濰坊市城市管理視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)成

1、濰坊市城市管理視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和構(gòu)成第1章 緒 論1.1探討背景和意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的高速發(fā)展，尤其是城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，給城市管理工作帶來(lái)了很多嚴(yán)峻的問(wèn)題，重點(diǎn)是快速發(fā)展造就了特別困難且日益增多的城市管理盲區(qū)，因此加強(qiáng)和改善城市管理的任務(wù)尤為緊迫而艱難。于是，建設(shè)部在2006年就提出了數(shù)字化城管建設(shè)的藍(lán)圖，政府希望通過(guò)在現(xiàn)代城市管理中，通過(guò)不斷引入先進(jìn)的管理模式和科技手段，以實(shí)現(xiàn)利國(guó)、利民的穩(wěn)定發(fā)展的社會(huì)秩序。在近幾年城市快速發(fā)展的過(guò)程中，2007年、2008年和2009年國(guó)內(nèi)接連在一大批城市進(jìn)行數(shù)字化城管的試點(diǎn)工作，經(jīng)過(guò)實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)作，數(shù)字化城管系統(tǒng)在各級(jí)城市的優(yōu)化管理中的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)日漸

2、顯現(xiàn)出來(lái)。例如政府管理的行為由被動(dòng)應(yīng)付轉(zhuǎn)化為主動(dòng)解決、定期分析、探求源頭生成緣由；管理的方式從粗放變?yōu)榫?xì)；管理資源的配置從雜亂低效轉(zhuǎn)為系統(tǒng)高效；管理的評(píng)價(jià)從獎(jiǎng)罰不明變?yōu)楠?jiǎng)罰分明、剛好處理；管理的運(yùn)行從封閉運(yùn)作轉(zhuǎn)化為公開(kāi)公允，便于群眾的監(jiān)督；管理的參和機(jī)制從政府和專業(yè)部門一個(gè)主動(dòng)性變成為全社會(huì)參和，調(diào)動(dòng)各方面主動(dòng)性等等。目前，在一些已經(jīng)建成的數(shù)字化城管系統(tǒng)中，已經(jīng)建立了大屏幕監(jiān)督指揮系統(tǒng)，并部分共享了市應(yīng)急指揮中心的視頻資源，但由于業(yè)務(wù)管理的不同和平安技術(shù)問(wèn)題，城市管理對(duì)定向視頻監(jiān)控的需求仍尚未完全實(shí)現(xiàn)。目前數(shù)字化城管的主要視頻信息均來(lái)自于公安交警的監(jiān)控探頭，雖然數(shù)量眾多，但是城管和公安交警監(jiān)

3、控目標(biāo)、目的不一樣，所以這些視頻信息很難進(jìn)行有效運(yùn)用，造成了資源配置的不合理。還有一些須要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處理的事務(wù)，也須要在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的音視頻通訊。因此，為了更好的實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在城市管理中的作用，提高城市管理工作的效率、擴(kuò)大城市管理問(wèn)題發(fā)覺(jué)的來(lái)源、進(jìn)一步發(fā)揮數(shù)字化城管的效能，建立城市管理視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)特別必要，通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)城市管理重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)道路的全天候、全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控，并和相關(guān)部門進(jìn)行資源共享，已經(jīng)成為數(shù)字化城管系統(tǒng)發(fā)揮效能的技術(shù)手段和有力保障。11.2國(guó)內(nèi)外探討現(xiàn)狀視頻監(jiān)控系統(tǒng)以其直觀、便利、信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于很多場(chǎng)合，比如銀行、酒店、公共場(chǎng)所、公共交通等等。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)

4、、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)限制技術(shù)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。在國(guó)外，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在城市道路、公共場(chǎng)所、交通管理、社會(huì)治安、公共設(shè)施等城市基礎(chǔ)設(shè)施方面的建設(shè)和和運(yùn)營(yíng)已經(jīng)取得了很多的閱歷，并且還在不斷地將多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)傳輸技術(shù)、影像識(shí)別技術(shù)、數(shù)字化視頻監(jiān)控技術(shù)等應(yīng)用到城市監(jiān)控當(dāng)中。近年來(lái)，尤其是在美國(guó)911恐怖攻擊、馬德里爆炸案以及倫敦爆炸案以后，世界各個(gè)國(guó)家和地區(qū)對(duì)視頻監(jiān)視和監(jiān)控系統(tǒng)的需求日益增加。美國(guó)NEC公司的SmartCatch系統(tǒng)供應(yīng)目前世界上最綜合，最精確，最先進(jìn)的智能視頻監(jiān)控解決方案。 因?yàn)橛姓嬲袨樽R(shí)別實(shí)力，SmartCatch系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地檢測(cè)威逼平安的可疑行為，

