企業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術(shù)探究

□王建海 顧莉華

一、數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)

壓縮編碼的目的是為了符合一定的場合要求，例如:存儲空間的要求或者是傳輸過程中的網(wǎng)絡帶寬或速率要求等等，因此需要對數(shù)字視頻進行壓縮編碼，從而能夠利用較少的存儲空間對數(shù)字視頻進行存儲和傳輸，同時能夠保障解壓后圖像的清晰度。目前，對數(shù)字視頻進行壓縮編碼主要是為了去除數(shù)字視頻中空間或者時間上的冗余信息，目前主要的數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)分為以下幾種:

(一)國際標準化組織制定的MJPEG技術(shù)。MJPEG數(shù)字視頻壓縮技術(shù)的基礎是靜態(tài)視頻的壓縮技術(shù)，其主要特點是對數(shù)字視頻進行幀內(nèi)壓縮，因此，在該壓縮技術(shù)的實現(xiàn)過程中可以忽視不同幀之間的關聯(lián)關系，這種技術(shù)對于視頻編輯有著重要的作用。利用MJPEG的數(shù)字視頻壓縮方法能夠獲取高清的圖像，但是，經(jīng)過壓縮后的數(shù)字視頻仍然存在大量的冗余信息，所以在存儲過程中還是需要占用較大的空間，同時也會影響數(shù)字視頻的實時傳輸速率;如果進一步去除冗余信息，可能會造成視頻畫面失真，因此在進行編碼壓縮的過程中，需要選取適當?shù)膲嚎s比例，一般為6:1。

(二)國際電信聯(lián)盟的H.26X系列標準。H.26X系列的數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)產(chǎn)生于20世紀90年代，這種壓縮編碼方式采用的是混合編碼技術(shù)，能夠達到更好的壓縮比例。H.26X系列的標準與國際標準化組織的MJPEG技術(shù)相比，主要是在壓縮過程中利用了視頻幀之間的相關性，從而進一步減少視頻內(nèi)在空間方面的冗余信息，因而能夠達到48:1的壓縮比例。同時，H.26X系列壓縮編碼技術(shù)的計算量比較少，能夠占據(jù)更少的CPU，可以進一步提高數(shù)字視頻壓縮編碼的速率。

(三)國際標準化組織制定的MPEG標準。MPEG標準主要包括MPEG1、MPEG2和MPEG4等多個標準形式，其主要的技術(shù)特點和運用場景如下:第一，MPEG1壓縮技術(shù)標準，該標準不僅僅能夠?qū)σ曨l的壓縮編碼，而且可以對視頻和音頻進行復合編碼，所以MPEG1技術(shù)標準的核心算法是如何實現(xiàn)對音頻和視頻的聯(lián)合編碼，由于同時去除了對音頻和視頻的冗余，因此，能夠進一步節(jié)約存儲空間，從而獲得更高的壓縮比例。MPEG1技術(shù)誕生以后，得到了廣泛的運用和認可;第二，MPEG2壓縮技術(shù)標準，該壓縮編碼標準以MPEG1為基礎，在引用MPEG1原有架構(gòu)的同時，進行了一定范圍的擴展，例如:可以對不連續(xù)的視頻信號進行處理，可以同時支持同步和異步的傳輸方式等等;第三，MPEG4壓縮技術(shù)標準，MPEG4在MPEG2的基礎上引入了對象的概念，能夠使得壓縮編碼技術(shù)的實現(xiàn)更加簡單，一些重復的操作可以得到復用，同時允許在數(shù)字視頻的壓縮編碼過程中進行人機交互，從而滿足不同用戶的個性化需求。

(四)聯(lián)合視頻工作組制定的H264/AVC標準。H264/AVC壓縮編碼技術(shù)的提出主要是為了解決編碼效率不高和網(wǎng)絡適應性差等問題，這種壓縮編碼技術(shù)相對于以前的技術(shù)來講，主要有以下幾個優(yōu)勢:第一，提高了數(shù)字視頻的壓縮編碼效率，將原有8×8的編碼單位轉(zhuǎn)變?yōu)?×4的編碼單位，同時由于算法實現(xiàn)簡單，計算量比較小，因此壓縮編碼的效率比較高，成為了更加有效的壓縮編碼技術(shù);第二，H264/AVC在進行壓縮編碼后，可以利用一個統(tǒng)一的接口，對視頻數(shù)據(jù)進行傳輸，由于屏蔽了不同網(wǎng)絡之間的差異性，進而提高了該技術(shù)對不同網(wǎng)絡的適應能力。

通過以上的分析和論述可知，目前在數(shù)字視頻壓縮編碼領域存在著眾多的壓縮編碼技術(shù)，因此在進行壓縮編碼技術(shù)的選取過程中，需要充分考慮各種因素，從而能夠選取更加合適的數(shù)字視頻壓縮編碼方式。

二、數(shù)字視頻實時網(wǎng)絡傳輸技術(shù)

