动态视频流范文

动态视频流范文（精选9篇）

动态视频流 第1篇

随着通信技术和计算机网络技术的发展,基于嵌入式的视频传输系统得到了广泛的应用,但是目前大部分嵌入式视频传输系统都是采用有线网络传输[1],有线网络传输系统存在线路布设复杂、成本高、施工周期长、移动性差等缺陷。由于无线网络传输速率的提高,无线视频传输逐渐成为人们研究的热点。与传统的有线网络视频传输相比,无线网络视频传输系统安装便捷、使用灵活、维护方便、易于扩展、性价比高,逐渐成为视频传输系统研究开发的主流。无线视频传输系统可以广泛地应用于视频监控、信息家电、智能小区、远程抄表等领域,因此对无线视频传输系统的开发和研究有着重要的意义。

目前,无线视频传输系统的研究开发还处于起步阶段,研究者在设计实现系统的过程中对软硬件资源的选型、关键技术的选择不尽相同,本文在总结现有研究工作的基础上,比较分析了各种技术方案,介绍了无线视频传输系统的现状并展望了其发展趋势。

1 无线网络接入方式

目前,无线网络接入方式主要有:2G的GPRS[2],3G的CDMA[3,4,5],和以Wi Fi技术为代表的无线局域网[6,7,8,9]。

无线视频传输对于误码率、切换效率、时延、带宽稳定性等方面要求较高,欧洲、美国、韩国一些国家已经运营基于2G网络的家庭无线移动监控业务,但由于无线网络带宽受限,存在时延较大和图像清晰度差的问题,效果不尽如人意[5]。国内的一些研究者也有采用GPRS网络进行无线视频传输的,但是成功案例并不多。

3G网络高至2 Mb/s的速率将为无线视频传输提供有力的支持,无线网络带宽的瓶颈再一次被突破。3G主要的技术优点是极大地增加了系统容量、提高了通信质量和数据传输速率,不少研究者在此基础上研究设计无线视频传输系统,实现了相比于2G更高清晰度、更加流畅的视频图像。

基于IEEE802.11协议的无线局域网WLAN可以提供高达54 Mb/s的传输速率,其带宽足以应对视频数据的传输。WLAN具有安装便捷、维护方便、易于扩展、保密性强等特点,相较于其他无线接入方式还具有经济性好、部署容易、局部最优等优势。因此,许多研究者采用无线局域网络进行无线视频传输,并取得较理想的实验效果。

以上的无线网络接入方式各有特色,但也存在各自的问题[10]:

(1)基于2G/3G无线移动网络的视频传输系统业务承载速率较低,画面清晰度差;

(2)基于WLAN无线局域网的视频传输系统的摄像头无法满足摄像前端高速跨区移动的需求。

LTE作为3G的长期演进,在当前的移动行业无疑是最引人关注的话题。其下行峰值速率为100 Mb/s、上行峰值速率为50 Mb/s,被视作从3G向4G演进的主流技术。未来即将成熟的LTE-Advanced,下行峰值速率为1 Gb/s、上行峰值速率为500 Mb/s。因此,基于LTE的无线网络带宽完全可以与有线网络媲美。

LTE/LTE-Advanced具有高带宽、低时延、低成本等优势,比其他无线网络更加适合大规模开展无线视频传输业务。基于LTE/LTE-Advanced的无线视频传输系统主要有以下特点[10]:实现高清视频图像传输;实现高质量视频传输业务的移动化;保障视频传输设备的小型化。

采用LTE网络进行无线视频传输可有效解决当前无线视频传输面临的主要问题,为用户提供低成本高清晰度的视频图像,可以应用于车载、即摄即传、工地及其他偏远地区的视频监控等行业,未来必将极大地带动无线视频传输业务的发展[11]。

2 嵌入式处理器

在无线视频传输系统设计中,嵌入式处理器作为主控单元,实现各个模块之间的调度,其性能好坏影响整个系统。所以,要根据系统的功能,对所需的硬件进行综合的考虑与选择。

嵌入式处理器种类繁多,常见的有MIPS、DSP、ARM、Power PC等系列。ARM处理器具有高性能、低成本、低功耗的特点,目前应用最为广泛。在无线视频传输系统的设计中,常用的嵌入式处理器内核主要有ARM7,ARM9[6,8,9],ARM11[2,7]。

相较于ARM7,ARM9在高性能和低功耗方面提供了最佳的配合,其时钟频率更高,有MMU(内存管理单元),能更好地支持Linux、Win CE等大型的操作系统。而ARM7没有MMU,只能运行小型的系统如μClinux、e Cos等。

ARM11处理器在提供超高性能的同时,还保证了低功耗、小面积。其媒体处理能力和低功耗特点,特别适用于无线和消费类电子产品。

然而,在无线视频传输系统设计中,嵌入式处理器的选取主要从以下三方面考虑:性能稳定,能够满足系统需求;成本低,经济实用;方便功能扩展。由于ARM9在高性能和低功耗方面提供了最佳的配合,既能满足系统要求,又具有较成熟、广泛的应用,因此,ARM9更经济实用,更具有市场竞争力,成为无线视频传输系统中最常用的处理器。

3 嵌入式操作系统

嵌入式操作系统(Embedded Operating System,EOS)是嵌入式系统的操作系统,负责嵌入式系统全部软件和硬件资源的分配、任务调度,控制、协调并发程序,通过装卸某些功能模块来达到系统所要求的功能。常见的嵌入式操作系统有Linux[2,6,7,8,9],Win CE,Vx Works等。

3.1嵌入式Linux

嵌入式Linux是将标准的Linux操作系统进行裁剪修改,使之运行在嵌入式设备上的一种操作系统。它以自身的诸多优势,在嵌入式领域中已成为应用最广泛的操作系统。

嵌入式Linux具有的优势如下:

(1)内核精简,各部分的功能明确,可扩展性强,容易剪裁;

(2)源代码完全开放,软件支持广泛,开发环境良好;

(3)性能稳定,适应多种CPU和硬件平台;

(4)网络通信功能完善,支持千百兆以太网、无线网络、光纤等。

3.2 WinCE

Win CE是微软公司开发的一个多任务、多线程、完整优先权的嵌入式操作系统,它与Windows系统有很好的兼容性,通信功能强大,支持多种CPU。但是由于其源代码是非公开的,因此使用该操作系统需要版权费用,且价格较高,这使得产品的开发成本也随之提高。此外,该系统还存在可定制性差、应用程序庞大、占用内存大等缺点。

3.3 VxWorks

Vx Works系统是1983年美国Wind River公司研发的一种嵌入式操作系统,具有良好的实时性、可靠性、可剪裁性、微秒级中断处理和开发环境友好等诸多的优势。它以其高可靠性和良好的实时性被广泛地应用在军事通信、航空航天、弹道制导、飞机导航等高精尖技术领域中。但是该操作系统存在着费用昂贵的弊端,且其局限性太强。

4 视频传输协议

目前网络传输协议主要有TCP协议[7]和UDP协议两种,而TCP协议的应用最为广泛。

TCP协议是面向连接的协议,能够保证数据的相对可靠传输,但其传送机制和拥塞控制不能满足实时性传输,一般都采用UDP协议进行实时数据传输。UDP协议是一种无连接、不可靠的传输协议,具有资源消耗小,处理速度快等优点,在视频传输过程中偶尔丢失一两个数据包也不会对接收结果产生太大影响。

虽然UDP协议能够满足传输的实时性,却无法提供差错控制,因此也不适合视频传输。在这种情况下,Internet工程任务组(Internet Engineering Task Force,IETF)提出了实时传输协议(Real-time Transport Protocol,RTP),它是针对Internet上实时数据流的一种传输协议,运行于UDP之上,为数据包提供时间信息和实现流同步。RTP本身只保证实时数据的传输,依靠实时传输控制协议(Real-time Transport Control Protocol,RTCP)提供可靠的传送机制、流量控制和拥塞控制这些服务。因此,RTP和RTCP配合使用特别适合传送实时数据。

由于无线视频传输系统对实时性有较高的要求,为了满足高实时性的特点,许多研究者采用RTP/RTCP协议作为视频传输协议[3,4,6,9]。目前RTP是公认的最好的流媒体实时传输方案。

5 视频编解码

巨大的视频信息量给存储和传输带来极大的困难,因此,在视频进行网络传输前对其进行压缩处理是十分必要的。目前,国内外研究者已提出多种有效的视频编解码技术并制定一系列视频编码标准。

国际上制定视频编码标准主要有两大标准化组织:国际电信联盟(ITU-T)的视频编码专家组(Video Coding Expert Group,VCEG)和国际标准化组织(ISO/IEC)的运动图像专家组(Motion Picture Expert Group,MPEG)。他们针对不同的应用目的,制定形成多个系列的视频编码标准。常见的有ITU-T提出的H.26X系列标准,如H.261,H.262,H.263,H.263+和H.263++等;ISO/IEC提出的MPEG系列标准,如MPEG-1,MPEG-2和MPEG-4等。2003年,这两大视频编码标准化组织联合制定了H.264/AVC。该标准在ITU-T称为H.264;在ISO/IEC则称为MPEG4-Part 10 AVC(Advanced Video Coding)。

H.264/AVC是目前最先进的编码标准,具有高质量、低比特率、高编码效率、网络适应能力强、容错能力强等优点,特别适合应用于无线视频传输中。由于其出色的视频编解码能力,被很多人所青睐[12]。

6 结语

无线视频传输系统是一个综合性的系统,其发展受制于各种相关技术的发展。在不断发展的嵌入式技术、网络技术和多媒体技术的综合推动下,无线视频传输系统即将进入快速发展期,并朝着产业化、智能化、高清化发展。

参考文献

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[11]焦阳.基于LTE技术的无线视频监控业务[J].中国铁路,2012(8):77-79.

