方志毅

（中國電子科技集團公司第十五研究所，北京 100000）

0 引 言

伴隨著信息技術(shù)、多媒體傳播技術(shù)、視頻壓縮技術(shù)等的不斷進步，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在娛樂產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、政府行政機關(guān)和教育運動項目等領(lǐng)域有了較為廣泛的應(yīng)用。智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為新一代的視頻監(jiān)控專網(wǎng)安全解決方案產(chǎn)品，能夠配合視頻監(jiān)控管理平臺及業(yè)務(wù)審計系統(tǒng)，形成一個相對完整且簡單有效的視頻專網(wǎng)安全解決方案，這樣不僅具備了傳統(tǒng)電視視頻監(jiān)控的基本功能，更在全開放式的平臺上搭建了性能良好的數(shù)字化操作系統(tǒng)，具有高效的接入和輸出功能，能夠使用戶快捷高效地安裝和卸載軟件，獲取監(jiān)控數(shù)據(jù)。用戶可對其進行實時觀看、控制、歷史回放或下載，實現(xiàn)整個監(jiān)控區(qū)域視頻監(jiān)視系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和智能化。

1 智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)項目設(shè)計

無人化、自動化和數(shù)字化是智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵，亦是系統(tǒng)整體設(shè)計與升級改造的核心。通過汲取國內(nèi)外智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)的成功經(jīng)驗[1]，本文對整個監(jiān)控系統(tǒng)的功能框架體系進行設(shè)計，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能框架結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可知，智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括視頻采集模塊、視頻編碼模塊、數(shù)據(jù)打包模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、接收模塊、數(shù)據(jù)提取模塊、視頻解碼模塊以及視頻播放模塊等模塊[2]。在功能實現(xiàn)過程中，數(shù)字一體化的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和數(shù)字信息處理平臺是保障系統(tǒng)功能得以實現(xiàn)的核心。一體化的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)﹄娨曇曨l監(jiān)控系統(tǒng)所覆蓋的節(jié)點范圍的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行監(jiān)控分析和終端顯示，能夠通過可視化的遠(yuǎn)程界面，對智能監(jiān)控系統(tǒng)進行全過程的實時管理與控制，在客戶端/服務(wù)器（Client/Server，C/S）的底層架構(gòu)模式和即時通信技術(shù)條件下，將數(shù)據(jù)參數(shù)信息借助分布式結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)方式和模塊化提取方式，傳遞到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的中心處理平臺，允許多級服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交流和資源共享，以Windows操作系統(tǒng)為設(shè)計的底層架構(gòu)模式，通過前端信息通信技術(shù)實現(xiàn)信號和數(shù)據(jù)的實時互通，進而借助通信模式無縫銜接云數(shù)據(jù)[3]。在數(shù)據(jù)處理平臺模式中，新建的數(shù)據(jù)共享池采取了Mysql的結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，能夠通過對參數(shù)信息保存、運行狀態(tài)實時提取或監(jiān)測數(shù)據(jù)全過程管理的方式，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的集中存儲和管理，便于日后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和查閱；可通過語音通報或短信通報等方式及時報警數(shù)據(jù)平臺的相關(guān)故障信息，使平臺能夠針對系統(tǒng)功能進行設(shè)置，配置數(shù)據(jù)用戶文件，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的高度共享和查詢記錄等高效率管控。

2 智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)特點

智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)采取C/S架構(gòu)，主要包括視頻監(jiān)控采集終端、視頻服務(wù)器和智能電視客戶端三部分[4]。在整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控的采集端部分主要是通過傳感器、攝像頭采集數(shù)據(jù)視頻信號，并將其傳輸給視頻服務(wù)器中心。服務(wù)器中心按照一定的編碼標(biāo)準(zhǔn)，將視頻圖像數(shù)據(jù)信息壓縮為一定規(guī)格的網(wǎng)格圖像形式，從而提高傳輸效率；并利用實時傳輸協(xié)議（Real-time Transport Protocol，RTP）將數(shù)據(jù)傳遞到視頻監(jiān)控客戶端?？蛻舳私邮盏较鄳?yīng)的數(shù)據(jù)流后，對數(shù)據(jù)流進行解碼和播放?？蛻舳诉€能進一步根據(jù)終端客戶的不同需求，向服務(wù)器發(fā)送相關(guān)指令，進而控制云計算平臺和其他基本操作步驟。其整體系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 整體系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

3 視頻采集及編碼的設(shè)計

智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻采集及編碼設(shè)計，主要是采用攝像頭，借助攝像頭內(nèi)部的集成系統(tǒng)、AD轉(zhuǎn)換器和芯片等，在較高分辨率和編碼率的前提下采集數(shù)據(jù)信息[5]。視頻采集程序主要采取映射方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)模式下的直接讀取，能夠?qū)⒁酝O(shè)備中的相關(guān)文件直接映射到視頻監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)存模塊中，使系統(tǒng)能夠像訪問其他普通內(nèi)存文件一樣訪問數(shù)據(jù)信息，加快對視頻參數(shù)的讀取速度。在采集視頻之前，首先要通過攝像頭等傳感器設(shè)備獲取數(shù)據(jù)信息和圖像信息，在設(shè)置好窗口、圖像等參數(shù)的前提下獲得最終的數(shù)據(jù)流。整個采集流程如圖3所示。

