抑制性防護，具體代碼簡略如下。

%均值濾波 clc,clear

f=imread('2.bmp')

subplot(221),imshow(f)

f1=imnoise(f,'gaussian',0.002,0.0008)

subplot(222),imshow(f1)

k1=floor(3/2)+1

k2=floor(3/2)+1

X=f1

[M,N]=size(X)

uint8 Y=zeros(M,N)

funBox=zeros(3,3)

for i=1:M-3

forj=1:N-3funBox=X(i:i+3,j:j+3)

s=sum(funBox(:))h=s/9

Y(i+k1,j+k2)=hend

End

Y=Y/255

subplot(223),imshow(Y)

對提出的多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究方法中的網絡編碼單元，進行獨體性能仿真實驗測試。實驗模擬視頻數據生成狀態下，不同大小的節點交互狀態，對比傳統視頻監控系統的數據節點回傳延遲與采用網絡編碼單元處理后的視頻監控系統的數據節點回傳延遲，并對仿真實驗測試結果做出結論。具體測試參數如表2所示。

表2 網絡編碼單元性能測試

由表2的數據對比結果可以充分證明，提出的多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究方法中的網絡編碼單元，在獨體性能測試中表現出色，具有良好的網絡數據傳輸能力，視頻數據節點交互順暢，網絡數據吞吐量提升明顯，延遲大幅度下降，滿足日常使用要求。

1.3 儲存壓縮算法

隨著多媒體技術的發展，視頻監控系統采集處理生成的視頻源參數值越來越高。雖然視頻文件的畫面效果清晰度效果良好，但是視頻文件單體體積龐大，對監控系統的儲存器空間資源消耗巨大，不利于視頻文件的上傳與調用，增加了網絡數據的傳輸負擔。具體視頻文件體積增幅如表3所示。

表3 2007年～2016年監控視頻文件1小時單體體積增幅對照

通過上述數據可以清晰看出，視頻監控系統的監控視頻數據10年間的體積增幅近10倍，2015年與2016年視頻文件單體1小時體積相差200 M以上，可見視頻文件體積過大已成為制約網絡傳輸交互與數據儲存消耗的關鍵問題。

針對傳統視頻監控系統生成的視頻文件體積過大，不利于嵌入式網絡環境下傳輸與調用的問題。提出的多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究方法中，添加了基于多媒體技術針對解決視頻監控系統生成視頻文件體積過大的儲存壓縮算法。儲存壓縮算法基于多媒體技術開發設計，引入視頻壓縮技術優勢，將多媒體技術中的視頻優化與壓縮技術中的封裝壓縮算法邏輯完美結合。在不折損視頻源分辨率參數的前提下，進行視頻容器封裝變量的邏輯性壓縮處理，儲存壓縮算法關系式如下所示。

(1)

式中，d為視頻分辨率系數穩定值；n為視頻分辨率引入條件向量；H為視頻壓縮量；？為動態視頻壓縮關系閾值。？分為大于1、等于1、小于1，三種狀態。當？>1時，視頻壓縮率為60%，關系式如下所示。

(2)

當？<1時，視頻壓縮率為30%，關系式如下所示。

(3)

當？=1時，視頻壓縮率為45%，關系式如下所示。

(4)

對提出的多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究方法中的儲存壓縮算法，進行視頻壓縮性能仿真實驗測試。分別利用傳統視頻監控系統與采用儲存壓縮算法的視頻監控系統進行連續性視頻采集，測試視頻采集時間為24小時，隨機抽取15組數據進行對比，具體參數如表4所示。

通過上述表4中15組隨機時間抽取的傳統視頻監控系統采集視頻文件大小數據與采用儲存壓縮算法處理后的視頻監控系統采集視頻文件大小數據對比可以發現，提出的多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究方法中的儲存壓縮算法，在監控視頻壓縮處理方面具有明顯的優勢，視頻數據文件壓縮效果顯著，體積減小比例高，單體文件占用儲存資源低。從根源解決了傳統視頻監控系統采集視頻文件體積大、儲存器資源占用率高的問題。

表4 儲存壓縮算法視頻壓縮性能對比

2 實驗與結論

為了保證提出的多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究方法在日常生活應用中穩定有效，能夠整體綜合解決傳統視頻監控系統在嵌入式網絡下存在的一系列問題，對其進行綜合行定穩定性仿真實驗測試。測試平臺采用Windows 10平臺，對傳統視頻監控系統與提出的多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統進行對比性測試，并生成綜合性能曲線圖與實驗結論。具體對比性測試實驗項目數據如表5所示。

表5 整體綜合性能對比測試參數

圖4 綜合性能曲線對比

通過上述表1數據與圖4的性能對比曲線可以充分證明，提出的多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究方法具有較強的可操作性，并且能夠在視頻處理、傳輸、儲存三個方面解決傳統視頻監控系統存在的問題。具有資源開銷小、連續性工作穩定性好、故障率低的優點，滿足日常應用與設計改進要求。

3 結束語

針對現今多媒體技術下傳統視頻監控系統在嵌入式網絡使用中存在的問題進行深入分析，并提出了多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究方法。采用視頻編碼單元、網絡編碼單元與儲存壓縮算法對傳統視頻監控系統整體進行修復改進。通過仿真實驗證明，提出的多媒體技術環境下嵌入式網絡視頻監控系統研究方法，具有視頻清晰度高、視頻源封裝資源小、網絡傳輸速度快、延遲小的優點，滿足日常應用與設計改進要求，為視頻監控系統研究與發展提供了新的設計思路。

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UndertheMultimediaEnvironmentEmbeddedNetworkVideoMonitoringSystemResearch

WangYe

(ShijiazhuangMedicalCollege,Shijiazhuang050000,China)

With the video technology, network technology and the rapid development of digital technology, multimedia mixed application of digitization and networking. Embedded network and multimedia technology with the combination of both advantages became apparent. Modern daily life work, video monitoring system has become to ensure the safety of life, work, study, maintain the normal order of important component. Traditional video monitoring system USES the original video coding and network transmission technology, high noise video data, data encapsulation package resources, network interactive resource consumption and high delay problems. For many groups large area monitoring system set up. According to the cause of the problem, put forward under the multimedia environment, embedded network video monitoring system research. By means of video coding, network coding units and storage compression algorithm to overhaul the traditional video monitoring system as a whole. Through the simulation experiments show that under the multimedia environment of embedded network video monitoring system, with high video resolution, video source encapsulation small resources and advantages of the network transmission speed, small delay.

multimedia technology; embedded network; video surveillance system; coding

2017-01-19；

2017-02-16。

王 燁(1983-)，男，內蒙古包頭人，碩士研究生，講師，主要從事計算機技術方向的研究。

1671-4598(2017)04-0091-05DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp

TP

A