动态视频流 第2篇

【摘 要】针对“PHP网站建设与开发”课程课件和现有网络教学系统的不足，研究设计开发新的适合“PHP网站建设与开发”等程序设计课程的网络教学系统。

【关键词】网络教学系统 课件管理 视频录制 循环动态演示

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）04C-0186-04

“PHP网站建设与开发”是计算机类专业的核心专业课程，课程教学成效将直接影响学生利用PHP语言进行Web应用程序开发的技能水平，影响学生毕业后是否符合PHP Web开发程序员工作岗位要求。但作为程序设计类课程，“PHP网站建设与开发”课程具有涉及知识面广、内容抽象、实践操作性很强等特点。

要想提高课程教学质量，建设一套功能丰富、适合本课程教学的网络教学系统是非常有必要的。“PHP网站建设与开发”相关课程的教学存在许多网络教学系统，但这些网络教学系统主要存在以下问题：系统展示教学课件时以PDF文档显示，比较死板没有原有PPT动画动态效果；系统缺少自动录屏功能，无法录制教师上课视频供学生课后学习；系统无法实现程序设计循环结构执行过程的动态演示，无法将抽象的知识形象化，不易于学生对知识的掌握。

针对当前“PHP网站建设与开发”相关课程网络教学系统的不足，我们设计开发一套全新的网络教学系统，以更好地辅助教学。新系统为更好地辅助课程教学，主要具有三大新功能：PPT教学课件的管理和内嵌于Web页面中打开显示；教师授课视频录制、去噪声和存储管理；程序循环结构执行过程动态演示。

一、系统整体设计

为方便教学使用，“PHP网站建设与开发”课程教学系统是采用B/S架构模式实现的Web网络版。系统开发平台基于Windows操作系统，以Apache为后台服务器、Mysql为后台数据库、PHP为开发语言、ThinkPHP为开发框架，按MVC设计模式进行设计开发。一是实现了PHP代码与HTML代码的分离，业务逻辑处理层、视图层和数据处理层的分离，在修改页面视图时不需要重新编译数据模型层和控制器，使系统具有良好的重用性、扩展性和可维护性。

“PHP网站建设与开发”课程教学系统为更好地辅助课程教学，除一般教学系统具有的常规功能外，主要包括PPT教学课件管理展示、授课过程视频录制与处理、循环结构程序执行过程动态演示、程序流程图自动绘制与存储等新功能，系统总体框图如图1所示。

系统中，课程PPT教学课件管理包括前端PPT教学课件目录树型展示和课件的Web页面内嵌打开显示，后台的课程PPT教学课件动态分类管理，包括课程的添加、删除、修改和查询管理，根据选择的课程添加、删除、修改和查询相应的PPT教学课件；授课视频录制和视频声音去噪声处理实现教师授课过程中整个授课过程的视频录制和分类存储管理，在录制前按视频存储信息表要求设置相应的视频信息，录制时按设置的信息自动将视频分类存储，对已录制的教学视频声音进行去噪声处理，提高视频声音的质量；循环结构程序执行过程动态演示，将数据排序算法抽象的执行过程形象化，实现按授课时随意给定排序数据个数和随机生成的排序数据，按冒泡排序算法的执行过程，动态演示程序算法循环执行的整个过程，使课程重要的算法部分抽象的知识点形象化，让学生更易于理解和掌握，为更好地深入程序设计相关课程的学习打下良好基础。

二、网络教学系统实现

（一）PPT教学课件管理

由于PPT文件不能直接内嵌于Web页面中打开显示，因此很多网络教学系统都将PPT教学课件转换为PDF文件格式以方便在Web页面中打开，但这种方式无法保留PPT文件的原始特性。为方便PPT教学文件的管理和保证PPT教学课件的原始特性，本网络教学系统建立PPT教学课件管理信息表，将PPT教学课件信息归类入库管理，在展示时按课件名称以树型目录列表菜单的方式列出，点击菜单列表中的课件名称，课件将内嵌在Web页面中打开显示。

实现将PPT教学课件内嵌在Web页面打开的方法可以使用微软的OCX控件和第三方的控件。为方便系统使用在此使用微软的OCX控件实现PPT教学课件的打开显示。具体实现步骤如图2所示。

下载OfficeCtrol.ocx控件后，在系统的命令提示符窗口执行regsvr32 OfficeCtrol.ocx命令实现注册，注册成功后打开php.ini配置文件，修改配置启用com.allow_dcom=true，使PHP支持OfficeCtrol.ocx控件的应用开发，在网络教学系统PPT课件文件管理模块页面中使用语句include（“PPTCtrol＼OfficeCtrol.ocx”）把控件包含进来，利用$ppt = new COM（“PPTCtrol＼OfficeCtrol.ocx ”）or die（“Unable to instanciate PPT”）语句创建PPT对象模型，创建成功利用$ppt->Documents->Open（）语句打开PPT教学课件文件，利用Object对象显示PPT教学课件文件，实现PPT教学课件文件在Web页面的内嵌显示。

（二）授课语音视频录制

把授课过程的语音视频录制下来，供学生课后学习和复习观看，能有效帮助学生消化课堂上老师所讲授的课程内容和技能。授课语音视频录制包括教学语音视频录制和语音视频存储两部分功能，授课语音视频录制实现先在系统页面添加录制启动按钮，然后进入录制设置页面，设置完成后则开始授课语音视频的录制，录制完成后按停止按钮将视频存储到相应目录并将视频按录制前设置的信息入库存储，实现视频的管理。授课语音视频录制功能的实现采用原生态开发比较麻烦，这里采用Mcapture+MFile构件实现，具体步骤如图3所示。

使用Oraycn.MFile.dll和Oraycn.MCapture.dll引用Mcapture+FMFile构件，使用CapturerFactory.CreateDesktopCapturer创建视频文件；使用Threading类创建启动多线程，同步实现麦克风数据和授课计算机屏幕图像的采集，其中使用CapturerFactory.CreateMicrophoneCapturer实现麦克风数据的采集，使用CapturerFactory.CreateDesktopCapturer实现屏幕图像的采集，对采集的音频数据使用videoFileMaker进行编码并采用改进的谱相减语音增强处理算法对音频信号去噪声处理，对采集的屏幕图像进行裁剪，因为MFile要求录制的视频帧的长和宽必须是4的整数倍，通过MultimediaManager的DesktopEncodeQuality属性，调整采集屏幕图像的清晰度；使用videoFileMaker.AddVideoFrame将采集的音频和图像同步写入到视频文件，录制完成后使用StopRecordAsyn停止录制即可完成视频的录制和保存。

在教学视频的录制中，由于授课环境人较多，通过麦克风采集的音频数据除了教师的声音外还会有较多的背景噪声，因此对录制的音频要特别进行去噪声处理，为增强录噪声处理效果，采用改进谱相减算法对录制的音频进行去噪声处理，谱相减语音增强处理算法其数学表达式为：

在去噪声处理中，由于噪声能量分布广，而语音能量则集中于某于频段，通过灵活调整（1-3）式中的α和β的值，可以有效提高去噪声能力。采用改进后的语音增强处理算法实现授课语音处理流程如图4所示。

授课视频音频语音去噪处理使用wvaerda（）函数读取录制的语音，确定汉明窗长度和平滑速度后使用hamming（）函数实现语音信号处理，确定傅里叶变换长度即循环次数M，使用fft（）函数实现傅里叶变换，使用mean（）函数实现功率谱计算，获取改进后谱相减阀值α、β后确定功率因素补偿阀值，用乘积的方法实现去噪声处理，使用ifft（）函数进行IFFT变换，按以上方式循环处理完成所读取的音频信号即可完成授课视频中音频的去噪声处理。

（三）循环结构执行过程动态演示

循环结构是程序设计的核心基础，PHP程序设计也不例外，但循环结构程序执行的过程比较抽象，如果不能将其执行的抽象过程形象的表示出来，学生很难理解和掌握，传统的教学课件或系统只能展示循环结构的简单执行过程，无法实现循环结构程序执行抽象过程的形象化，不能满足教学随机案例的动态演示需要。循环结构执行过程动态演示功能模块从数据排序的经典算法冒泡排序的实现动态演示其数据的排序过程，把抽象的循环结构程序执行过程形象化。以冒泡排序动态演示循环结构执行过程具体的实现流程如图5所示。

按输入的预排序数据个数N，使用随机函数random.Next（）生成[0-100]区间范围的预排序数据，根据预排序数据个数生成预排序数据显示标签，为使动态生成的标签能够整齐排列显示，标签位置x坐标值表达式为：x=k*50+50，y坐标值表达式为：y=j*50+60，其中k表示标签的下标，j表示标签显示的行标值。在生成的标签中显示随机生成的预排序原始数据，按冒泡排序算法的思想，对数据进行非降序排列过程是第一趟将第一个数与后面每一个数一一进行比较，如果后面的数比第一个数小则交换，第二趟将第二个数与后面每一个数一一进行比较如果后面的数比第一个数小则交换，依此方式，进行N-1趟则排序完成，整个执行过程共完成N*（N-1）次比较。为突出显示正排序的数据，以实现动态演示的效果在排序的过程中用定时器间隔时间执行和在排序过程中通过设置标签的背景色实现，同时生成交换数据显示标签，修改已排序数据标签背景色标识数据排序完成，最后显示已排序的结果数据。

三、系统测试

为验证本网络教学系统所实现的PPT教学课件管理、授课语音视频录制和循环结构执行过程动态演示功能，对三个功能模块进行测试。点击进入PPT教学课件管理模块，进入功能模块主界面，界面左侧是课件管理菜单，具体的菜单项是从PPT教学课件管理信息表中读取教学课件信息动态生成的，从系统后台能方便地实现教学课件的添加、删除和修改等管理。点击左侧菜单课件标题，打开PPT教学课件在右侧内嵌显示，同时PPT教学课件可以放映和展示原来设计的动画效果，与直接打开效果一样，实现了PPT教学课件的动态管理。

进入授课语音视频录制模块，点击录制授课视频设置功能按钮，进入设置界面，设置相应的参数后，点击开始录制按钮开始录制一段时间后，停止录制并保存录制的文件，用视频播放器打开录制的视频能正常打开并播放。