5、向相應(yīng)的平安人員進(jìn)行報(bào)警，以實(shí)行剛好的、有效的措施。通過(guò)運(yùn)用目前最先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)、多物體跟蹤、和行為推理技術(shù)，SmartCatch 系統(tǒng)可以一樣地實(shí)現(xiàn)目前工業(yè)界最高的識(shí)別精確率， 并消退其他基于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)或基于簡(jiǎn)潔跟蹤檢測(cè)系統(tǒng)常有的誤報(bào)警。一系列的行為識(shí)別適用于室內(nèi)和室外，為整個(gè)企業(yè)供應(yīng)一個(gè)完整的解決方案。SmartCatch系統(tǒng)于現(xiàn)有的CCTV攝像機(jī)系統(tǒng)兼容，并且很簡(jiǎn)潔和其他平安系統(tǒng)，比如門禁系統(tǒng)、生物特征識(shí)別、RFID等進(jìn)行集成。在國(guó)內(nèi)，視頻監(jiān)控方面的探討起步較晚。長(zhǎng)城集團(tuán)、北京微電子技術(shù)有限公司等自主開(kāi)發(fā)了國(guó)產(chǎn)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)；同時(shí)，我國(guó)很多高校和大型科研機(jī)構(gòu)也在從事和數(shù)字視頻監(jiān)控相關(guān)的技術(shù)

6、探討和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。目前在國(guó)內(nèi)的探討機(jī)構(gòu)當(dāng)中，屬中科院下屬的模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室成立的視覺(jué)監(jiān)控探討組處于這個(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室籌建于1984年，1987年8月正式對(duì)外開(kāi)放，同年12月通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，是由國(guó)家計(jì)委投資成立的國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室之一。試驗(yàn)室依托于中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化探討所，試驗(yàn)室以模式識(shí)別基礎(chǔ)理論、圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及語(yǔ)音語(yǔ)言信息處理為主要探討方向，探討人類模式識(shí)別的機(jī)理以及有效的計(jì)算方法，為開(kāi)發(fā)智能系統(tǒng)供應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)，為探求人類智力的本質(zhì)供應(yīng)科學(xué)依據(jù)。他們?cè)趯?duì)交通場(chǎng)景的視覺(jué)監(jiān)控、認(rèn)的運(yùn)動(dòng)視覺(jué)監(jiān)控和行為模式識(shí)別等方面，探討取得了肯定成果。中國(guó)電信推出了“全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控

7、業(yè)務(wù)。該業(yè)務(wù)系統(tǒng)利用中國(guó)電信無(wú)處不在的寬帶網(wǎng)絡(luò)將分散、獨(dú)立的圖像采集點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理、資源共享，為各行業(yè)的管理決策者供應(yīng)了一種全新的、直觀的，擴(kuò)大覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)范圍的管理工具，提高工作績(jī)效。同時(shí)，可通過(guò)二次應(yīng)用開(kāi)發(fā)，為各行的資源再利用供應(yīng)新的手段。2全球眼視頻監(jiān)控平臺(tái)也集成了多種視頻監(jiān)控設(shè)備，通過(guò)全球眼的視頻監(jiān)控平可以統(tǒng)一的運(yùn)用多種視頻監(jiān)控資源。用戶只需向電信租用就可以運(yùn)用全球眼系統(tǒng)視頻資源，削減了視頻監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)初期的投入，縮短了視頻監(jiān)控平臺(tái)的建設(shè)周期。但和世界上先進(jìn)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，我國(guó)在此方面仍舊有待不斷提高和完善，尤其是智能化視頻監(jiān)控方面更只不過(guò)是處于探

8、究探討過(guò)程的初級(jí)階段。1.3視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用特別廣泛，在我們身邊隨處可見(jiàn)。這里僅舉幾個(gè)視頻監(jiān)控具體的例子。“幼兒平安托兒所”是英國(guó)第一所網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控托兒所，父母隨時(shí)可以通過(guò)密碼登陸到這所托兒所網(wǎng)絡(luò)，在線觀看孩子在托兒所的各種狀況。北京警方和北京華訊和達(dá)數(shù)據(jù)科技有限公司合作，在部分電力系統(tǒng)終端上安裝了警報(bào)遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備，使警方可以在第一時(shí)間發(fā)覺(jué)電力設(shè)施被盜，以便剛好出警。概括來(lái)說(shuō)，目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域主要有以下一些方面：安防系統(tǒng)、公共管理、教化系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、部隊(duì)系統(tǒng)、銀行系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)等。1.4本文主要工作及論文組織結(jié)構(gòu)隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市地域進(jìn)一步擴(kuò)大，城市功能日

