基于AHD监控设备的双码流存储回放方案设计

肖婷婷，黄 晓

（1.武汉邮电科学研究院 湖北 武汉430074；2.烽火通信科技股份有限公司 湖北 武汉430074）

基于AHD监控设备的双码流存储回放方案设计

肖婷婷1，黄 晓2

（1.武汉邮电科学研究院 湖北 武汉430074；2.烽火通信科技股份有限公司 湖北 武汉430074）

随着技术水平提高，安防产业的快速发展，客户对监控平台以及前端摄像头的清晰度要求越来越高，AHD监控设备随之诞生，该设备支持高清视频的传输和存储，但是由于监控设备性能和资源有限，保证客户端在低带宽环境下实现多路视频实时回放是具有重要价值的。本文为实现AHD视频监控网络客户端16路视频实时回放，采用双码流存储回放方案，通过系统性能和回放效果测试，得出该方案在16路回放时使CPU使用率降低10%，百兆网卡下带宽占用率降低13%，即能在低带宽条件下保证16视频回放的实时性。

AHD；视频监控；双码流存储回放；网络客户端

随着人们对安全的需求提高，AHD（Anolog High Definition，模拟高清）成为目前安防业发展的热点。目前，模拟监控平台使用的前端摄像头往高清化发展，从开始的D1分辨率到现在上千万像素的摄像头，所以后台监控设备必须支持前端设备的发展，从而出现了AHD视频监控设备[1-2]。该设备和前端摄像头之间的连接使用同轴协议[3]，保证远距离传输时图像的质量，减小图像传输过程中的失真。后台设备获取高清图像数据，经过编码后生成主码流和子码流，其中主码流图像质量越高，数据量越大，用于本地存储，而子码流数据量小，适合低带宽下的图像网络传输。但是，当高清监控设备的远程客户端进行多路视频同时回放时，由于主码流的特性，会使回放的实时性差，出现很卡的现象。为了解决这一问题，本文提出了基于AHD视频监控设备的双码流存储与回放方案，在设备开启录像时，将主子码流分别存储在本地硬盘中，在客户端进行多画面同时回放时，在牺牲一部分视频质量的前提下，使用子码流录像进行回放，使网络客户端回放具有较好的实时性。

1 AHD监控设备简介

AHD监控设备是一种用于模拟高清图像存储处理的设备，采用先进的模拟滤波技术和Y/C信号分离技术[4]，从而能有效的降低高频区的噪声，使图像还原性更好。相比传统的DVR，AHD设备在录像质量方面具有质的飞越和提升，最高清晰度可等同于网络高清设备1080P的全高清级别，它能够对语音和图像进行长时间的录音、录像、远程控制和监视，它需要和前端AHD摄像头及AHD双绞线传输器配套使用[5-7]。AHD监控设备主要包括音视频输入和输出、视频处理器、视频编码、内存、I/O等组成，其结构如图1所示。

图1 AHD监控设备结构图

2 双码流存储回放方案可行性研究

随着AHD视频监控平台能接入的高清IPC越来越多，对客户端回放的回放通道的数目越来越大，单通道回放已经远不能满足客户需求。如果使用16通道回放传输码率为2 M的1080P（1 920*1 080）的主码流视频图像，那么客户端需要32 M的总入口带宽，在入口带宽较窄的情况下，实时性很差，不能保证回放视频的流畅播放；如果使用传输码率为512k的D1（704*576）的子码流数据进行回放，则16通道只需要8 M的入口带宽，有效降低多通道视频实时回放时的带宽需求，且还能减少通道回放资源。

采用双码流存储回放方案，是将经AHD监控系统编码的主子码流均存储在本地硬盘中，客户端进行多路回放时，找到对应通道的子码流数据传输，如果使用单通道回放，找到对应通道的主码流传输，在相同带宽条件下，保证回放视频的实时性。

3 双码流存储回放方案的实现

AHD设备视频处理流程如图2所示，从前端摄像头传来的图像经过原始视频图像处理模块进行处理，根据合理的配置需求，对原始视频图像进行“缩放”处理后形成两个不同分辨率的视频帧[8-9]，第一帧是原始视频数据，未经缩放，第二帧视频图像是经过缩放后的，它们分别在不同的缓冲区中存储，这两帧图像经过视频采集模块和视频编码模块后形成主子码流[10]。以前的方法是主码流用于本地存储以及本地预览，子码流经过封装后发给网络客户端用于远程监控[11]，客户端使用本地存储的主码流进行回放，而本文提出的双码流存储预览方案是对主子码流均进行存储，以备回放使用。

