流媒体在视频监控系统中的应用

钟诚

摘 要现如今，如何保障自身的生命安全已成为许多人关心的重点，视频监控系统就是保护自己的一种有效手段。这套系统的优点在于方便、直观、信息内容丰富，有较高的防范能力。不过，视频信号存在延时这个缺点，使得远程视频监控系统里的实用性大打折扣，且这个缺点因视频数据过大而难以解决。因此，可以在窄带条件下实现连续视频流的流媒体技术应运而生，此技术具有强劲的高压缩比和面向流式的编码技术。目前，流媒体技术广泛应用于远程视频监控系统。文章就针对流媒体在视频监控系统中的应用进行了分析和研究，以供参考。【关键词】流媒体 远程视频监控系统 编码技术

1 流媒体技术

1.1 流媒体编码技术

1.1.1 基于内容和对象的编码方式

下面以最普遍的MPEG-4为例，介绍一下流媒体系统所选用的编码方法，也就是面向网络传输的视频压缩编码方法。MPEG-4为了让视频得以传输于异构性网络，利用有效的压缩算法，把视频压缩成适合网络传输码率范围的码流。MPEG-4这种编码主要基于可视对象和音频作用，MPEG-4把音视頻图像帧转为一个由不同的合成图像、合成声音、自然音频、自然图像以及带有附加码流的对象组成的视听场景，将视频对象VO和视频对象平面VOP引入到视频编码上。MPEG-4视频编码的核心就是某一时刻视频对象的采样，也就是视频对象平面。在编码MPEG-4时，把背景和运动对象分离开来或是把视频图像分割成不同对象。之后为了让压缩快速优质的进行，利用不同的编码方法对不同对象独立进行编码。内容的尺度可变性技术是压缩过程中使用到的一项技术，其工作方式是用较高的空间和时间分辨率来表示较重要的对象，给对象分配优先级。像是运动对象脸部的细节和平滑是其压缩编码尽可能要保留的。，因为编码时其优先级较高，背景图像的编码策略需选用高压缩率，因为其优先级较低。

1.1.2 冗余信息压缩

每一帧图像都由MPEG-4进行了对象化处理，I帧图像是在做了基于内容可变的帧内压缩后形成的，MPEG以前的标准就是帧间图像信息冗余压缩技术的标准。I帧图像能独立解码，每隔一定时间出现一次，是视频流的基本帧。按照帧间图像的关系，B帧图像可以根据前面一个P帧或I帧和后面的一个P帧或I帧之间由信息接收端进行双向预测。P帧和B帧不能独立解码，要依靠I帧。所以为了不形成误差扩散，要求I帧图像有较高质量。因为接收端预测的B帧图像，网络上没有传输视频数据，只传输了相关控制数据，所以B帧图像所需网络传输带宽不大，但图像主观视觉质量能被B帧提高。

1.1.3 扩展性编码技术

为了让不同质量流畅的视频流能够被不同带宽的用户欣赏到，每一帧图像都由MPEG-4运用了扩展性（可分级性）编码技术。MPEG-4可以进行空域和时域的扩展，有很棒的灵活扩展性。空域扩展是将有效像素增加在基本层中，将增强层加入基本层上。时域扩展是将帧率增加在增强层上，再增加B帧。MPEG-4在编码时，把每一帧图像的视频对象压缩成几个不同的视频对象层。最基本的视频图像由基本层提供，是否在基本层的基础上提供增强层，则要根据网络情况决定。为了使视频图像主观质量（流畅度和清晰度）的观感体验最佳，视频源端将根据误码率和网络带宽状况自动调节扩展层的传输。

1.2 服务质量保证和流媒体控制协议

1.2.1 UDP协议和TCP协议

IP网络是远程视频监控系统的视频信号架设的地方，IP协议之上有UDP和TCP传输层协议。TCP协议传输协议网络开销较大，是可靠的，有错误重传和信息反馈机制。而UDP传输协议网络开销相对较小，不考虑传输质量，是不可靠的，是“尽力传送”（Best-Effort）的传输协议。由流媒体的传输和控制协议完成实时流的服务质量（QoS）。UDP一般用于运行基于IP网络的实时视频流，这是结合TCP和UDP各自的特点所得的结果。

