【文章內(nèi)容簡介】 壓縮技術(shù)的采用將大大節(jié)省用戶的下載時間和數(shù)據(jù)流量收費。 ? 高質(zhì)量的圖象： 能提供連續(xù)、流暢的高質(zhì)量圖象（ DVD 質(zhì)量）。 ? 容錯能力強： 提供了解決 在不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下容易發(fā)生的丟包等錯誤的必要工具。 ? 網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強： 提供了網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)層（ Network Adaptation Layer） , 使得 的文件能容易地在不同網(wǎng)絡(luò)上傳輸（例如互聯(lián)網(wǎng)， CDMA， GPRS， WCDMA，CDMA20xx 等）。 標(biāo)準(zhǔn)采用了很多新技術(shù)用來提高壓縮比降低碼流，主要是采用了高精度、多模式預(yù)測技術(shù)。 標(biāo)準(zhǔn)針對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枰O(shè)計了視頻編碼層 VCL和網(wǎng)絡(luò)提取層 NAL結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)抽象層是提供 “網(wǎng)絡(luò)友好 ”的界面，從而使視頻編碼層能夠在各種系統(tǒng)中得到有效的應(yīng)用。 標(biāo)準(zhǔn)針對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枰O(shè)計了差錯消除的工具便于壓縮視頻在誤碼、丟包多發(fā)環(huán)境中傳輸，從而保證了視頻傳輸?shù)挠行浴? 在 JPEG 和 MPEG1/2 的時代壓縮芯片以 ASIC 芯片為主，從 MPEG4 開始壓縮芯片已經(jīng)過度到 DSP 時代，使用 ASIC 芯片的產(chǎn)品越來越少。這是由于芯片處理能力逐步提高，可以適應(yīng)算法的不斷優(yōu)化， ASIC 技術(shù)產(chǎn)品化周期長，已經(jīng)無法適應(yīng)目前算法進(jìn)步的步伐。 由于 DSP 體系結(jié)構(gòu)的限制，面對復(fù)雜的 算法實現(xiàn)低成本的實時壓縮已經(jīng)非常困難。在算法和芯片技術(shù)成熟以后，未來的主流壓縮平臺 應(yīng)該是 ASIC的天下，當(dāng)然 ASIC 和DSP 技術(shù)相結(jié)合的芯片，同樣具有誘惑力，能夠適合未來算法發(fā)展的需要。 2. 圖像濾波 目前最嚴(yán)重的問題之一是攝像頭干擾問題，中低檔的攝像頭比較明顯，特別在低照度的環(huán)境中干擾對圖像質(zhì)量有非常大的影響。這些噪點隨著產(chǎn)品型號和工作環(huán)境而不同。由于視頻壓縮算法是通過前后幀圖像的差異實現(xiàn)壓縮，因此這種隨機噪點對壓縮的影響非常大，有的時候甚至造成碼流成倍上升，將壓縮算法的優(yōu)點全部掩蓋。 噪點的處理使得中低檔攝像頭能夠同樣達(dá)到理想的壓縮效果，特別是對于光線不好的環(huán)境非常有意義。 主要可以采用兩種濾波方式：時間軸上的濾波與空間軸上的濾波。時間軸濾波采用運動自適應(yīng)方式來去處偽顏色噪聲同時還原運動物體?？臻g軸濾波用來去除泊松噪聲同時強化物體邊緣。除此之外，還可以使用柱狀均衡器，它通過平滑亮度信號的突變來改善對比度。在幀間編碼的技術(shù)中主要采用了針對攝像頭主要環(huán)境特征即靜止圖像和圖像變化不大的情況下壓縮處理，這樣保證在正常情況下圖像都可以以高質(zhì)量的水平保存。另一方面，通過實時濾波技術(shù)的應(yīng)用，使得在壓縮之前就排除了信號中的干擾，壓縮還原的圖像有很大的提高，同時也降低了碼流。 2. 2數(shù)字視頻 的通信 2. 2. 1 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì) 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)、連接各網(wǎng)絡(luò)站點的實體。網(wǎng)絡(luò)信息還可以利用無線電系統(tǒng)、微波無線系統(tǒng)和紅外技術(shù)等傳輸。目前常見的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)有 :雙絞線、同軸電纜、光纖等。 光纖是最理想的傳輸媒介，其特點是傳輸容量大，傳輸質(zhì)量好，損耗少，但成本很高，適合網(wǎng)絡(luò)主干線。 同軸電纜也是一種常見的網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介，有粗纜、中同軸和細(xì)纜之分。目前有線電視采用這種傳輸媒介，適合短距離通信。 雙絞線目前主要用于電信網(wǎng)絡(luò)和局域網(wǎng)絡(luò)。 