（计算机科学与技术专业论文）异构视频监控系统集成关键技术研究与实现.pdf

t h ef o r m a tc r i t e r i o no fm a s t e r sd e g r e ep a p e ro fd m u at h e s i ss u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y y i z h o n g w e i ( m a j o r ) t h e s i ss u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rl i n z h e n g k u i j u l y2 0 1 1 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博硕士学位论文：显掏视题监控丕统篡盛差毽撞苤婴究皇塞现：。 除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体 已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密口( 请在以上方框内打“ ) 论文作者签名： 导师签名：彳李私嗲 日期：2 。厂年7 月z 日 中文摘要 摘要 近年来，随着计算机技术和多媒体技术的迅速发展，视频监控系统作为公共 安全和资源调度最直观的手段得到了快速普及与推广。与此同时，很多机构和企 业在视频监控系统实施过程中缺乏统筹规划，加之视频监控系统厂商繁多，品牌 复杂，技术集成标准缺失，进而导致机构内外大量异构视频监控系统并存。视频 资源共享已经成为异构视频监控系统，以及视频监控系统与视频会商系统集成的 关键问题。针对这一问题，论文深入分析了传统视频监控系统集成模型和技术应 用在扩展性和稳定性方面所存在的不足，提出了基于虚拟视频采集设备中间件的 异构视频监控系统集成方案，并围绕关键技术开展了相关研究。 论文在充分研究w d m 驱动模型接口和d i r e c t s h o w 框架基础上，提出了 一个基于视频转发中间件技术，且更具扩展性与稳定性的异构视频系统集成 方案。在此基础之上，围绕虚拟视频中间件的实现技术开展了相关研究。论 文所设计实现的中间件主要包括虚拟视频采集设备、视频数据处理和监控辅 助控制功能三部分，虚拟视频采集设备主要负责提供双向接口，一端接口将 数据传递到虚拟视频采集设备中，另一端为视频会议系统提供标准接口用于 视频数据的传递；数据处理主要功能是面向不同结构监控系统视频数据的获 取、处理、传递；监控辅助控制主要实现远程视频源轮寻控制和云台控制以 及抓拍录像等功能。 论文研究成果在典型工程的应用结果表明该系统集成方案及技术具有有 效性和优越性。 关键词：监控系统集成；dir e c t s h o w ；中间件；虚拟视频采集设备 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fa d v a n c e dc o m p u t e rt e c h n o l o g i e sa n dm u l t i m e d i a t e c h n o l o g i e s ，v i d e om o n i t o r i n gs y s t e m ( v m s ) ，w h i c hi sn o w a d a y st r e a t e da so n eo f t h em o s ti n t u i t i o n i s t i cw a y st op u b l i cs e c u r i t ya n dr e s o u r c ea l l o c a t i o nh a sb e e na c h i e v e d p o p u l a r i z a t i o na n ds p r e a d m e a n w h i l e ，al a r g en u m b e ro fo r g a n i z a t i o n s a n de n t e r p r i s e s a r el a c ko ft h eo v e r a l lp l a n n i n gd u r i n gt h ei m p l e m e n t a t i o no fv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m i na d d i t i o n , t h e r ea r en u m e r o u sm a n u f a c t u r e r sa n db r a n d sa r ee o m p l i c a t e da n ds t a n d a r d s o ft e c h n o l o g i c