进入循环结构执行过程动态演示功能模块，打开功能界面，在界面的排序数据个数编辑区输入排序数据的个数，点击成生数据功能按钮，生成排序数据并生成显示数据的标签，并在标签正常显示数据。点击开始排序功能按钮，实现数据排序，并生成辅助标签，修改正排序数据的显示标签背景色，同时生成显示已排序数据的标签显示已排序数据，实现了数据排序过程的动态演示效果。数据排序过程动态演示效果具体如图6所示。

四、小结

在教学中，采用适合的网络教学系统辅助教学，能有效地帮助教师提高教学质量，但针对于“PHP网站建设与开发”等程序设计类课程，目前的网络教学辅助系统存在不足，为解决目前网络教学辅助系统的不足。本文在透彻了解网络教学辅助系统急需的功能后，全新设计开发适合“PHP网站建设与开发”课程的网络教学辅助系统，新系统主要具有PPT教学课件管理和内嵌于Web页面中打开显示、授课语音视频录制存储管理和循环结构执行过程动态演示三大特色模块。测试表明系统能实现PPT教学课件的动态管理和内嵌于Web页面中打开显示，并支持PPT教学课件的放映和动画效果；授课过程视频的录制和存储管理，方便学生课后学习使用；循环过程动态演示，将抽象和算法执行过程形象化，使学生易于理解和掌握。新设计开发的网络教学系统，经过4所学校20多个班级师生的推广试用，获得师生的良好评价，辅助教师教学取得良好的效果。

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【作者简介】罗云芳（1981―），男，广西贺州人，广西职业技术学院计电系讲师，硕士，研究方向：软件工程，计算机应用技术及计算机教学。

动态视频流 第3篇

关键词: 自动识别系统; 动态监控; 视频跟踪; 智能船舶; 船舶交通服务系统

中图分类号:TP273.5; TN948.41; TN911.73文献标志码:A

Intelligent ship dynamic video monitoring system based on AIS data

ZHOU Jianmina, WANG Jieb

(a. Information Centre; b. Navigation Department, Zhejiang International Maritime College,

Zhoushan Zhejiang 316021, China)

Abstract:Regarding the inconveniences inherent in the manual operation on video monitoring system for its application in monitoring ship movement in port, an intelligent ship dynamic video monitoring system is developed. In this system, an automatically monitored decision-making control module is designed ccording to the dynamic ship data within the port obtained by Automatic Identification System (AIS); a monitored preferred factor algorithm of the ships to be monitored is established; and the automatic video tracking on the ship movements is realized by driving the arrays of the intelligent spherical cameras to locate the ships to be monitored automatically and consequently.

Key words:automatic identification system; dynamic monitoring; video tracking; intelligent ship; vessel traffic service

0 引 言

船舶动态视频监控系统通常被集成在船舶交通服务系统(Vessel Traffic Service,VTS)中,用于港区船舶航行动态监控,以弥补雷达存在盲区、易受电子干扰和无真实图像等不足,其重要性在整个VTS中正逐渐增强.[1]目前,国内外部署的VTS中,闭路电视监控系统(Closed Circuit Television,CCTV)的实际操控是个难点,大多采用人工手段,根据船舶相对VTS中心的方位和距离,对CCTV云台的指向和镜头的焦距、景深及光圈等进行调整(如果系统中存在多个镜头,需选择最佳镜头),在船舶较多时会有一定的困难,且耗时较多.[2]

随着智能球控制技术的发展,视频监控系统已从人工控制向智能控制迅速升级,无人值守的船舶动态视频监控系统呼之欲出.

1 视频监控系统的概念及作用

通用船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)是个操作于甚高频(Very High Frequency,VHF)海上移动频带的自动连续广播系统,在船舶和岸台间交换如标志、位置、航线和速度等信息.随着SOLAS公约第V章中规定AIS强制性安装[3],AIS设备的总体数量及其应用迅速增加.将AIS接收的船舶坐标位置数据换算为智能球云台的预置位,驱动视频摄像机转向监控目标,可以实现对船舶的自动视频跟踪.

1.1 视频监控对于港区安全管理的重要性

船舶安全管理泛指一切保护船员和旅客的安全与健康、 防止船舶和货物的损害以及防止海上污染的管理活动.[4]目前,许多中小港口功能趋向多样化,客货运输、水产渔业等船舶进出频繁,给港口管理带来诸多问题.

传统的雷达监控不能实现真实图像采集和显示,对于一些船舶在港区排污等违法事件无法跟踪和追溯;雷达存在盲区和电子干扰问题,尤其在中小港口,其地理布局通常依赖自然地形,存在大量死角,雷达难以部署.而视频监控安装灵活,随着智能球技术的发展,能水平360°和垂直90°无死角自由旋转的视频摄像机已经普及,IP网络视频传输也使低成本远程部署成为可能,主动型红外摄像、偏振过滤摄像等技术的应用使视频监控的年可利用日数得到保证,视频监控已成为港口安全管理的重要补充.

1.2 AIS引入视频监控系统的意义

AIS数据中包含船舶的坐标位置,按照SOLAS公约的相关规定,航行于国际航线的300总吨以上船舶和缔约国航行于国内航线的500总吨以上的船舶,从2002年7月1日起到2008年7月1日须分阶段[HJ*5/9]配备AIS设备.目前,配备AIS系统的船舶在进出我国港口的船舶总数中占很大比例,利用AIS数据驱动智能球的自动定位实现智能视频监控,可大大降低人工操作的劳动强度,还可结合数字视频录像系统,实现视频监控的无人值守.

2 基于AIS的港口智能船舶动态视频监控系统技术的实现

智能球实际上是将摄像云台与数字控制技术、摄像机结合在一起的视频控制平台.智能球能接收数[HJ]字驱动信号,实现方向和高度的调整、变焦、光圈调整以及主动光源控制等功能.最关键的是智能球一般能提供一定数量(从64到512甚至更多)的预置位,用于记录摄像机的跟踪方向及焦距等参数,通过数字信号实现定点连续跟踪.

2.1 系统结构

基于AIS的港口智能船舶动态视频监控系统由AIS接收系统、船舶动态数据库、自动监控决策控制系统和智能球等组成,见图1.

图1 基于AIS的港口智能船舶动态视频监控系统

智能球中的摄像机可根据港口情况选择主动型辅助光源长焦距红外摄像机.AIS接收系统由AIS信号接收器将来自AIS天线的船舶AIS信号接收下来,由AIS数据处理器提取船舶动态数据,包括船名、船舶呼号、经纬度、航向、航速及目的港等,记录到船舶动态数据库中.自动监控决策控制模块用于从船舶动态数据库中提取监控目标,组成待监控对象队列,计算队列中对象的优先级,将有限的港区监控摄像头用于重要目标的跟踪监控.

2.2 主要工作原理

2.2.1 智能球定位

智能球能记忆几十到几百个预置位,经过预先设定可通过指令(可采用PELCO-D和PELCO-P等协议指令)快速定位预置角度(包括水平方位和垂直俯仰角)监控指定区域.

预置位的设定是该项技术的关键,为使预置位与港区特定区域相对应,需对智能球的预置位进行人工标定,即在智能球的控制程序中编写预置位设定程序,驱动智能球每经1个最小偏转角到达1个新预置位后存储.测定智能球启动初始化时的起始角与最大预置位偏转角之间的方位角差值,除以预置位总数,得智能球每个预置位之间的偏转角度θ.

设摄像头视角为α,智能球启动后自动定位在初始起点(预置位1).在已知智能球坐标位时,由AIS获得被监控船舶的坐标位,计算出智能球和被监控船舶之间的方位角与智能球起点位置(预置位1)的夹角,除以θ得偏转预置位序号,驱动智能球转向某预置点,使摄像机指向港区船舶;以此类推,当船位于n处与船位1之间夹角达(n-1)•θ时,智能球定向预置点n.由于α>θ,被监控船舶一直处于视频监控中.船位与智能球定位关系见图2.

图2 船位与智能球定位关系

设智能球i所在位置的经度为Xi,纬度为Yi,其初始预置位的方位角为0,每个预置位之间的间隔角度为θ,最大预置位方位角为n,预置位总数为n+1.当某船位于港区内,经度为Xs,纬度为Ys,则船舶与智能球之间的距离L=arc cos[sin(Xs)sin(Xi)+

cos(Xs)cos(Xi)cos(Ys-Yi)](1)船舶与智能球之间的方位角ρ=arc cos[tan(Xs)cos(Xi)csc(Ys-Yi)-

sin(Xi)cot(Ys-Yi)](2)由于所在半球的不同导致经纬度存在名称和符号的不同,设ΔY=Ys-Yi.

(1)港口在北半球.设ΔY≥0,则 方位角=[JB({]ρ [KG*9]ρ>0

180°+ρρ<0(4)当ΔY<0,则 方位角=[JB({]360°-ρρ>0

180°-ρρ<0(5)

(2)港口位于南半球.设ΔY≥0,则 方位角=[JB({]180°-ρρ>0

-ρρ<0(6)设ΔY<0,则 方位角=[JB({]180°-ρρ>0

360°-ρρ<0(7)若方位角∈[φ0,φn],只要没有物体遮挡,则该船舶处于智能球i的监视范围内,预置位的编号Si=[BG(][BHDWG2,K*2W〗[BG)][SX(]方位角-φ0[]θ[BG(][BHDWG2,WK*2〗[BG)]+1(8)

在试验中,会发现智能球的预置位号码不连续,部分预置位被厂家用于智能球的特殊功能驱动,即智能球内可供使用的逻辑预置位不连续.为达到连续监控的目的,可建立真实预置位与逻辑预置位对照表(见表1),通过查表实现对智能球驱动.

