数据压缩与传输技术在远程视频监控中的应用

刘沂（天津冶金职业技术学院，天津 300400）

数据压缩与传输技术在远程视频监控中的应用

刘沂（天津冶金职业技术学院，天津 300400）

随着自动化技术、安防技术、安防标准的不断提高，远程视频监控的应用越来越广泛。远程视频监控中，由于视频数据量较大，所以数据压缩与传输技术是关键。通过对视频压缩标准的比较，选用MPEG-4标准对视频数据进行压缩。确定了适合于网络传输的协议——RTP/RTCP协议，论述了RTP/RTCP协议的具体应用情况。

数据 压缩 传输 远程视频 监控 标准 协议

1 前言

随着视频信息处理技术的改进和提高，视频监控经历了传统的模拟视频监控时代、准数字视频监控时代和数字视频监控时代三个过程。传统的视频监控系统只能在局域网中实现其作用，这也带来了一些不便，而数字视频监控克服了传统模拟视频监控不能远距离传输的缺点[1]，它是基于IP架构，不需要额外铺设长距离视频线和控制线到监控中心。系统可以同时管理数据、视频、音频和其它文件，实现高效、低成本的管理，节省了系统投资和施工成本[2]。

由于现有的带宽是有限的，而远程视频监控系统又要通过网络才能实现，这就必须要考虑到数据量的大小和传输的稳定。所以对视频进行压缩和传输方式的合理选择是不可避免的。

2 视频压缩标准的比较

对于远程监控系统来说，传输的数据量是巨大的。例如，当分辨率为640×480的NTSC制式的图像以24bit/s像素，每秒30帧的数量传输时，则视频数据有640×480×24×30=221Mb/s或28MB/s。显然要实现这样的数据量传输是相当困难的，单纯用扩大存储器容量、提升通信干线的传输率是不现实的，所以必须对视频数据进行压缩[3]。

但是优秀的视频压缩手段一方面要求压缩后的数据量尽量的小，另一方面要求画面尽量清晰。其一旦投入使用，它将在低成本、较低速率要求、有限带宽的条件下得以动态实时地处理高质量的运动图像。因此，选择一种好的压缩标准是十分必要的。

目前常用的视频压缩标准有H.26x系列和MPEG系列。

2.1 H.26x标准

H.26x系列包括：H.261、H.263、H.263+、H.264等。H.261考虑到图像质量和运动幅度这两个方面，按折中原则去节省带宽，所以就会使运动越剧烈的图像质量越差。H.263的编码速度快，其设计编码延时不超过150 ms，其编码码率低。H.263+可以看成是H.263的加强版，核心是不变的，只是在某些方面稍作改动。H. 264标准使运动图像压缩技术上升到了一个更高的阶段，它能适应于不同网络中的视频传输，亲和性好，此外在较低带宽上提供高质量的图像传输是此标准的亮点[4]。

2.2 MPEG标准

MPEG（Moving Pictures Experts Group，动态专家组）系列包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。MPEG-1为工业级标准而设计，可适用于不同带宽的设备。MPEG-1标准也存在着诸多不足：一是压缩比还不够大，二是图像清晰度还不够高，三是对传输图像的带宽有一定的要求，不适合网络传输。MPEG-2标准虽然保证了数据的兼容性和互通性，但在具体运算方面没有严格的限制。总的来说：MPEG-1文件小，但质量差；MPEG-2质量好，但文件大。

MPEG-4作为一种先进的编码标准，必然支持一些新的功能。与早期的MPEG和H.26x相比，MPEG-4具有基于内容的交互性、高压缩率、灵活的存取模式等优点。MPEG-4采纳了基于对象的编码、基于模型的编码等第二代编码技术是MPEG-4标准的主要特征，所谓的对象是在一个场景中能够访问和操纵的实体，这种编码是一种基于内容的数据压缩方式，它可以对图像和视频作更多的分析，甚至是理解。总之MPEG-4的特点是基于场景描述和面向带宽设计，这使得它非常适合用于视频监控领域。