a li n t e g r a t i o na l ea l s od e f i c i e n c y a l lt h e s er e a s o n sb r i n gt o t h e c o e x i s t e n c eo fm a n yi s o m e r o u sv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m s v i d e or e s o u r c e ss h a r i n g h a v eb e c o m eo n eo ft h ec r u c i a lt e c h n o l o g i c a li s s u e sc o n t r i b u t et ot h ei n t e g r a t i o no f i s o m e r o u sv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m sa sw e l la s t h ei n t e g r a t i o nb e t w e e nv i d e o m o n i t o r i n gs y s t e m sa n dv i d e oc o n f e r e n c es y s t e m s a i m i n ga tt h i sp r o b l e m ，t h i st h e s i s h a sa n a l y z e dt h ew e a k n e s so ft r a d i t i o n a lv i d e oc o n f e r e n c es y s t e mi n t e g r a t i o nm o d e l s a n dt e c h n o l o g ya p p l i c a t i o n sf r o mt h ea s p e c to fe x t e n s i b i l i t ya n ds t a b i l i t y , a n dt h e n c o m e su pw i t ht h es o l u t i o n so fi s o m o o u sv i d e om o n i t o r i n gs y s t e mi n t e g r a t i o no nt h e b a s i so fv i r t u a lv i d e oc o l l e c t i o nd e v i c em i d d l e w a r ea l o n gw i t hr e l a t i v er e s e a r c h e so ft h e c r i t i c a lt e c h n o l o g i e s h a v i n gd o n ea d e q u a t er e s e a r c ho n i n t e r f a c e so fw d md r i v e rm o d e l sa n d d i r e c t s h o wf r a m e w o r k , t h et h e s i sh a sp r o p o s e da ni n t e g r a t i o ns o l u t i o no fi s o m e r o u s v i d e om o n i t o r i n gs y s t e m so nt h eb a s i so fv i d e of o r w a r d i n gm i d d l e w a r et e c h n o l o g i e s w i t hm o r ee x t e n s i b i l i t ya n ds t a b i l i t y t h e n ，也et h e s i sh a sc a r r i e do u tr e l a t i v er e s e a r c h e s o nt h ei m p l e m e n t a t i o no fv i r t u a lv i d e om i d d l e w a r e t h em i d d l e w a r ep u tf o r w a r db yt h i s t h e s i si n c l u d e dv i r t u a lv i d e oc o l l e c t i o nd e v i c e s , f u n c t i o no fv i d e od a t ap r o c e s s i n ga n d a s s i s t a n tc o n t r o l l i n go fm o n i t o r i n g v i r t