9、益困難化，城市管理的空間范圍和業(yè)務(wù)范圍也不斷的擴(kuò)大和增加。由此引起的城管業(yè)務(wù)的增多和城管執(zhí)法局的執(zhí)法資源不足、執(zhí)法手段落后之間的沖突日益突出。因此，建設(shè)數(shù)字城管視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是加快城市管理信息化進(jìn)程、提高城市管理行政執(zhí)法水平的重要手段。6本文主要結(jié)合濰坊市城市管理行政執(zhí)法工作實(shí)際，通過(guò)對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能及構(gòu)成、涉及的主要技術(shù)、視頻采集、壓縮以及視頻傳輸技術(shù)、DirectShow技術(shù)等的探討，探討設(shè)計(jì)了濰坊市數(shù)字城管視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案，并加以建設(shè)實(shí)現(xiàn)。本論文的主要章節(jié)支配如下：第1章 緒論。對(duì)城市管理視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用背景進(jìn)行了了解，對(duì)國(guó)內(nèi)外視頻監(jiān)控現(xiàn)狀簡(jiǎn)要作了介紹，介紹

10、了本論文的組織架構(gòu)；第2章 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)。簡(jiǎn)要總結(jié)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢(shì)；第3章 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成及相關(guān)技術(shù)。對(duì)城市管理視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)具體構(gòu)成作了介紹，對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)涉及到的有關(guān)技術(shù)作了探討，主要包括視頻壓縮技術(shù)和視頻傳輸技術(shù)，以及DirectShow技術(shù)。第4章 濰坊市數(shù)字城管視頻監(jiān)控系統(tǒng)需求分析。介紹了系統(tǒng)項(xiàng)目背景，具體闡述了濰坊數(shù)字城管視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求，對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)及設(shè)計(jì)關(guān)注點(diǎn)作了說(shuō)明。第5章 濰坊市數(shù)字城管視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。分別就系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件的建設(shè)進(jìn)行了探討。第2章 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)2.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷

11、程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和電子、通信、計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展休戚相關(guān)，就其發(fā)展的階段來(lái)說(shuō)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)由上世紀(jì)七十年頭發(fā)展至今，大致經(jīng)驗(yàn)了以下三個(gè)階段：2 3模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在上世紀(jì)90年頭初及其以前，主要是以模擬設(shè)備為主的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV），稱為第一代視頻監(jiān)控系統(tǒng)。模擬監(jiān)控系統(tǒng)一般主要由攝像機(jī)、視頻矩陣、監(jiān)視器、錄像機(jī)等組成，前端攝像機(jī)到主限制室的距離通常均在l000米以內(nèi)，它的諸多設(shè)備(如字符發(fā)生器、畫面切換器、畫面處理器、長(zhǎng)延時(shí)錄像機(jī)、系統(tǒng)主限制器、主顯示器)的連接大都采納射頻同軸電纜干脆連接。系統(tǒng)的特點(diǎn):經(jīng)過(guò)幾十年的

12、發(fā)展，技術(shù)成熟，設(shè)備品種多，視頻、音頻信號(hào)的采集、傳輸、存儲(chǔ)主要為模擬形式，質(zhì)量最高；只適用于較小的地理范圍(通常為1000米內(nèi))；施工難度大，須要鋪設(shè)“視頻”、“音頻”、“限制”等線路；監(jiān)控系統(tǒng)不易擴(kuò)展、錄像資料不易保存和查找；成本過(guò)于昂貴，附屬設(shè)備過(guò)多易損壞、難于維護(hù)，束縛了用戶對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的需求和應(yīng)用；應(yīng)用的敏捷性較差；和現(xiàn)有計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無(wú)法結(jié)合。系統(tǒng)的性能:模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像錄制應(yīng)用的是家用錄像系統(tǒng)(Video Home System，VHS)錄制標(biāo)準(zhǔn)，圖像的質(zhì)量在回放和錄像時(shí)受錄像帶運(yùn)用時(shí)間、運(yùn)用次數(shù)的增加而不斷下降，視頻圖像由于保存在錄像帶上，不僅簡(jiǎn)潔受噪聲干擾，而且簡(jiǎn)潔磨損