圖3 采集流程圖

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計采用了內(nèi)部集成的多媒體解碼編碼模塊，對數(shù)據(jù)視頻、數(shù)據(jù)信號進行壓縮編碼，既能夠保留原始視頻的高清分辨率和其他優(yōu)勢，又能夠在較低的碼率和網(wǎng)絡(luò)條件下提高容錯能力[6]。在此過程中，網(wǎng)絡(luò)提取層主要負(fù)責(zé)在整個智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)信息進行打包和傳輸，其中的視頻編碼層主要負(fù)責(zé)對視頻數(shù)據(jù)信息進行壓縮編碼，從而在結(jié)構(gòu)分層的條件下對數(shù)據(jù)信息進行封裝和控制，借助不同類型的冗余結(jié)構(gòu)達(dá)到高效的數(shù)據(jù)壓縮比率，生成具備更高質(zhì)量的圖形，進而在較低的碼率壓縮比率下得到更高的視頻編碼規(guī)格。最后，智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有高性能特點和較高傳輸效率，能夠使視頻解碼和編碼快速流通，進而對多種格式的多媒體影像數(shù)據(jù)信息進行高效率的編碼和解碼。

4 視頻傳輸模塊設(shè)計

智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸模塊設(shè)計，主要是基于RTP的視頻流進行傳輸控制。在此過程中，RTP主要是根據(jù)多媒體數(shù)據(jù)流傳輸?shù)膶崟r協(xié)議，在一對一或一對多的情況下進行傳輸。RTP協(xié)議還能夠支持實時傳遞的數(shù)據(jù)信息的時間戳、序列號及源頭標(biāo)識等。由于該協(xié)議建立在用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）形式上，能夠借助UDP的不同層次傳輸數(shù)據(jù)。而該結(jié)構(gòu)形式是參考模型中的無連接傳輸層協(xié)議，實際所提供的各項服務(wù)具有簡單且不可靠的特點，因此，RTP協(xié)議本身并不具備較為可靠的傳輸機制，在傳輸過程中，流量控制和擁堵控制主要由RTP 控制協(xié)議（RTP Control Protocol，RTCP）協(xié)議所提供。在此條件下，RTP控制協(xié)議能夠大幅度提高管理數(shù)據(jù)信息的傳遞質(zhì)量。本文所提出的智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)就有效應(yīng)用了這一協(xié)議，保障了數(shù)據(jù)傳遞的實時性和可靠性。在整個設(shè)計過程中，通過對編碼視頻、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)信息報頭的設(shè)計，將數(shù)據(jù)分為不同的數(shù)據(jù)包，進而通過無線網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)在局域網(wǎng)中進行高效率傳輸。圖4為視頻封裝格式示意?？蛻舳私邮盏綌?shù)據(jù)包后，能夠按照相反的順序?qū)TCP數(shù)據(jù)報頭和數(shù)據(jù)視頻流進行參數(shù)提取，根據(jù)時間戳和數(shù)據(jù)序列號等參數(shù)信息，將其置入客戶端緩存的解碼器進行解碼后輸出。同時，客戶端也能夠根據(jù)報頭數(shù)據(jù)信息參數(shù)的周期性返回，在整個傳輸過程中了解數(shù)據(jù)動態(tài)變化情況，以保證數(shù)據(jù)傳輸過程的可靠性。

圖4 視頻封裝格式示意

5 客戶端設(shè)計

智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)的客戶端設(shè)計，主要以智能電視作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的終端設(shè)備。目前，絕大部分智能電視實際采用的系統(tǒng)為安卓系統(tǒng)。本文以長虹智能電視搭載安卓2.2平臺對系統(tǒng)核心功能和擴展功能進行設(shè)計，整個應(yīng)用內(nèi)容如圖5所示。開發(fā)本系統(tǒng)監(jiān)控軟件客戶端的過程主要基于Windows 7系統(tǒng)，程序開發(fā)環(huán)境包括各式各樣的插件和模擬器，包含了對數(shù)據(jù)包的解碼和數(shù)據(jù)視頻顯示等內(nèi)容。以視頻顯示為例，在采用Surface view時間顯示視頻過程中，由于該軟件是基于view視圖進行拓展的視圖類別，因此能夠在全新的線程運行過程中，通過不斷重新繪制畫面來實現(xiàn)視頻的展示過程，以此避免主線程不斷更新而導(dǎo)致的延時過長或是信息度辨別不高造成的主線程堵塞和畫面卡頓等現(xiàn)象。

圖5 應(yīng)用示意圖

6 結(jié) 語

隨著傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)及云計算平臺等技術(shù)的深度應(yīng)用，智能電視監(jiān)控系統(tǒng)能夠滿足人們的個性化監(jiān)控需求。本文在探討智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)項目設(shè)計、基本架構(gòu)特點、視頻采集設(shè)計、編碼設(shè)計、視頻傳輸模塊設(shè)計以及客戶端設(shè)計等內(nèi)容的基礎(chǔ)上，能夠為智能電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)未來應(yīng)用范圍的不斷拓寬帶來更多思路和啟迪。