u a lv i d e oc o l l e c t i o nd e v i c e s a r em a i n l y r e s p o n s i b l ef o rt h et w o w a yi n t e r f a c e s , o n eo fw h i c ht r a n s m i t t i n gd a t ai n t ot h e ma n d t h e o t h e ro n et oo f f e rs t a n d a r di n t e r f a c e sf o rv i d e od a t at r a n s m i t t i n gt ov i d e oc o n f e r e n c e s y s t e m s f u n c t i o no fv i d e od a t ap r o c e s s i n gc a nm a k et h eo b t a i n i n g bp r o c e s s i n ga n d t r a n s m i t t i n go fd a t ap r o d u c e db ym o n i t o r i n gs y s t e m sw i t hd i f f e r e n ts t r u c t u r er e a l i z e d a s s i s t a n tc o n t r o l l i n go fm o n i t o r i n gm a yc o n t r i b u t et ot h er e m o t ec o n t r o l l i n go fr o t a t i o n b e t w e e nv i d e os o u r c e s , p t zc o n t r o l l i n ga n ds h o o t i n go fv i d e o s 英文摘要 一 t h ea p p l i c a t i o no ft h et h e s i sa c h i e v e m e n ti nt y p i c a lp r o j e c t si n d i c a t e s t h a tt h e s y s t e mi n t e g r a t i o ns o l u t i o n sa n dt e c h n o l o g i e sd o h a v ee f f e c t i v e n e s sa n da d v a n t a g e s k e yw o r d s ：i n t e g r a t i o no fm o n i t o r i n gs y s t e m s ；d i r e c t s h o w ；m i d d l e w a r e ；v i r t u a l v i d e oc o l l e c t i o nd e v i c e s 耳录 目录 第1 章绪论1 1 1 课题的背景及意义1 1 2 主要研究内容2 1 3 论文章节安排2 第2 章相关问题研究综述3 2 1 视频监控系统及其发展3 2 1 1 视频监控系统概述3 2 1 2 视频监控系统技术演进4 2 1 3 视频监控系统发展趋势7 2 2 相关技技术研究综述8 2 ：2 1 虚拟化技术一8 2 2 2 视频中间件技术1 0 2 2 3 多媒体视频技术1 1 第3 章异构视频监控系统集成方案设计o 2 6 3 1 问题的提出：2 6 3 2 传统视频监控系统集成技术与模型分析2 8 3 。2 。1 传统视频监控系统集成模型结构2 8 3 2 2 传统视频监控系统集成模型实现原理3 0 3 2 3 传统视频监控系统集成模型局限性3 1 3 3 基于中间件的异构视频监控系统集成方案设计3 2 3 3 1 集成方案设计原理3 2 3 3 2 集成方案总体结构3 3 3 3 3 集成方案优势3 4 第4 章中间件的设计与实现3 6 4 1 视频中间件的总体设计3 6 4 2 虚拟视频采集设备的设计与实现3 9 4 2 1 虚拟视频采集设备f i l t e r 的设计框架3 9 4 2 2f i l t e r 的编码实现3 9 4 3 视频数据处理模块的设计与实现4 6 4 3 1 面向网络摄像机的数据处理模块4 6 4 3 2 面向模拟摄像机的数据处理模块5 0 4 4 辅助控制功能设计与实现5 3 4 4 1 远程控制功能5 3 目录 4 4 2 云台控制功能5 8 第5 章系统验证6 1 5 1 案例需求分析o 6 1 5 2 验证环境。6 1 第6 章总结与展望6 4 6 1 全文总结：_ o o o oooootoooo ：6 4 6 2 后续工作：。：j j j j ：6 5 参考文献：oo oo ：j ：。6 6 致谢j o ooo - ：。