鐘誠

摘 要現(xiàn)如今，如何保障自身的生命安全已成為許多人關(guān)心的重點，視頻監(jiān)控系統(tǒng)就是保護自己的一種有效手段。這套系統(tǒng)的優(yōu)點在于方便、直觀、信息內(nèi)容豐富，有較高的防范能力。不過，視頻信號存在延時這個缺點，使得遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)里的實用性大打折扣，且這個缺點因視頻數(shù)據(jù)過大而難以解決。因此，可以在窄帶條件下實現(xiàn)連續(xù)視頻流的流媒體技術(shù)應運而生，此技術(shù)具有強勁的高壓縮比和面向流式的編碼技術(shù)。目前，流媒體技術(shù)廣泛應用于遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。文章就針對流媒體在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用進行了分析和研究，以供參考?！娟P(guān)鍵詞】流媒體 遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng) 編碼技術(shù)

1 流媒體技術(shù)

1.1 流媒體編碼技術(shù)

1.1.1 基于內(nèi)容和對象的編碼方式

下面以最普遍的MPEG-4為例，介紹一下流媒體系統(tǒng)所選用的編碼方法，也就是面向網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊曨l壓縮編碼方法。MPEG-4為了讓視頻得以傳輸于異構(gòu)性網(wǎng)絡(luò)，利用有效的壓縮算法，把視頻壓縮成適合網(wǎng)絡(luò)傳輸碼率范圍的碼流。MPEG-4這種編碼主要基于可視對象和音頻作用，MPEG-4把音視頻圖像幀轉(zhuǎn)為一個由不同的合成圖像、合成聲音、自然音頻、自然圖像以及帶有附加碼流的對象組成的視聽場景，將視頻對象VO和視頻對象平面VOP引入到視頻編碼上。MPEG-4視頻編碼的核心就是某一時刻視頻對象的采樣，也就是視頻對象平面。在編碼MPEG-4時，把背景和運動對象分離開來或是把視頻圖像分割成不同對象。之后為了讓壓縮快速優(yōu)質(zhì)的進行，利用不同的編碼方法對不同對象獨立進行編碼。內(nèi)容的尺度可變性技術(shù)是壓縮過程中使用到的一項技術(shù)，其工作方式是用較高的空間和時間分辨率來表示較重要的對象，給對象分配優(yōu)先級。像是運動對象臉部的細節(jié)和平滑是其壓縮編碼盡可能要保留的。，因為編碼時其優(yōu)先級較高，背景圖像的編碼策略需選用高壓縮率，因為其優(yōu)先級較低。

1.1.2 冗余信息壓縮

每一幀圖像都由MPEG-4進行了對象化處理，I幀圖像是在做了基于內(nèi)容可變的幀內(nèi)壓縮后形成的，MPEG以前的標準就是幀間圖像信息冗余壓縮技術(shù)的標準。I幀圖像能獨立解碼，每隔一定時間出現(xiàn)一次，是視頻流的基本幀。按照幀間圖像的關(guān)系，B幀圖像可以根據(jù)前面一個P幀或I幀和后面的一個P幀或I幀之間由信息接收端進行雙向預測。P幀和B幀不能獨立解碼，要依靠I幀。所以為了不形成誤差擴散，要求I幀圖像有較高質(zhì)量。因為接收端預測的B幀圖像，網(wǎng)絡(luò)上沒有傳輸視頻數(shù)據(jù)，只傳輸了相關(guān)控制數(shù)據(jù)，所以B幀圖像所需網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬不大，但圖像主觀視覺質(zhì)量能被B幀提高。

1.1.3 擴展性編碼技術(shù)