無線通信包括長距離的衛(wèi)星通信、微波通信，其傳輸性能、容量不如光纖。 但有較大的靈活性，可以在短時間內(nèi)構(gòu)造一個長距離的網(wǎng)絡(luò)。 2. 2. 2 傳輸網(wǎng)絡(luò) 目前運營的傳輸網(wǎng)絡(luò)有電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計算機網(wǎng)。 電信網(wǎng)上的多媒體通信業(yè)務(wù)有 ISDN, HDSL, ADSL, VDSL等。電信網(wǎng)絡(luò)具有連接范圍最廣、服務(wù)范圍最廣等特點，通過電信網(wǎng)可以和世界上絕大多數(shù)地方進(jìn)行通信。 計算機網(wǎng)絡(luò)目前主要有 FDDI(光纖分布式數(shù)據(jù)接口 )、快速以太網(wǎng)、 ATM(異步傳輸模式，電信網(wǎng)和計算機網(wǎng)相結(jié)合的技術(shù) )等。目前局域網(wǎng)內(nèi)常采用的是快速以太網(wǎng)，傳輸速度為100M/S。計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了計算機的互聯(lián)，為計算 機之間進(jìn)行文件傳送、資源共享提供服務(wù)。計算機網(wǎng)絡(luò)是范圍最小的網(wǎng)，通常廣域的 INTERNET 網(wǎng)需要通過電信網(wǎng)，以專線或者撥號的形式互聯(lián)。 有線電視網(wǎng)絡(luò) (CATV)提供廣播業(yè)務(wù)，包括電視、圖文電視等， CATV 采用模擬傳輸方式，是一種模擬網(wǎng)絡(luò)。電視網(wǎng)上提供的多媒體服務(wù)有 VOD,HFC 和 Cab 1 e Modem。 TCP/IP協(xié)議族 TCP/IP(傳輸控制協(xié)議 /網(wǎng)間協(xié)議 )是一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，它規(guī)范了網(wǎng)絡(luò)上的所有通信設(shè)備，尤其是一個主機與另一個主機之間的數(shù)據(jù)往來格式以及傳送方式。 TCP/IP 是 INTERNET的基礎(chǔ)協(xié)議，也是一種電腦數(shù)據(jù)打包和尋址的標(biāo)準(zhǔn)方法。在數(shù)據(jù)傳送中，可以形象地理解為有兩個信封， TCP 和 IP 就像是信封，要傳遞的信息被劃分成若千段，每一段塞入一個 TCP信封，并在該信封面上記錄有分段號的信息，再將 TCP 信封塞入 IP 大信封，發(fā)送上網(wǎng)。在接受端，一個 TCP 軟件包收集信封，抽出數(shù)據(jù)，按發(fā)送前的順序還原，并加以校驗，若發(fā)現(xiàn)差錯， TCP 將會要求重發(fā)。因此， TCP/IP 在 INTERNET 中幾乎可以無差錯地傳送數(shù)據(jù)。 TCP 是一個更高層次的，它允許運行在不同主機上的應(yīng)用程序相互交換數(shù)據(jù)流。 TCP將數(shù)據(jù)流分成 小段叫做 TCP 數(shù)據(jù)段 (TCP segments)，并利用 IP 協(xié)議進(jìn)行傳輸。在大多數(shù)情況下，每個 TCP 數(shù)據(jù)段裝在一個 IP 數(shù)據(jù)報中進(jìn)行發(fā)送。但如需要的話， TCP 將把數(shù)據(jù)段分成多個數(shù)據(jù)報，而 IP 數(shù)據(jù)報則與同一網(wǎng)絡(luò)不同主機間傳輸位流和字節(jié)流的物理數(shù)據(jù)幀相容。由于 IP 并不能保證接收的數(shù)據(jù)報的順序相一致， TCP 會在收信端裝配 TCP 數(shù)據(jù)段并形成一個不間斷的數(shù)據(jù)流。 另一個重要的 TCP/IP 協(xié)議集的成員是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 (UDP)，它同 TCP 相似但比 TCP原始許多。 TCP 是一個可靠的協(xié)議，因為它有錯誤檢查和握手確認(rèn)來保證數(shù)據(jù) 完整的到達(dá)目的地。 UDP 是一個“不可靠”的協(xié)議，因為它不能保證數(shù)據(jù)報的接收順序同發(fā)送順序相同，甚至不能保證它們是否全部到達(dá)。如果有可靠性要求，則應(yīng)用程序避免使用它。 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是目前最流行也是最穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。方案中遙視瞥戒系統(tǒng)在 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之上開發(fā)了專用通訊層，針對圖像數(shù)據(jù)的混合傳輸做了優(yōu)化處理，適合多點視頻和數(shù)據(jù)的并發(fā)傳輸，降低了系統(tǒng)資源的占用率。同時設(shè)計了專用文件傳輸協(xié)議，用于錄像文件的傳輸。