：。i 6 8 异构视频监控系统集成关键技术研究与实现 第1 章绪论 1 1 课题的背景及意义 视频监控系统是一种具有极强防范能力的综合系统，它在安全防范领域起着 重要作用。视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于各行各业。近 年来，随着网络传输技术、图像处理技术及计算机技术的快速发展，视频监控系 统得到了更广泛的应用和普及，其实现技术也取得了长足进步。从早期的模拟视 频监控逐渐发展至今天被广泛使用的网络化数字视频监控( 以下简称网络视频监 控) 【n 。网络视频监控系统是计算机技术、网络通讯技术和多媒体技术融合的产物， 在技术可靠性、先进性、实用性和操作简便性等诸多方面都大大超过以往的视频 监控系统，因此被更广泛延伸应用于建设平安城市、平安校园等大范围分布式监 控项目之中，并呈现出许多新的业务需求特征，集中表现为以下两点： 1 ) 异构视频监控系统集成的现实需求。由于目前视频监控行业缺乏统一的行 业标准，不同产品所采用的视频压缩标准、视频格式、传输协议等各不相同，导 致了视频监控系统异构性的客观存在。异构视频监控系统的大范围存在，严重阻 碍了视频资源的有效共享和综合利用，并已成为利用现有监控资源，构建更大规 模分布式网络视频监控系统亟待解决的关键技术问题。 2 ) 视频监控系统与视频会议系统整合应用的现实需求。随着视频监控系统应 用的日益深入，安防理念较之过去发生了深刻变化，监管一体化已经成为安防系 统发展的新趋势，视频监控系统与视频会议系统整合的应用需求日渐增多，尤其 在重大危险源监控、重要活动安保等领域，安防系统与应急指挥系统，视频监控 系统与视频会议系统的整合应用需求尤为强烈【2 】。 基于上述背景，开展异构视频监控系统集成技术研究对于实现视频资源共享、 视频监控系统联网联控，以及视频监控与应急处置一体化管理具有重要的现实意 义和理论研究价值。 第1 章绪论 1 2 主要研究内容 本文以分布式多级重大危险源监控系统建设需求为背景，重点围绕异构视频 监控系统集成，视频监控系统与视频会商系统融合通讯等关键技术问题开展了相 应研究，主要研究内容包括： 1 ) 视频监控及异构视频监控系统集成相关技术国内外文献整理与分析； 2 ) 基于视频中间件和视频会议系统的异构视频监控系统集成方案设计： 3 ) 视频中间件开发技术研究与实现； 4 ) 技术验证； 1 3 论文章节安排 论文章节安排如下： 第一章，绪论。论文研究背景和意义以及本文研究的主要内容。 第二章，视频监控系统集成技术相关问题概述。介绍本文所涉及相关技术的 概况。 第三章，异构视频监控系统集成方案设计。分析视频监控系统结构以及传统 集成方案，结合中间件设计思想，设计本文的解决方案 第四章，中间件的设计与实现。基于解决方案，对本文实现重点中间件进行 设计与实现。 第五章，系统验证。 第六章，总结与展望。总结全文，展望下一步研究重点。 异构视频监控系统集成关键技术研究与实现 第2 章相关问题研究综述 2 1 视频监控系统及其发展 2 1 1 视频监控系统概述 视频监控系统是由前端摄像部分、中端传输部分、控制部分以及后端显示与 记录部分组成的系统。利用该系统，监管人员能在异地观察到前端监控区域内的 所有活动情况并进行记录，同时提供实时动态图像信息。 客户端 摄像系统l 。传输 l 切换控制存储 i 视频显示 图2 1 视频监控系统结构图 f i g 2 1s t r u c t u r eo fv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m 根据系统各部分功能的不同，监控系统可以划分为七层表现层、控制层、 处理层、传输层、执行层、支撑层、采集层。 1 ) 表现层。表现层是人们最直观感受到的，它展现了整个监控系统的品质。 如监控电视墙、监视器、高音报警喇叭、报警自动驳接电话等等都属于这一层。 2 ) 控制层。通常有模拟控制和数字控制两种控制方式。模拟控制成本较低， 故障率较小，其控制台通常由控制器或模拟控制矩阵构成，主要适用于局部安防 监控系统。数字控制为i n t e m e t 中远程监控提供了可能。在这种控制方式下，巨大 第2 章相关问题研究综述 的模拟控制器被缩小为一个工控计算机；通过简单的鼠标点击操作即可实现复杂 的模拟控制操作。 3 ) 处理层。处理层又被称为音视频处理层，主要包括音视频分配器、视频分 割器、音视频放大器、音视频切换器等设备。它将将表现层与控制层有机地加以 连接，对来自传输层的音视频信号加以放大、分割、分配等处理。 4 ) 传输层。传输层最常见的设备有视频线、音频线等，对中远程监控系统而 言，通常用射频线、微波等作为载体；对于远程监控而言，通常使用i n t e m e t 作为 载体。 5 ) 执行层。执行层的设备通常是控制指令的受控对象。比如云台、镜头、解 码器、球等。 6 ) 支撑层。