基于网络的视频监控系统的设计与实现

基于网络的视频监控系统的设计与实现

视频监控的开发经历了视频监控的模拟和数字视频监控的几个阶段。视频监控在人民生产生活的各个方面发挥很大的作用,在城市安全、城市交通监控、远程会议、学校教育等各方面都需要建设大量的视频监控系统。数字化的视频监控代替模拟视频监控是必然的趋势,真正实现网络化的视频监控势在必行。实现网络数字视频监控涉及到多方面的技术。文中对实现基于网络的视频监控系统的设计所用到的技术进行了系统的探究,为实现系统的全面设计奠定基础。1流媒体技术及传输数据使用流式传输技术连续时的媒体与传统的单纯下载相比较流媒体具有明显的优点。由于不需要将全部数据下载,因此等待时间可以大大缩短;由于流文件往往小于原始文件的数据量,并且用户也不需要将全部流文件下载到硬盘,从而节省了大量的磁盘空间;由于采用了等实时传输协议,更加适合动画视频音频在网上的实时传输。实现流式传输有两种方法:顺序流式传输和实时流式传输。视音频等多媒体数据必须进行预处理才能适合流式传输这是因为目前的网络带宽对多媒体巨大的数据量来说还显得远远不够。预处理主要包括两方面:一是降低质量;二是采用先进高效的压缩算法。由于组播可以大大的节省网络带宽,因为无论有多少个目标地址,在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。它提高了数据传送效率。减少了主干网出现拥塞的可能性。组播组中的主机可以是在同一个网络,也可以来自不同的网络。IP组播技术构建一种具有组播能力的网络,允许路由器一次将数据包复制到多个通道上。采用组播方式,单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据流而无时延。媒体服务器只需要发送一个信息包,而不是多个,所有发出请求的客户端共享同一信息包。信息可以发送到任意地址的客户机,减少网络上传输的信息包的总量。网络利用效率大大提高,成本大为下降。由于带宽、服务器负载、分布式应用等方面的优点系统采用组播技术2数字视频监控系统的技术实现视频信号的远程传输有两种方式,一种是模拟信号方式,另外一种是数字信号方式。数字信号方式就是对视频信号进行压缩编码,然后以数字信号的方式进行传输。考虑到视频数据量大的特点,人们使用了多种压缩算法对视频图像进行压缩处理然后进行远程传输。这种方式和前面提到的方式相比,差别就在于不使用解码器将视频数字信号还原为模拟信号,而是直接将数字信号进行存储和转发,便于在网络上传输。系统采用MPEG-4压缩格式,故就此压缩格式进行了研究。数字图像的传输就是如果上级要直接观看下级的监控录像,或者在外地也能随时随地的观看监控录像,这是一个难点问题。解决此难点的办法,只能采用在Internet上传输监控图像。但是图像带宽又难以在Internet实现实时传输,图像的上传和下载也有一定的带宽要求。视频服务器在网络传输中得到了应用,可以随便的进行视频点播,网络视频观看。在此过程中不可避免的要与数据压缩打交道,如何将视频数据,音频数据在一定的失真范围内用最小的数据量传输是数据压缩要研究的一个重要课题。数字视频监控系统技术的核心是压缩技术。由于MPEG-4压缩比高、节省存储空间、图像质量好等优点,2.1vo的编码某一时刻,VO以VOP的形式出现,编码也主要针对这个时刻该VO的形状、运动、纹理这三类信息来进行,因此,MPEG-4的主要编码信息就是对这三类信息进行编码的工具。2.1.1不同材料的vop形状信息MPEG-4编码的形状信息有两类:二值形状信息(binaryshapeinformation和灰度级形状信息(grayscaleshapeinformation)。MPEG-4中采用位图法来表示这两类形状信息VOP被一个“边框”框住,边框长宽均为16的整数倍,同时保证边框最小。这种方法压缩效率高,且计算量小。2.1.2仿射运动模型的建立基于块的运动估计算法简单,易于硬件实现,且由于匹配局限于8×8或16×16的区域,因此匹配残差分布较理想。但由于是用简单的小平面的二维平移来近似实际中的各种复杂运动,因此运动向量未反映物体实际运动本质。基于整体一致运动参数模型的方法接近物体运动本质,但实验结果表明,效果并不理想,主要原因在于实际运动太复杂,在许多局部,由于噪声、遮挡、侧面的出现以及非刚体的运动,使得单一的刚体6参数仿射运动模型不能很好地描述,由此产生较大的残差,从而使编码效率降低。但从基于内容的压缩编码方法的发展看,由于这种方法给出了更接近物体实际整体运动的描述,因此对于支持基于内容的操作和访问功能大有益处。