聞 鋒

(上海建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 200041)

視頻一體化在智能建筑中的應(yīng)用

聞 鋒

(上海建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 200041)

本文從當今智能建筑的發(fā)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(yīng)用的現(xiàn)狀,并提出實現(xiàn)視頻一體化的關(guān)鍵要素,列舉了視頻一體化的應(yīng)用實例。

視頻一體化 智能建筑 網(wǎng)絡(luò)

0 引言

在當今信息化社會,計算機通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,自動化信息處理能力的逐漸提高，使得信息化技術(shù)在社會生產(chǎn)和生活中的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

在信息發(fā)布、視頻會議、視頻監(jiān)控和數(shù)字電視系統(tǒng)中都存在視頻信息的傳輸，然而由于不同程度的技術(shù)瓶頸和行業(yè)壟斷的緣故，各系統(tǒng)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(tǒng)一、一體化的視頻通信服務(wù)平臺，通過系統(tǒng)整合可以實現(xiàn)現(xiàn)有資源的最大化利用，大規(guī)模的高清視頻通信將是未來信息化和數(shù)字化建設(shè)的核心。

視頻一體化是建立在高速網(wǎng)絡(luò)、云計算及智能終端等先進技術(shù)的基礎(chǔ)上,其核心是用戶在不同環(huán)境中,通過網(wǎng)絡(luò)與云端交互,獲取所需要的信息和應(yīng)用服務(wù)。視頻一體化能夠?qū)崟r傳輸大規(guī)模的、高品質(zhì)的視頻流媒體。

1 現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

1)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)在智能樓宇安全防范中意義非常重大，傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)逐漸暴露出缺陷，如圖像質(zhì)量較差、施工維護復(fù)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(jiān)控，并要求高質(zhì)量的圖像和實時顯示，這就需要數(shù)字圖像網(wǎng)絡(luò)化，最好能采用現(xiàn)有的內(nèi)部局域網(wǎng)，若距離較遠，無法鋪設(shè)寬帶網(wǎng)，則需要采用電信ISDN網(wǎng)絡(luò)進行遠程視頻監(jiān)控。通常用戶都希望能夠?qū)⑺羞h端視頻畫面實時傳回到控制中心進行集中監(jiān)控，但需要巨大帶寬，不可實現(xiàn)。

2)視頻會議系統(tǒng)

視頻會議系統(tǒng)主要由多點控制單元MCU、會議終端設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)守(可選項)、傳輸信道及網(wǎng)絡(luò)接口等組成。會議終端一方面接收會議現(xiàn)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(fù)用打包成數(shù)據(jù)流，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)組CU或其他會議終端；另一方面,接收其他會議終端的數(shù)字碼流信號,通過解壓縮分別輸出其他會議現(xiàn)場的音視頻和VGA信號到本地會場的顯示設(shè)備和音響設(shè)備。

傳輸通道是將圖像、聲音及各種圖表、數(shù)據(jù)等信息可靠、高質(zhì)量地傳輸給視頻會議的與會人員的通信網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)絡(luò)主要采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，高清視頻會議系統(tǒng)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(shè)備應(yīng)設(shè)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(yīng)用系統(tǒng)占用消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬而無法確保高清視頻會議質(zhì)量。

3)多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)

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(nèi)容(文字、圖片、音視頻、動畫及文檔等)整合在一個動態(tài)、有效、互動式的多媒體平臺上，同時達到便捷的組織管理、發(fā)布演示和存儲檢索。

2 關(guān)鍵要素

1)視頻數(shù)據(jù)編碼及壓縮解壓縮技術(shù)、視頻處理運算技術(shù)

在視頻一體化過程中，所占用的寬帶和視頻圖像質(zhì)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(zhì)量的前提下，想方設(shè)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(lián)的H.264標準。視頻監(jiān)控和多媒體領(lǐng)域中的編碼方式以MPEG-4、H.264為主。

H.264標準是一個新的數(shù)字視頻編碼標準，集成了以往編碼標準的優(yōu)點,采用統(tǒng)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(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,基于4×4塊的整數(shù)變換、分層的編碼語法等,繼承了以往編碼標準積累的經(jīng)驗，壓縮比效率顯著提高,具有很高的編碼效率，系統(tǒng)更完善，比H.263減少50%的比特率。H.264的碼流結(jié)構(gòu)具有較強的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性和差錯恢復(fù)能力，因此能夠較好的適應(yīng)當今IP技術(shù)及無線網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用,目前監(jiān)控行業(yè)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(zhì)量。

一些先進的編解碼技術(shù)還沒有應(yīng)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(shù)的研究。

2)寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

基于多個功能的一體化視頻系統(tǒng)必然要面對大規(guī)模的多媒體及視頻流。當網(wǎng)絡(luò)過載或擁塞時，要確保重要業(yè)務(wù)量不受延遲或丟棄并且網(wǎng)絡(luò)的高效運行，就需要設(shè)置完善的QoS服務(wù)，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(wǎng)絡(luò)流量等，同時確保為每種流量提供的優(yōu)先權(quán)不會阻礙其他流量的進程。

在視頻一體化架構(gòu)下，需保證的關(guān)鍵指標包括帶寬、時延和丟包率，這需要根據(jù)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(zhì)量的語音及視頻服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(shù)的成熟運用

