柳燕銘

[摘要]從模擬監(jiān)控系統(tǒng),數字化監(jiān)控系統(tǒng)到網絡監(jiān)控系統(tǒng),視頻監(jiān)控系統(tǒng)近幾年得到很大的發(fā)展。分析數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點,并詳細介紹數字視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)關鍵技術以及在工業(yè)控制等領域的應用。

[關鍵詞]數字視頻遠程監(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)生產自動化的關鍵。利用視頻會議系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控,可以全面監(jiān)視生產現(xiàn)場,迅速及時地對各種情況作出相應的反應,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,使工作和學習變得更加方便輕松。

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

網絡多媒體技術的發(fā)展導致了基于IP技術的網絡遠程現(xiàn)場視頻瀏覽應運而生。從模擬監(jiān)控到數字監(jiān)控,實現(xiàn)了數字視頻監(jiān)控技術的一次飛躍,目前最先進的技術就是通過專用視頻服務器(瘦服務器)把模擬圖像信號轉化為數字圖像信號后上網,同時通過管理程序對多個視頻流進行統(tǒng)一管理,獲得授權的用戶便可以通過網絡看到任何一個監(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、數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點

(一)以平臺為核心,以網絡為紐帶。我們現(xiàn)在的安防系統(tǒng)以及工業(yè)生產監(jiān)控崗位,靠人力已經不能解決大規(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,將所有的編解碼設備納入管理,將所有的后臺服務器納入管理,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)模應用為主,造成了設備的生產廠家非常眾多,而且各個廠家都有自己的一套編解碼和網絡傳輸的做法。這要求大型監(jiān)控系統(tǒng)平臺能夠接入多家廠商的設備。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)建設時減少投入提供解決辦法。

三、數字視頻遠程監(jiān)控技術

數字化視頻可以在計算機網絡(局域網或廣域網)上傳輸圖像數據,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和穩(wěn)定性;數字視頻可利用計算機網絡聯(lián)網,網絡帶寬可復用,無須重復布線。

(一)組播技術。在傳統(tǒng)的網絡傳輸中,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據的情況下,這種方式就不能充分利用帶寬,使傳輸的路數有限。以確保需要數據的用戶能夠得到所需的數據;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,把需要視頻流數據的用戶編入用戶組,并利用一些高級的網絡協(xié)議來確保最經濟地利用帶寬,把數據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。IP Multicast組播是一種合理利用網絡資源和頻譜帶寬的技術,它是標準IP網絡協(xié)議技術的一個擴展。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)送同一個數據包(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組播技術可以有效地避免由于重復發(fā)送造成的發(fā)送方負擔過重以及廣播風暴,組播數據可以突破路由器的限制,將數據包發(fā)送到不同的物理網段。

(二)視頻數據的壓縮解壓縮技術。數字視頻圖像數據巨大,傳輸極其不便。視頻圖像播放的關鍵是做到平滑顯示,幀率一般應為22～30幀/s。低于20幀/s,就會感到視頻跳動。因此要實時顯示,其關鍵在于保證圖像更新的幀速率不小于20幀/s。但是,假設1幅640*480中分辨度的彩色圖像(24bit/像素),則其數據量為0.92MB,如果以每秒30幀的速度播放,則視頻信號的數碼率就高達27.6Mbps。顯然,視頻壓縮技術數字化是壓縮技術的關鍵。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性信息來減少數據量。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。用戶可根據不同的場合和需求選用不同的壓縮標準。

(三)多線程技術在視頻數據傳輸的應用。在數字視頻網絡傳輸中,發(fā)送方和接收方工作步驟如下:

1.啟動視頻壓縮卡;

2.取出復合數據流(視頻流和音頻流的復合流);

3.復合數據流的打包、傳輸;數據流的接收;

4.對數據進行解碼、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)先級別調度多個線程。這樣在發(fā)送方“取流”和“傳輸”共享與同一內存區(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)的應用

在監(jiān)控領域中、數字化和網絡化是一種趨勢,可廠泛應用在電信、電力、交通、銀行等領域。利用各種數據通信網絡如:DDN、ISDN、E1、xDSL,把經過數字化壓縮、編碼的視頻、音頻、報警感應數據傳輸置監(jiān)控中心,中心的計算機對各種數據進行解壓縮、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技術與視頻編碼技術各個領域都得到發(fā)展和應用,基于IP技術與圖像編碼技術的視頻監(jiān)控系統(tǒng)必將電信、電力、交通、銀行等領域的安全及生產監(jiān)控上得到更廣泛的應用,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。

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