2.1.3vop分块填充纹理信息有两种,可能是内部编码的I-VOP的像素值,也可能是帧间编码的P-VOP、B-VOP的运动估计残差值。为了达到简单、高性能、容错性好的目的,仍采用基于分块的纹理编码。现用“重复填充”方法将该块在VOP外的部分进行填充(对于残差块只须填零),再用DCT编码。这样是为了增加块内数据的空域相关性,从而利于DCT变换和量化去块内的空域冗余2.2spwell传统固定分块的运动估计及补偿技术有其优点,例如算法简单,易于硬件实现;适应图像类型广泛,不用考虑图像内容;以及比较有效地提高压缩比等。但是它也有明显的缺点,如只能精确描述与摄像机光轴垂直的平面内的刚体平动,局限性大;每个分块有一个运动向量,编码开销较大。画面中某一物体在作刚体运动,但运动类型较复杂:可以是沿各方向的平动、转动。Sprite可以看作是一种更先进的运动估计和补偿方式,可很好处理以上情况。传统分块运动估计和补偿技术不应被抛弃,但应该得到补充,Sprite技术与传统分块技术结合使用是一种合理的模式。3联网监控图像的传输和传输功能网络视频监控系统基于TCP/IP架构,以网络视频服务器为核心,实现了基于网络的点对点、点对多点、多点对多点的远程实时现场监视、远程遥控摄像机以及录像、报警等功能。系统利用计算机网络的技术,使监控图像在网络上进行传输。它不仅具有传统的闭路电视监控系统的功能,而且可以是连接在Internet/Intranet上的监控系统。采用有效的压缩技术,将图像在有限的带宽内实时传送。使得可以通过远程计算机终端浏览器控制/观看到监控现场的图像,并且还带有移动检测等报警功能,可将监控现场的任何异动及时通知给您。同时能够实现对监控系统的远程控制,完全不受空间的局限。为了使编解码和数据的传输能同步进行,应用程序采用多线程结构。4监控系统接口网络视频服务器直接管理摄像头和报警器,并为监控服务器访问它们提供网络接口。为了提供较高的视频服务质量,采用了专用的H.264编码芯片对图像进行编码。主要硬件模块可以分为ARMCPU、系统内存、以太网接口、H.264编码模块、视频信号模数转换模块、Flash存储系统内存、系统总线、以太网接口等。除了模数转换模块,其它模块都连到系统总线上,由CPU统一管理和调度、传输数据等。利用网络平台进行视频传输和控制的实现方式采用以数字硬盘录像机为核心构成的监控系统,视频图像通过同轴电缆传输到硬盘录像机的视频输入端口,由硬盘录像机实现视频数字化,远程客户端通过控制软件实现了远端的监控图像传输和控制,由于监视点到硬盘录像机输入接口端还是采用的模拟传输方式,传输距离受到了限制5变量定义和基于外部辅助的控制限制DirectShow是基于COM技术的多媒体开发结构体系,因此了解和掌握COM组件技术对理解DirectShow体系结构和掌握软件开发方法都着极其重要的意义。DirectShow应用程序开发又有其自身的特点和方法。FilterGraphManager是DirectShow的一个对象,可以通过CoCreateinstance函数创建该对象的实例,利用该实例,可以构建和控制FilterGraph;并能对FilterGraph进行同步、事件通知处理等其它控制。第二步,利用FilterGraphManager组建FilterGraph时,我们还可以使用其它辅助对象帮助建立和控制FilterGraph,如CaptureGraphBuilder,也是DirectShow中比较重要的一个对象,该对象辅助创建带有音频视频捕获功能的FilterGraph。组建FilterGraph的过程,就是寻找合适的Filter,添加到FilterGraph,并对Filter进行顺序连接。搜寻到合适的Filter后,利用FilterGraphManager对象的(下转第146页)(上接第144页)IFilterGraph接口实现该Filter的添加。Filter之间的连接,也是通过FilterGraphManager或CaptureGraphBuilder所提供的COM接口实现的。DirectShow还提供给用户运行状态下添加或删除Filter的方法,利用该方法,我们可以在应用程序中实现动态的构建或修改FilterGraph。为了满足一般用户的要求,DirectShow自身提供了许多过滤器供用户选择和使用。然而,DirectShow过滤器虽然可以完成一定的功能,但是它和用户的希望还有差别;现有的过滤器并不能满足用户的要求(例如对某种编解码算法进行了优化和修改),这时也需要编写过滤器。所以,要想更加灵活的控制媒体流或实现扩充