近年來，伴隨著安防系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控逐漸替代了傳統(tǒng)模擬式視頻監(jiān)控，安防業(yè)與IT業(yè)不斷交叉融合，促使智能視頻分析技術(shù)不斷發(fā)展。采用視覺圖像分析技術(shù),根據(jù)用戶需求定制視頻內(nèi)容分析功能項,將攝像機場景內(nèi)目標與場景分離并追蹤,實現(xiàn)報警及一系列聯(lián)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(yīng)急事件等自動進行監(jiān)控管理。實際場景中目標運動軌跡的無規(guī)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(shù)字化視頻監(jiān)控對現(xiàn)場狀況進行快速判斷和智能分析,對符合設(shè)定條件的狀況給予放行,對不符合設(shè)定條件的狀況給予拒絕，并自動發(fā)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(xiàn)方向跟蹤、滯留分析、統(tǒng)計和丟失報警等功能,能全方位地記錄現(xiàn)場復(fù)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(shù)字化方式存儲，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)化方式實現(xiàn)不同功能類型的服務(wù)需求。

3 應(yīng)用

視頻一體化服務(wù)平臺可以容納視頻監(jiān)控、信息發(fā)布、互動電視、視頻會議、ICU探視、視頻教學(xué)等子系統(tǒng)，可以實現(xiàn)視頻、音頻、數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和靈活使用。視頻一體化可以在多種功能建筑中應(yīng)用，如醫(yī)院、學(xué)校及辦公樓等，下面列舉兩個典型的實例。

1)數(shù)字化醫(yī)院

視頻一體化應(yīng)用于醫(yī)院及相關(guān)醫(yī)療工作可以較好地幫助醫(yī)院實現(xiàn)數(shù)字化目標，將醫(yī)院內(nèi)信息發(fā)布、數(shù)字電視、遠程醫(yī)療、排隊叫號、VOD點播、視頻監(jiān)控等統(tǒng)一在一個管理平臺上實現(xiàn)。將醫(yī)療信息及管理信息以數(shù)字化方式采集、傳輸、處理及存儲，建立數(shù)字化運作的醫(yī)院信息體系和業(yè)務(wù)流程。

數(shù)字化醫(yī)院的一體化視頻平臺包含醫(yī)療視頻服務(wù)系統(tǒng)、公共信息服務(wù)系統(tǒng)及智能監(jiān)控系統(tǒng)。所有的功能和服務(wù)可以在局域網(wǎng)內(nèi)任意一個終端授權(quán)實現(xiàn)，醫(yī)療視頻服務(wù)是數(shù)字化醫(yī)院的一個重要環(huán)節(jié)，通過在智能化病床的終端實現(xiàn)視頻通訊、遠程陪護、ICU探視及其他各種提醒服務(wù)。公共區(qū)域的信息服務(wù)包括排隊叫號、候診區(qū)信息發(fā)布、掛號信息查詢等。智能監(jiān)控可以通過桌面電腦或其他終端實時了解任何監(jiān)控區(qū)域的圖像，便于領(lǐng)導(dǎo)掌握情況作出管理決定。

視頻一體化在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的充分應(yīng)用，有助于提高服務(wù)質(zhì)量、工作效率和管理水平，實現(xiàn)醫(yī)院資源整合、流程優(yōu)化，降低運行成本。

2)數(shù)字化學(xué)校

在各類教室、實驗室設(shè)置監(jiān)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(xué)術(shù)討論區(qū)、討論室、報告廳、展覽廳設(shè)置監(jiān)

控點，用于記錄在此開展或舉辦的學(xué)術(shù)討論會、學(xué)術(shù)發(fā)表會及學(xué)術(shù)成果展等，作為今后教學(xué)或者宣傳及展示的資料。充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視頻多媒體技術(shù)將整個學(xué)校變成以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)環(huán)境。通過網(wǎng)絡(luò)及資源的融合，不斷改善教學(xué)資源和環(huán)境，教師可以開展可視化教學(xué)，也可以通過交互、寫作的資源引導(dǎo)學(xué)生互動式學(xué)習(xí)，實現(xiàn)學(xué)校資源的最大化利用，職能管理最大整合優(yōu)化,給師生創(chuàng)造出最便利的生活學(xué)習(xí)環(huán)境。

4 結(jié)束語

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

[1] 陳于平.多媒體視頻會議系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與核心設(shè)備[J].智能建筑,2008,11: 53-58.

[2] 杜明芳.智能建筑系統(tǒng)集成[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009.

聞 鋒

畢業(yè)于華中科技大學(xué)，碩士學(xué)位。曾獲現(xiàn)代建筑設(shè)計集團優(yōu)秀電氣專業(yè)設(shè)計一等獎，浦東新區(qū)2013年度建設(shè)工程設(shè)計質(zhì)量綜合優(yōu)秀獎等。負責的項目有廈門國際中心，上海國際金融中心等。

《綠色建筑檢測技術(shù)標準》發(fā)布

中國城市科學(xué)研究會日前發(fā)布《綠色建筑檢測技術(shù)標準》(CSUS/GBC05-2014)，自2014年7月1日起實施。 該標準由國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、上海國研工程檢測有限公司主編，中國城市科學(xué)研究會綠色建筑研究中心、中國建筑科學(xué)研究院認證中心等單位參編，可作為我國開展綠色建筑檢測工作的技術(shù)依據(jù)。 該標準的主要技術(shù)內(nèi)容是：總則、術(shù)語和符號、基本規(guī)定、室外環(huán)境檢測、室內(nèi)環(huán)境檢測、圍護結(jié)構(gòu)熱工性能檢測、暖通空調(diào)系統(tǒng)檢測、給水排水系統(tǒng)檢測、照明系統(tǒng)與供配電檢測、可再生能源系統(tǒng)性能檢測、監(jiān)測與控制系統(tǒng)性能檢測、建筑年采暖空調(diào)能耗和總能耗檢測。

The Application of Video Integration in Intelligent Buildings

Wen Feng

According to the current trend of intelligent buildings, this paper introduces the present situation of video and multimedia applications in intelligent buildings, the key elements in video integration and some examples are proposed.

video integration, intelligent buildings, network