支撑层主要用于保护和支撑采集层和执行层等的后端设备。该层 主要包括支架、防护罩等辅助设备。 7 ) 采集层。采集层包括镜头、摄像机、报警传感器等，是衡量整个监控系统 品质的关键因素，通常系统成本开销也比较大。 2 1 2 视频监控系统技术演进 从视频监控系统发展历程来看，视频监控系统发展经历了三个不同阶段：模 拟视频监控、多媒体微机平台的数字视频监控、网络视频服务器技术的数字化视 频监控。 2 0 世纪9 0 年代初，第一代视频监控系统以模拟设备为主，即闭路电视的模拟 视频监控系统，其音视频的采集、传输、存储均为模拟信号，图像质量很高，但 监控范围小，距离大于l k m 时，信号很容易畸变、衰减，导致图像质量下降，并 且系统布线复杂工作量大，系统的扩展能力差，往往是牵一发而动全身，另外以 录像机作为存储工具，磁带为存储介质使得信息的存储极不方便，图2 2 为一简单 的模拟视频监控系统，通常由电视墙、磁带式录像机、控制键盘、视频矩阵、模 拟摄像机等设备构成。 异构视频监控系统集成关键技术研究与实现 图2 2 模拟视频监控系统结构图 f i g 2 2 s t r u c t u r eo fa n a l o gv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m 在2 0 世纪9 0 年代中期，具有高速数据处理能力的计算机逐渐用来进行视频 处理，同时，高分辨率的显示器也被用于实现图像的显示，这在很大程度上提高 了视频监控的性能。这种基于计算机的监控系统称为第二代数字化视频监控系统 【2 1 ，图2 3 显示第二代视频监控系统结构示意图，因为核心设备是数字设备，因此 可以称为数字视频监控系统( 本文以下简称数字监控系统) 。这种结构视频监控 系统还是将模拟视频图像信号转换为数字视频图像数据，整个系统的稳定性和可 靠性取决于采集卡的性能和质量的好坏。数字视频监控系统以多媒体计算机为核 心，使视频监控系统能够充分利用计算机资源，并随着计算机技术的发展而不断 进步，同时其开放性的结构特性能够与出入门管理系统、楼宇自控系统消防报警 系统等实现集成互动。 第2 章相关问题研究综述 图像模 图2 3 数字视频监控系统结构图 f i g 2 3s t r u c t u r eo fd i g i t a lv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m 2 0 世纪9 0 年代末开始，计算机处理能力迅速提高、网络带宽快速提升以及各 种多媒体实用技术的出现，使视频监控系统进入了全数字化的网络时代，即网络 数字视频监控系统( 以下简称网络视频监控系统) 。网络视频监控将模拟摄像机 采集的音视频及控制信号数字化，并以口包的形式在i n t e r n e t 上传输，实现了音 视频的数字化、系统的网络化、应用的多样化以及管理的智能化。图2 4 显示简单 网络视频监控系统组成示意图。 图2 4 网络视频监控系统 f i g 2 4n e t w o r kv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m 在结构扩展、系统性能等方面网络视频监控系统有着其他视频监控系统无法 比拟的优势： 异构视频监控系统集成关键技术研究与实现 1 ) 便于处理。数字化的视频图像，使计算机的强大处理能力得到充分发挥， 通过计算视频图像可以快速的进行分析、压缩、存储和显示。此外，图像处理技 术可以实时的分析视频图像，以便及时发现异动并联动报警，从而实现无人值守【3 】。 2 ) 传输不受地域和距离的限制。数字信息的抗干扰能力很强，数据传输信号 衰减少，并且数据能够加密传输【4 1 。 3 1 提高了监控画面的质量与监控的效率。计算机通过去噪、锐化等处理可以 提高模糊图像的清晰度。此外，网络视频监控系统还可以在一台显示器上同时观 看多路视频图像。 4 ) 系统易于管理和维护。组成网络视频监控系统的主要电子设备集成成度 高，并且视频传输通过有线或无线信道。这样，整个系统结构模块化，体积轻量 化，使得系统安装容易、使用方便维护简单。 2 1 3 视频监控系统发展趋势 视频监控系统从技术层面上来看，已经经历多个不同的发展阶段。视频监控 系统的前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化、处理智能化是未来 视频监控系统的发展趋势【5 】。 数字化是数字标准发展的必然结果，视频监控系统的数字化首先应该是系统 中信息流( 包括音频、视频、控制等) 从模拟态转为数字态，这从根本上打破了 “经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心 的结构，彻底改变视频监控系 统信息采集、数据处理、数据传输、系统控制等的方式和结构形式。