表1

真实预置位与逻辑预置位对照表序号真实预置位号码逻辑预置位号码1S1L12S2L2nSnLn

2.2.2 自动监控决策控制模块

由于港口船舶数量往往大于监控智能球数量,如何选取重要的监控对象是自动监控决策控制模块的主要任务.

从安全管理角度看,港区中有部分区域属于航道,船只交汇频繁,是监控重点;不同位置的智能球对处于不同区域的船舶有就近原则;对速度较快船舶的监控必要性大于速度较慢或停泊的船舶;对有违章记录船舶的监控必要性大于别的船舶;对客运船舶的监控必要性大于货运船舶;对驶离港口监控区的船舶没有必要继续跟踪等.

自动监控决策控制模块将由船舶动态数据库中筛选出的、进入监控区内的船舶组成待监控队列,根据每艘船舶所在区域、航向速度及历史记录等要素分配一定的权重,计算出优先因子,根据优先因子对待监控船舶队列进行排序,对队列前部船舶进行跟踪监控,实现智能自动监控管理. =(ka×A+kv×v+kL/L+kb×b)×C[JY](9)式中:为待监控船舶的被监控优先因子;ka为待监控船舶所在区域与航道关系的权重;A为待监控船舶所处区域与航道关系,取与航道距离的反比值;kv为待监控船舶航行速度因素权重;v为待监控船舶航行速度;kL为待监控船舶相对于某智能球的距离因素权重,AIS信号受地面遮挡影响较小,当AIS信息要求被监控的部分港区可能因地理因素处于视频盲区,为确保视频监控的有效性,除对智能球阵列进行合理部署外,还将死角区域的kL值预设为0,避免智能球对该区域的无效监控;对于多视频头系统,L为待监控船舶相对于各智能球的距离,对于接近待监控船舶的智能球,L值越小,被监控优先因子越大,智能球优先接受监控该船任务,很好地解决多监控镜头的智能选择问题;kb为待监控船舶违章历史因素所占权重;b为待监控船舶违章严重性指数;当驶入监控区时,C=1,当驶离监控区时,C=0.

根据港口安全管理特点,可进一步考虑其他因素,计算所得的某船被监控优先因子越高,则优先被监控.[HJ*5/9]在部署有多个智能球的多视频头系统中,自动监控决策控制模块采用针对每个智能球逐个轮询的方法,分别计算待监控船舶队列中每艘船舶相对于该智能球的优先因子,挑选优先因子最大者进行跟踪监控,并将除却该船舶的队列对下一智能球进行优先因子计算,依次类推,直到所有[HJ]智能球都有监控目标,实现多智能球阵列自动选择目标监控.

2.3 硬件组成

系统硬件组成见图3.

图3 系统硬件组成示意

PC机1担负智能球控制和视频采集功能,同时提供IP视频发送服务器功能,供远程访问使用;PC机2执行AIS数据采集处理和船舶动态数据库存储功能.2个PC机之间通过网卡及局域网实现数据交换访问.当监控摄像机及智能球增加导致数据处理负担加重后,视频采集和智能球控制可分散到多台PC机中进行.

2.4 系统软件简介

[CM(20]船舶动态数据采用MYSQL进行数据库管理,[CM)][LL][HJ*4/7]安装在PC机2中,通过RS232串口接收来自AIS接收机的AIS数据,并分离出船舶数据,记录在数据库中.PC机1安装有多通道视频采集卡驱动及应用软件,可以单一窗口或九宫格显示多监控画面,同时提供视频服务器功能,通过网络将监控视频传输到更远的用户处.

自动监控决策控制模块程序安装在PC机1中,通过网络访问PC机2的数据库,并计算产生监控控制信号,通过RS232串口经RS232-485转换器,将控制信号编码通过485电缆输送至各智能球,经智能球控制电路解码后实现对智能球的远程控制.

为应付突发事件,便于监控非船舶动态数据库中的小型船舶或其他目标,监控控制模块同时提供人工操作界面,驱动相关智能球进行定向监控.智能球中摄像机采集的高清视频信号经视频线返回多通道视频采集卡,若距离远导致视频信号损失,可考虑安装低噪视频放大器延长传输距离.[5]

3 结 论

港口安全管理事关人员安全、交通安全、作业安全和海洋环境保护,是生产运输、船舶航行及停泊的重要保障.港口船舶动态视频监控系统是VTS中的重要组成部分,是港口安全管理的重要手段.[6]利用计算机技术实现船舶动态视频监控的自动化、智能化是今后的发展趋势.[7]随着智能球技术的发展,适应全天候、多功能、无线、网络化和智能化的视频监控设备将不断普及,更好地运用到航运业中.[HJ]

参考文献:

[1]史云剑. CCTV子系统在VTS硬件系统中的作用及运用初探[C]//中国航海学会内河船舶驾驶专业委员会学术年会论文集. 北京: 中国水运报刊社, 2004: 160-161.

[2]龚瑞卿. AIS, CCTV, VTS整合及功能拓展[J]. 中国水运, 2005(10): 42-43.

[3]章剑. 船舶自动识别系统(AIS)装船和检验要求[J]. 上海造船. 2006(2): 30-32.

[4]翁跃宗. 一种面向海事分支机构的船舶安全管理信息系统的设计[J]. 中国航海, 2004(4): 42-45.

[5]陈辉. 海上移动视频监控通信系统的设计和应用[J]. 青岛建筑工程学院学报, 2005, 26(4): 79-82.

[6]赵树利. VTS管理信息系统的功能需求及构成分析[J]. 中国水运, 2008(6):9-11.

[7]陈明洁. 智能视频监控系统目标检测和跟踪技术分析[J]. 电视技术, 2008(10):85-87.

动态视频流 第4篇

监控视频在交通安全和电子会议等领域得到越来越广泛的应用,H.264/AVC标准逐渐暴露出自身的不足。HEVC是新一代视频编码标准,与H.264/AVC相比,在相同视频压缩质量下,HEVC可以提高50%左右的压缩效率。HEVC的编码框架和H.264相同,两者都是混合编码框架[1]。

监控视频大多由静止的摄像机捕获,它们往往拥有固定背景。为此,可以考虑利用监控视频特殊的结构特点来处理监控视频。已有关于监控视频的研究可以分为两大类:一类是基于模型的编码方法[2,3,4],这类方法对感兴趣的目标建模,然后对它们编码;另一类是基于块的编码方法[5,6,7,8],这类方法利用高质量的背景帧来提高预测效率。还有一些其它相关研究,如Wang[9]提出了一种新的降低计算复杂度的方法;Zhang[10]提出了基于模型和块分类的快速高效转码方法(FET);Rahaman[11]提出了用于运动监控背景更新模型方法;Zhang[12]提出了基于自适应预测的背景模型方法(BMAP)。

本文提出动态背景模型算法为监控视频生成一个动态背景帧,作为HEVC框架下帧间预测的参考帧。为生成干净的背景帧,提出多层差值(MDM)算法更新背景帧。同时设置一个标志位来说明给出的模型是否被选中。

1 动态背景建模

为充分利用监控视频的结构特点,本文提出DBM和MDM的建模方法。DBM是在HEVC的框架下生成一个用于帧间预测的动态背景帧;MDM采用分层差值方法更新背景以得到干净的背景帧。

1.1 动态背景模型(DBM)

一般来讲,监控视频背景区域的像素值是固定的,运动区域的像素值是变化的。相应地,监控视频背景区域帧间像素差值大部分为0或者接近0,运动区域的帧间像素差值会比较高。因此,可以根据帧间差值来生成和更新背景帧。本文基于像素块对绝对差值进行统计并更新背景帧,如图1所示。

生成和更新背景帧的具体过程如下:

(1)背景帧的像素值初始化为0。

(2)Dn×n是基于块的绝对像素差值,表示当前重建帧和最近的参考帧对应位置的最大块像素差值,n表示像素块的大小。

其中,Ci,j表示当前重建帧的像素值,Ri,j表示最近参考帧的像素值。

(3)设置特定的阈值T来决定是否对背景帧更新。阈值T根据对Dn×n的统计结果选定。

其中,Bi,j表示背景的像素值。动态背景建模的关键点是生成干净的背景帧。然而有时运动区域变化缓慢并且平滑,如果选取用来比较的像素块太小,运动区域的像素差值Dn×n有可能小于给定的阈值T,从而导致背景帧的错误更新。为了解决这个问题,得到比较干净的背景帧,提出多层差值(MDM)算法。

1.2 多层差值算法(MDM)

如果用来比较的像素块大小足够大,即便是运动区域,其边缘部分也会被包含进来,因此会得到一个较大的像素差值Dn×n,从而避免对背景的错误更新。如果Dn×n的值在某一特定范围内,当前像素块会被向下分为4个等大的小像素块,背景帧的更新过程进入一个低的层次。图2展现了多层次差值方法过程。

理论上讲,选取的层越多,得到的背景帧越好。然而分层增多带来的背景帧质量的提升并不能弥补计算复杂的增加,为折衷,文中选取4个分层,分别为32×32,16×16,8×8和4×4。多层次差值算法过程如下:

(1)统计分析并设置每层的阈值Tn1和Tn2。

(2)更新背景帧。

Step1:如果Dn×n小于Tn1,更新对应位置的背景帧。

Step2:如果不是第四层,并且Dn×n的值介于Tn1和Tn2之间,当前像素块被分为4个小像素块,同时将n设为n/2,进入下一层更新过程。

Step3:如果Dn×n大于Tn2,不对背景帧更新。

(3)如果分层大于4,停止背景帧更新过程。

1.3 熵编码

编解码端都要更新背景帧,文中一个标志位来说明给出的模型是否被选中,该标志位为1时,表示模型被选中,为0时,表示没被选中。

2 实验结果

实验用HEVC参考软件HM14.0[13]来实现,实验结果和HEVC的标准测试结果比较,“encoder_lowdelay_P_main”编码配置在实验中被使用,YUV测试序列包括静态背景的检测视频和静态背景的其它视频序列。PSNR和BD码率作为评估编码性能的标准。量化参数(QP)分别被设置为22,27,32,37。