為了讓不同質(zhì)量流暢的視頻流能夠被不同帶寬的用戶欣賞到，每一幀圖像都由MPEG-4運用了擴展性（可分級性）編碼技術(shù)。MPEG-4可以進行空域和時域的擴展，有很棒的靈活擴展性。空域擴展是將有效像素增加在基本層中，將增強層加入基本層上。時域擴展是將幀率增加在增強層上，再增加B幀。MPEG-4在編碼時，把每一幀圖像的視頻對象壓縮成幾個不同的視頻對象層。最基本的視頻圖像由基本層提供，是否在基本層的基礎(chǔ)上提供增強層，則要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況決定。為了使視頻圖像主觀質(zhì)量（流暢度和清晰度）的觀感體驗最佳，視頻源端將根據(jù)誤碼率和網(wǎng)絡(luò)帶寬狀況自動調(diào)節(jié)擴展層的傳輸。

1.2 服務質(zhì)量保證和流媒體控制協(xié)議

1.2.1 UDP協(xié)議和TCP協(xié)議

IP網(wǎng)絡(luò)是遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻信號架設(shè)的地方，IP協(xié)議之上有UDP和TCP傳輸層協(xié)議。TCP協(xié)議傳輸協(xié)議網(wǎng)絡(luò)開銷較大，是可靠的，有錯誤重傳和信息反饋機制。而UDP傳輸協(xié)議網(wǎng)絡(luò)開銷相對較小，不考慮傳輸質(zhì)量，是不可靠的，是“盡力傳送”（Best-Effort）的傳輸協(xié)議。由流媒體的傳輸和控制協(xié)議完成實時流的服務質(zhì)量（QoS）。UDP一般用于運行基于IP網(wǎng)絡(luò)的實時視頻流，這是結(jié)合TCP和UDP各自的特點所得的結(jié)果。

1.2.2 流媒體傳輸和控制協(xié)議

資源預留協(xié)議RSVP協(xié)議、實時流協(xié)議RTSP、實時傳輸控制協(xié)議RTCP和實時傳輸協(xié)議RTP是流媒體的控制和傳輸?shù)闹饕獏f(xié)議。一對一或一對多的傳輸情況下的工作是RTP的定義，作為一種多媒體數(shù)據(jù)流的傳輸協(xié)議，為了實現(xiàn)視頻流的同步和連貫，RTP提供時間戳信息和順序標識。在RTCP協(xié)議中，數(shù)據(jù)包和發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)量等統(tǒng)計資料如果在視頻流傳輸期間丟失，則可以將增強層的傳輸量進行改變，并且通過實時動態(tài)措施來改變服務器的傳輸速率，將擁塞控制和流量控制的服務進行提供。QoS由RTCP協(xié)議來保證。VCR那樣的操作控制，如暫停、快退、快進等可以通過RTSP也就是話路控制協(xié)議來實現(xiàn)。視頻流接受端和發(fā)送端需要有建立預留的權(quán)利，因為RSVP的思路是根據(jù)請求，要求視頻流傳輸路徑上的路由器為預留資源。

1.2.3 緩存去抖動技術(shù)

客戶端緩存技術(shù)是流媒體技術(shù)所使用的技術(shù)，視頻流的抖動是QoS上有待解決的問題。以IP包的形式封裝數(shù)據(jù)后，為了讓IP網(wǎng)絡(luò)負載均衡，需要按照網(wǎng)絡(luò)的實際狀況自動選擇路由。視頻數(shù)據(jù)流先發(fā)出的數(shù)據(jù)包在IP網(wǎng)上傳輸時可能會延遲到達，出現(xiàn)視頻流的等待和抖動，這是由于路徑選擇的不同而導致的。將一部分的數(shù)據(jù)在開始連接視頻流時暫存在接受端，將緩存中的視頻流數(shù)據(jù)在播放時讀取出來，這就是緩存技術(shù)。緩存技術(shù)的缺點是要等待一段時間才能開始播放，但會使實時性受到影響。但優(yōu)點是能有效地抑制視頻流的抖動，這在實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)中是個兩難的抉擇。