該通訊層支持多種 TCP/IP 協(xié)議的傳輸，包括 TCP,UDP、多播等。 Winsock編程原理 2. 4. 1 套接字 (Sockets) 套接字是通信的基石，是支持 TCP/IP 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元。可以將套接字看作不同主機間的進(jìn)程進(jìn)行雙向通信的端點。它構(gòu)成了在單個主機內(nèi)及整個網(wǎng)絡(luò)間的編程界面。套接字存在于通信域中，通信域是為了處理一般的線程通過套接字通信而引進(jìn)的一種抽象概念。套接字通常和同一個域中的套接字交換數(shù)據(jù) (數(shù)據(jù)交換也可能穿越域的界限，但這時一定要執(zhí)行某種解釋程序 )。 Winsock 規(guī)范支持單一的通信域，即 Inter 域。各種進(jìn)程使用這個域互相之間用工 nter 協(xié)議族來進(jìn) 行通信。 套接字可以根據(jù)通信性質(zhì)分類，這種性質(zhì)對于用戶是可見的。應(yīng)用程序一般僅在同一類的套接字間通信。不過只要底層的通信協(xié)議允許，不同類型的套接字間也照樣可以通信。 套接字有兩種不同的類型 :流套接字 (TCP)和數(shù)據(jù)報套接字 (UDP) 客戶機 /服務(wù)器模型 進(jìn)入九十年代后，隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，很多數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)都采用開發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的客戶機 /服務(wù)器 (Client/Server)網(wǎng)絡(luò)模型，即客戶機向服務(wù)器提出請求，服務(wù)器對請求做相應(yīng)的處理并執(zhí)行被請求的任務(wù)，然后將結(jié)果返回給客戶機。這種方式隱含了在建 立客戶機 /服務(wù)器間通信時的非對稱性。 TCP/IP 是 lnter 上廣泛使用的一種協(xié)議，可用于異種機之間的互聯(lián)。 TCP/IP 協(xié)議本身是非常復(fù)雜的，然而在網(wǎng)絡(luò)編程中，程序員不必考慮 TCP/IP 的實現(xiàn)細(xì)節(jié)，只需利用協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程接口 Socket(亦稱套接字 )即可。在 Windows 中，網(wǎng)絡(luò)編程接口是 Windows Socket它包含標(biāo)準(zhǔn)的 Berkley Sockets的功能調(diào)用的集合，以及為 Windows 所做的一些擴(kuò)展。 TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用一般采用客戶 /服務(wù)器模式，面向連接的應(yīng)用調(diào)用如圖 2. 1 所示 : 圖 2. 1 流套接字編程時序圖 TCP/IP 的 socket 提供下列三種類型套接字： 流式套接字 (SOCK_ STREAM)提供了一個面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)無差錯、無重復(fù)地發(fā)送，且按發(fā)送順序接收。內(nèi)設(shè)流量控制，避免數(shù)據(jù)流超限：數(shù)據(jù)被看作是字節(jié)流，無長度限制。文件傳送協(xié)議 (FTP)即使用流式套接字。 數(shù)據(jù)報式套接字 (SOCK_ DGRAM)提供了一個無連接服務(wù)。數(shù)據(jù)包以獨立包形式被發(fā)送，不提供無錯保證，數(shù)據(jù)可能丟失或重復(fù)，并且接收順序混亂。網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) (NFS)使用數(shù)據(jù)報式套接字。 原始式套接字 (SOCK_ RAW)該接口允許對較低層協(xié)議，如工 P、工 CMP 直接訪問。常用于檢驗新的協(xié)議實現(xiàn)或訪問現(xiàn)有服務(wù)中配置的新設(shè)備。 3 整個系統(tǒng)的方案設(shè)計 3. 1系統(tǒng)的方案設(shè)計 在某電力的 220KV 變電站所用的 EV20xx 監(jiān)控系統(tǒng)的其核心是 AXIS 2400 VIDEO SERVER 該系統(tǒng)是一家瑞典公司的產(chǎn)品，屬于 OEM 貼牌的方式，相比之下本系統(tǒng)是專 「〕面向電力行業(yè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。下面對于這兩個系統(tǒng)從圖像的各個方面作一些比 較 : EV20xx 所用的 AXIS 2400 是采用 JPG/MJPEG 圖像壓縮格式，本系統(tǒng)是采用MPEG4 壓縮格式， MPEG4 是目前成熟的最先進(jìn)的圖像壓縮格式，和 JPG/MJPEG 相比要領(lǐng)先兩 代 (JPG/MJPG, MPEG1, MPEG2, MPEG4)。