实验中用到6组视频序列,BasketballDrill和Cactus是标准测试序列,其它是用摄像机获取的视频序列。比较结果如表1所示。

表1呈现的是DBM/MDM和HM关于BD码率和PSNR的比较结果,与HM标准测试结果相比,对监控视频的处理,DBM/MDM平均节省超过2%的码率。从表中可以看出,标准测试序列的结果更好一些,BasketballDrill序列最好能提高超过5%的压缩效率,同时Cactus序列能提高1.7%的压缩效率。在由摄像机获取的监控视频序列中,TrafficVido的结果最好,能提高2.6%的压缩效率。

通过表1和图3,可以看出,本文提出的方法与HM14.0标准测试结果相比,在几乎不增加计算复杂度的情况下,能够显著节省码率。

3 结语

可以看出,通过动态背景建模(DBM)生成一个动态背景帧,作为HEVC帧间预测的一个参考帧;同时采用多层差值(MDM)算法生成高质量的背景帧,可以显著提高监控视频的压缩效率。结果表明,与HM标准测试结果相比,DBM/MDM平均节省了2.33%的码率,最高可提高5.2%的压缩效率。后续研究可以通过背景帧对包含背景区域和运动区域的混合区域进行处理,期望背景帧在混合区域的应用中能够进一步提高压缩效率。

摘要：高效视讯编码(HEVC)是新一代编码标准,在编码效率上有明显优势。监控视频结构特点是背景几乎不变,HEVC并没有考虑这种情况。使用动态背景模型(DBM)生成动态背景帧,作为HEVC帧间预测的参考帧,可以提高视频压缩效率。然而,运动缓慢的前景区域有时会被认为是背景区域,为此提出多层差值(MDM)算法,根据多层像素块差值更新背景,提高背景帧的质量。实验结果表明,与高效视讯编码测试模型HM14.0相比,在几乎不增加计算复杂度的情况下,采用该算法压缩效率平均提高了2%,最高提高了5.2%。

动态视频流 第5篇

在大型建筑智能化安防和城市治安视频监控系统中, 利用嵌入式硬盘录像机来实现海量图像数据的存储已经成为一种典型的应用模式。控制中心机房中的硬盘录像机一般少则十几台, 多则几十台。为了确保这些图像记录设备正常工作, 管理人员需要频繁地通过接入监视器进行面板操作来检查每一台设备的工作状态, 工作量较大, 设备管理相当繁琐。而这种管理不便的特殊性使得安装好的录像设备往往无法得到定期的常规性维护, 经常出现当需要调看录像资料时才发现设备早已出现故障而停止了录像, 从而导致重要的录像资料丢失的情况。

为了解决设备管理的问题, 有些监控系统采用了为录像设备引入管理功能的方法, 即通过以太网客户端逐个访问硬盘录像机来检查其运行参数, 了解设备工作状态。采用此种方式可降低检查工作的劳动强度, 管理人员可在发现设备故障后立即进行设备更换或维护。但是, 进行设备更换或维护时需要停止当前设备的录像, 而更换一台设备并使之恢复正常工作至少需要半个小时, 在这段维护时间内故障机对应视频将无法正常存储, 这无法满足不间断录像场合的需求。

综上所述, 传统视频存储的现状是:

◆难以立即发现设备掉电、网断、死机、硬盘故障等问题;

◆从更换设备、转换视频到彻底解决故障所需的时间较长。

换句话来说, 大型建筑智能化安防和城市治安视频监控系统亟待解决的问题是:

◆如何在存储设备出现故障时立即发现;

◆如何在发现存储设备故障后快速恢复录像。

存储热备份控制技术就是在这样的背景下诞生的一种基于模数结合系统 (存储与控制相结合) 的存控一体化录像不间断解决方案, 其特点包括:

◆可实现自动监测, 能够自动发现设备故障, 无需人工干预;采用设备轮询和主动上报相结合的方法;

◆可实现自动切换, 能够在设备出现故障时立即按照设定的故障处理预案, 自动地将与故障机对应的视频切换到备份机上继续录像;

◆监测、切换、告警过程可快速自动完成, 保证在人员发现问题时录像已经自动转换完毕能够较好地实现无间断录像功能。

2 存储热备份控制技术的架构设计

为了解决视频监控系统录像存储的热备份问题, 需要寻求更好的录像模块异常状态监测技术, 不断优化寻路算法以提高查询效率。“视频存储热备份控制技术”就是在这样的背景下, 最终选择了主动查询和故障上报相结合的设备管理模式, 即利用存储控制系统中“控制主机”和“存储主机”集成一体化的功能控制主机采用主动查询方法发现存储主机的关机、掉电、网络故障等问题, 而当存储主机自身发现录像模块出现硬盘故障、录像状态改变问题时会自动上报故障信息给控制系统部分。

在“矩阵切换功能”和“存储控制功能”高度集成的基础上, 利用控制主机对存储主机录像存储模块的状态监测和控制管理功能, 能够实现设备出现故障时故障机对应视频向备用录像模块的不间断自动转存, 使故障模块的拆装更换和维修可以从容不迫地进行, 从而彻底解决令人头痛的设备管理难题。

要实现故障的快速诊断以及备用录像模块同步启动, 保证录像连续, 首先要解决多设备状态监测的问题, 以保证能够及时地发现设备故障。通过以太网主动查询每一个硬盘录像模块的工作状态并作分析对比需要消耗一定的机器时间, 单靠此手段根本无法满足及时性的要求。而结合串口通信故障上报, 可最大程度上解决系统无法在硬盘录像模块出现故障时及时响应的问题, 尤其是对于出现频率最高的硬盘故障能够做到即时响应。

实现“视频存储热备份控制技术”的另一个难点是如何将与故障录像模块相关联的输入图像准确无误地通过交换控制主机联动切换到备用录像模块上继续录像。在进行了各种方案的比对之后, “视频存储热备份控制技术”采用了独创的虚拟摄像机通道绑定表, 描述了系统中复杂的视频输入输出通道的对应关系 (将正常录像模块的所有视频输入虚拟对应到交换控制主机的视频输入通道上, 同时将备份录像模块的视频输入也虚拟指定到交换控制主机的视频输出通道上) , 保证了能在任何一个正常录像模块出现故障时进行准确的视频联动切换。

3 存储热备份控制技术的工作原理

存储控制系统中, 控制主机具有存储主机硬盘录像模块的设备管理功能。在系统配置中不仅需要定义承担正常录像任务的硬盘录像模块, 还需要设置至少一台作为备份的硬盘录像模块。如图1所示, 存储主机上正常录像模块的所有视频输入均环接到控制主机的视频输入上, 而录像备份模块的所有视频输入则连接到控制主机的视频输出上。如此控制主机就得到了正常录像模块的所有图像, 可以在正常录像模块出现问题时随时将与之相对应的图像切换到备用录像模块上进行录像。

应用“视频存储热备份控制技术”可实现录像模块状态监测、录像运行参数对比、视频通道联动绑定、矩阵图像切换、录像状态控制、设备故障告警等功能。在系统正常运行中, 控制主机会不断地发出录像模块状态查询指令, 读取录像模块运行参数并对其与预先记录的设置参数进行对比。

系统能够监测多种录像模块异常状态, 包括录像模块的网络故障、硬盘故障、关机、掉电, 甚至手动停止录像。当系统发现某一录像模块的运行参数与设置参数不一致时, 会立即将与该录像模块相对应的图像切换到备用录像模块上, 并启动备用录像模块, 保证不间断录像。同时, 系统还会记录出现故障的时间和事件信息, 在系统信息框中报警提示;如果设定了手机短信告警功能, 还可以短信的方式将设备故障信息通知设备管理人员, 以便及时进行维护。

4 存储热备份控制的技术先进性分析

视频存储热备份控制技术具有以下创新性技术亮点:

◆采用了主动查询和故障上报相结合的设备管理模式, 从而最大程度上地解决了系统不能在硬盘录像模块出现故障时及时响应的问题;

◆独创的虚拟摄像机通道绑定表描述了系统中复杂的视频输入输出通道的对应关系, 保证了在任何一个正常录像模块出现故障时均能进行准确的视频联动切换;

◆增加了手机短信报警功能, 除了多种控制室报警提示方式外, 还支持发送短信到指定的手机上 (可发至多台手机上) 。

在控制主机的中央处理模块上内置有一个数据管理模块, 该模块定时发送数据, 通过通信总线实时监测系统内各个工作模块的状态, 监测信息包括模块工作状态、视频丢失报警、视频移动报警、外部触发报警、存储模块异常报警、硬盘异常报警、定时设置异常报警、网络异常报警等。当数据管理模块监测到异常情况时, 会立即向系统管理平台报警提示并在日志中予以记录, 或以手机短信的方式报告系统管理员。当监测到存储模块工作异常时, 热备份控制模块立即向矩阵控制系统发出指令, 将异常的存储模块所对应的矩阵控制系统上的输出信号切换到备用存储模块上, 同时开启备用存储模块, 保持持续录像。

此外, 为了提高技术的先进性与实用性, “视频存储热备份控制技术”还实现了录像模块实时运行状态显示、录像模块配置信息显示等功能;同时基于对控制主机和存储主机视频连接复杂性的考虑, 引入了对常规视频连接的改造, 利用视频集成电缆进行连接, 大大简化了设备安装和调试步骤, 使整体系统连接变得简洁明了, 提升了系统长期运行的可靠性。

5 结束语

“视频存储热备份控制技术”能够很好地解决硬盘录像机的存储控制和故障管理问题, 其优越性能在大型监控项目中得到了较好的发挥, 特别是在要求连续不间断录像的场合, 如大型博物馆建筑智能化安防、监狱管理、城市治安等项目中, 最大程度降低了系统的维护难度, 确保了视频录像的连续性和可靠性, 具有较大的推广价值。

