視頻服務(wù)器與編碼技術(shù)及其發(fā)展趨勢分析

標簽：3G  WAPI

一、前言

隨著我國構(gòu)建和諧社會和建設(shè)小康社會的全面進行，安全成為大眾關(guān)心的熱點。不論是平安城市還是智慧城市的建設(shè)都是為了給市民提供安全保障及其相關(guān)服務(wù)，實現(xiàn)城市安防由“事后處理”向“事前控制”轉(zhuǎn)變，提升市民的安居滿意度;視頻服務(wù)器在實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變要求的同時，更多的是融入系統(tǒng)，提升自己的編碼功能，實現(xiàn)遠距離傳輸。本文重點對視頻服務(wù)器的原理組成、編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及發(fā)展趨勢等方面進行介紹分析。

二、視頻服務(wù)器發(fā)展概述

視頻監(jiān)控經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的模擬閉路監(jiān)控系統(tǒng)到數(shù)模混合監(jiān)控系統(tǒng)，再到現(xiàn)在的IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)。模擬閉路視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控能力由于受到了模擬視頻線纜傳輸長度和放大器的限制，所以只能實現(xiàn)本地監(jiān)控，到了第二代視頻監(jiān)控系統(tǒng)基本實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的遠程訪問。目前，隨著視音頻編碼技術(shù)及寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器使視頻遠距離傳輸?shù)膶崿F(xiàn)變得更容易、成本更低。

眾所周知，最早的視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用的是同軸線纜進行視頻信號的傳輸，隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不斷擴大，傳輸距離的不斷增加，傳統(tǒng)的 CATV已經(jīng)不能滿足應(yīng)用需求，而以DVR(數(shù)字硬盤錄像機)為核心的半模擬/半數(shù)字視頻監(jiān)控方案進入了視頻監(jiān)控領(lǐng)域，但是這種方案從攝像機到DVR仍采用同軸線纜進行信號傳輸。DVR可以支持錄像和回放，并支持有限量的IP網(wǎng)絡(luò)訪問，其主要的功能體現(xiàn)在錄像和回放，適用于局部小監(jiān)控系統(tǒng)，不適宜遠距離傳輸。

而以網(wǎng)絡(luò)為依托，采用視頻服務(wù)器搭建的以數(shù)字視頻處理技術(shù)為核心，綜合利用數(shù)字化圖像處理、嵌入式計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、自動控制和人工智能等技術(shù)的IP視頻監(jiān)控方案成為今天視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主流。網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器不僅具有本地數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)所具有的計算機快速處理能力、數(shù)字信息抗干擾能力、視頻圖像清晰及單機顯示多路圖像等優(yōu)點，而且真正發(fā)揮了寬帶網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢。通過IP網(wǎng)絡(luò)把監(jiān)控中心和網(wǎng)絡(luò)可以到達的任何地方的監(jiān)控目標組合成一個系統(tǒng)，真正適應(yīng)了目前對視頻監(jiān)控系統(tǒng)遠程、實時、集中的需求。

三、視頻服務(wù)器的原理及構(gòu)成

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控視頻服務(wù)器是一種實現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)編碼、網(wǎng)絡(luò)傳輸處理的專用設(shè)備，它由音視頻編碼器、網(wǎng)絡(luò)接口、音視頻接口、RS422/RS485串行接口、RS232串行接口等構(gòu)成。

音視頻壓縮編碼器：由于模擬視頻數(shù)據(jù)量非常大;通過數(shù)模轉(zhuǎn)化后，數(shù)據(jù)量也很大，故要利用成熟的編碼技術(shù)，將視頻數(shù)據(jù)在滿足網(wǎng)絡(luò)傳輸要求的技術(shù)指標下進行高壓縮比的編碼，以滿足傳輸要求。以前的網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器一般采用M-JPEG等編碼器，用戶無法實現(xiàn)更高的壓縮碼率，以適合于各種不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，只能通過減低幀率實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸效果。目前各公司都已經(jīng)推出了MPEG-4的網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器以更能適應(yīng)視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊蟆?/p>