13、，難以許久保存。檢索圖像必需運(yùn)用錄像機(jī)的面板按鈕、遙控器或者操作鍵盤的操縱桿，過(guò)程繁瑣。由于運(yùn)用的是時(shí)滯(長(zhǎng)延時(shí))錄像機(jī)，還必需定期維護(hù)清洗磁頭，很難組建成大型、困難、多功能的監(jiān)控系統(tǒng)，若要升級(jí)，只有更換整個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)的擴(kuò)展實(shí)力差。對(duì)于已經(jīng)建好的系統(tǒng)，如要增加新的監(jiān)控點(diǎn)，往往是牽一發(fā)而動(dòng)全身，新的設(shè)備也很難添加到原有的系統(tǒng)之中；無(wú)法形成有效的報(bào)警聯(lián)動(dòng)。在模擬監(jiān)控系統(tǒng)中，由于各部分獨(dú)立運(yùn)作，相互之間的限制協(xié)議很難互通，聯(lián)動(dòng)只能在有限的范圍內(nèi)進(jìn)行。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)在技術(shù)上已相當(dāng)純熟，從技術(shù)角度考慮已較難進(jìn)行升級(jí)或改進(jìn)，它工作穩(wěn)定牢靠、不易死機(jī)，更換錄像帶也特別簡(jiǎn)潔，但是其平安性能較低，易給犯罪分子

14、以可乘之機(jī)。2.1.2數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。上世紀(jì)九十年頭中后期，正是圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期。遠(yuǎn)距離、高清楚、同步傳輸多路視頻和音頻信號(hào)，最為經(jīng)濟(jì)可行的方法就是將模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理。隨著計(jì)算機(jī)處理實(shí)力的提高和視頻技術(shù)的發(fā)展，人們利用計(jì)算機(jī)的高速數(shù)據(jù)處理實(shí)力進(jìn)行視頻的采集和處理，利用顯示器的高辨別率實(shí)現(xiàn)圖像的多畫面顯示，從而大大提高了圖像質(zhì)量，這種基于PC機(jī)的多媒體主控臺(tái)系統(tǒng)稱為其次代視頻監(jiān)控系統(tǒng)。4該系統(tǒng)由前端攝像機(jī)、編碼器、存貯器、顯示器、限制主機(jī)及限制軟件組成，采納模擬輸入和數(shù)字壓縮、顯示和限制相結(jié)合的方式，因?yàn)楹诵脑O(shè)備是數(shù)字設(shè)備，因此稱為數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)成

15、熟的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)有單機(jī)硬盤錄像系統(tǒng)、局域網(wǎng)傳輸硬盤錄像系統(tǒng)、廣域網(wǎng)傳輸硬盤錄像系統(tǒng)。系統(tǒng)的特點(diǎn):系統(tǒng)前端設(shè)備和第一代系統(tǒng)相同，所不同的是通過(guò)視頻卡將模擬信號(hào)數(shù)字化，在PC上實(shí)現(xiàn)多畫面顯示、切換、限制、錄像、錄像回放等功能，簡(jiǎn)化了監(jiān)控中心的設(shè)備。系統(tǒng)功能較為強(qiáng)大、完善；可適用于隨意的地理范圍，和信息系統(tǒng)可以交換數(shù)據(jù);其次代系統(tǒng)視音頻信號(hào)的采集、傳輸、存儲(chǔ)主要為數(shù)字形式，質(zhì)量較高，適合于模擬系統(tǒng)的數(shù)字化改造，解決錄像資料的存儲(chǔ)和查找等問(wèn)題；基于PC的視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端功能較強(qiáng)，便于現(xiàn)場(chǎng)操作應(yīng)用敏捷性較好；視頻前端(如CCD等視頻信號(hào)的采集、壓縮、通訊)較為困難，牢靠性不高；PC機(jī)也需專人管理，特

