基于嵌入式技術的網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　一、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程???? 　　

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)經歷了本地模擬信號監(jiān)控系統(tǒng)，基于PC插卡的數字監(jiān)控系統(tǒng)，基于嵌入式技術的網絡數字監(jiān)控系統(tǒng)等發(fā)展過程。???

　　1. 本地模擬信號監(jiān)控系統(tǒng)???? 　　

　　本地圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像機、視頻矩陣、監(jiān)視器、錄像機等組成，利用模擬視頻線將來自攝像機的視頻連接到監(jiān)視器上，利用視頻矩陣主機，采用鍵盤進行切換和控制，錄像采用使用磁帶的長時間錄像機；遠距離圖象傳輸采用模擬光纖，利用光端機進行視頻的傳輸。???? 　

　　傳統(tǒng)的模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)有很多局限性：首先，有線模擬視頻信號的傳輸對距離十分敏感；其次，有線模擬視頻監(jiān)控無法聯網，只能以點對點的方式監(jiān)視現場，并且使得布線工程量極大; 另外，有線模擬視頻信號數據的存儲會耗費大量的存儲介質（如錄像帶），查詢取證時十分煩瑣。

　　2. 基于PC插卡的數字監(jiān)控系統(tǒng)???? 　　

　　基于PC機的遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)由PC機插視頻卡構成，在監(jiān)控現場，有若干個攝像機，各種檢測、報警探頭與數據設備，通過各自的傳輸線路，匯接到監(jiān)控終端機上，該終端可以是一臺PC機，也可以是專用的工業(yè)機箱。???? 　　

　　基于PC的視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端功能較強，便于現場操作。但穩(wěn)定性不好，視頻前端(如CCD等視頻信號的采集、壓縮、通訊)較為復雜，可靠性不高，PC機也需專人管理，特別是在環(huán)境或空間不適宜的監(jiān)控點，這種方式不理想。

　　3. 基于嵌入式技術的網絡數字監(jiān)控系統(tǒng)??? 　　

　　基于嵌入技術的監(jiān)控系統(tǒng)不需處理模擬視頻信號的PC，而是把攝像機輸出的模擬視頻信號通過嵌入式視頻編碼器直接轉換成IP數字信號。研祥的EC5-1612CVDNA具備4路視頻編碼處理、網絡通信、自動控制等強大功能，直接支持網絡視頻傳輸和網絡管理，使得監(jiān)控范圍達到前所未有的廣度。研祥公司除了編碼器外，還有嵌入式解碼器、控制器、錄像服務器等獨立的硬件模塊，它們可單獨安裝，并可與其他廠家的設備實現互連。???? 　　

　　數字化視頻監(jiān)控的優(yōu)點是克服了模擬閉路電視監(jiān)控的局限性：首先，數字化視頻可以在計算機網絡(局域網或廣域網)上傳輸圖像數據，基本上不受距離限制，信號不易受干擾，可大幅度提高圖像品質和穩(wěn)定性；其次，數字視頻可利用計算機網絡聯網，網絡帶寬可復用，無須重復布線；另外，數字化存儲成為可能，經過壓縮的視頻數據可存儲在磁盤陣列中或保存在光盤中，查詢十分簡便快捷。???? 　　

　　基于嵌入式設備的監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點是：由于這種系統(tǒng)的硬件是一個同處理器和操作系統(tǒng)捆綁較為緊密、功能專一、專門設計的獨立的設備，不像插卡系統(tǒng)那樣受通用計算機系統(tǒng)中其它軟件硬件的影響，因此性能上更穩(wěn)定，且便于安裝、維護，易于實現系統(tǒng)的模塊化設計，便于管理、維護。

　　二、基于嵌入式系統(tǒng)的監(jiān)控應用???? 　　

