視頻服務(wù)器與編碼技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)分析

標(biāo)簽：3G  WAPI

一、前言

隨著我國(guó)構(gòu)建和諧社會(huì)和建設(shè)小康社會(huì)的全面進(jìn)行，安全成為大眾關(guān)心的熱點(diǎn)。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(shí)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(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變要求的同時(shí)，更多的是融入系統(tǒng)，提升自己的編碼功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。本文重點(diǎn)對(duì)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(shì)等方面進(jìn)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(zhǎng)度和放大器的限制，所以只能實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)控，到了第二代視頻監(jiān)控系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)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(yuǎn)距離傳輸?shù)膶?shí)現(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(jìn)行視頻信號(hào)的傳輸，隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不斷擴(kuò)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(jī))為核心的半模擬/半數(shù)字視頻監(jiān)控方案進(jìn)入了視頻監(jiān)控領(lǐng)域，但是這種方案從攝像機(jī)到DVR仍采用同軸線纜進(jìn)行信號(hào)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(yuǎn)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)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?cái)?shù)字監(jiān)控系統(tǒng)所具有的計(jì)算機(jī)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(jī)顯示多路圖像等優(yōu)點(diǎn)，而且真正發(fā)揮了寬帶網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)。通過IP網(wǎng)絡(luò)把監(jiān)控中心和網(wǎng)絡(luò)可以到達(dá)的任何地方的監(jiān)控目標(biāo)組合成一個(gè)系統(tǒng)，真正適應(yīng)了目前對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、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(shí)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(biāo)下進(jìn)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(shí)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(shí)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(dú)立光纖實(shí)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(shí)現(xiàn)IP組網(wǎng)，實(shí)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(shí)現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)檢測(cè)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(biāo)準(zhǔn)模擬音視頻輸入接口，方便監(jiān)視各通道的視頻信號(hào)。網(wǎng)視通采用DynamicStreamControl技術(shù)保證雙向音頻實(shí)時(shí)傳輸，視頻幀率根據(jù)帶寬自動(dòng)調(diào)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)中斷后自動(dòng)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(tái)、快球等各種外設(shè)。

網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器可配合計(jì)算機(jī)中控軟件實(shí)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(duì)視頻圖像進(jìn)行壓縮處理，有效地降低了視頻存儲(chǔ)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(jì)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(jí)別的編碼比采用BASELINE級(jí)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(shí)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(gè)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(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中每個(gè)視頻服務(wù)器都需要一個(gè)獨(dú)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(fù)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(shì)

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(gè)高速發(fā)展與變革的時(shí)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(duì)采集信息的智能化分析，來完成對(duì)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(diǎn)。通過網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和監(jiān)控平臺(tái)能將原本分散在各個(gè)區(qū)域的監(jiān)控資源整合成一個(gè)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(gè)廣域的資源，最后經(jīng)過各種智能化的分析技術(shù)來對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別和分析，并形成對(duì)其他設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制?？傮w來講，視頻服務(wù)器的技術(shù)將呈現(xiàn)出如下發(fā)展趨勢(shì)，主要體現(xiàn)為智能化、無線化.高清化、標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(tái)集成化、本土化做出了不可忽視的貢獻(xiàn)。集成了標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(shì)。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(qiáng)大的智能特性，通過視頻服務(wù)器上的智能模塊對(duì)前端信息的處理分析，它能夠?qū)z測(cè)物體分類，可有效過濾掉非檢測(cè)對(duì)象，同時(shí)跟蹤多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)并進(jìn)行分析，識(shí)別可疑活動(dòng)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(shí)間為潛在的威脅做好準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(tái)。綜合信息平臺(tái)將傳感網(wǎng)絡(luò)感知的報(bào)警信息和采集的視頻信息，通過智能化的視頻服務(wù)器對(duì)信息進(jìn)行綜合研判，并通過視頻服務(wù)器控制云臺(tái)自動(dòng)跟蹤目標(biāo)物體，通過對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行行為智能分析，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)動(dòng)。通過這種方式，能有效降低誤報(bào)率和漏檢率，提高報(bào)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(dòng)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(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的組建，能夠?qū)ΡO(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行快速的部署與撤換，能夠采集到實(shí)時(shí)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(dòng)車船上進(jìn)行的系統(tǒng)部署，能提高了對(duì)環(huán)境變化檢測(cè)和事件處理的及時(shí)性和準(zhǔn)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(jìn)行視頻的傳輸也將更加普及，并將推動(dòng)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(shí)，能實(shí)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(duì)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(duì)前端采集到的圖像進(jìn)行壓縮編碼時(shí)充分考慮高清的圖像質(zhì)量和編碼效率。

(五)標(biāo)準(zhǔn)化

就視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，目前國(guó)內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。不同廠商在前端、控制、平臺(tái)等都采用自己的標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重阻礙了視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。目前國(guó)內(nèi)的企業(yè)聯(lián)盟、運(yùn)營(yíng)商等已經(jīng)制定了一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，如中國(guó)電信的“全球眼”、中國(guó)聯(lián)通的“寬視界”標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)的廠商也開始了產(chǎn)品與產(chǎn)品之間、產(chǎn)品與平臺(tái)之間的兼容和互聯(lián)互通。在國(guó)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(biāo)準(zhǔn)。

七、結(jié)語(yǔ)

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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行，視頻服務(wù)器技術(shù)的發(fā)展將促進(jìn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)快速步入數(shù)字化、信息化、智能化的時(shí)代。