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[摘要]从模拟监控系统,数字化监控系统到网络监控系统,视频监控系统近几年得到很大的发展。分析数字视频监控系统的特点,并详细介绍数字视频远程监控系统关键技术以及在工业控制等领域的应用。
[关键词]数字视频远程监控视频压缩
中图分类号:TN92文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210036-01
一、概述
远程监控是工业生产自动化的关键。利用视频会议系统进行远程监控,可以全面监视生产现场,迅速及时地对各种情况作出相应的反应,同时具有价格低廉、性能优越的特点。比如,如果在家里安装一台桌面型视频会议电视系统,就可以实现家庭办公、购物等,使工作和学习变得更加方便轻松。
数字视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用于许多场合。在电子技术与通信技术的发展过程中,数字视频监控系统的技术水平直接反映了不同阶段电子与通讯的技术状况,而计算机及网络技术的发展将数字视频监控技术提到了一个新的高度。
网络多媒体技术的发展导致了基于IP技术的网络远程现场视频浏览应运而生。从模拟监控到数字监控,实现了数字视频监控技术的一次飞跃,目前最先进的技术就是通过专用视频服务器(瘦服务器)把模拟图像信号转化为数字图像信号后上网,同时通过管理程序对多个视频流进行统一管理,获得授权的用户便可以通过网络看到任何一个监控现场的实时图像,并且可以控制监视器的视角和焦距。
二、数字视频监控系统的特点
(一)以平台为核心,以网络为纽带。我们现在的安防系统以及工业生产监控岗位,靠人力已经不能解决大规模监控系统出现的管理问题了,所以打造一个管理平台的需求就显得非常迫切。一个好的管理平台可以将所有的摄像头纳入管理,将所有的报警点纳入管理,将所有的编解码设备纳入管理,将所有的后台服务器纳入管理,从而使得整套系统能够顺畅运行。
(二)接入多个不同的设备,实现互联互通。由于安防系统过去以独立的小规模应用为主,造成了设备的生产厂家非常众多,而且各个厂家都有自己的一套编解码和网络传输的做法。这要求大型监控系统平台能够接入多家厂商的设备。一者保护用户原有的投资,充分利用现有资源,避免资源浪费;二者在用户在新系统建设时减少投入提供解决办法。
三、数字视频远程监控技术
数字化视频可以在计算机网络(局域网或广域网)上传输图像数据,基本上不受距离限制,信号不易受干扰,可大幅度提高图像品质和稳定性;数字视频可利用计算机网络联网,网络带宽可复用,无须重复布线。
(一)组播技术。在传统的网络传输中,大都采用点对点的传输方式,这种方式比较可靠,但对于一点向多点传输相同的数据的情况下,这种方式就不能充分利用带宽,使传输的路数有限。以确保需要数据的用户能够得到所需的数据;采用IP组播就是为了解决这个棘手问题而开发出来的。IP组播采用了组地址的概念,把需要视频流数据的用户编入用户组,并利用一些高级的网络协议来确保最经济地利用带宽,把数据通过用户组传递给真正需要的用户。
目前,IP Multicast是使用最广泛的传输技术。IP Multicast组播是一种合理利用网络资源和频谱带宽的技术,它是标准IP网络协议技术的一个扩展。IP组播的核心思想是:通过一个IP地址(组播地址)向一组主机发送同一个数据包(UDP包),即一对多的工作方式。发送方仅仅需要向一个组播地址发送一份信息,就能保证所有的接收方(前提是必须加入到同一组播)能够收到相同的信息。组中的成员是动态的,可以根据自己的意愿随时加入、离开,并且,每台主机可以同时加入到多个组中去。IP组播技术可以有效地避免由于重复发送造成的发送方负担过重以及广播风暴,组播数据可以突破路由器的限制,将数据包发送到不同的物理网段。
(二)视频数据的压缩解压缩技术。数字视频图像数据巨大,传输极其不便。视频图像播放的关键是做到平滑显示,帧率一般应为22～30帧/s。低于20帧/s,就会感到视频跳动。因此要实时显示,其关键在于保证图像更新的帧速率不小于20帧/s。但是,假设1幅640*480中分辨度的彩色图像(24bit/像素),则其数据量为0.92MB,如果以每秒30帧的速度播放,则视频信号的数码率就高达27.6Mbps。显然,视频压缩技术数字化是压缩技术的关键。目前,适用于远程视频监控的图像压缩标准有H.261,MPEG-1。两者的核心技术都是离散余弦变换及运动补偿算法,它的主要思想是通过减少每帧图像间时间上和空间上的冗余性和相关性信息来减少数据量。H.261适合在64-384Kbps的低带宽下传输实时视频图像、但图像质量不理想;MPEG-l在800KbPs-2Mbps的传输速率下图像清晰度能达到较好的图像效果。用户可根据不同的场合和需求选用不同的压缩标准。