摘要：本文针对目前建筑智能化及城市治安动态视频监控系统中, 海量图像数据的存储可靠性因受到存储设备故障的影响而得不到保障的问题, 提出了一种视频存储热备份控制技术。该视频存储热备份控制技术较好地实现了视频存储过程中对存储设备工作状态的实时监测, 以及存储设备出现故障时的数据快速转移备份的功能, 为城市治安动态视频监控系统的海量图像数据不间断录像存储提供了一个技术解决方案。

关键词：视频监控,视频存储,寻路算法,热备份,状态监测,故障上报

参考文献

[1]刘凯, 刘博.存储技术基础.西安电子科技大学出版社, 2011

[2]鲁士文.存储网络技术及应用.清华大学出版社, 2010

动态视频流 第6篇

1 视频缩略图生成技术现状

目前各种视频网站中都应用到了视频缩略图技术。以众人熟知的优酷网为例,该网站首页呈现了许多静态的小图像(即视频缩略图),当我们单击时即可打开该缩略图所对应的视频播放页面观看视频。那么网页中的这些缩略图是如何生成的呢?笔者通过实践调研发现,当前Web中的视频缩略图生成技术主要有两种方案:其一,借助相关的图像捕获工具(如红蜻蜓、QQ、视频播放器自带的抓图工具等)手工机械式地捕获图像信息,然后通过视频网站系统管理后台的上传功能分别将所捕获的图像与视频一起上传到服务器;其二,借助第三方组件和网页程序,视频网站系统管理后台自动生成所上传的视频缩略图并上传至服务器,无需用户单独采集图像信息上传至服务器。

对于以上两种技术方案,第一种方案适宜于小型的、单用户上传视频需求的网站;第二种方案则适宜于大型的、多用户上传视频需求的网站。显然,从用户的体验度来讲,第二种技术方案更适合实际需求,其体现了系统图像采集的智能化、动态化、便捷性等优势。为此,笔者结合自己开发经验,下面重点介绍第二种技术方案的实现过程,即Web环境下视频缩略图动态生成技术的解决方案。

2 基于Web的视频缩略图动态生成的解决方案

考虑到系统开发的高效性与稳定性,本研究拟采用第三方开源免费组件来解决Web环境下视频缩略图动态生成的技术问题;系统技术架构(或开发环境)主要采用微软ASP.NET框架开发。视频缩略图动态生成的实现主要涉及到上传页面和数据库设计、后台程序的编写两方面技术。

2.1 捕获图像工具介绍

目前,网络上出现的捕获图像工具很多,如红蜻蜓、Pic Pick、Hyper Snap-DX和Greenshot等。此外,还有很多Web浏览器、视频播放器也自带了捕获图像工具。此时选取一个适合当前系统开发需要的工具尤为重要,应注意如下原则:1)满足开发环境(Java/ASP.NET/Php等)的需要;2)操作及实现原理简单,适合各级开发者使用;3)功能丰富、界面友好。结合笔者系统开发经验,本研究主要选取FFmpeg作为视频图像捕获工具,其与其他工具相比具有如下特点[2]:1)适合Web开发环境需要,能以组件形式与Web开发程序可无缝整合;2)功能丰富,支持各种视频输出格式(包括各种流媒体格式),支持音视频、图像信息捕获功能,且捕获效率高、速度快;3)开源免费使用,便于二次开发。

2.2 视频上传模块设计

一般而言,视频上传模块在系统中的呈现方式是灵活多样的,其可以是单独的上传页面形式,也可以是嵌入在页面中的“附件”形式。而对于开发者来说,不管是何种上传形式,在视频上传页面中应能获取到视频名、视频简介、视频路径、缩略图路径、上传作者、上传时间等关键信息,对应的数据库字段依次可设置为Video Name、Video Info、Video Dir、Image Dir、Up User、Up Time。

2.3 关键技术

2.3.1添加FFmpeg组件引用

在FFmpeg组件包中,主要包括FFmpeg.exe、FFplay.exe和FFprobe.exe三个文件,其封装了各种视频捕获、编码与解码方法。其中,FFmpeg.exe是该组件的核心文件,主要用于视频捕获、编码、解码功能等;FFplay.exe用户播放视频文件;FFprobe.exe用于查看文件格式[3]。系统开发中,需要将以上三个文件放置到网站文件目录下面,然后设置Web.config配置文件即可引用。

2.3.2编辑Web.config配置文件

Web.config系统配置文件可用来定义系统的全局变量及属性。在服务器调用FFmpeg组件方法前,需要在Web.config系统配置文件中添加声明,并设置FFmpeg组件路径、视频文件的上传路径、缩略图生成路径、缩略图像素。其具体方法如下:

1)在“<appSettings></appSettings>”结点之间添加FFmpeg组件调用路径:<add key="FFmpeg" value="~/FFmpeg.exe"/>。此处表示定义FFmpeg对象,其隐射路径为网站根目录下面的FFmpeg.exe文件。

2)在“<appSettings></appSettings>”结点之间分别添加视频文件的上传路径和视频缩略图的生成路径:<add key="Up Vid-io File" value="~/Resource Files/Video Files/"/>;<add key="Img-File" value="~/Resource Files/Img Files/"/>。此处表示上传视频文件至网站根目录下面的“Resource Files/Video Files”文件目录下面;生成的视频缩略图位于网站根目录下面的“Resource-Files/ImgFiles”文件目录下面。

3)在“<appSettings></appSettings>”结点之间添加视频缩略图的像素大小:<add key="Catch Img Size" value="240x180"/>。此处表示生成的视频缩略图像素为240x180,其中宽为240像素,高为180像素。

2.3.3编写FFmpeg调用方法

FFmpeg组件封装了视频编码、解码、捕获等诸多功能,其需要通过定义具体的调用方法来实现。以图像捕获功能为例,构造其调用方法的关键代码为:

2.3.4编写服务器端代码

定义好以上构造方法后即可开始编写服务器端功能页面的脚本。通常,服务器端视频缩略图的捕获发生在客户端上传视频的同步过程中,而视频上传是通过调用服务器端File Up-load控件中的Button按钮事件来实现的,因此,视频缩略图的方法调用需要写在服务器端Button按钮事件中。关键代码如下:

3 基于Web的视频缩略图动态生成效果实现

笔者曾参与多项大型系统研发工作,其中很多系统都使用到了以上解决方案。以广西中小学微课资源网为例,本网站是在广西教育厅教师培训中心的领导下建立的面向广西中小学教师征集优质课例视频资源的门户网站系统。该系统须满足广大教师同时上传课堂录像文件的基本需求(见图1),同时能支持视频在线播放的功能。实践结果表明,利用以上解决方案可以在上传视频的同时自动生成视频缩略图(其效果见图2),且系统运行稳定流畅。

4 结束语

基于Web的视频缩略图动态生成技术是系统开发中经常遇到的一个棘手问题。利用第三方开源免费的图像捕获组件FFmpeg可以有效解决以上问题。本文以ASP.NET框架环境为例描述了如何借助第三方组件实现视频缩略图动态生成的技术方案,以期为相关研究领域和实践开发者提供参考借鉴。在后续研究中,我们将进一步探索其他框架环境下(如PHP、JSP等)视频缩略图动态生成的技术方案。

摘要：视频缩略图亦称视频预览图,是众多视频类网站上经常采用的一种视频呈现模式。传统视频网站主要采用手工机械方式采集视频缩略图,其效率低、成本高,且不利于后期维护。该文详细描述了Web视频网站中如何通过引入第三方开源免费的组件实现视频缩略图动态生成的技术方案,以期为本领域的研究者和系统开发者提供参考借鉴。

动态视频流 第7篇

网络视频会议的系统架构在经过了应用层组播结构和IP组播结构后, 由于这两种网络架构都不能很好地提供多媒体视频会议所要求的高质量且稳定的带宽, 国际上有人提出了混合组播的网络架构方案[1]。该方案的主要思想是通过应用层组播来桥接IP组播岛, 连接分布在因特网中的多个IP组播岛中的组成员, 实现IP组播跨越因特网的数据分发。其中以Host Multicast[2]和Yoid[3]为代表。

这两种方案都是以每一个IP组播岛为单位, 构造数据分发树。如图1所示。这种网络架构中, 在支持IP组播的IP组播岛中应用IP组播技术进行数据传送, 在不支持IP组播的因特网中, 将IP组播岛代理服务器通过虚拟通道构造树, 在树中用应用层组播技术互传数据。将混合组播技术应用于视频会议系统中, 充分地利用了IP组播的优势。

每个组播岛中都会有一个唯一组播岛代理服务器, 该服务器可以是一个固定的专用服务器, 也可以是该组播岛中的一台指定客户机。该服务器主要负责两项任务:一是将组播岛内通过IP组播接收到的多媒体流通过应用层组播方式发送给通过虚拟通道连接的其它组播岛代理服务器;二是接收其它组播岛代理服务器传来的多媒体流, 并传送到岛内组播网中。

对于视频会议这种特殊的应用, 要转发的数据都是负载较大的视音频流。一个组播岛代理服务器每增加一个相邻节点, 就要多转发一路视频流和一路音频流, 随着相邻节点的增加, 服务器很可能会由于不堪重负而瘫痪, 导致视频会议不能正常举行。因此, 代理服务器会成为视频会议的瓶颈。但是Host Multicast方案和Yoid方案中并没有提到当组播岛代理服务器在超载时的处理办法。本文就服务器的负载问题提出了一个基于反馈的动态负载分配算法。

2基于反馈的动态负载分配算法

目前, 常见的负载分配主要研究已存在多台可用服务器的情况下, 采用何种策略、何种实现方式来进行负载的平衡分发[4,5,6,7]。但是在每个组播岛中, 只有一个固定代理服务器, 并且对于视频会议代理服务器来说, 其处理的视频流的码率是固定的, 一个完美的负载平衡服务器系统和一个负载不平衡的服务器系统相比 (在每台服务器都不过载的情况下) , 其服务质量不会更好。例如:一个MPEG视频应当以30帧/s的速度回放, 即使执行该任务的服务器有额外的资源也无法使得视频流的转发或者回放速度变快。所以原有的基于客户端或者基于服务器的负载分配实现方法不适用于基于混合组播的视频会议系统。基于此, 我们提出一种全新的服务器动态发现和动态分配模型。