16、殊是在環(huán)境或空間不相宜的監(jiān)控點(diǎn)，這種方式不志向，不適用于無(wú)人值守場(chǎng)所。盡管初步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，這種類型的監(jiān)控系統(tǒng)具有以下缺點(diǎn):施工布線工作量大;進(jìn)行遠(yuǎn)程圖像傳輸困難;須要開(kāi)發(fā)專用的軟件，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，難度大。由于圖像質(zhì)量、穩(wěn)定性以及遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控等技術(shù)方面的不足，使這種其次代視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍僅作為安防產(chǎn)品應(yīng)用于某些特定行業(yè)的日常監(jiān)控。系統(tǒng)的性能：數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像錄制質(zhì)量可以達(dá)到Dl(704X 576)或更高，使回放和錄制的質(zhì)量效果完全一樣，清楚度沒(méi)有任何衰減。操作界面友好，有聯(lián)機(jī)幫助或提示，可用鼠標(biāo)干脆操作，檢索回放相當(dāng)簡(jiǎn)便快捷。它的存儲(chǔ)介質(zhì)是：硬盤、光盤或數(shù)據(jù)磁帶，抗干擾實(shí)力強(qiáng)，不簡(jiǎn)潔損壞，有

17、利于長(zhǎng)期保存。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬盤壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于錄像帶，它不僅可以自動(dòng)循環(huán)錄像，而且能定期自動(dòng)備份，無(wú)須人工干預(yù)，特別便利。它的操作系統(tǒng)運(yùn)用Windows98NT2000等，應(yīng)用軟件可升級(jí)。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于純熟，其平安性也較高，對(duì)于工控形式的一體機(jī)，運(yùn)用Windows2000操作系統(tǒng)，工作比較穩(wěn)定；若是運(yùn)用Windows98系統(tǒng)，有時(shí)會(huì)發(fā)生死機(jī)，其工作穩(wěn)定性、牢靠性還有待改進(jìn)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件實(shí)力上應(yīng)支持多任務(wù)并發(fā)處理，如監(jiān)視、錄像、回放、備份、報(bào)警、限制、遠(yuǎn)程連接等的多工處理實(shí)力。基于PC機(jī)的視頻監(jiān)控錄像系統(tǒng)其軟件的實(shí)現(xiàn)是在Windows 9598NT，Unix，Linu

18、x等通用操作系統(tǒng)上，同時(shí)系統(tǒng)文件、應(yīng)用軟件和圖像文件都存儲(chǔ)在硬盤上，視頻處理時(shí)數(shù)據(jù)吞吐量很大，同時(shí)硬盤要進(jìn)行多工工作，一般的硬盤邏輯(如Windows的FAT32)已無(wú)法適應(yīng)，以致極易產(chǎn)生系統(tǒng)的不穩(wěn)定性造成死機(jī)現(xiàn)象。2.1.3網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。直到上世紀(jì)九十年頭末，隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的日趨成熟，各種好用型視頻技術(shù)的不斷完善，以及各種好用視頻處理技術(shù)的出現(xiàn)，第三代遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)才從根本上使視頻監(jiān)控從幕后走向了前臺(tái)。第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為依托，以數(shù)字視頻的壓縮、傳輸、存儲(chǔ)和播放為核心，以智能好用的圖像分析為特色，引發(fā)了視頻監(jiān)控行業(yè)的技術(shù)革命，受到了學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和運(yùn)用部門的高

19、度重視。系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)三大部分組成，包括攝像機(jī)、存儲(chǔ)器、顯示器、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)及和之相應(yīng)的應(yīng)用軟件，采納標(biāo)準(zhǔn)化的接口，具有良好的擴(kuò)展性能。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)采納TCPIP協(xié)議，符合網(wǎng)絡(luò)化、IP化的發(fā)展方向，技術(shù)含量高，其最大的特點(diǎn)是傳輸距離不受限制。且能很便利地和其他系統(tǒng)互連，另外還可以便利地接入其他平安防范設(shè)備，如溫度、濕度、煙霧感應(yīng)、入侵等報(bào)警器同時(shí)可以聯(lián)動(dòng)燈光、警鈴、鎖具等動(dòng)作設(shè)備，這使得它可以便利地組成一套功能強(qiáng)大的平安防范系統(tǒng)。見(jiàn)示意圖2.1.圖2.1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)圖系統(tǒng)的特點(diǎn):功能、外圍技術(shù)從基于PC機(jī)的其次代數(shù)字視頻監(jiān)控發(fā)展而來(lái);高牢靠性的多任務(wù)實(shí)時(shí)操