(三)多线程技术在视频数据传输的应用。在数字视频网络传输中,发送方和接收方工作步骤如下:
1.启动视频压缩卡;
2.取出复合数据流(视频流和音频流的复合流);
3.复合数据流的打包、传输;数据流的接收;
4.对数据进行解码、播放。
因此,如果采用单线程工作方式,发送和接收播放就不能同时进行。采用系统的抢先式多线程任务机制,采用线程这个最小执行体作为CPC分配时间的实体,同时运行多个线程,并且按线程的优先级别调度多个线程。这样在发送方“取流”和“传输”共享与同一内存区域,采用多个线程同时进行“取流”和“传输”等几个过程,提高了CPC的利用率,保证了系统的实时性。接收方“接收”和“播放”同时进行,保证了画面的连续性。
四、远程监控系统的应用
在监控领域中、数字化和网络化是一种趋势,可厂泛应用在电信、电力、交通、银行等领域。利用各种数据通信网络如:DDN、ISDN、E1、xDSL,把经过数字化压缩、编码的视频、音频、报警感应数据传输置监控中心,中心的计算机对各种数据进行解压缩、解编码同时回放视频、音频,对报警事件进行告警处理。
随着TCP/IP技术与视频编码技术各个领域都得到发展和应用,基于IP技术与图像编码技术的视频监控系统必将电信、电力、交通、银行等领域的安全及生产监控上得到更广泛的应用,超媒体的综合自动化系统在不久的将来将会成为主流。在现今的社会,数字视频远程监控系统的发展也将标志着一个国家、一个产业的进步程度,它的发展对世界工业的发展进程来说起着举足轻重的作用。
参考文献:
[1]刘富强、钱建生等,多媒体图象技术及应用[M].北京:人民邮电出版社,2000,88-90.
[2]刘富强、卢赤班,数字视频监控系统及其应用[J].工矿自动化,2003.3.
[3]路林吉、吕新荣,数字图像监控技术讲座(第1讲概述)[J].电子技术,2001,(7):45-48.
[关键词]数字视频远程监控视频压缩
中图分类号:TN92文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210036-01
一、概述
远程监控是工业生产自动化的关键。利用视频会议系统进行远程监控,可以全面监视生产现场,迅速及时地对各种情况作出相应的反应,同时具有价格低廉、性能优越的特点。比如,如果在家里安装一台桌面型视频会议电视系统,就可以实现家庭办公、购物等,使工作和学习变得更加方便轻松。
数字视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用于许多场合。在电子技术与通信技术的发展过程中,数字视频监控系统的技术水平直接反映了不同阶段电子与通讯的技术状况,而计算机及网络技术的发展将数字视频监控技术提到了一个新的高度。
网络多媒体技术的发展导致了基于IP技术的网络远程现场视频浏览应运而生。从模拟监控到数字监控,实现了数字视频监控技术的一次飞跃,目前最先进的技术就是通过专用视频服务器(瘦服务器)把模拟图像信号转化为数字图像信号后上网,同时通过管理程序对多个视频流进行统一管理,获得授权的用户便可以通过网络看到任何一个监控现场的实时图像,并且可以控制监视器的视角和焦距。
二、数字视频监控系统的特点
(一)以平台为核心,以网络为纽带。我们现在的安防系统以及工业生产监控岗位,靠人力已经不能解决大规模监控系统出现的管理问题了,所以打造一个管理平台的需求就显得非常迫切。一个好的管理平台可以将所有的摄像头纳入管理,将所有的报警点纳入管理,将所有的编解码设备纳入管理,将所有的后台服务器纳入管理,从而使得整套系统能够顺畅运行。
(二)接入多个不同的设备,实现互联互通。由于安防系统过去以独立的小规模应用为主,造成了设备的生产厂家非常众多,而且各个厂家都有自己的一套编解码和网络传输的做法。这要求大型监控系统平台能够接入多家厂商的设备。一者保护用户原有的投资,充分利用现有资源,避免资源浪费;二者在用户在新系统建设时减少投入提供解决办法。