信息流的数 字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实 现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制，这也是系统集成化的含义i s 。 视频监控系统的网络化意味着监控系统的结构将由集总式向集散式过渡。组 成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计；集散式监 控系统设备的配置具有开放性好、系统组态灵活、通用性强、数据处理方便、人 机界面友好、控制功能完善以及容错可靠等优点。网络化要求视频从图像采集设 i 备输出后，以i n t c r n e t 网络为传输媒介，基于p 协议，采用流媒体技术，实现视 频数据的多路复用传输，并通过视频流服务器，完成视频流转发、报警等操作。 网络化打破了监控系统布控区域和设备扩展地域和数量的限制。系统网络化使整 第2 章相关问题研究综述 个网络系统的硬件和软件资源共享，使视频监控系统适应目前对远程控制、实时 控制、集中控制等方面的需求【7 1 。 过去的监控系统只能实现视频图像的采集、编码、解码、传输等基本功能， 如今网络监控系统开始向智能化方向发展，例如，停车场监控中的车牌自动识别 功能、交通监控中的事故分析。智能化实现计算机代替人，自动对摄像机采集到 的视频信息进行识别、分析并做出决策，实现自动报警和预录像等功能8 。智能监 控以数字监控系统为前提，通过计算机快速的数据处理能力，对运动的图像序列 进行分析处理，主要包括目标跟踪、目标分类、事件检测、及运动检测等部分【9 】。 2 2 相关技技术研究综述 2 2 1 虚拟化技术 在2 0 世纪6 0 年代和7 0 年代，当时大型机是十分昂贵的资源，为了允许大型 机进行“多任务处理 ，同时运行多个应用程序和进程，因此设计了虚拟化技术 来进行逻辑分区，作为一种充分利用资源的方式。到了2 0 世纪八九十年代，由于 客户端一服务器应用程序以及价格低廉的x 8 6 服务器和台式机成就了分布式计算技 术，虚拟化一度被弃用，直到2 0 世纪9 0 年代，w i n d o w s 的广泛使用和l i n u x 作 为服务器操作系统成为x 8 6 服务器的行业标准，由于x 8 6 服务器和桌面部署的增 长带来了新的i t 基础架构和运作难题，即基础架构利用率低；物理基础架构成 本日益攀升；i t 管理成本不断攀升；故障切换和灾难保护不足。因此在1 9 9 9 年， v m w a r e 最早推出了针对x 8 6 系统的虚拟化技术，它以v m m 为核心，所有g u e s t o s 获得的平台资源都要经过v m m 的控制和分配，以避免资源冲突，因此必须使 用二进制转换，把这种虚拟化技术叫做“全虚拟化技术”，因为必须使用二进制 转换，系统开销非常大，效率很低。因此为了提高效率，x e n 和d e n a l i 项目提出 了半虚拟化技术，也就是不进行二进制转换，对g u e s to s 进行代码级的修改，使 得g u e s to s 能够获得性能提升，这种方案仍然是纯软件的方案，但由于没有用二 。进制转换，选择了修改o s 代码，因此可以提升性能，这种叫做纯软件方式实现的 “半虚拟化技术 【】。随着x 8 6 架构硬件厂商的大力推动，虚拟化技术也开始逐 渐有了硬件支持，比如i n t e l 的v t ( v i r t u a l i z a t i o nt e c h n o l o g y ) 技术以及a m d 的 s v m ( s e c u r ev i r t u a lm a c h i n e ) 技术。硬件虚拟化技术就是把一些纯软件虚拟化技 异构视频监控系统集成关键技术研究与实现 术的功能用硬件电路实现了一遍，g u e s to s 的代码不用经过修改，也可以直接运 行硬件川。 虚拟化技术的产生与发展经历了3 0 多年，虚拟化技术的含义已不仅仅局限于 虚拟内存和虚拟服务器，目前，已经有了微处理器虚拟化、文件虚拟化网络、虚 拟化和存储虚拟化、硬件虚拟化、平台虚拟化、应用程序虚拟化、设备虚拟化等 技术。虚拟化的含义已经得到了延伸和扩展，虚拟化是以另外一种方式表示计算 资源从而使用户和应用程序可以很容易从中获益。换句话说，它为计算能力、数 据、存储资源及其他资源提供了一个逻辑视图，而不是物理视图【1 2 l 。虚拟化不是 一个单独的实体，而是一组技术和模式的集合，这些技术提供了支持资源的逻辑 表示所需的功能，以及通过标准接口将其呈现给这些资源的消费者所需的功能。 这些模式本身是各种不同虚拟形式的重复出现( 图2 5 ) 。虚拟化是资源的逻辑表 示，它不会受物理限制的约束。虚拟化的主要目的是简化对资源的访问和管理。 “消费者_ 通过虚拟资源支持的标准接口来对资源进行访问，这消除了从这些资 源的物理实现对它们进行的访问【”】。 