由于企業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在使用的過程中，會存在遠程監(jiān)控的需求。因此，一些數(shù)字視頻需要經(jīng)過網(wǎng)絡進行實時的傳輸，所以在企業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)中，數(shù)字視頻實時網(wǎng)絡傳輸技術(shù)也是一項關鍵技術(shù)，該技術(shù)主要是在成熟的TCP/IP協(xié)議簇的基礎上進行實現(xiàn)的，同時也需要對TCP機制的傳輸效率和傳輸質(zhì)量進行改進和完善。數(shù)字視頻實時網(wǎng)絡傳輸技術(shù)主要包括以下幾個方面的內(nèi)容:

(一)實時傳輸協(xié)議RTP。在數(shù)字視頻進行實時傳輸?shù)倪^程中，必須要遵循一定的傳輸標準和傳輸協(xié)議，這樣才能夠降低接收方和傳輸方的實現(xiàn)復雜度。其中實時傳輸協(xié)議就定義了接收方和傳輸方之間的實時傳輸規(guī)范，該標準利用網(wǎng)絡傳輸層的UDP進行數(shù)據(jù)的傳輸，同時可以保證數(shù)字視頻的實時傳輸質(zhì)量。例如:RTP提供了一些流量控制和擁塞控制服務，同時對傳輸數(shù)據(jù)進行校驗，確保其在傳輸過程中的正確性。

(二)傳輸方式。由于數(shù)字視頻的存儲空間較大，因此在進行視頻傳輸?shù)倪^程中，往往會受到網(wǎng)速和帶寬等條件限制，從而影響數(shù)字視頻的傳輸效率。因此，選取適當?shù)膫鬏敺绞接欣谔岣邤?shù)字視頻的傳輸速率。在IPV4中定義了單播、廣播和組播等三種傳輸方式，但是廣播的傳輸方式不適合運用在數(shù)字視頻的傳輸過程中。因此，數(shù)字視頻的傳輸方式主要分為單播和組播兩種方式。單播的傳輸方式能夠在客戶端與服務器端進行點對點的傳輸，因此服務器與客戶端是一一對應的關系，這種方式適合用戶量極少的情況，通常來講傳輸速率比較快，但是服務器資源的浪費也比較大。與單播的傳輸方式不同，組播的傳輸方式可以實現(xiàn)一對多和多對多的傳輸方式，主要的實現(xiàn)方法是:對同一個視頻資源進行拷貝，然后對不同的客戶端發(fā)送相同的數(shù)據(jù)。這種方式能夠提高網(wǎng)絡中帶寬的使用效率，降低服務器的負荷等等。

(三)數(shù)字視頻實時網(wǎng)絡傳輸?shù)姆召|(zhì)量。數(shù)字視頻實時網(wǎng)絡傳輸?shù)姆召|(zhì)量不僅體現(xiàn)了用戶的需求，而且也從一定程度上反映了網(wǎng)絡的性能。因此，在進行數(shù)字視頻的實時網(wǎng)絡傳輸過程中，必須要有一定的策略保證傳輸?shù)姆召|(zhì)量，主要包括以下幾點策略:第一，增加網(wǎng)絡帶寬，這種方式在一定的帶寬范圍內(nèi)能夠有效地提高網(wǎng)絡傳輸?shù)姆召|(zhì)量，但是同樣提高了網(wǎng)絡傳輸?shù)某杀?，由于?shù)字視頻的容量較大，因此，當帶寬達到一定范圍時，通過提高帶寬來提高服務質(zhì)量的效果不是很明顯;第二，通過設置優(yōu)先級來提高服務質(zhì)量，這種方式的實現(xiàn)比較簡單，而且開銷也比較小，但是這種提高服務質(zhì)量方式的可控性比較低，缺乏一定的靈活性;第三，靜態(tài)資源的分配方式，這種方式主要是采用專用線路的方式提高網(wǎng)絡傳輸?shù)姆召|(zhì)量，但是專用線路在空閑時無法傳輸其他數(shù)據(jù)，容易造成資源的浪費;第四，動態(tài)資源的分配方式，這種分配方式相比靜態(tài)資源的分配方式而言，能夠體現(xiàn)出一定的靈活性，同時避免了網(wǎng)絡資源的浪費，但是這種方式的實現(xiàn)比較復雜，網(wǎng)絡開銷也比較大;第五，差錯控制，主要是在數(shù)據(jù)進行傳輸之前，按照一定的規(guī)律向數(shù)據(jù)中插入一些校驗碼，當接收端接收到數(shù)據(jù)后，再對校驗碼進行校驗，從而確定數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否被改變。

三、結(jié)語

本文主要介紹了企業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術(shù)，并對這些關鍵技術(shù)進行了深入的分析。數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)主要分析了幾種數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)的特點及適用場景，并對這些編碼技術(shù)進行了比較和分析，因此可以在不同的場景下選擇不同的編碼技術(shù);數(shù)字視頻實時網(wǎng)絡傳輸技術(shù)主要介紹了實時傳輸協(xié)議，單播和組播的傳輸方式以及傳輸過程中的質(zhì)量保證策略。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術(shù)也在不斷地提高和完善，壓縮編碼技術(shù)的種類會不斷豐富，實時傳輸技術(shù)也在不斷地提高，從而能夠為企業(yè)提供更好的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

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