问题,它代表未来视频应用的网络化和信息交互的应用发展趋势,是一种从内容上更深层次上的互动,具有广阔的发展潜力,是未来3G、宽带业务的核心内容之一。因此可以肯定,随着数字技术和网络技术的不断发展,网络视频服务器在视频领域中的应用将有更多的延伸。
3.4 显示部分
传统的监控系统显示部分一般由几台或多台监视器(或带视频输入的普通电视机)组成。它的功能是将传送过来的图像一一显示出来。在视频监控系统中,特别是在由多台摄像机组成的视频监控系统中,一般都不是一台监视器对应一台摄像机进行显示,而是几台摄像机的图像信号用一台监视器轮流切换显示。这样做一是可以节省设备,减少空间的占用;二是没有必要一一对应显示。因为被监视场所的情况不可能同时发生意外情况,所以平时只要隔一定的时间(比如几秒、十几秒或几十秒)显示一下即可。当某个被监视的场所发生情况时,可以通过切换器将这一路信号切换到某一台监视器上一直显示,并通过控制台对其遥控跟踪记录。所以,在一般的系统中通常都采用四比一、八比一、甚至十六比一的摄像机对监视器的比例数设置监视器的数量。目前,常用的摄像机对监视器的比例数为四比一,即四台摄像机对应一台监视轮流显示,当摄像机的台数很多时,再采用八比一或十六比一的设置方案。另外,由于 “画面分割器”的应用,在有些摄像机台数很多的系统中,用画面分割器把几台摄像机送来的图像信号同时显示在一台监视器上,也就是在一台较大屏幕的监视器上,把屏幕分成几个面积相等的小画面,每个画面显示一个摄像机送来的画面。这样可以大大节省监视器,并且操作人员观看起来也比较方便。但是,这种方案不宜在一台监视器上同时显示太多的分割画面,否则会使某些细节难以看清楚,影响监控的效果。通常四分割或九分割较为合适。
为了节省开支,对于非特殊要求的视频监控系统,监视器可采用有视频输入端子的普通电视机,而不必采用造价较高的专用监视器。监视器(或电视机)的屏幕尺寸宜采用 14 英寸至 18 英寸之间的,如果采用了 “ 画面分割器 ” ,可选用较大屏幕的监视器。
放置监视器的位置应适合操作者观看的距离、角度和高度。一般是在总控制
台的后方,设置专用的监视架子,把监视器摆放在架子上。
监视器的选择,应满足系统总的功能和总的技术指标的要求,特别是应满足长时间连续工作的要求。
从数字监控系统开始,显示系统应实际需要可在单台显示器上实现多画面显示,这对于后来发展的分布式控制垫定了基础,现在的小型视频监控系统多采用单机多画面轮循显示,若是大型的监控系统可通过多台PC接入显示矩阵。
监视器
第4章 主要技术
总体来说,监控行业自其发展的那一天起,由于其技术要求低,从事这一行业的商家众多,从而一直没有真正意义的行业标准,故而在技术层面分析上不详述,主要分析放在针对不同的产品上。
4.1 流媒体技术
流媒体技术是在数据网络上以流的方式传输多媒体信息的技术。近年来,随着宽带网络的发展,流媒体技术和相关的应用得到越来越多的关注,被认为是未来高速宽带网络的主流应用。
流媒体(Streaming Media):指在数据网络上按时间先后次序传输和播放的连续音/视频数据流。流媒体数据流具有三个特点:连续性(Continuous)、实时性(Real-time)、时序性(Continuation)。
为了在数据网络上传输视频流,流媒体技术需要解决从音/视频源的编码/解码到网络端的媒体服务、媒体流传输,到用户端的授权监视、控制、存贮等一系列问题。编码/压缩的性能方面,影响音/视频流的压缩/编码性能的因素很多,首先是压缩效率。压缩效率要求在保证一定音/视频质量的前提下,媒体流的码流速率尽量低。其次是编码的冗余性和可靠性。目前国际上在网络视频监控编码/压缩方式主要有MJEPG、MPEG4两种方式,其特点各有不同:MJEPG在窄带宽下侧重于清晰度,MPEG4在窄带宽下更侧重于实时性;因此不同视频压缩方式均有各自不同的侧重点,一味地认为哪种压缩方式好是不科学也是不公正的。也可能导致顾客的错误选择。
网络视频前端性能方面。随着流媒体规模的扩大,网络视频前端的性能成为制约流媒体服务扩展能力的重要因素。网络视频前端性能的关键指标是流输出能力和能同时支持的并发请求数量。影响网络视频前端性能的因素很多,包括CPU能力、I/O总线、存储带宽等。