無論從壓縮率還是清晰度方面來說 MPEG4都要比 JPG 優(yōu)秀的多。 所采用的圖像編碼技術(shù)決定了圖像傳輸所占的帶寬，在這方面 MPEG4 壓縮方式的 優(yōu)越性暴露無遺，在同樣的圖像畫面大小和幀率的前提下，現(xiàn)場實際測試，本系統(tǒng)圖 像傳輸所占用的帶寬是 EV20xx 的 1/3，最小可達(dá) 1/5，這對于一 個網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng) 而言具有極端重要意義。在 2MB的帶寬下，可以輕松的支持多個客戶同時瀏覽圖像。 這項指標(biāo)是比較難把握的，沒有較好的測試手段，在目測的情況下，受主觀因素 影響較大，比如較落后的圖像格式可以通過犧牲帶寬來達(dá)到較好的圖像質(zhì)量，還可以 縮小畫面來達(dá)到看上去較好的效果。 EV20xx 就是采用這兩種方式，有很大的迷惑性。 4，數(shù)據(jù) AXIS 2400 配置了 4 個報警輸入 (光電隔離 ):1 個繼電器輸出 :2 個 RS232/485/422 數(shù)據(jù)端硬件接口，這些限制決定了 EV20xx 只能 接入有限的數(shù)據(jù)量， 相比之下本系統(tǒng)可以方便靈活的增加數(shù)據(jù)量 (包括智能設(shè)備 )的接入，必要時可以通過 插卡方式來增加 485 端口，這一點對于想接入不同波特率的設(shè)備的重要性不言而喻。 EV20xx是采用嵌入式，本系統(tǒng)是采用前端工控機。本來嵌入式系統(tǒng)有成本便宜、 使用方便等等優(yōu)點，嵌入式的優(yōu)點也是它的缺點，那就前端功能弱化一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn) 問題，整個系統(tǒng)就將徹底崩潰，將是災(zāi)難性的后果，相對于前端工控機方式，面對網(wǎng) 絡(luò)問題，雖然中心同樣無法監(jiān)控前端，但是前端自成一個完整的小系統(tǒng)，依舊監(jiān)控整 個變電站，并且 保存各種信息備查。 本方案根據(jù)變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求及各站點的具體地理位置，組建的變電站監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)集消防、防盜、防火、環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)視電氣設(shè)備為一體。利 用系統(tǒng)提供的變電站前端與局端之間的數(shù)據(jù)通道 (2M 口信道 )，監(jiān)控中心與變電站之 間通過 TCP/IP 方式進(jìn)行通信，符合 TCP/IP 通信協(xié)議，完成多路圖像、報警信號、數(shù) 據(jù)、控制信號的實時傳輸，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離 24 小時視頻監(jiān)控，同時接受遠(yuǎn)方監(jiān)控終端的 遠(yuǎn)端控制。 系統(tǒng)組網(wǎng)方案如圖 3. 1 所示 : 3. 2系統(tǒng)整體組成功能 系統(tǒng)前端變電 站監(jiān)控柜中的監(jiān)控主機對接入的視頻信號進(jìn)行壓縮處理、本地錄像 后，與環(huán)境采集信號通過傳輸信道 (2M 一以太 )進(jìn)入傳輸網(wǎng)絡(luò)，將各類數(shù)據(jù)信號上傳 到中心業(yè)務(wù)臺，業(yè)務(wù)臺對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行處理分析 。同時將重要數(shù)據(jù)信息備份到視頻接 入服務(wù)器，視頻接入服務(wù)器負(fù)責(zé)與上級網(wǎng)絡(luò)的連接，并接受數(shù)據(jù)查詢。系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò) 可接入不同級別變電站 (110KV, 220KV等 )的數(shù)據(jù)采集信號。 3. 2. 1 變電站端組成功能 前端設(shè)備 :前端變電站監(jiān)控柜、監(jiān)控主機、各種攝像機、各種傳感器、云臺鏡頭 解碼器、門禁系統(tǒng) (選配 )、消防系統(tǒng) (選配 )、 2M 一以太網(wǎng)橋 。 視頻采集 :攝像機圖像信號經(jīng)視頻矩陣單元 VCU 接入主機進(jìn)行處理分析 。 環(huán)境量采集 :煙感、紅外、水浸、玻璃破碎、溫濕度等信號由數(shù)據(jù)采集器經(jīng) 485 總線接入主機 。 實現(xiàn)流程 :監(jiān)控主機將視頻及環(huán)境采集信號通過 2M 一以太網(wǎng)橋，接入到監(jiān)控中 心。同時前端可實現(xiàn)視頻瀏覽，并通過控制輸出模塊進(jìn)行燈光聯(lián)動控制操作。 485