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視頻服務器與編碼技術及其發展趨勢分析
發布日期:2012-09-06 查看:1712
一、前言
    隨著我國構建和諧社會和建設小康社會的全面進行,安全成為大眾關心的熱點。不論是平安城市還是智慧城市的建設都是為了給市民提供安全保障及其相關服務,實現城市安防由“事后處理”向“事前控制”轉變,提升市民的安居滿意度;視頻服務器在實現這一轉變要求的同時,更多的是融入系統,提升自己的編碼功能,實現遠距離傳輸。本文重點對視頻服務器的原理組成、編碼技術、網絡技術及發展趨勢等方面進行介紹分析。
 
二、視頻服務器發展概述
    視頻監控經歷了從傳統的模擬閉路監控系統到數模混合監控系統,再到現在的IP視頻監控系統。模擬閉路視頻監控系統監控能力由于受到了模擬視頻線纜傳輸長度和放大器的限制,所以只能實現本地監控,到了第二代視頻監控系統基本實現了監控系統的遠程訪問。目前,隨著視音頻編碼技術及寬帶網絡技術的不斷發展,網絡視頻服務器使視頻遠距離傳輸的實現變得更容易、成本更低。
 
    眾所周知,最早的視頻監控系統采用的是同軸線纜進行視頻信號的傳輸,隨著視頻監控系統的不斷擴大,傳輸距離的不斷增加,傳統的CATV已經不能滿足應用需求,而以DVR(數字硬盤錄像機)為核心的半模擬/半數字視頻監控方案進入了視頻監控領域,但是這種方案從攝像機到DVR仍采用同軸線纜進行信號傳輸。DVR可以支持錄像和回放,并支持有限量的IP網絡訪問,其主要的功能體現在錄像和回放,適用于局部小監控系統,不適宜遠距離傳輸。
 
    而以網絡為依托,采用視頻服務器搭建的以數字視頻處理技術為核心,綜合利用數字化圖像處理、嵌入式計算機系統、數據傳輸網絡、自動控制和人工智能等技術的IP視頻監控方案成為今天視頻監控系統的主流。網絡視頻服務器不僅具有本地數字監控系統所具有的計算機快速處理能力、數字信息抗干擾能力、視頻圖像清晰及單機顯示多路圖像等優點,而且真正發揮了寬帶網絡的優勢。通過IP網絡把監控中心和網絡可以到達的任何地方的監控目標組合成一個系統,真正適應了目前對視頻監控系統遠程、實時、集中的需求。
 
三、視頻服務器的原理及構成
    網絡監控視頻服務器是一種實現音視頻數據編碼、網絡傳輸處理的專用設備,它由音視頻編碼器、網絡接口、音視頻接口、RS422/RS485串行接口、RS232串行接口等構成。
 
    音視頻壓縮編碼器:由于模擬視頻數據量非常大;通過數模轉化后,數據量也很大,故要利用成熟的編碼技術,將視頻數據在滿足網絡傳輸要求的技術指標下進行高壓縮比的編碼,以滿足傳輸要求。以前的網絡視頻服務器一般采用M-JPEG等編碼器,用戶無法實現更高的壓縮碼率,以適合于各種不同的網絡環境,只能通過減低幀率實現網絡傳輸效果。目前各公司都已經推出了MPEG-4的網絡視頻服務器以更能適應視頻網絡傳輸的要求。
 
    網絡接口:由于以前的模擬產品的組網都主要通過建立獨立光纖實現網絡傳輸,網絡視頻服務器的以大網接口可以方便地實現IP組網,實現數據傳輸。網絡視頻服務器主要采用TCP/IP等協議實現音視頻數據、控制數據和狀態檢測信息等數據的網絡傳送。
 
    音視頻接口:網絡視頻服務器帶有標準模擬音視頻輸入接口,方便監視各通道的視頻信號。網視通采用DynamicStreamControl技術保證雙向音頻實時傳輸,視頻幀率根據帶寬自動調節,網絡中斷后自動連接技術。
 
    RS422/RS485串行接口:網絡視頻服務器帶有RS422/RS485串行通訊接口,可通過通訊線外接如云臺、快球等各種外設。
 
    網絡視頻服務器可配合計算機中控軟件實現大系統組網方案,有的廠家網絡視頻服務器提供開放的SOK,供用戶或第三方廠商開發和構建新的應用方式。
 
四、視頻服務器數字編碼技術
    視頻服務器不僅集多通道、錄制和播放等功能于一體,還采用M—JPEG、MPEG-4和H.264壓縮算法對視頻圖像進行壓縮處理,有效地降低了視頻存儲消耗的空間。從最早應用M-JPEG\MPEG-4壓縮技術到H.264壓縮技術,視頻服務器從只支持單一編碼碼流傳輸發展到現在的雙編碼碼濟乃至三編碼碼流傳輸。而且同為H.264編碼,在同等視頻效果的前提,采用HIGHPROFILE級別的編碼比采用BASELINE級別的編碼能夠降低近40%左右的碼率。
 