具体来讲有如下特点:目前的高性能网络视频前端都采用大规模并行处理的
嵌入式结构, 以专用CPU芯片为主,如瑞典AXIS设计的专用芯片 ETRAX100LX 就是 AXIS 专门为网络视频传输设计的专用CPU芯片, 而一般中小生产厂家则以采用普通 DSP 通用芯片编写算法内置构成。前端采用web方式,可使监控者通过网络在IE浏览器即可在授权下随时随地进行监控而无需特有软件支持,使“想在哪看,就在哪看”成为可能。
媒体流传输的图像控制方面是制约流媒体性能的重要的因素之一。由于流媒体传输对网络带宽、延迟、丢失率等都有很高的要求,而基于无连接的包交换IP网络对带宽资源和图像质量的控制能力都比较弱,因此,在IP网络上进行流媒体传输需要采用一些应用层的质量控制机制来解决传输中的问题。比如:采用组播技术、专用网络控制软件等。
流媒体播放方式上,单播即在客户端与网络视频前端之间需要建立一个单独的数据通道,从一台网络视频前端送出的每个数据包只能传送给一个客户端,这种传送方式称为单播。每个用户必须分别对网络视频前端发送单独的查询,而网络视频前端必须向每个用户发送所申请的数据包拷贝。这种巨大冗余首先造成网络管理服务器和网络沉重的负担,造成图像延迟,甚至停机;这也是不同网络视频前端性能以及不具备相应管理软件支持的极大缺陷。
组播既是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。理论上讲,采用组播方式,单台服务器能够对数万台客户端同时发送连续数据流而无延时。网络视频前端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端,减少网络上传输的信息包占用的带宽。网络利用效率大大提高,也不会出现多人访问的图像延迟,甚至网络堵塞的窘况。
4.2 数字音视频编码技术
数字编码技术,也就是通常所说的压缩方式,是视频服务器的技术核心,也是我们选择网络视频服务器的首要考察对象。目前比较流行的数字压缩编码格式有MPEG-4和H.264,某些国外的老方案产品中还有在使用小波压缩和M-JPEG压缩。由于本文主要是分析网络视频服务器,对编码技术的介绍将尽量简单,如大家有兴趣可以参考其他算法分析专题。
4.2.1 M-JPEG
M-JPEG作为一种数字压缩格式,从模拟到数字、从录像机到硬盘录像机,M-JPEG为我们带来了崭新的数字化播出手段,它把信号变成了数据,应该来说M-JPEG压缩技术在视频压缩的出现过程中具有里程碑式的意义。M-JPEG是基于帧内、帧独立的压缩方式,所以相对于后来出现的MPEG-4、H.264的压缩方式,它数据量更大,传输困难,所以该编码技术的网络视频服务器已经基本上不能满足现在远程监控需求,只能算是曾经的产品。
4.2.2 H.263
H.263 视频编码标准是专为中高质量运动图像压缩所设计的低码率图像压缩标准。H.263 采用运动视频编码中常见的编码方法,将编码过程分为帧内编码和帧间编码两个部分。埃帧内用改进的DCT 变换并量化,在帧间采用1/2 象素运动矢量预测补偿技术,使运动补偿更加精确,量化后适用改进的变长编码表(VLC)地量化数据进行熵编码,得到最终的编码系数。
H.263标准压缩率较高,CIF格式全实时模式下单路占用带宽一般在几百左右,具体占用带宽视画面运动量多少而不同。缺点是画质相对差一些,占用带宽随画面运动的复杂度而大幅变化。
4.2.3 MPEG-1
VCD标准。
制定于1992年,为工业级标准而设计,可适用于不同带宽的设备,如CD-ROM,Video-CD、CD-i。它用于传输1.5Mbps数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码,经过MPEG-1标准压缩后,视频数据压缩率为1/100~1/200,影视图像的分辩率为360×240×30(NTSC制)或360×288×25(PAL制),它的质量要比家用录像系统(VHS-Video Home System)的质量略高。音频压缩率为1/6.5,声音接近于CD-DA的质量。MPEG-1允许超过70分钟的高质量的视频和音频存储在一张CD-ROM盘上。VCD采用的就是MPEG-1的标准,