视频监控系统关键技术及发展分析

1、 -35-科技论坛视频监控系统关键技术及发展分析马天宝游敏惠(重庆邮电大学通信学院,重庆400065引言随着人们对安全的需求日益强烈,视频监控系统作为一种安全防范的有效手段,越来越受到各界的广泛关注。并且随着信息、网络、通信及多媒体等技术渗透到人类生活的各个领域的同时,视频监控也开始走进人们的生活。对视频监控系统的研究也成为了当前的热点。1视频监控系统发展现状现在国内外市场上,主要推出的是基于PC 的视频监控系统和基于嵌入式的网络监控系统,模拟视频监控系统已经基本被淘汰。基于PC 的视频监控系统技术发展成熟,性能稳定,经济实用,不少中小型企业单位仍然采用。随着嵌入式技术的快速发展,网络摄像机性

2、能进一步稳定,价格日趋合理,并呈现出很多优点,在视频监控领域地位逐渐提高。据中国报告大厅网络报告显示:从2006年开始,全球网络摄像终端的市场年增长速度达到70%。到2008年,全球网络摄像终端市场规模达到20.68亿美元。预计2011年将达到86.61亿元人民币。未来5年之内,网络视频监控都将保持约38%的年增长率,会有越来越多的视频监控系统采用完全数字化的技术。2视频监控系统关键技术2.1视频编解码技术。目前,国内外有多种视频编解码标准,但是对于视频监控系统,比较流行的主要有MPEG-4,H.264,AVS 。其中前两种代表着视频编码技术的国际先进水平,AVS 技术是我国自主知识产权的视频

3、编码技术,也达到国际水平。MPEG 和AVS 都采用了混合编码框架,包括变换量化、熵编码、帧内预测、帧间预测等技术模块。但是具体每种标准对当中具体技术都进行了改进。MPEG-4标准支持MPEG-2的大多数功能,提供不同的视频标准源格式、码率,同时支持基于内容的图像编码。其核心是基于内容的AV 信息存储及操作,支持交互性、高压缩比及能用存储性。与H.264及AVS 相比,压缩比小,数据量大,占用带宽多,在移动设备中使用存在不足。H.264采用DPCM 加变换编码的混合编码模式,多模式预测技术,获得了交换的压缩性能。针对视频的网络传输的需要,采用了分层技术。还设计了差错消除工具,便于压缩视频在无线

4、环境中传输。另外,在混合编码器的基本框架下,对关键部件做了重大改进。很好的提高了压缩比,具有较强的抗误码特性,无线信道中传输的适应性更强。但是性能的提高也加大了算法的复杂度。据估计编码复杂度大约相当于H.263的3倍,解码复杂度大约相当于H.263的2倍。AVS 采用与H.264类似框架,同时充分考虑实现复杂度。采用8X8整数变换、变换量化、帧内预测、等特征性技术。变换量化采用8×8块变换较H.264的4×4更能使图像的能量集中,压缩效果更好些。但变换涉及乘法运算,计算复杂。帧间预测限制参考帧个数,最小尺寸为8×8,降低了内存占用量,减少了技术复杂度。对所有数据都

5、使用Gxp-Golomb 编码,提高了压缩效率,降低了计算复杂度。通过对传统技术算法的改进,编码效率和图像质量都得到了进一步提高。在图像质量相近的情况下,AVS 与H.264压缩率相近,比MPEG-4平均节约39%的传输码流,而解码复杂度相当于H.264的30%,编码复杂度相当于H.264的70%。计算复杂度得到了降低,系统效率得到了相应的提高。达到了国际水平,但是整个标准也存在很大的不足,有待进一步改进。在无线网络视频监控中,倾向于采用H.264标准,而且,H.264针对无线网络环境,采用了几种新的抗误码技术。必将在数字视频的通信和存储领域得到越来越广泛的应用,但采用H.264要面对巨大的专