五、視頻服務器的網絡技術
    視頻服務器基于IP網絡傳輸,能夠根據不同的應用需求實現多種方式和不同架構的系統組網,這更是傳統模擬監控系統無法比擬的。今天的視頻監控系統規模越來越大,同一個系統中接入的服務器數量越來越多,多系統間往往也存在互聯互通的需求。而在同一個監控系統中每個視頻服務器都需要一個獨立的IP地址,IP地址匿乏這一問題逐漸暴露出來,但隨著PV6網絡的發展,這一問題將不復存在。目前已經有部分廠家的設備能夠支持IPV6的網絡,以適應這一發展的要求。
 
六、視頻服務器的發展趨勢
    從城市信息化走向智慧城市,網絡視頻監控系統是智慧城市發展中不可或缺的一部分。視頻服務器作為視頻監控系統的核心,其相關技術正處于一個高速發展與變革的時代。視頻監控不僅僅是為了跨區域獲取視頻等信息,更重要的是對采集信息的智能化分析,來完成對其他設備的控制。視頻服務器是前端采集視頻等信息數字化、IP化的變化點。通過網絡視頻服務器和監控平臺能將原本分散在各個區域的監控資源整合成一個城域的、一體化的監控資源,然后再將城域的資源整合成一個廣域的資源,最后經過各種智能化的分析技術來對視頻內容進行識別和分析,并形成對其他設備的聯動控制。總體來講,視頻服務器的技術將呈現出如下發展趨勢,主要體現為智能化、無線化.高清化、標準化和集成化。
 
    (一)集成化
    視頻監控系統的集成化也在飛速發展。從TI(德州儀器)推出的基于DaVinci技術的TMS320DM36X、DM642、DM81××系列SOC,到海思、中星微公司針對視頻監控系統推出的專用SOC芯片,都為智能視頻處理平臺集成化、本土化做出了不可忽視的貢獻。集成了標準串行數據通道及多路開關量輸入輸出接口、傳感器接口等,視頻服務器作為物聯網傳輸層與感知層的重要設備,隨著物聯網的發展和建設,必將迎來進一步的發展。
 
    (二)智能化
    智能化是視頻服務器發展的重要趨勢。智能視頻系統擁有比普通網絡視頻監控系統更加強大的智能特性,通過視頻服務器上的智能模塊對前端信息的處理分析,它能夠對檢測物體分類,可有效過濾掉非檢測對象,同時跟蹤多個運動目標并進行分析,識別可疑活動提前發出相關的告警信息。因此在安全威脅發生之前就能夠提示安全人員關注相關監控畫面,使安全部門有足夠的時間為潛在的威脅做好準備工作。在建設智慧城市的過程中,應用視頻服務器提供的標準串行數據通道及多路開關量輸入輸出接口,連接多種傳感設備,視頻服務器又轉變為物聯網感知及傳輸層互聯的基礎設備,和其他配套產品構成功能完備的智能化物聯綜合信息平臺。綜合信息平臺將傳感網絡感知的報警信息和采集的視頻信息,通過智能化的視頻服務器對信息進行綜合研判,并通過視頻服務器控制云臺自動跟蹤目標物體,通過對目標物體進行行為智能分析,從而實現報警聯動。通過這種方式,能有效降低誤報率和漏檢率,提高報警精確度,從而有效的利用監控資源。
 
    (三)無線化
    隨著3G、WAPI等新一代無線通信網絡的發展,傳輸帶寬的提高使得公用移動通信網絡用于視頻的傳輸成為可能。3G等無線網絡將越來越多的服務于網絡視頻系統的應用。無線視頻監控能夠快速實現監控系統的組建,能夠對監控點進行快速的部署與撤換,能夠采集到實時的、第一視角的圖像。尤其是公交車輛、出租車輛、內河船舶等移動車船上進行的系統部署,能提高了對環境變化檢測和事件處理的及時性和準確性。隨著下一代無線網絡技術及LTE技術的成熟和應用,利用無線進行視頻的傳輸也將更加普及,并將推動高清視頻的無線傳輸應用發展。
 
    (四)高清化
    高清視頻已成為一種迫切的需求。CIF分辨率的畫質不能滿足金融、交通等高端客戶需求,而網絡帶寬不再是制約視頻高清化的瓶頸時,能實現高清和全幀率傳輸的視頻服務器必將是客戶追逐的對象。客戶追求的高清化不僅僅要求前端的CCD或者CMOS傳感器采集到的圖像是高清的,它還需要視頻服務器在對前端采集到的圖像進行壓縮編碼時充分考慮高清的圖像質量和編碼效率。
 
    (五)標準化
    就視頻監控系統而言,目前國內外還沒有統一的標準。不同廠商在前端、控制、平臺等都采用自己的標準,嚴重阻礙了視頻監控技術的發展和產業化的進程。目前國內的企業聯盟、運營商等已經制定了一些相關的標準,如中國電信的“全球眼”、中國聯通的“寬視界”標準。與此同時,國內的廠商也開始了產品與產品之間、產品與平臺之間的兼容和互聯互通。在國際方面,索尼、博世、安訊士三家企業也聯合推出了面向全球的ONVIF標準。
 
七、結語
    隨著視頻服務器相關技術的不斷發展和融合,視頻服務器必將朝著集成化、智能化、無線化、高清化、標準化的方向不斷發展。而隨著下一代網絡的加速建設和FTTH工程緊鑼密鼓的進行,視頻服務器技術的發展將促進視頻監控系統快速步入數字化、信息化、智能化的時代。
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