1.2.2 流媒体传输和控制协议

资源预留协议RSVP协议、实时流协议RTSP、实时传输控制协议RTCP和实时传输协议RTP是流媒体的控制和传输的主要协议。一对一或一对多的传输情况下的工作是RTP的定义，作为一种多媒体数据流的传输协议，为了实现视频流的同步和连贯，RTP提供时间戳信息和顺序标识。在RTCP协议中，数据包和发送的数据包数量等统计资料如果在视频流传输期间丢失，则可以将增强层的传输量进行改变，并且通过实时动态措施来改变服务器的传输速率，将拥塞控制和流量控制的服务进行提供。QoS由RTCP协议来保证。VCR那样的操作控制，如暂停、快退、快进等可以通过RTSP也就是话路控制协议来实现。视频流接受端和发送端需要有建立预留的权利，因为RSVP的思路是根据请求，要求视频流传输路径上的路由器为预留资源。

1.2.3 缓存去抖动技术

客户端缓存技术是流媒体技术所使用的技术，视频流的抖动是QoS上有待解决的问题。以IP包的形式封装数据后，为了让IP网络负载均衡，需要按照网络的实际状况自动选择路由。视频数据流先发出的数据包在IP网上传输时可能会延迟到达，出现视频流的等待和抖动，这是由于路径选择的不同而导致的。将一部分的数据在开始连接视频流时暂存在接受端，将缓存中的视频流数据在播放时读取出来，这就是缓存技术。缓存技术的缺点是要等待一段时间才能开始播放，但会使实时性受到影响。但优点是能有效地抑制视频流的抖动，这在实时视频监控系统中是个两难的抉择。

2 在视频监控中的流媒体技术的应用

2.1 流媒体监控系统的体系结构

现今的流媒体视频监控系统结构构成的方式几乎无差别，虽然其具有相当多的解决方案技术。该系统的组成主要有：网络传输，局域网和广域网两部分传输系统是其主要组成部分；用于提供视频服务的是流媒体视频服务器；编码压缩，形成媒体流数据；前端音频/视频采集系统；用于控制视频播放的是监控端控制和解码解压缩，其可以将前端音视频采集系统进行控制。endprint

数字加模拟混合型传输系统和纯数字传输系统是流媒体监控系统中两个子系统。早期模拟监控系统通常采用模拟加数字混合型传输系统，改造是为了满足远程监控的需要。通过硬盘录像机可以实现小型的模拟加数字传输系统，接收的模拟视频可以通过硬盘录像机编码成流媒体数据，作为视频服务器传给监控端。专门的设备负责大一点的视频服务、系统编码压缩。新建监控系统使用的技术是纯数字传输的监控系统。网络摄像机通常是其前端视频采集的，摄像机集摄像、压缩、编码、视频服务器于一体。可以通过以太网将摄像机直接接入视频监控系统，流媒体编码在前端摄像机就可以被视频数据完成操作了。

2.2 流媒体监控系统的工作过程

现如今，设计视频监控系统可以利用流媒体技术，用户只需要将视频服务器的IP地址输入到监控端浏览器中，通过在浏览器中下载或自带的播放器就可以看到相关的监控图像。当然，播放器、浏览器、前端控制的整合也都可以在一个控制面板上来进行。其具体的工作流程有以下几个步骤：为了检索出需要传输的实时数据，Web浏览器在监控端请求流媒体服务后，其控制信息的交换可以通过HTTP/TCP与Web服务器之间的功能来进行；当用Web浏览器将播放器进行启动的时候，播放器都会有一个初始化的过程，这就需要从Web服务器检索相关的参数，这就可以通过使用HTTP来实现；实时流协议RTSP/TCP、实时流控制协议RTCP/TCP在播放器及視频服务器运行时，可以将视频传输的控制信息进行交换；视频服务器想要将音视频数据传输给播放器，就可以用RTP/UDP协议来实现操作。

目前，RealMedia和WindowsMedia等视频服务器是比较常见的专用服务器和播放器，其主要是通过实现流式传输来实现转码播放的，rmvb、asf、wmv和rm等多种格式是其所对应的编码。另外，想要将监控端的解压缩解码进行播放，则可以通过现有的万能播放器来实现操作。

2.3 流媒体监控系统实时监控和调查取证视频的相关质量

流媒体技术可以把媒体流编码成若干个增强层和一个基本流层，因为其编码技术具有可扩展性。媒体的流畅播放、有效地实时监控都可以满足，只要传输基本流带宽没有超过监控系统网络能够达到极限。可以本地播放流媒体下载文件，只要带宽足够，图像质量就能达到最优，就为调查取证尽一份力。

参考文献

[1]胡敏，万力.流媒体技术在网络视频监控系统中的应用[D].济南：山东大学，2008.

作者单位

沈阳大学 辽宁省沈阳市 110078endprint