監(jiān)控系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于保安、生產(chǎn)管理等需要無人值守的場合。雖然基于閉路電視的模擬監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，但當(dāng)前興起的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)與之相比，有許多優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能性和可靠性高，能提供遠(yuǎn)程訪問能力，視頻資料管理保存方便，而且可以開發(fā)升級(jí)。本文介紹了一種基于IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)現(xiàn)方案，從采集、傳輸?shù)浇K端控制實(shí)現(xiàn)了全過程數(shù)字化。
 

系統(tǒng)需要解決的問題

1、數(shù)字音視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)以及壓縮方式的選擇

現(xiàn)有的壓縮算法有H．263系列，M-JPEG，MPEG-1 VCD壓縮標(biāo)準(zhǔn)，MPEG-2 DVD壓縮標(biāo)準(zhǔn)，WAVELET小波變換，MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)。這些算法各有優(yōu)缺點(diǎn)，也決定了其應(yīng)用于不同行業(yè)的適用性，H．263適合用于可視電話及視頻會(huì)議等對(duì)圖像大小和質(zhì)量要求不是很高的應(yīng)用領(lǐng)域；MJPEG，MPEG-1，MPEG-2由于實(shí)時(shí)性差以及數(shù)據(jù)量大的缺點(diǎn)不適合網(wǎng)絡(luò)傳輸；MPEG-4視頻壓縮技術(shù)的出現(xiàn)引發(fā)了壓縮領(lǐng)域的一場革命，他基本上克服了其他壓縮算法的缺點(diǎn)，利用很窄的帶寬，通過幀重建技術(shù)壓縮和傳輸資料，以求以最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量。MPEG-4試圖達(dá)到2個(gè)目標(biāo)：

（1）低比特率下的多媒體通信；

（2）是多工業(yè)的多媒體通信的綜合。

據(jù)此目標(biāo)，MPEG-4引入AV對(duì)象（Audio／Visaul Objects），使得更多的交互操作成為可能。盡管MPEG-4并不是專為視頻監(jiān)控壓縮領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的，但同樣也適合CIF（352×288）或者更高清晰度（768×576）情況下的視頻壓縮。

實(shí)現(xiàn)壓縮算法的方式有2種，軟件壓縮和硬件壓縮，其中硬件壓縮實(shí)時(shí)性好，性能可靠，市場上也存在專用的MPEG-4壓縮芯片或板卡。

為了達(dá)到實(shí)時(shí)性的要求，本系統(tǒng)采用MPEG-4壓縮算法的硬件壓縮方式。

2、信道環(huán)境以及實(shí)時(shí)性的考慮

目前可供選擇的信道有PSTN，N-ISDN，以太網(wǎng)等。而監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)的應(yīng)用場合是在一個(gè)相對(duì)較小的地域內(nèi)進(jìn)行視頻監(jiān)控，因而可以使用已經(jīng)廣泛使用的以太網(wǎng)作為數(shù)字硬盤錄像系統(tǒng)視頻傳輸?shù)男诺?。目?00BASE-T以太網(wǎng)的帶寬已經(jīng)達(dá)到100Mb／s，可以滿足數(shù)字硬盤錄像系統(tǒng)提供高質(zhì)量清晰圖像、多路視頻同時(shí)傳輸?shù)囊?。因此本文選用100BASE-T以太網(wǎng)作為主要傳輸信道。
 

本文的任務(wù)主要是圍繞以太網(wǎng)來解決數(shù)字視頻的實(shí)時(shí)傳輸和組播問題?？紤]在某些應(yīng)用場合需要遠(yuǎn)距離傳送視頻碼流，為此在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)時(shí)就充分考慮了信道帶寬的限制，引人碼流和幀率動(dòng)態(tài)可調(diào)機(jī)制，較好地滿足了遠(yuǎn)程監(jiān)控場合對(duì)圖像質(zhì)量和圖像連續(xù)性的要求。

為了達(dá)到實(shí)時(shí)性，不光音視頻采集部分要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性，傳輸部分也要達(dá)到實(shí)時(shí)要求，根據(jù)試驗(yàn)，采用MPEG-4要達(dá)到25幀／s，需要256kb／s的帶寬，可見100Mb／s的以太網(wǎng)

可以滿足多路傳輸要求。

?3、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和傳輸機(jī)制的控制

ISO組織制訂的OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型中，運(yùn)輸層建立在IP層之上，包含2種傳輸協(xié)議：一種是傳輸控制協(xié)議TCP，他是面向連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；另一種是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP，他是無連接的。其中TCP不適合實(shí)時(shí)傳輸音視頻資料，常用的是基于UDP的RTP協(xié)議。

由于UDP沒有差錯(cuò)控制，屬于不可靠的分組遞交，為了實(shí)現(xiàn)可靠交付和流量控制，IETF（因特網(wǎng)工程部）提出了RTP和RTCP兩個(gè)協(xié)議。所有的實(shí)時(shí)媒體資料都使用RTP進(jìn)行傳輸，RTCP提供接收方向發(fā)送方反饋信息的功能。他們都是基于UDP的。