图2 5 虚拟化应用模式 f i g 2 5v i r t u a l i z a t i o na p p l i c a t i o nm o d e s 第2 章相关问题研究综述 随着计算机性能的不断提升和虚拟设备技术的进步，各种功能强大的虚拟软 件推陈出新，并在计算机应用领域中发挥越来越显著的作用。微软的v i r t u a lp c 和 w m w r r e 的v v w a r e w o r k s t a t i o n 是虚拟服务器应用的领先者，除此之外，很多我们 常用的虚拟设备软件，d a e m o nt o o l s 可虚拟多个光驱，支持i s o 、c u e 、m d s 、 n r g 、c d i 等多种标准的镜像文件，而且它也支持真实物理光驱的特性，成为物 理光驱的“保护神”；s a f es t r o n g d i s kp r o 和w i n d i s k x p 能够虚拟创建各种格式的 硬盘分区( 如f a t l 6 、f a t 3 2 、n t f s 等) ，保证数据安全，防止病毒攻击；用 v f l o p p y 软件可以把启动软盘集成进系统；在系统出现故障或安装操作系统时，直 接从硬盘中启动支持光盘的d o s 系统【14 1 。 2 2 2 视频中间件技术 计算机处理能力的飞速发展、应用领域的不断扩展，使得对应用软件的需求 越来越高，要求应用软件能够在网络环境的异构平台下运行。在分布式异构平台 环境下，通常存在多种硬件系统平台，如工作站、p c 、小型机，这些硬件平台可 能采用不同网络体系结构和不同的网络连接协议，同时这些异构平台上又存在多 种异构系统软件，如w i n d o w s 操作系统、l i n u x 操作系统、数据库等，如何在复 杂的环境下进行应用程序开发是一个很复杂的问题。中间件( m i d d l e w a r e ) 就是为 了解决这种分布异构问题而产生的，它在操作系统、网络、硬件和数据库等“基 础设施结构”之上，在应用软件的下层，为处于自己上层的应用程序提供运行与 开发的环境，帮助用户高效、灵活地开发和集成复杂的应用软件【1 5 】。 中间件是一种独立的服务程序或系统软件，分布式应用系统借助这种软件在 不同的技术之间共享资源，中间件是位于平台( 操作系统和硬件) 和应用之间的 通用服务，这些服务具有标准的程序接口和协议，针对不同的操作系统和硬件平 台，它们可以有符合接口和协议规范的多种实现。一般中间件有以下特点：满足 大量应用的需要；运行于多种硬件或o s 平台；支持标准的协议；支持标准的接口。 按照不同的角度或层次中间件的分类有所不同，按照实现机制和目的不同将中间 ， 件分为六类：对象中间件、数据访问中间件、远程过程调用中间件、消息中间件、 终端仿真屏幕转换中间件、交易中间件1 1 6 ：本文实现的中间件将会是终端设备的 异构视频监控系统集成关键技术研究与实现 仿真，仿真模拟真实视频采集设备，用来管理各个厂商不同品牌的视频编码设备， 从而实现异构视频监控系统的集成。 目前的视频监控系统应用中j 存在的主要问题是不同厂家的设备难以互联互 通、集成接入，而这样的需求在过去、现在和未来一定时期将会长期存在。因此， 如何在目前的情况下，采用低成本、高效率、适用性强的视频监控系统集成开发 架构，是各大视频监控厂商需要共同面对的问题。中间件的概念在i t 领域已经很 成熟，将该思想拿到视频监控系统软件的架构开发上，将会是一个不错的选择。 中间件技术本身所具有的特点将能很好的解决视频监控系统集成的问题，中间件 运行于多种硬件之上，能很好的解决不同厂商基础架构不同等问题；中间件支持 标准的接口使监控系统对内对外都具有良好兼容性；中间件全组件化的系统架构 有利于异构视频监控系统的集成实现；中间件提供一致的源码编程接口有利于系 统功能集成。 2 2 3 多媒体视频技术 2 2 3 1 多媒体技术概述 多媒体技术已成为了2 0 世纪9 0 年代计算机应用的时代特征。多媒体技术的 广泛应用，在一定程度上改善了人类信息的交流的方式，缩短了信息传递的路径。 多媒体技术的迅速发展，给传统的计算机系统、视频和音频设备带来了方向性的 变革。 多媒体技术是通过计算机把图形、文字、声音及视频等媒体信息数字化，并 将其整合在_ 定的交互式界面上，使计算机具有交互展示不同媒体形态的能力。 综合来说，多媒体技术有以下特性： 1 ) 集成性。多媒体技术是建立在数字化处理基础上，结合文字、图像、音频、 视频等媒体的一种应用技术。多媒体技术是多种技术的集合体，可以说是包含了 计算机领域最新的软件技术和硬件技术。 2 ) 交互性。交互性是多媒体与传统媒体的最大区别。交互性是可与用户做交 互性沟通的特性。这一特性，除了使用户能够按照自己意愿解决问题外，还可通 过这种交互式的沟通来协助学习、思考，从而实现增进知识及解决问题的目的。 第2 章相关问题研究综述 3 ) 非循序性则。