基于ARM和网络编码的网络监控视频传输技术

章广志+周凤+孙晓霞+张继山

摘 要：网络编码技术可以极大地提高多播网络的吞吐量，同时能提高网络的鲁棒性。为了提高基于ARM芯片的网络监控系统的数据传输速率，可以利用网络编码技术对视频数据进行多播传输。该方案显著提高了视频监控网络数据的传输速率，文章就此进行了探讨。

中图分类号：TP314文献标识码：A收稿日期：2017-05-19

网络视频控制系统是一种远程监控实现方案。用户能够通过Internet网络实时观看监控终端的监控画面。网络视频监控的传输系统不需要构建专门的传输线路，节省了线缆的布置费用，同时可以跨地区、远距离布置监控系统。但因为网络视频监控传输时经由外部Internet网络，传输质量有时难以得到保证，所以，构建安全通畅的网络视频监控解决方案至关重要。

如果想解决以上问题，网络编码是一个很有价值的技术。视频传输的瓶颈就是传输码率太低，而视频的数据量比文字、音频等数据量大很多，这就对数据的传输和分发造成一系列问题。比如吞吐量太低，浪费传感器节点能量。

本文从两个方面利用网络编码技术来提升视频数据传输的效能。一是利用网络编码提高视频传输网络的吞吐量，提高码率，节省能量；二是通過有效的网络编码编解码优化技术来降低视频节点用于网络编码运算的能量，进一步优化网络编码实现技术。

1.随机线性网络编码

网络编码的核心思想就是允许并提倡网络的中间节点对信源消息进行中间的加工。通过Jaggi-Sanders算法可以实现确定性网络的网络容量的上限。通过随机网络编码算法可以实现非相干网络的多播容量上限。网络编码技术是信息论的一个大发展，也是一种突破。

2.随嵌入式视频网络传输方案

（1）嵌入式平台实现方案。ARM9平台基础上整合关于视频监控的Linux软件，系统基于Arm9的2410平台和嵌入式Linux操作系统制作，搭建了一个网络视频服务器，可以在浏览器里输入监控终端的网址或者域名进行实时视频监控调取。目前网络化的视频监控大多是基于局域网传输，终端大多是基于成熟的需要微软版权授权的WinCE系统，成本偏高。本技术方案预期实现Internet环境下的视频传输，终端操作系统采用开源的Linux内核，降低成本。

（2）网络视频系统与网络编码技术的数据融合路径。网络编码主要在两个方面上应用于视频系统。一是服务器对自己管辖的监控节点的数据分发。服务器对自己管理监控节点下发的管理数据一般来讲都是大致相同的，可以近似为一个多播系统，这是网络编码的经典应用场景—多播。二是不同于局域网的视频监控，对某一个视频监控终端，查看方可能不止一个，网络上任何一个人都可以利用网址登录该视频监控节点，随时查看实时动态的视频内容。

3.网路编码在监控视频传输中的具体实现

这里主要讨论具体实现中关键技术细节和应该注意的问题。

（1）网络编码方案。将分发的文件分成m份，每份有n个字符。字符为选定有限域F上的一个元素，F的大小采用经典数值256，即一个字节大小的8次方。证明在此有限域下，解码成功率可达到99%以上，已经足够工程实践的要求。256也是最近很多网络编码具体实现方案经常采用的有限域大小。

（2）运算优化技术。如上文所述，网络编码的运算量很大，如何优化编解码成为网络编码实际运用的一个关键环节。这里我们采用比较常见的系统向量技术和稀疏网络编码技术。系统向量使得解码运算的运算量大大降低。稀疏网络编码技术使得整个编码矩阵在保证矩阵满秩的前提下，大部分矩阵值为0，有限的非0数据又恰到好处地保证了解码的顺利进行。这两种技术有效地保证了运算量的降低，特别适合运算能力有限的视频监控节点。

本文利用网络编码技术来进行视频监控数据的传输。实验结果表明，此方案有效地提高了视频传输系统的数据传输速率，同时降低了监控节点的能量消耗。

参考文献：

[1]徐 静，刘宴涛，夏桂阳.基于网络编码的拓扑推断研究综述[J].计算机科学，2016（S1）.

[2]胡成博，马 勇，陶风波，等.基于网络编码的配电网络下行数据路由算法[J].信息技术，2016（10）.