20、作系統(tǒng);固化的編解碼算法、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;系統(tǒng)牢靠性高，穩(wěn)定性強(qiáng);無(wú)須日常操作/維護(hù)，集中管理。相對(duì)于傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)，基于Intranet/Internet的第三代遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)能獲得更為逼真、清楚的數(shù)字化圖像質(zhì)量，以及更為便捷、好用的監(jiān)控管理和維護(hù);通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離監(jiān)控，即使是數(shù)千公里外也能達(dá)到親臨現(xiàn)場(chǎng)的效果;擴(kuò)大了系統(tǒng)規(guī)模。它具有配置敏捷、升級(jí)便利、可擴(kuò)展性好、性價(jià)比高等突出優(yōu)點(diǎn)，并可充分利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)等資源。系統(tǒng)的性能：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，軟硬件可增刪的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、牢靠性、成本、體積等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，亦即為監(jiān)控系統(tǒng)定做的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌

21、入式系統(tǒng)集軟硬件于一體，主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成。嵌入式操作系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)的，支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng)極為重要的組成部分，通常包括和硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化閱讀器等，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依靠性、軟件固態(tài)化及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：系統(tǒng)為專用系統(tǒng)，所以系統(tǒng)小，指令精簡(jiǎn)，處理速度快。系統(tǒng)數(shù)據(jù)置于ROMFLASH MEMORY，調(diào)用速度快，不會(huì)被變更，穩(wěn)定性好。系統(tǒng)處理實(shí)時(shí)性好，性能穩(wěn)定。文件管理系統(tǒng)更適合于大量的視頻數(shù)據(jù)。2.

22、2視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)今視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)步入了全數(shù)字時(shí)代。這將徹底打破“閉路電視系統(tǒng)”模擬方式的結(jié)構(gòu)，從根本上變更了視頻監(jiān)控系統(tǒng)從信息采集、傳輸處理、系統(tǒng)限制的方式和結(jié)構(gòu)形式，也標(biāo)記著監(jiān)控正在走向現(xiàn)代“四化”階段即：前端一體化：監(jiān)控系統(tǒng)前端一體化意味著多種技術(shù)的整合、嵌入式構(gòu)架、適用和適應(yīng)性更強(qiáng)以及不同探測(cè)設(shè)備的整合輸出。為系統(tǒng)集成化奠定了基礎(chǔ)。傳輸網(wǎng)絡(luò)化：視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化意味著系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)將由集總式向集散式系統(tǒng)發(fā)展，集散式系統(tǒng)采納多層分級(jí)的結(jié)構(gòu)形式，將使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件和軟件資源以及任務(wù)和負(fù)載得以共享，這也是系統(tǒng)集成和整合的重要基礎(chǔ)。處理數(shù)字化：視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化首先應(yīng)當(dāng)是系統(tǒng)中信息

23、流(包括視頻、音頻、限制等)從模擬狀態(tài)轉(zhuǎn)為數(shù)字狀態(tài)，從根本上變更視頻監(jiān)控系統(tǒng)從信息采集、數(shù)據(jù)處理、傳輸、系統(tǒng)限制等的方式和結(jié)構(gòu)形式。信息流的數(shù)字化、編碼壓縮、開(kāi)放式的協(xié)議，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)和安防系統(tǒng)中其它各子系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，并在統(tǒng)一的操作平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)管理和限制，這也是系統(tǒng)集成化的含義。系統(tǒng)復(fù)合化：視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為一種工具，在實(shí)際應(yīng)用中不斷的和其他系統(tǒng)交互運(yùn)用，和各系統(tǒng)的聯(lián)系越來(lái)越緊密。例如視頻監(jiān)控系統(tǒng)和GIS電子地圖、業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等都可以結(jié)合在一起運(yùn)用。復(fù)合化已經(jīng)成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一種發(fā)展趨勢(shì)。前端一體化、視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)復(fù)合化是視頻監(jiān)控系統(tǒng)公認(rèn)的發(fā)展方向，而數(shù)

24、字化是網(wǎng)絡(luò)化的前提，網(wǎng)絡(luò)化又是系統(tǒng)復(fù)合化化的基礎(chǔ)，所以，視頻監(jiān)控發(fā)展的最大特點(diǎn)就是數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化將在某種程度上打破了布控區(qū)域和設(shè)備擴(kuò)展的地域和數(shù)量界限。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化將使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件和軟件資源的共享以及任務(wù)和負(fù)載的共享，這也是系統(tǒng)集成的一個(gè)重要概念。5隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，世界掀起一股強(qiáng)大的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化浪潮，對(duì)于視頻監(jiān)控行業(yè)的發(fā)展，必需經(jīng)驗(yàn)?zāi)M數(shù)字混合的階段，但是最終的趨勢(shì)必定是全面數(shù)字化。第3章視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成及相關(guān)技術(shù)3.1城市管理視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概述城管視頻監(jiān)控系統(tǒng)由前端攝像機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、后端監(jiān)控指揮中心系統(tǒng)三大部分組成。6前端系統(tǒng)城