图2 AHD设备视频处理流程图

设备启动后如果要启用双码流录像，由于客户端进行视频预览时需要AHD设备传送视频子码流数据，此时AHD设备子码流编码通道是开启状态，即一直有子码流数据的产生，当客户端预览关闭时，会同时关掉子码流编码通道，所以此时需要使用双码流订阅机制。即只要客户端或者录像需要码流编码，编码通道就不会停止编码和关闭编码通道，当两者都关闭时，才将编码通道关闭。要做到的是编码通道自己来判断，当有码流数据消费者的时候不能关闭，如果消费者没了就关闭编码通道。之后将编码后的主子码流均以avi文件格式[12]存储在本地硬盘中，双码流的存储流程如图3所示。

图3 双码流存储流程图

存储过程中，硬盘满时有两种处理方式：停止和覆盖，用户可以选择是否开启保留最大天数录像，比如用户设置保留30的录像，实际硬盘只能存储15天的录像，硬盘满时如果用户选择停止则就停止录像，设置覆盖就会启用自动淘汰功能，如果能存储60天的录像文件，这个时候硬盘的存储空间足够，只会保留30的录像文件，超过时限的全部淘汰。

当客户端请求多路通道回放时，根据硬盘上存储的录像文件名中的码流类型和录像时间，查找子码流数据，通过TCP协议传输给客户端，当客户端回放从多路切换到单路回放时，需要重新发送回放请求，切换为单路主码流回放模式。使用双码流回放流程如图4所示。

图4 双码流回放流程图

4 实验结果与分析

经过上述方案设计，使用交叉编译器[13]将AHD功能实现模块编译成库文件，供上层调用，使用双码流回放方案的多路视频回放可以在客户端显示出来。

在 AHD监控设备的本地端接入 16路支持1080P分辨率的高清摄像头，其主码流分辨率设为1080P、码率4 M、帧率30 fps，子码流的分辨率D1、码率512 k、帧率30 fps。然后进行本地双码流录像，在IE端使用16路视频同时回放时，启用16路子码流录像回放，其结果显示如图5所示。从显示效果看出，使用16路子码流同时回放时，能流畅播放，实时性很好；不使用双码流回放方案时，播放一段时间后，回放视频很卡，进度条会在，实时性差。在对比情况下，查看客户端所在的Windows任务管理器的联网状态，在百兆网卡的条件下，使用双流回放方案时，16路子码流录像回放时网络应用使用率为1.2%；在未使用该方案时，16路主码流回放网络使用率为15%。通过在AHD设备使用top命令查看客户端16路回放时系统CPU的使用率，从结果看出该方案能够有效的降低CPU使用率10%。从上述结果看出，双码流存储回放方案有效能够有效地降低客户端多路回放时带宽需求，提高系统的性能，保证客户端多路回放的实时性，达到设计要求。

图5 使用双码流回放的客户端

5 结 论

双码流存储回放方案在AHD监控设备上实现，软件设计基于Linux平台，使用面向对象思想，具有可维护性和可扩展性。该方案主要通过子码流数据比主码流数据的传输数据量小的特点，利用子码流完成客户端多路回放，从而保证回放视频的实时性。实验结果表明该方案能够保证AHD设备客户端多路回放的实时性，提升用户体验，降低回放时系统性能消耗，具有较好的实用性。

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Design of dual-stream storage and replay based on AHD monitoring device

XIAO Ting-ting1，HUANG Xiao2
（1.Wuhan Research Institute of Post and Telecommunications，Wuhan 430074，China；2.Fiberhome Telecommunication Technologies Co.Ltd，Wuhan 430074，China）

With the rapid development of technology and the security industry，the customer have great demand for the definition of the front camera，then the AHD monitoring equipment is born，it supports HD video transmission and storage.Because of the monitoring device has limited performance and resource，to ensure that the client in the low bandwidth environment to achieve real-time playback of multi-channel video is of great value.In order to achieve 16 channels real-time video playback of the AHD video surveillance network client，this paper proposes and designs a scheme of dual-stream storage and playback based on AHD monitoring equipment.By testing the performance of the system and the effect of the replay，the result shows that the CPU usage can be reduced by 10%，and the occupancy rate of 100 M Ethernet bandwidth reduced by 13%，which can guarantee 16 channels of video playback in real time under the condition of low bandwidth.

AHD；video surveillance；dual-stream storage and playback；network client

TN915

：A

：1674－6236（2017）03-0053-03

2015-12-11稿件编号：201512131

肖婷婷（1990—），女，河南信阳人，硕士。研究方向：信号与信息处理、多媒体信息处理与传输技术。