6、利费。AVS 虽然存在一定的不足,但标准水平也达到了国际水平,且采用自主知识产权,也将有广大的市场。所以将来将是两者共同发展。2.2传输技术。在视频监控系统中,视频图像的传输质量直接影响系统的监控质量。视频信号虽然已经过压缩,但数据量还是很大,特别是当几路视频信号同时在网络上传输时。大量的数据传输会造成传输网络的拥塞,数据的延迟及丢失,因此良好的传输协议和传输方式的选择至关重要。网络带宽。因此TCP 它不适合传输实时视频数据。UDP 是无连接的传输协议,不必在数据报丢失或出错时要求服务器重发,因此紧凑快速。而音视频数据的传输往往要求实时传输,同时又允许在性能要求范围内存在数据错误率和丢失率,因

7、此UDP 协议适合对音频和视频数据传输。但是UDP 存在不可靠性,必须考虑如何处理连接和如何保证可靠性等问题。在视频监控系统中,一般采用UDP 配合RTP 和RTCP 协议通信。RTP 本身并不提供可靠的传送机制,也不提供流量或拥塞控制及QOS 保证,它依靠RTCP 提供这些服务。RTCP 是与RTP 同时存在并协同工作的控制协议。它通过定义的各种包来承载控制信息,以监视网络服务质量、通信带宽以及网上传送的信息,并将其通知发送端。因此,在网络视频监控系统中,用RTP/UDP 来传输实时数据,RTCP 负责传输状态。根据终端的不同,在应用层可能采用不同的协议,但是在网络层和传输层多数都采用的IP

8、,UDP,RTP,RTCP 协议。仅仅依靠TCP 或UDP 建立一对一的传输方式,会造成网络带宽的巨大消耗及服务器的沉重负担。面对越来越大的用户群,视频传送方式将会成为视频传输的瓶颈。传输机制将成为视频业务发展到一定规模后必将面临的问题。是否具备高效的视频传输机制将成为判断视频监控系统优劣的一项重要指标。现有网络视频监控系统中,常见的传输方式有:单播和组播广播。而对于不同的视频传输应用中,单播和组播具有各自的优势。单播方式可以为客户端提供对流的最大控制权,但是有多个用户请求时,需要将数据包复制多个拷贝,以多个点对点方式发送到请求用户,这将造成服务器的沉重负担及网络带宽的浪费。组播在多个用户请求

9、同一个服务时,服务器只需发送自己信息的一个拷贝到所有接受者的IP 组播地址中,而不是发送多个信息,所有用户共享同一信息。采用组播技术很好地利用了网络带宽,提高了网络利用率,降低了服务器负载。国际标准化组织虽还未制定如何在融合的异构网络中提供视频广播组播业务的协议标准,但通过IP 多播实现各异构网络之间的视频广播组播已成为学术界共识。在各种无线网络中如何高效地进行视频广播多播也是当前国际学术研究的热点。3视频监控系统发展展望首先,随着无线网络技术的发展,基于3G ,WIMAX,无线局域网等网络的建立,为无线视频传输提供了条件。无线视频监控系统本身又具有不受地形限制、成本低廉、机动灵活等特点。视频

10、监控系统的无线化、网络化,受到国内外运营商的重视,是将来发展的必然趋势。其次,随着视频监控系统技术的日趋成熟,智能化作为技术发展的一个较高层次,也将是视频监控系统的发展方向。伴随监控环境的复杂,客户要求的提高,实时预防报警,运动检测,图像识别等技术渐渐要求融入到监控系统中来,整个系统实现智能化是客户的要求,也将成为另一个发展方向。另外,视频监控在产品应用方面,开始由原来的个别特殊行业,走向不同的群体。各种大中小型企业,生活小区,个人家庭等逐渐走进视频监控市场,并将成为一股重要群体。为满足不同客户的需求,整个视频监控市场将呈现多元化发展。总结视频监控经历了原来的模拟系统,到半数字系统,再到数字系统正在蓬勃发展。当然,目前的发展中仍然存在不少问题需要进一步完善和发展。但是,相信