2.3 MPEG-4的优点

2.3.1 存储空间得到节省。由表1可见在相同图像质量的情况下MPEG-1要比MPEG-4大很多。

表1 MPEG-4同MPEG-1的比较

2.3.2 由于MPEG-4标准的压缩方式是基于内容的，它适合对更高分辨率的视频进行压缩，从而在清晰度方面得到提高。

2.3.3 对网络传输带宽要求不高，由第（1）点可以看出，同样质量的视频MPEG-4只需要更窄的带宽。

3 传输协议的选择

3.1 视频数据在网络上传输总要按照一定的方式来进行，这种方式就叫做协议。远程视频监控对“实时”有较高的要求，所以传统的以时间来换取可靠性的TCP协议就不适合本系统了。另外，HTTP协议由于存在不能随机访问文件的缺点，因此也不作考虑。为此，我们选择RTP协议。RTP由两个相关协议组成，即实时传输/控制协议（RTP/RTCP）。RTP/RTCP是专门为交互式音视频数据实时传输而设计。RTP和RTCP配合使用，RTP负责传输数据，RTCP负责监控和提供会话信息。

3.2 当要传输数据块过大时，可以把它分别封装在不同的RTP包内传输。为了防止接收端收到的数据混乱，RTP协议专门提供了时间戳和序列号以恢复数据包的顺序，实现丢包检测，为实时传输提供网络拥塞等信息[5]。同一个数据块使用相同的时间戳，不同的部分再使用各自的序列号。

4 基于RTP的MPEG-4的封装与传输

4.1 封装

封装的原则是：尽量把若视频平面对象（VOP）放入单个的RTP包内；如果不行则把VOP分段成多个宏块，尽可能多的放入同一个RTP包内；但是不允许同一个RTP包内有来自不同VOP的宏块。流程图如图1所示。

4.2 传输

如图2所示，传输方案分为发送端和接收端两部分。视频数据在发送端首先经过MPEG-4编码，其次由RTP协议负责形成RTP报文，然后进入UDP（User Datagram Protocol，用户数据包协议）/IP层准备传输，与它同时进入该层的还有反馈回来的信息（如网络状态、拥塞信息等）。通过Internet传输到接收端，对视频数据进行解包，这个过程包括去除RTP报头和MPEG-4解码。其中去除RTP报文后交付QoS（Quality of Service服务质量）监视模块，从而由该协议反馈到发送端进行传输控制[6]。

5 结论

远程视频监控系统的难点在于如何在不影响视频清晰度的前提下实时传输数据，即在视频网络传输之前需要对数据进行压缩和选择合适的传输方式。所以通过对比，选用了MPEG-4标准对视频进行压缩和RTP/RTCP协议作为传输协议。在社会迅速发展的今天，安全已经成为人们关注的焦点，远程视频系统必将在其中有广阔的应用前景和长足的发展。

[1]庞志.家居智能安防系统的设计与开发[J].国际智能建筑，2003（6）:11-12.

[2]褚积挺.浅议网络视频监控技术在校园视频监控中的优劣[J].科技信息，2010（1）：48.

[3]叶勇杰.基于MPEG-4的嵌入式视频编码及传输研究[D].西南交通大学，2007.

[4]A.MURAT TEKALP.崔之祜，江春，陈丽鑫译.数字视频处理[M].北京：电子工业出版社，1998.128-130.

[5]RTP:A Transport Protocol for Real-Time Applications.RFC 1889 (1996):43～45.

[6]李太君，吴泽晖.流媒体传输协议及其应用开发[J].计算机工程与应用，2004，40（3）：138～141.

Application of Data Compression and Transfer Technology to Remote Video Monitoring

Liu Yi

Remote video monitoring is used more and more widely with the constant improvement of automation technology and security technology and standard.Data compression and transfer technique is crucial in remote video monitoring due to big data flow.After comparisons were made in the video com－pression standards,Standard MPEG-4 was selected for compressing video data and RTP/RTCP protocol,suitable to network transfer,chosen.The paper explains its specific application.

data,compression,transfer,remote video,monitoring,standard,protocol

（收稿 2011－03－08责编崔建华）

刘沂，毕业于天津大学自动化系，硕士，副教授，高级工程师，现任天津冶金职业技术学院电气工程系系主任。