視頻監控系統的軟件設計開發方案

監控系統被廣泛應用于保安、生產管理等需要無人值守的場合。雖然基于閉路電視的模擬監控系統已經發展得非常成熟，但當前興起的數字視頻監控系統與之相比，有許多優點。數字視頻監控系統的智能性和可靠性高，能提供遠程訪問能力，視頻資料管理保存方便，而且可以開發升級。本文介紹了一種基于IP網絡的數字視頻監控系統的設計開發實現方案，從采集、傳輸到終端控制實現了全過程數字化。
 

系統需要解決的問題

1、數字音視頻壓縮標準以及壓縮方式的選擇

現有的壓縮算法有H．263系列，M-JPEG，MPEG-1 VCD壓縮標準，MPEG-2 DVD壓縮標準，WAVELET小波變換，MPEG-4標準。這些算法各有優缺點，也決定了其應用于不同行業的適用性，H．263適合用于可視電話及視頻會議等對圖像大小和質量要求不是很高的應用領域；MJPEG，MPEG-1，MPEG-2由于實時性差以及數據量大的缺點不適合網絡傳輸；MPEG-4視頻壓縮技術的出現引發了壓縮領域的一場革命，他基本上克服了其他壓縮算法的缺點，利用很窄的帶寬，通過幀重建技術壓縮和傳輸資料，以求以最少的數據獲得最佳的圖像質量。MPEG-4試圖達到2個目標：

（1）低比特率下的多媒體通信；

（2）是多工業的多媒體通信的綜合。

據此目標，MPEG-4引入AV對象（Audio／Visaul Objects），使得更多的交互操作成為可能。盡管MPEG-4并不是專為視頻監控壓縮領域而設計的，但同樣也適合CIF（352×288）或者更高清晰度（768×576）情況下的視頻壓縮。

實現壓縮算法的方式有2種，軟件壓縮和硬件壓縮，其中硬件壓縮實時性好，性能可靠，市場上也存在專用的MPEG-4壓縮芯片或板卡。

為了達到實時性的要求，本系統采用MPEG-4壓縮算法的硬件壓縮方式。

2、信道環境以及實時性的考慮

目前可供選擇的信道有PSTN，N-ISDN，以太網等。而監控系統大多數的應用場合是在一個相對較小的地域內進行視頻監控，因而可以使用已經廣泛使用的以太網作為數字硬盤錄像系統視頻傳輸的信道。目前100BASE-T以太網的帶寬已經達到100Mb／s，可以滿足數字硬盤錄像系統提供高質量清晰圖像、多路視頻同時傳輸的要求。因此本文選用100BASE-T以太網作為主要傳輸信道。
 

本文的任務主要是圍繞以太網來解決數字視頻的實時傳輸和組播問題。考慮在某些應用場合需要遠距離傳送視頻碼流，為此在設計網絡傳輸系統時就充分考慮了信道帶寬的限制，引人碼流和幀率動態可調機制，較好地滿足了遠程監控場合對圖像質量和圖像連續性的要求。

為了達到實時性，不光音視頻采集部分要實現實時性，傳輸部分也要達到實時要求，根據試驗，采用MPEG-4要達到25幀／s，需要256kb／s的帶寬，可見100Mb／s的以太網

可以滿足多路傳輸要求。

?3、網絡協議和傳輸機制的控制

ISO組織制訂的OSI網絡參考模型中，運輸層建立在IP層之上，包含2種傳輸協議：一種是傳輸控制協議TCP，他是面向連接的網絡協議；另一種是用戶數據報協議UDP，他是無連接的。其中TCP不適合實時傳輸音視頻資料，常用的是基于UDP的RTP協議。

由于UDP沒有差錯控制，屬于不可靠的分組遞交，為了實現可靠交付和流量控制，IETF（因特網工程部）提出了RTP和RTCP兩個協議。所有的實時媒體資料都使用RTP進行傳輸，RTCP提供接收方向發送方反饋信息的功能。他們都是基于UDP的。