2 在視頻監(jiān)控中的流媒體技術(shù)的應用

2.1 流媒體監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

現(xiàn)今的流媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的方式幾乎無差別，雖然其具有相當多的解決方案技術(shù)。該系統(tǒng)的組成主要有：網(wǎng)絡(luò)傳輸，局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)兩部分傳輸系統(tǒng)是其主要組成部分；用于提供視頻服務的是流媒體視頻服務器；編碼壓縮，形成媒體流數(shù)據(jù)；前端音頻/視頻采集系統(tǒng)；用于控制視頻播放的是監(jiān)控端控制和解碼解壓縮，其可以將前端音視頻采集系統(tǒng)進行控制。endprint

數(shù)字加模擬混合型傳輸系統(tǒng)和純數(shù)字傳輸系統(tǒng)是流媒體監(jiān)控系統(tǒng)中兩個子系統(tǒng)。早期模擬監(jiān)控系統(tǒng)通常采用模擬加數(shù)字混合型傳輸系統(tǒng)，改造是為了滿足遠程監(jiān)控的需要。通過硬盤錄像機可以實現(xiàn)小型的模擬加數(shù)字傳輸系統(tǒng)，接收的模擬視頻可以通過硬盤錄像機編碼成流媒體數(shù)據(jù)，作為視頻服務器傳給監(jiān)控端。專門的設(shè)備負責大一點的視頻服務、系統(tǒng)編碼壓縮。新建監(jiān)控系統(tǒng)使用的技術(shù)是純數(shù)字傳輸?shù)谋O(jiān)控系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)攝像機通常是其前端視頻采集的，攝像機集攝像、壓縮、編碼、視頻服務器于一體?？梢酝ㄟ^以太網(wǎng)將攝像機直接接入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，流媒體編碼在前端攝像機就可以被視頻數(shù)據(jù)完成操作了。

2.2 流媒體監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程

現(xiàn)如今，設(shè)計視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以利用流媒體技術(shù)，用戶只需要將視頻服務器的IP地址輸入到監(jiān)控端瀏覽器中，通過在瀏覽器中下載或自帶的播放器就可以看到相關(guān)的監(jiān)控圖像。當然，播放器、瀏覽器、前端控制的整合也都可以在一個控制面板上來進行。其具體的工作流程有以下幾個步驟：為了檢索出需要傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù)，Web瀏覽器在監(jiān)控端請求流媒體服務后，其控制信息的交換可以通過HTTP/TCP與Web服務器之間的功能來進行；當用Web瀏覽器將播放器進行啟動的時候，播放器都會有一個初始化的過程，這就需要從Web服務器檢索相關(guān)的參數(shù)，這就可以通過使用HTTP來實現(xiàn)；實時流協(xié)議RTSP/TCP、實時流控制協(xié)議RTCP/TCP在播放器及視頻服務器運行時，可以將視頻傳輸?shù)目刂菩畔⑦M行交換；視頻服務器想要將音視頻數(shù)據(jù)傳輸給播放器，就可以用RTP/UDP協(xié)議來實現(xiàn)操作。

目前，RealMedia和WindowsMedia等視頻服務器是比較常見的專用服務器和播放器，其主要是通過實現(xiàn)流式傳輸來實現(xiàn)轉(zhuǎn)碼播放的，rmvb、asf、wmv和rm等多種格式是其所對應的編碼。另外，想要將監(jiān)控端的解壓縮解碼進行播放，則可以通過現(xiàn)有的萬能播放器來實現(xiàn)操作。

2.3 流媒體監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控和調(diào)查取證視頻的相關(guān)質(zhì)量

流媒體技術(shù)可以把媒體流編碼成若干個增強層和一個基本流層，因為其編碼技術(shù)具有可擴展性。媒體的流暢播放、有效地實時監(jiān)控都可以滿足，只要傳輸基本流帶寬沒有超過監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)能夠達到極限?？梢员镜夭シ帕髅襟w下載文件，只要帶寬足夠，圖像質(zhì)量就能達到最優(yōu)，就為調(diào)查取證盡一份力。

參考文獻

[1]胡敏，萬力.流媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[D].濟南：山東大學，2008.

作者單位

沈陽大學 遼寧省沈陽市 110078endprint