2.1负载分配前提及原则

原则一 只对视音频流的转发负载进行分配

对于视频会议服务器来说, 其负载主要包括两类, TCP连接负载和UDP连接负载。由于形成服务器负载瓶颈的主要是流媒体的处理, 因此, 我们这里不考虑TCP服务的负载分配, 只考虑UDP服务, 也就是视频流的转发的负载分配。

原则二 负载分配而不是负载平衡

在上面我们说到一个完美的负载平衡服务器系统的服务质量并不比一个负载不平衡的服务器系统好很多, 所以在这里只是对负载进行分配, 而不涉及到平衡的问题。

原则三 只负责对外转发负载的分配

为了简化视频会议系统的复杂度, 负载分配只负责分配对外应用层组播的转发负载, 对内IP组播的负载不予分配, 仍由固定代理服务器来完成。

原则四 负载分配的五种情况

负载分配在下面三种情况下发生:一是岛内需要向外传送视音频流的客户端数目增加, 使得代理服务器的对外转发负载增加;二是岛外的相邻节点数目增加, 代理服务器的对外转发负载增加;三是向代理服务器传输视音频流的岛外相邻节点数目增多, 固定代理服务器的对内转发负载增加。如果在这三种情况下, 服务器的负载超过所能承受的负载, 就需要通过将对外转发负载转移一部分到其他动态代理服务器上的方法来减轻服务器的负载。

在下面两种情况下需要对动态负载代理进行回收:一是固定代理服务器比较稳定地富余出很多负载能力, 可以将部分向外转发任务回收, 将相应的动态负载代理服务器休眠;二是某个或某些动态负载服务器所负责的转发任务已经完成, 将相应的动态代理服务器休眠。

原则五 先由固定代理服务器转发

由于负载分配算法的执行需要一定时间, 为了不影响视音频流的正常传输, 在负载分配期间, 如有新的转发请求时, 统一先由固定代理服务器代为转发, 然后再根据负载分配的结果决定保留或者转移转发负载。

原则六 可用服务器的选择

通常情况下, 机群服务器是由固定的高性能计算机组成的, 它们唯一的身份就是服务器。而如果在每个组播岛中都分配若干台专门的服务器, 其高昂的费用将大大削弱网络视频会议费用少的优势。所以, 在本算法中, 组播岛内所有参会的客户端都为可选服务器, 动态负载服务器就是在这些可选服务器中选出。

2.2负载分配模型

动态负载分配由固定代理服务器和客户端/动态代理服务器共同完成。负载分配模型如图2所示。固定代理服务器运行负载分配代理和对外转发执行代理, 客户端运行检测代理和对外转发执行代理。在平时, 客户端的检测代理都处于休眠状态, 只有固定代理服务器通过RMI进行唤醒并调用时, 才处于激活状态。对外转发执行代理被激活的客户端成为动态代理服务器。

负载分配模型中各个代理模块的功能如下:

1) 算法执行代理 这是负载分配代理的核心模块。根据负载情况, 执行具体的算法, 动态地调整动态代理服务器的个数、位置。对于新的转发请求, 根据算法的需要不时地调用信息汇集代理和转发调用代理, 进行负载分配。当转发任务结束后, 进行动态代理服务器的回收工作。

2) 信息汇集代理 根据算法执行代理的要求不时地调用一台或者若干台客户端或者服务器的监测代理, 将监测代理返回来的权值数据存储到数据库中, 供算法执行代理访问。信息汇集代理采用RMI远程方法调用技术, 调用远程的客户端/动态代理服务器上的监测代理。

3) 转发调用代理 是算法执行代理和对外转发代理之间的接口, 负责调用和停止固定代理服务器或者动态负载代理服务器的对外转发执行代理。对远程的客户端/动态代理服务器使用RMI技术进行调用。

4) 对外转发执行代理 接收转发调用代理的调用, 接受转发调用代理传来的参数。接收岛内传来的视音频流, 并将其以应用层组播的方式发送到岛外相邻固定代理服务器。该代理只有在被转发调用代理激活后才处于活动状态, 平时为休眠状态。

5) 监测代理 监测代理在被调用时采集本机的负载信息, 包括内存使用率、CPU使用率等信息[8], 根据权值表达式进行权值计算后将结果返回给信息汇集代理。监测代理同样是在被调用时才为活动的, 平时为休眠。

负载信息=K1CPU使用率+K2内存使用率, 式中系数K1+K2=1。

6) 服务器列表 该数据库中主要有三个表, 在用服务器列表 (表1) 、可用服务器列表 (表2) 和向外转发节点列表 (表3) 。岛内每新加入一个客户端, 就将它的信息存入可用服务器列表。被激活的动态负载代理服务器的信息存储在在用服务器列表。向外转发节点列表中存储着负责向该固定代理服务器的岛外相邻节点的转发任务的服务器。当需要进行负载转移时, 首先在在用服务器列表中查找有没有符合要求的服务器, 如果没有则在可用服务器列表中搜索符合条件的机器, 并将其信息添加到在用服务器列表。

2.3负载转移基本算法Arithmetic-Basic

我们在2.1节中的原则三中提到了导致组播岛固定代理服务器负载变化的五种情况, 当遇到上述五种情况时固定代理服务器的算法执行代理运行负载转移的基本算法Arithmetic-Basic, 对于前三种情况将对某些岛外相邻固定代理服务器的转发任务转发到一台空闲的机器上, 对于后面两种情况将把某个或某些动态负载服务器收回。下面是基本算法Arithmetic-Basic:

Step1 如果收到的控制消息是转发请求, 执行Step2, 进行负载的分配;如果收到的控制消息是退出申请, 则执行Step5, 对动态负载服务器进行回收。

Step2 检查在用服务器列表, 首先在isMaximum为false的服务器中查找可用负载能力最大的在用服务器userServer。如果查找结果不为空, 执行Step3, 即在该userServer上承载负载;如果为空, 则直接执行Step4。

Step3 在选择的在用服务器上试承载负载:如果不超载, 则确定由userServer执行向外转发任务;如果超载, 则执行Step4。

Step4 在可用服务器列表中选择负载权值最小的机器作为动态负载服务器, 将负载分配给它, 负载分配算法结束。

Step5 判断负责该地址的转发任务的服务器是固定代理服务器还是动态负载服务器。如果是固定代理服务器, 删除该地址的相关信息, 同时监测代理重新收集固定代理服务器和各在用服务器的负载信息, 以确认是否要进行动态服务器的回收工作。如果为动态代理服务器, 则执行Step6。

Step6 删除该地址在固定代理服务器及动态代理服务器上的信息, 动态代理服务器监测其转发列表是否为空, 若为空则向固定服务器发出回收申请, 固定代理服务器将该动态代理服务器从在用列表中删除。

3结束语

网络视频会议系统主要的功能是视音频流的实时传送与接收。网络质量及服务器的负载能力是影响视音频流质量的主要的两个因素。本文分析了基于混合组播架构下的视频会议系统中组播岛代理服务器可能出现的负载过载问题。并根据视频会议系统这种特殊的分布式应用系统的特殊性, 提出了一种基于反馈的动态负载分配算法, 并给出了基本算法。该算法根据组播岛固定代理服务器负载情况动态调整岛内的代理服务器的个数及位置, 并在此基础上实现负载分配, 从而解决了代理服务器的瓶颈问题, 大大增强了系统的自适应性。

参考文献

[1]http://www.vlan9.com/cisco-tech/v002003460.html.

[2]Beichuan Zhang, Sugih Jamin, Lixia Zhang.Host Multicast:A Frame-work for Delivering Multicast To End Users[J].IEEE INFOCOM, 2002:1366-1375.

[3]http://www.icir.org/yoid/.

[4]Keslassy I, Cheng-Shang Chang, McKeown N, et al.Optimal load-balan-cing[C]//INFOCOM2005.24th Annual Joint Conference of the IEEEComputer and Communications Societies.Proceedings IEEE, 2005 (3) :1712-1722.

[5]Ka Po Chow, Yu Kwong Kwok.On load balancing for distributed mul-tiagent computing[J].IEEE Transactions on Parallel and DistributedSystems, 2002, 13 (8) :787-801.

[6]Zeng Zeng, Veeravalli B.Rate-based and queue-based dynamic loadbalancing algorithms in distributed systems[C]//Proceedings.10th In-ternational Conference on Parallel and Distributed Systems, 2004:349-356.

[7]Niyato D, Srinilta C.Load balancing algorithms for Internet video andaudio server[C]//Proceedings.9th IEEE International Conference onNetworks, 2001:76-80.

