车载无线视频监控系统监控技术介绍.doc

车载无线视频监控系统监控技术介绍1.1 监控系统的发展阶段视频监控系统一直是监控领域中的热点，它以直观、方便、信息内容丰富而在各个行业得到广泛应用，视频监控系统的发展与电子、通信的发展息息相关，就其发展的阶段看，主要经历了以下阶段：1.1.1 模拟传输的视频监控系统在20世纪90年代初及其以前，主要是以模拟设备为主的闭路监控系统，称为第一代视频监控系统，即模拟视频监控系统。这种基于模拟图像的视频监控系统从电视机、摄像机诞生的那天，就已经诞生。其视频监控系统主要由摄像机、视频切换矩阵、监视器、录像机等组成，通过视频线、控制线连接，主要用于安保、生产管理场合。其特点是模拟视频信号传输，传输距离有限，安全性较差，监控方式单一，难以集中管理。1.1.2 本地硬盘录像监控系统20世纪90年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，从而大大提高了图像质量，增强了视频监控的功能。这种基于多媒体计算机的系统称为第二代视频监控系统，即模拟输入与数字压缩、显示和控制系统。因为核心设备是数字设备，因此可以称为数字视频监控系统。这类视频监控系统主要由摄像机、各类采集设备、PC机/工控机、采集卡、视频压缩卡、通信接口卡、PC监控设备、录像机（模拟或数码）等组成，依赖于通信网络构成整个视频监控系统。采用计算机作为硬件平台，WINDOWS操作系统+应用软件方式来实现。但众所周知，无论PC机还是工控机，都比较容易死机，不易于7*24小时使用；WINDOWS操作系统作为一个普通个人用操作系统，现在面临着系统及其不稳定，安全漏洞太多，容易被黑客利用。另外这种方式存在功耗大、环境适应能力差等缺点，目前也面临被淘汰的境况。1.1.3 第三代视频监控系统网络数字化监控系统到了20世纪90年代末特别是近几年；随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高，以及各种实用视频信息处理技术的出现，视频监控进入了全数字化的网络时代，称为第三代视频监控系统，即数字化网络数字化视频监控系统。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命。第三代系统的核心技术有两个，一个网络传输技术的发展和普及；二是视频编解码压缩技术的发展。其中网络技术从初期的因特网普及到宽带入户、到现在的3G无线宽带接入，网络带宽条件越来越好、网络接入越来越方便。各级监控中心服务器系统EVDO/CDMA1XEVDO/CDMA1XEVDO/CDMA1X用户客户端监视器图1 无线网络系统简单示意图第三代视频监控领域，集中了多媒体技术、数字图像处理及远程网络传输等最新技术。不仅仅可以解决图像传输、远程控制、现场信号采集等监控功能，还可提供高质量的监控图像和便捷的监控方式。第三代视频监控系统一般基于TCP/IP架构，符合通信网的发展趋势。嵌入式系统所有硬件软件全都采用专业设计、具备专业的制造工艺。在编解码方面，采用专用的高速DSP处理芯片，系统软件采用稳定性最高的实时专用操作系统，因此具有功能最强大、可靠性最高、功耗小、环境适应能力强、软件的扩展升级方便等优点，具有非常广泛而灵活的应用。1.2 视频编解码技术的发展 当我们将视频和音频模拟信号进行采样并分别进行模拟到数字的转换，将这些视频、音频信号转化成为数字化的信息流。但这些数据流是不能直接进行传送和存储。因为未经压缩的模拟视频和音频数据需要非常大的存储容量才能存储。例如；用PAL制式采集的视频信号在一般清晰度时要求25帧/秒、352×288像素/帧，彩色位图图像每像素占用空间24bit，则该数据流速度为352×288×25×24=60825kbit/s。显然这样庞大的数据流对大多数传输线路来说是无法承受的，而且也是难以存储的。