25、管視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端監(jiān)控布點(diǎn)原則：(1)充分利用已有的或即將建設(shè)的其他部門的適合城管的監(jiān)控點(diǎn)，避開(kāi)重復(fù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)資源共享。(2)亂擺亂賣等城管事務(wù)多發(fā)區(qū)域、地段。(3)人流車流密集的繁華地段。(4)重要景觀所在地。網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)城管監(jiān)控系統(tǒng)的前端攝像機(jī)接入點(diǎn)比較分散，采納就近接入的原則，各監(jiān)控點(diǎn)視頻信號(hào)就近接入公安派出所或各區(qū)城管監(jiān)控中心。各監(jiān)控點(diǎn)距離城管監(jiān)控指揮中心距離較遠(yuǎn)，各監(jiān)控點(diǎn)匯合后，采納數(shù)字光端機(jī)通過(guò)租用的運(yùn)營(yíng)商光纖網(wǎng)絡(luò)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接人到城管監(jiān)控指揮中心。城管監(jiān)控中心視頻限制系統(tǒng)城管視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視音頻信號(hào)的接人、圖像切換和前端設(shè)備的限制主要采納模擬切換矩陣，圖像的記錄采納數(shù)字方式、視音頻信

26、息的共享和傳輸采納計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。城管監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：監(jiān)控中心工作人員可以通過(guò)矩陣、限制鍵盤、網(wǎng)絡(luò)終端調(diào)看接入的視頻信號(hào)及其它視頻資源。3.2遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的具體構(gòu)成本系統(tǒng)分為前端（現(xiàn)場(chǎng)）設(shè)備、通訊設(shè)備和后端（遠(yuǎn)程）設(shè)備三部分組成。其中通訊設(shè)備是指采納的傳輸信道和相關(guān)設(shè)備，可以是基于TCP/IP協(xié)議的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，傳輸媒介可以是光纖、微波等。如圖3-2為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。前端由一臺(tái)連接到TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的一般多媒體計(jì)算機(jī)和其他相關(guān)設(shè)備組成。云臺(tái)鏡頭限制器用于接收前端機(jī)的限制信號(hào)并限制云臺(tái)的動(dòng)作及鏡頭的變焦和聚焦，并且具有門禁限制的功能。前端限制主機(jī)主要負(fù)責(zé)視頻圖像的采集、轉(zhuǎn)換、分析、

27、處理、壓縮和發(fā)送以及接收遠(yuǎn)端監(jiān)控機(jī)發(fā)出的限制指令。前端限制主機(jī)可安裝多個(gè)視頻采集卡，利用RS232/485總線連接多個(gè)限制器，同時(shí)采集多路視頻數(shù)據(jù)，并限制多路云臺(tái)、鏡頭等設(shè)備。視頻采集卡，在試驗(yàn)系統(tǒng)中我選用了天敏SDK-3000視頻采集卡。在實(shí)際應(yīng)用中前端的監(jiān)控軟件系統(tǒng)兼容于任何一款符合VFW軟件架構(gòu)或WDM模式的采集卡。云臺(tái)鏡頭限制器（解碼器），在試驗(yàn)系統(tǒng)中選用了SE300 DECODER。在實(shí)際應(yīng)用中可選用任何一款采納PELCO-D協(xié)議的解碼器。攝像機(jī)、云臺(tái)和鏡頭等均為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備?？蛇x用相應(yīng)的配套設(shè)備。遠(yuǎn)端監(jiān)控主機(jī)也由一般多媒體計(jì)算機(jī)組成，其主要負(fù)責(zé)從前端主機(jī)接收視頻數(shù)據(jù)和其它現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并向

28、前端監(jiān)控機(jī)發(fā)送各種限制指令。前端及遠(yuǎn)端監(jiān)控主機(jī)均采納Windows2000中文操作系統(tǒng)，具有較高的平安牢靠性及易操作性。遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)（1）電視墻前端監(jiān)控主機(jī)（兼視頻服務(wù)器）限制器部分?jǐn)z像機(jī)云臺(tái)鏡頭燈光報(bào)警設(shè)備門禁其它傳感器及執(zhí)行器云臺(tái)鏡頭解碼器其它功能限制器視頻采集卡RS232/485串口以太網(wǎng)卡顯示器TCP/IP網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)卡監(jiān)視器（PC機(jī)顯示器）監(jiān)視器（1）監(jiān)視器（n）遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)（n）數(shù)字視頻存儲(chǔ)器（硬盤）分屏卡 圖3-2 遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.3視頻監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)視頻監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)主要有視頻采集壓縮、視頻信號(hào)牢靠地傳輸、信息存儲(chǔ)調(diào)用的智能化和系統(tǒng)的集中管理。視頻壓縮編碼技術(shù)從