　　在基于嵌入式系統(tǒng)的監(jiān)控應用結構中，前端采用模擬攝像機，通過網絡視頻編碼器，將模擬視頻經過數字化、壓縮、打包等過程變成基于網絡協議的視頻流或采用一體化的網絡攝像機，在視頻監(jiān)控的前端完成網絡化、數字化，視頻流通過網絡進行傳輸，發(fā)送到視頻需求者。視頻的使用者可利用軟件進行解碼，在 PC機上進行顯示和處理，也可通過硬件解碼，解出模擬視頻信號輸出到監(jiān)視器，利用鍵盤進行控制，利用分布在網絡上的服務器或其他類型的網絡存儲設備根據需要進行錄像，利用網管系統(tǒng)代替視頻矩陣。由于沒有監(jiān)控中心的概念，任何授權的用戶都可根據權限進行視頻監(jiān)控、錄像。

　三、新一代網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術???

　　1. 視頻壓縮技術???? 　　

　　a. 靜止圖像壓縮技術：JPEG，M-JPEG，小波變換wavelet等其運用幀內處理技術，所以靜止圖像較清晰。小波變換是基于結構的壓縮方法，處理較容易，可獲得比JPEG更大的壓縮。但對連續(xù)運動圖像，文件占用的帶寬和硬盤都很大。???? 　　

　　b. 運動圖像壓縮技術：MPEG-1，MPEG-2，H.263，MPEG-4???? 　　

　　頒布于1993年的MPEG-1和1994年的MPEG-2是ISO 的運動圖像專家組（MPEG）的第一階段解決方案，除了沿用幀內技術，首次采用了PB幀的幀間技術，從而獲得了比靜止圖像壓縮技術更大的壓縮。但由于是基于結構的壓縮技術，算法固定，采用專用硬件，隨著軟硬件技術的發(fā)展，不能擴展更多基于內容的算法。另外其網絡傳輸碼率要求較高，否則需要緩存，不能適應傳輸速率不等的各種網絡的一致訪問，容錯性差。???? 　

　　基于以上原因，國際電聯于1998年頒布H.263甚低比特率視頻編解碼標準，該標準除了沿用JPEG靜止圖像壓縮標準的幀內技術、MPEG -1、MPEG-2動態(tài)圖像壓縮標準的幀間技術外，還采用了以下4種先進技術：1）無限制的運用運動矢量模式；2）基于語法的算術編碼模式；3）先進的預測模式；4）PB幀模式（預測圖，內插圖）。它是一種可擴展的算法，針對網絡傳輸速率處于變化的狀態(tài)，解決了易錯網絡的容錯性。???? 　　

　　MPEG于1998年制定了第二階段解碼方案MPEG-4，其開放的編碼系統(tǒng)，可隨時擴展豐富的基于內容的編碼算法，采用了包括小波變換等多種變換，可獲得更小的硬盤空間，更高的清晰度。特別是其對象分離的控制，交互性、重用性更強，基于內容的分級擴展，保證了同時在低高帶寬下的最佳畫面質量。

?????? 2. 嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）???? 　　

　　目前很多監(jiān)控系統(tǒng)采用 Windows操作系統(tǒng)，因為Windows提供大量的圖形界面，有各種外部設備及應用程序，所以系統(tǒng)的開發(fā)就容易很多。但Windows系統(tǒng)龐大復雜，占用CPU資源大，外圍硬件較為復雜，穩(wěn)定性、可靠性不如 RTOS系統(tǒng)。研祥公司為監(jiān)控專門設計的E-COM（基與實時Linux核）嵌入式實時操作系統(tǒng)的特點在于系統(tǒng)簡單，去掉了與監(jiān)控無關的功能，減少了出問題的幾率。由于開發(fā)者掌握源代碼，可隨時解決硬件沖突及優(yōu)化系統(tǒng)。???

　　四、小結???? 　　

　　隨著計算機技術及網絡技術的迅猛發(fā)展，世界掀起一股強大的數字化、網絡化浪潮，對于公安、安防行業(yè)的發(fā)展，必須經歷模擬數字混合的階段，但是最終的趨勢必然是全面數字化，即視頻在前端進行數字化、網絡化，采用嵌入式網絡攝像機，利用網絡進行傳輸，采用分布式存儲系統(tǒng)，模塊化結構，完成視頻監(jiān)控任務。