網(wǎng)絡(luò)接口：由于以前的模擬產(chǎn)品的組網(wǎng)都主要通過建立獨立光纖實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸，網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的以大網(wǎng)接口可以方便地實現(xiàn)IP組網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器主要采用TCP/IP等協(xié)議實現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)檢測信息等數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳送。

音視頻接口：網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器帶有標準模擬音視頻輸入接口，方便監(jiān)視各通道的視頻信號。網(wǎng)視通采用DynamicStreamControl技術(shù)保證雙向音頻實時傳輸，視頻幀率根據(jù)帶寬自動調(diào)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)中斷后自動連接技術(shù)。

RS422/RS485串行接口：網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器帶有RS422/RS485串行通訊接口，可通過通訊線外接如云臺、快球等各種外設(shè)。

網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器可配合計算機中控軟件實現(xiàn)大系統(tǒng)組網(wǎng)方案，有的廠家網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器提供開放的SOK，供用戶或第三方廠商開發(fā)和構(gòu)建新的應(yīng)用方式。

四、視頻服務(wù)器數(shù)字編碼技術(shù)

視頻服務(wù)器不僅集多通道、錄制和播放等功能于一體，還采用M—JPEG、MPEG-4和H.264壓縮算法對視頻圖像進行壓縮處理，有效地降低了視頻存儲消耗的空間。從最早應(yīng)用M-JPEGMPEG-4壓縮技術(shù)到H.264壓縮技術(shù)，視頻服務(wù)器從只支持單一編碼碼流傳輸發(fā)展到現(xiàn)在的雙編碼碼濟乃至三編碼碼流傳輸。而且同為H.264編碼，在同等視頻效果的前提，采用HIGHPROFILE級別的編碼比采用BASELINE級別的編碼能夠降低近40%左右的碼率。

五、視頻服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

視頻服務(wù)器基于IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用需求實現(xiàn)多種方式和不同架構(gòu)的系統(tǒng)組網(wǎng)，這更是傳統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)無法比擬的。今天的視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模越來越大，同一個系統(tǒng)中接入的服務(wù)器數(shù)量越來越多，多系統(tǒng)間往往也存在互聯(lián)互通的需求。而在同一個監(jiān)控系統(tǒng)中每個視頻服務(wù)器都需要一個獨立的IP地址，IP地址匿乏這一問題逐漸暴露出來，但隨著PV6網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，這一問題將不復存在。目前已經(jīng)有部分廠家的設(shè)備能夠支持IPV6的網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)這一發(fā)展的要求。

六、視頻服務(wù)器的發(fā)展趨勢

從城市信息化走向智慧城市，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是智慧城市發(fā)展中不可或缺的一部分。視頻服務(wù)器作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心，其相關(guān)技術(shù)正處于一個高速發(fā)展與變革的時代。視頻監(jiān)控不僅僅是為了跨區(qū)域獲取視頻等信息，更重要的是對采集信息的智能化分析，來完成對其他設(shè)備的控制。視頻服務(wù)器是前端采集視頻等信息數(shù)字化、IP化的變化點。通過網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和監(jiān)控平臺能將原本分散在各個區(qū)域的監(jiān)控資源整合成一個城域的、一體化的監(jiān)控資源，然后再將城域的資源整合成一個廣域的資源，最后經(jīng)過各種智能化的分析技術(shù)來對視頻內(nèi)容進行識別和分析，并形成對其他設(shè)備的聯(lián)動控制。總體來講，視頻服務(wù)器的技術(shù)將呈現(xiàn)出如下發(fā)展趨勢，主要體現(xiàn)為智能化、無線化.高清化、標準化和集成化。

(一)集成化

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集成化也在飛速發(fā)展。從TI(德州儀器)推出的基于DaVinci技術(shù)的TMS320DM36X、DM642、 DM81××系列SOC，到海思、中星微公司針對視頻監(jiān)控系統(tǒng)推出的專用SOC芯片，都為智能視頻處理平臺集成化、本土化做出了不可忽視的貢獻。集成了標準串行數(shù)據(jù)通道及多路開關(guān)量輸入輸出接口、傳感器接口等，視頻服務(wù)器作為物聯(lián)網(wǎng)傳輸層與感知層的重要設(shè)備，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)，必將迎來進一步的發(fā)展。