一般而言，用户对非循序性的信息存取需求比对循序性存取 大的多。多媒体强调的功能之一就是简化用户查询资料的过程，通常信息查询时， 大部分时间用在信息重复接收和查找资料。多媒体系统克服了这一不足，用非循 序渐进的方式获取知识，使以往依照章、节、页阶梯式获取知识的方式得以改善。 4 ) 非纸张输出形式。传统的出版模式通过纸张作为载体输出，知识的保存和 传递通过记录在纸上的文字和图形来完成，但这种方式受限于纸张，不能将相关 的影像及声音保存下来，读者想要得到完整资料往往还需要查询其他资料。多媒 体系统强调的是无纸输出，这不仅提高了资料保存的便利性，还使存储容量大大 增加【17 1 。 多媒体技术的应用影响着人类社会工作和生活的方方面面。在音频技术方面， 数字化音频设备、多媒体声卡、数字音响、音频压缩等；在通信技术方面，随着 通信技术在多媒体领域的不断深入应用，二者的结合越来越紧密，更多的多媒体 通信系统孕育而生，其中计算机支持的协同工作系统，它可以应用到远程教育系 统、远程医疗诊断系统、远程协同编著系统、军事应用中的指挥和协同训练系统 等；多媒体会议系统集计算机、通信及电视技术等为一体，从而实现人与人之间 的“面对面”的虚拟会议环境；v o d 和交互电视系统可以根据用户要求播放节目， 能够对单用户提供大范围的影片、游戏、视频节目、信息等访问能力。 多媒体技术的快速发展，使多媒体计算机形成更完善的协同工作环境，这不 但消除了时间距离的障碍，也消除了空间距离的障碍，为人类提供更完善的信息 服务。动态的、可交互的多媒体技术能够在网络环境下制造出更加生动的二维和 三维场景，还可以通过摄像等设备把娱乐工具和办公室整合在多媒体终端上，能 够在世界任一地方与千里之外的同行通过视频会议上进行讨论、产品设计，观看 高质量的图像画面。新一代人性化、智能化的多媒体软件还可以使不同文化背景、 不同国籍和不同文化的人们通过，人机对话”，消除彼此之间的隔阂自由地沟通。 多媒体技术成为时代的技术特征，在方方面面影响着人们日常生活，人们不断的 多媒体需要也不断刺激着多媒体技术的发展，相信在不久将来美国科幻大片里的 影响将成为现实。 异构视频监控系统集成关键技术研究与实现 2 2 3 2 主流视频格式 目前，各种流媒体文件格式、新视频文件等层出不穷，不同媒体格式对应不 同的视频编码方式，下面介绍几种主流的视频媒体格式。 1 ) m p e g 格式 m p e g ( m o t i o np i c t u r ee x p e r t sg r o u p ) 是视频编码格式中的一个大家族，从它 衍生出来的格式非常多，包括以m p g 、m p a 、m p 3 、n a p e 、d a t 等为扩展名的视 频文件。m p e g 格式包括m e e g 音频、m p e g 视频和m p e g 系统( 音频、视频同 步) 三个部分，m p 3 音频文件就是m p e g 音频的一个典型一应用，视频方面则包 m p e g 1 、m p e g 2 和m p e g 4 等。 m p e g - 1 m p e g 一1 标准定制于1 9 9 2 年，它是针对1 5 m b s 以下数据传输率的数字运动 图像及其伴音编码而设计的国际标准【1 8 】。经过m p e g 1 标准压缩后，视频数据压 缩比为1 2 0 0 1 1 0 0 ，音频压缩比为1 6 5 。m p e g 1 压缩算法被广泛应用在v c d 的制作和一些视频片段下载方面，几乎所有的v c d 都使用m p e g 1 格式压缩。 m p e g 2 m p e g 2 ，标准定制于1 9 9 4 年，设计目标为高级工业标准的图像质量以及更高 的传输率。m p e g 2 有每秒3 0 帧7 0 4 * 4 8 0 的分辨率，是m p e g 1 播放速度的四倍， 使用于高要求的广播和娱乐应用程序，如d s s 卫星广播和d v d ，m p e g 一2 是家用 视频制式( v h s ) 录像带分辨率的两倍。这种格式主要应用在d v d s v c d 的压缩 方面，同时在一些h d t v ( 高清广播电视) 和一些高要求视频编辑、处理方面也 有相当的应用。m p e g 2 的压缩算法的图像质量方面的指标是m p e g l 无法比拟 的。利用这种压缩算法制成的文件格式一般为v o b 文件。 m p e g 4 m p e g - 4 标准定制于1 9 9 8 年，是为了播放流媒体的高质量视频而专门设计的， 它可以利用很窄的带宽，通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求使用最少的数 据获得最佳的图像质量。现在，这种压缩算法被许多编码格式沿用，例如a s f 、 d i v x 、x v i d 、m p 4 等等都采用m p e g - 4 的压缩算法。用m p e g - 4 压缩算法的高级 格式流( a d