要进行远程监控，大量的视频数据就需要通过网络进行传输，这就需要在数据传输之前进行编码压缩以减少数据量。从视频压缩编码技术来看，新一代的基于对象的编码标准MPEG-4/H.264目前是实现对视频图像编解码、压缩、传输等过程最适宜的编解码技术。首先和传统的MPEG-1、MPEG-2和H.263相比，在交互性、抗误码性和压缩比上都具有巨大的优势。在交互性方面，MPEG-4/H.264采用的是基于对象的编码，便于操作和控制对象；在抗误码性方面，MPEG-4/H.264提供了强壮性和可扩展性，并且对其误码恢复技术（包括再同步，数据恢复和错误隐藏）都进行了优化；在压缩方面，由于采用了基于对象的编码方式，使得在编码过程中能够考虑到人对图像信息的主观感受以及人眼的视觉神经特性，给人们感兴趣的对象分配较多的码率，而一些诸如背景等人们感觉迟缓的对象分配较少的码率，从而大大提高压缩率。MPEG-4/H.264在图像质量、录像存储容量、网络传输、对图像可以进行交互操作等方面都具有巨大的优势。（1）图像质量方面，MPEG-4/H.264能实现QCIFCIF2CIF4CIF的显示分辨率，图像传输、时延较小，只有250毫秒左右，真正实现低带宽、高清晰、交互性强的视频会议。在带宽条件有限的情况下，采用CIF或者QCIF的显示分辨率，能够确保图像的稳定传输；在带宽条件富裕的情况下，可以进一步提供图像清晰度高、动态特性更丰富的视频会议系统。而出现于1990年代早期的H.261H.263H.263+只能实现CIF(相当于VCD)画质，MPEG-2也具备实现QCIFCIF2CIF4CIF的显示分辨率能力，但达到4CIF需要6M的带宽，而且时延较大，单程时延达到600800毫秒。下面是不同编解码技术的在图像、时延等方面的一个比较表： 国际标准H.261H.263系列MPEG-2MPEG-4/H.264分 辨 率QCIF，CIF相当于VCD水平QCIF/CIF/2CIF/4CIF相当于DVD水平QCIF/CIF/2CIF/4CIF相当于DVD水平码 率N*64K1.5M-15M64K-8M动态特性半动态全动态全动态编码效率低较高，2M码率下，达到2CIF分辨率高，2M码率下，达到4CIF分辨率时 延较小较大，单程时延600毫秒较小，单程时延250毫秒适用范围传统视频应用广播电视传送高清晰度视频应用网络视频，流媒体应用(2)存储空间得到节省。在优势最明显的存储容量方面，采用MPEG-4/H.264的视音频全同步录像所需的硬盘空间约为相同图像质量的MPEG-1或M-JPEG所需空间的1/10，此外，MPEG-4/H.264因能根据场景变化自动调整压缩方法，故对静止图像、一般运动场景、剧烈活动场景均能保证图像质量不会劣化。(3)在网络传输方面，可以被广泛利用的带宽一般都在2M以下，在如此低的带宽上传输视频，正是MPEG-4/H.264大显身手的地方。目前在低带宽上传输活动视频的另一个解决方案就是采用H.263标准，尽管H.263也有较高的压缩比，但是图像质量要差于MPEG-4/H.264，特别使在动态特性方面的表现相当欠缺。(4)纠错能力方面，当网络传输有误码或丢包现象时，MPEG-4/H.264受的影响很小并且能够迅速恢复；如在误码达到1%时，MPEG-1已经无法播放，而MPEG-4/H.264只会有轻微的边缘模糊；再如当网络传输由瞬间丢包现象时，MPEG1恢复至少需要10多秒，而MPEG4只需要13秒；因此MPEG-4/H.264编码技术可以达到两个目标：较低码率下的高清晰度视频内容存储和交互式多媒体通讯。 凭借以上对传统编解码技术的优势，MPEG-4/H.264标准在20世纪90年代末一经推出，就迅速得到了广泛应用，成为新一代的远程图像监控系统中的编码标准。因此，网络数字化视频监控系统选择MPEG-4/H.264视频编解码技术。