(二)智能化

智能化是視頻服務(wù)器發(fā)展的重要趨勢。智能視頻系統(tǒng)擁有比普通網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)更加強大的智能特性，通過視頻服務(wù)器上的智能模塊對前端信息的處理分析，它能夠?qū)z測物體分類，可有效過濾掉非檢測對象，同時跟蹤多個運動目標并進行分析，識別可疑活動提前發(fā)出相關(guān)的告警信息。因此在安全威脅發(fā)生之前就能夠提示安全人員關(guān)注相關(guān)監(jiān)控畫面，使安全部門有足夠的時間為潛在的威脅做好準備工作。在建設(shè)智慧城市的過程中，應(yīng)用視頻服務(wù)器提供的標準串行數(shù)據(jù)通道及多路開關(guān)量輸入輸出接口，連接多種傳感設(shè)備，視頻服務(wù)器又轉(zhuǎn)變?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)感知及傳輸層互聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)備，和其他配套產(chǎn)品構(gòu)成功能完備的智能化物聯(lián)綜合信息平臺。綜合信息平臺將傳感網(wǎng)絡(luò)感知的報警信息和采集的視頻信息，通過智能化的視頻服務(wù)器對信息進行綜合研判，并通過視頻服務(wù)器控制云臺自動跟蹤目標物體，通過對目標物體進行行為智能分析，從而實現(xiàn)報警聯(lián)動。通過這種方式，能有效降低誤報率和漏檢率，提高報警精確度，從而有效的利用監(jiān)控資源。

(三)無線化

隨著3G、WAPI等新一代無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，傳輸帶寬的提高使得公用移動通信網(wǎng)絡(luò)用于視頻的傳輸成為可能。3G等無線網(wǎng)絡(luò)將越來越多的服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)的應(yīng)用。無線視頻監(jiān)控能夠快速實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的組建，能夠?qū)ΡO(jiān)控點進行快速的部署與撤換，能夠采集到實時的、第一視角的圖像。尤其是公交車輛、出租車輛、內(nèi)河船舶等移動車船上進行的系統(tǒng)部署，能提高了對環(huán)境變化檢測和事件處理的及時性和準確性。隨著下一代無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及LTE技術(shù)的成熟和應(yīng)用，利用無線進行視頻的傳輸也將更加普及，并將推動高清視頻的無線傳輸應(yīng)用發(fā)展。

(四)高清化

高清視頻已成為一種迫切的需求。CIF分辨率的畫質(zhì)不能滿足金融、交通等高端客戶需求，而網(wǎng)絡(luò)帶寬不再是制約視頻高清化的瓶頸時，能實現(xiàn)高清和全幀率傳輸?shù)囊曨l服務(wù)器必將是客戶追逐的對象?？蛻糇非蟮母咔寤粌H僅要求前端的CCD或者CMOS傳感器采集到的圖像是高清的，它還需要視頻服務(wù)器在對前端采集到的圖像進行壓縮編碼時充分考慮高清的圖像質(zhì)量和編碼效率。

(五)標準化

就視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，目前國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的標準。不同廠商在前端、控制、平臺等都采用自己的標準，嚴重阻礙了視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的進程。目前國內(nèi)的企業(yè)聯(lián)盟、運營商等已經(jīng)制定了一些相關(guān)的標準，如中國電信的“全球眼”、中國聯(lián)通的“寬視界”標準。與此同時，國內(nèi)的廠商也開始了產(chǎn)品與產(chǎn)品之間、產(chǎn)品與平臺之間的兼容和互聯(lián)互通。在國際方面，索尼、博世、安訊士三家企業(yè)也聯(lián)合推出了面向全球的ONVIF標準。

七、結(jié)語

隨著視頻服務(wù)器相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和融合，視頻服務(wù)器必將朝著集成化、智能化、無線化、高清化、標準化的方向不斷發(fā)展。而隨著下一代網(wǎng)絡(luò)的加速建設(shè)和FTTH工程緊鑼密鼓的進行，視頻服務(wù)器技術(shù)的發(fā)展將促進視頻監(jiān)控系統(tǒng)快速步入數(shù)字化、信息化、智能化的時代。