动态视频流 第8篇

在视频会议中,视频信息量大,通常需要压缩编码,目前应用最广泛的是H.264标准。在视频编码过程中进行加密处理是防止非授权者用非法手段解码视频数据的一种有效途径。

当前基于H.264标准展开的加密算法研究主要集中在变长编码[1](Variable Length Codeword,VLC)。涉及VLC码字的加密方法可分为:1)DCT系数置乱[2,3,4],加密方法简单,易受攻击;2)改变Huffman码表[5]算法,密钥空间少,安全性差。提高压缩率会提高传输速度,密钥变化多会提高信息的安全性,基于此提出一种用动态密钥对视频信息进行选择性加密的新方案。该方案事先规定好密钥的格式,由会议主持人控制密钥的有效时间,从而实现对密钥的有效管理。

2 加密方案

方案分为动态密钥[6]的分发和视频信息加密处理。

2.1 动态密钥的分发

会议密钥使用形如Hi(ri)的哈希函数值,r0是在与会人员端产生的长度为64位的随机数。与会人员报到且通过身份验证后,会议主持人将初始会议密钥H0(r0)发给每个合法人员。每个密钥有一定的安全期限,会议进行初期,与会人员通过初始密钥进行安全交谈。第一次更换密钥时,会议主持人广播消息H1(r)。与会人员通过计算H1(H0(r0))得到新密钥H1(r1),r1=H0(r0)。第k次更换密钥的时候,会议主持人广播信息Hk(r)。与会人员计算Hk(Hk-1(rk-1))得到新的会议密钥Hk(rk),然后用它对数据进行加解密。随后用Hk(rk)代替Hk-1(rk-1)作为求解下一次会议密钥的因子使用。这样,就实现了密钥的动态分发。

2.2 视频信息加密处理

视频数据的关键信息为DCT系数和MV系数[7,8],DCT系数中的DC系数包含着图像的整体信息,AC系数包含着图像的细节信息。在加密时,选取DC系数的符号位和MV系数的符号位进行加密。加密步骤为:1)如图1所示,先将宏块内所有DC系数非零的符号组成一组符号流。系数为正的符号位定为0,系数为负的符号位定为1,取64位使用DES算法进行加密。然后将未加密的符号数据流依次循环取4位组成十六进制的数分别与AC系数绝对值进行异或运算。最后把经DES加密的符号数据流按照上文所定的正负规则依次赋予经过异或运算的非0,±1的系数的绝对值,形成加密后的DCT系数。2)对于MV系数,如图2所示,只加密其系数符号位,加密方法与加密DCT系数符号位相同,最后形成加密后的MV系数。

3 加密算法的设计

在对视频信息进行加密前首先生成密钥,密钥采用哈希函数的形式动态生成。

初始密钥:H0(r0),其中,H0()是哈希函数,r0是64位随机产生的二进制数。第一次变换后的密钥:H1(r1)=H1(H0(r0))即r1=H0(r0)。第K次变换后的密钥:Hk(rk)=Hk(Hk-1(rk-1))。所以密钥生成算法是

Hi(ri)=Hi(Hi-1(Hi-2(H0(r0))))

由于加密密钥由哈希函数动态产生,视频加密只用DES加密算法的数据加密部分。如图3所示,H{R[i-1]}为产生的动态密钥。

4 性能分析及实验结果

4.1 性能分析

1)抗攻击性能。由于随机数r0在与会人员端产生,哈希函数Hi(ri)在会议主持人的控制下动态变化,攻击者只有获取随机数和每个时段哈希函数以及它们之间的关系才能取得密钥,这显然是不可能的。

2)安全性。选取在编码传输之前加密DC系数,加密后的结果不会影响反量化以及反变换的结果,从而不会影响到运动矢量和预测的计算。因此加密视颇的DC系数和MV系数能使视频具有较高的安全性。

3)压缩率。方案中仅加密DC系数符号位和MV系数符号位,对熵编码后的压缩比影响小。

4)加密速度。方案中仅对DC系数符号位和MV系数符号位采用DES加密算法,最大限度降低了加密复杂度,加密速度较快,可以满足实时应用。

4.2 测试及实验结果

本文是利用H.264参考软件JM12.4来实现上面提出的加密方案。使用的视频序列是QCIF格式(176144)的foreman_422_qcif.yuv的前50帧。量化参数QP为30和28。实验所用的计算机的性能为Intel P4 2.3 GHz,内存为256 Mbyte,硬盘为40 Gbyte。实验结果如图4所示。测试内容为:密文画面可理解程度。实验结果表明该加密方案是有效的。

5 结论

安全性和实时性是视频信息传输的两大关键因素,笔者针对视频会议,提出了一种用动态密钥对视频信息进行选择性加密的新方法,该方法既能有效防止视频信息被破解,又不会对视频信息造成时延。

摘要：根据视频压缩标准H.264的原理和特点,提出了一种用动态密钥对视频信息进行选择性加密的新方法。该算法利用动态密钥加密视频信息的关键部分,既保证了视频信息的安全性,又提高了传输速率。算法在H.264参考软件JM12.4上加以实现,实验结果表明,算法达到了理想的加密效果。

关键词：动态密钥,加密,视频信息

参考文献

[1]LU Chunshien,CHEN Janru,FAN KuoChin.Real-time frame-de-pendent video watermarking in VLC domain[J].Signal Processing:Image Communication,2005,20(7):624-642.

[2]杨志云,陈琳,李伟,等.利用随机数序列加密视频变长码字的新方法[J].华中科技大学学报:自然版,2007,35(3):9-11.

[3]唐峰,闫磊,李燕,等.基于H.264视频关键信息加密的一种新方法[C]//中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集.山东,青岛:国防工业出版社,2008:38-41.

[4]杨发毅,张静昌.高性能视频加密算法研究[J].现代图书情报技术,2006(3):47-49.

[5]姚华桢.基于H.264的视频会议加密系统[J].仲恺农业技术学院学报,2008(3):15-17.

[6]LIN Zhouchen,HE Junfeng,TANG Xiaoou,et al.Fast,automat-ic and fine-grained tampered JPEG image detection via DCT co-efficient analysis[J].Pattern Recognition,2009,42(11):2492-2501.

[7]JUN Tarui.On the minimum number of completely3-scrambling permutations[J].Discrete Mathematics,2008,308(8):1350-1354.

动态视频流 第9篇

安全是广播电视业的“生存之基, 立业之本”, 也是广电作为媒体发挥正确舆论引导、维护社会稳定作用的前提和保证。高山台 (站) 在广播电视传输覆盖工作中起着接收、发射、传输等重要作用, 因其海拔高、地处偏远、交通不便、补给困难等诸多因素, 成为广播电视安全管理的重点和难点。如何实现众多高山台 (站) 接收、发射、传输的电视信号进行集中监管, 在监控中心对各个发射台 (站) 要害部位定时远程巡查。目前, 各个高山台 (站) 基本都建立了基于局域网的安防数字视频网络监控系统和传输、发射、接收视频信号的监视系统。如何将这两个系统远传到监控中心, 并能在任意地方通过互联网监看到要看到的图像。最简单的做法就是以监控中心为核心, 建立连接各个高山台 (站) 的光纤局域网, 配置相应设备完成系统运行需求。但最大问题就是投资太大, 日后系统维护费用高, 是众多广播电视管理部门无法实现的集中式监控系统的方案。伴随着计算机及网络技术的飞速发展, 尤其视频编解码技术的日益成熟、计算机处理能力的快速提高、以及宽带的逐渐普及, 基于Internet的视频网络实时传输应用, 在许多行业和政府部门被大范围采用, 尤其在银行、石油、电力等行业, 出现了许多成功案例。提到基于Internet的视频网络实时传输应用, 我们可能更多地会想到既满足24小时视频监控画面流畅要求、又要从运行模式和成本上考虑, 只有在异常发生的情况下, 主动要求监控中心切换监控点;或者在监控中心定时巡查各监控点的时候才需要在线。这种情况下, 就不需要为系统常年租用线路, 只需要开通ADSL、ISDN、甚至通过电话线连接的方式就可以实现各个高山台 (站) 与监控中心通讯。近两年, 国内厂商不断推出高性能、高性价比的视音频压缩卡和网络监控设备, 使得基于Internet的数字视频网络监控系统成为可能。

2 系统构成主要问题

作为一个完善的解决方案, 我们不得不考虑:如何处理动态IP地址。无论是普通电话线拨号, 还是ISDN、ADSL, 只要采用了动态IP接入方式, 都会遇到这个问题。所谓动态IP接入方式是指用户通过虚拟拨号技术动态获得IP地址来开展上网业务。每次用户通过普通MODEM或者通过ISDN、ADSL拨号连接Internet时, ISP通常会分配给用户一个公共IP地址, 这时候Internet上的其他用户就可以通过这个IP地址访问该计算机。但是, 因为这个IP地址是动态的, 也就是说一旦断线, 下次再连接Internet的时候, ISP将会分配另一个不同的公共IP地址。如果仅仅是高山台 (站) 或者监控中心的一方采用了动态IP接入方式, 问题比较容易解决。在点对点通信的时候, 只要有一方能够预先知道IP地址, 就能够在双方之间建立握手, 并获取对方的IP地址, 进行通信。但是如果双方都采用动态IP接入方式, 就麻烦了。一个用户拨号连接后, 不知道监控中心的IP地址, 也就无法通知对方自己的IP地址, 后续操作根本无法进行。

3 方案实现及比较

下面我们将介绍两种解决方案:

3.1 申请动态域名。

目前有许多专业公司在Internet上提供了动态域名服务。所谓动态域名, 就是把一个固定的Internet域名和动态地址IP实时对应起来。这样, 不管什幺时候上线, 分配的IP地址是多少, 其他用户总是可以通过Internet域名访问相应的计算机。

如图1所示, 只要选择一家动态域名服务提供商, 在该公司网站进行一次注册, 就可以免费得到一个固定的Internet域名 (每台使用动态域名服务的计算机都需要一个独立的域名) 。下载并安装该公司提供的相应软件, 完成软件配置。以后只要计算机在线, 动态域名就会自动生效。原来基于固定IP地址的数字视频网络监控系统, 几乎可以直接使用这种模式。当然, 原来如果是预先配置远程监控点IP地址的, 现在需要改变成预先配置远程监控点的Internet域名。编写程序的时候只需要调用相应API函数, 就可以获得Internet域名对应的IP地址。申请动态域名的方式具有以下优点:a.软件开发简单, 几乎不需要修改代码;b.性能比较稳定, 专业公司提供的动态域名服务24小时在线, 无论是IP地址解析模块软件的稳定性还是服务器的稳定性都是比较高的;c.如果系统的规模较小, 那么费用比较低, 只需要给每台使用了动态域名的计算机交纳相应的服务费。但是这种方式也有一些不足:a.如果系统规模较大, 例如有100个监控点, 那么每一台计算机每年都需要交纳服务费N元, 监控系统的服务费就需要100*N元, 整体费用比较高;b.如果动态域名解析服务器需要一些个性化功能, 无法定制。

3.2 定制IP地址解析服务器。