三、数字视频远程监控技术
数字化视频可以在计算机网络(局域网或广域网)上传输图像数据,基本上不受距离限制,信号不易受干扰,可大幅度提高图像品质和稳定性;数字视频可利用计算机网络联网,网络带宽可复用,无须重复布线。
(一)组播技术。在传统的网络传输中,大都采用点对点的传输方式,这种方式比较可靠,但对于一点向多点传输相同的数据的情况下,这种方式就不能充分利用带宽,使传输的路数有限。以确保需要数据的用户能够得到所需的数据;采用IP组播就是为了解决这个棘手问题而开发出来的。IP组播采用了组地址的概念,把需要视频流数据的用户编入用户组,并利用一些高级的网络协议来确保最经济地利用带宽,把数据通过用户组传递给真正需要的用户。
目前,IP Multicast是使用最广泛的传输技术。IP Multicast组播是一种合理利用网络资源和频谱带宽的技术,它是标准IP网络协议技术的一个扩展。IP组播的核心思想是:通过一个IP地址(组播地址)向一组主机发送同一个数据包(UDP包),即一对多的工作方式。发送方仅仅需要向一个组播地址发送一份信息,就能保证所有的接收方(前提是必须加入到同一组播)能够收到相同的信息。组中的成员是动态的,可以根据自己的意愿随时加入、离开,并且,每台主机可以同时加入到多个组中去。IP组播技术可以有效地避免由于重复发送造成的发送方负担过重以及广播风暴,组播数据可以突破路由器的限制,将数据包发送到不同的物理网段。
(二)视频数据的压缩解压缩技术。数字视频图像数据巨大,传输极其不便。视频图像播放的关键是做到平滑显示,帧率一般应为22～30帧/s。低于20帧/s,就会感到视频跳动。因此要实时显示,其关键在于保证图像更新的帧速率不小于20帧/s。但是,假设1幅640*480中分辨度的彩色图像(24bit/像素),则其数据量为0.92MB,如果以每秒30帧的速度播放,则视频信号的数码率就高达27.6Mbps。显然,视频压缩技术数字化是压缩技术的关键。目前,适用于远程视频监控的图像压缩标准有H.261,MPEG-1。两者的核心技术都是离散余弦变换及运动补偿算法,它的主要思想是通过减少每帧图像间时间上和空间上的冗余性和相关性信息来减少数据量。H.261适合在64-384Kbps的低带宽下传输实时视频图像、但图像质量不理想;MPEG-l在800KbPs-2Mbps的传输速率下图像清晰度能达到较好的图像效果。用户可根据不同的场合和需求选用不同的压缩标准。
(三)多线程技术在视频数据传输的应用。在数字视频网络传输中,发送方和接收方工作步骤如下:
1.启动视频压缩卡;
2.取出复合数据流(视频流和音频流的复合流);
3.复合数据流的打包、传输;数据流的接收;
4.对数据进行解码、播放。
因此,如果采用单线程工作方式,发送和接收播放就不能同时进行。采用系统的抢先式多线程任务机制,采用线程这个最小执行体作为CPC分配时间的实体,同时运行多个线程,并且按线程的优先级别调度多个线程。这样在发送方“取流”和“传输”共享与同一内存区域,采用多个线程同时进行“取流”和“传输”等几个过程,提高了CPC的利用率,保证了系统的实时性。接收方“接收”和“播放”同时进行,保证了画面的连续性。
四、远程监控系统的应用
在监控领域中、数字化和网络化是一种趋势,可厂泛应用在电信、电力、交通、银行等领域。利用各种数据通信网络如:DDN、ISDN、E1、xDSL,把经过数字化压缩、编码的视频、音频、报警感应数据传输置监控中心,中心的计算机对各种数据进行解压缩、解编码同时回放视频、音频,对报警事件进行告警处理。
随着TCP/IP技术与视频编码技术各个领域都得到发展和应用,基于IP技术与图像编码技术的视频监控系统必将电信、电力、交通、银行等领域的安全及生产监控上得到更广泛的应用,超媒体的综合自动化系统在不久的将来将会成为主流。在现今的社会,数字视频远程监控系统的发展也将标志着一个国家、一个产业的进步程度,它的发展对世界工业的发展进程来说起着举足轻重的作用。
参考文献:
[1]刘富强、钱建生等,多媒体图象技术及应用[M].北京:人民邮电出版社,2000,88-90.
[2]刘富强、卢赤班,数字视频监控系统及其应用[J].工矿自动化,2003.3.
[3]路林吉、吕新荣,数字图像监控技术讲座(第1讲概述)[J].电子技术,2001,(7):45-48.