29、攝像頭干脆獲得的監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的原始視頻流數(shù)據(jù)量特別浩大，為了削減網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量或有效節(jié)約存儲(chǔ)空間，就須要在傳輸或存儲(chǔ)前對(duì)視頻圖像進(jìn)行壓縮處理。因此在網(wǎng)絡(luò)上傳輸多媒體信息都須要采納各種視頻信息壓縮技術(shù)3。視頻編碼壓縮技術(shù)應(yīng)用特別廣泛，不同的編碼技術(shù)可以應(yīng)用在不用的領(lǐng)域，現(xiàn)對(duì)常用的視頻編碼技術(shù)作一簡(jiǎn)要介紹。（1）MJPEG格式MJPEG(Motion-Join Photographic Experts Group)技術(shù)即運(yùn)動(dòng)靜止圖像(或逐幀)壓縮技術(shù)，它是一種基于靜態(tài)圖像壓縮技術(shù)JPEG發(fā)展起來(lái)的動(dòng)態(tài)圖像壓縮技術(shù)，可以生成序列化的運(yùn)動(dòng)圖像。其主要特點(diǎn)是基本不考慮視頻流中不同幀之間的變更，只單獨(dú)對(duì)某一

30、幀進(jìn)行壓縮，其壓縮倍數(shù)為2080倍，適合靜態(tài)畫面的壓縮，辨別率可從352×288到704×576。以往的JPEG壓縮技術(shù)是干脆處理整個(gè)畫面，所以要等到整個(gè)壓縮檔案?jìng)鬏斖瓿刹牌鹣冗M(jìn)行解壓縮成影像畫面，而這樣的方式造成傳輸一個(gè)高解析畫面時(shí)須耗時(shí)數(shù)十秒甚至數(shù)分鐘。而新一代的MJPEG是實(shí)行漸層式技術(shù)，先傳輸?shù)徒馕龅膱D檔，然后再補(bǔ)送細(xì)部之資料，使畫面品質(zhì)改善。MJPEG壓縮技術(shù)可以獲得清楚度很高的視頻圖像，而且可以敏捷設(shè)置每路的視頻清楚度和壓縮幀數(shù)。因期壓縮后之格式可讀單一畫面，所以可以隨意剪接。MJPEG因采納幀內(nèi)壓縮方式也適于視頻編輯。MJPEG的主要缺點(diǎn)是壓縮效率低，MJPE

31、G算法是依據(jù)每一幀圖像的內(nèi)容進(jìn)行壓縮，而不是依據(jù)相鄰幀圖像之間的差異來(lái)進(jìn)行壓縮，因此造成了大量冗余信息被重復(fù)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)占用的空間大到每幀815K字節(jié)，最好也只能做到每幀3K字節(jié)，但假如因此而采納高壓縮比則視頻質(zhì)量會(huì)嚴(yán)峻降低。（2）MPEG2標(biāo)準(zhǔn)MPEG組織二J：1994年推出MPEG2壓縮標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)視音頻服務(wù)和應(yīng)用互操作的可能性。MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視和高清楚度電視在各種應(yīng)用下的壓縮方案和系統(tǒng)層的具體規(guī)定，編碼碼率從每秒3兆比特100兆比特，標(biāo)準(zhǔn)的正式規(guī)范在ISOIECl3818中。MPEG-2不是MPEG-I的簡(jiǎn)潔升級(jí)，MPEG2在系統(tǒng)和傳送方面作了更加具體的規(guī)定和進(jìn)一步的完善

32、。MPEG2特殊適用于廣播級(jí)的數(shù)字電視的編碼和傳送，被認(rèn)定為SDTV和HDTV的編碼標(biāo)準(zhǔn)。MPEG.2圖像壓縮的原理是利用了圖像中的兩種特性：空間相關(guān)性和時(shí)間相關(guān)性。這兩種相關(guān)性使得圖像中存在大量的冗余信息。假如我們能將這些冗余信息去除，只保留少量非相關(guān)信息進(jìn)行傳輸，就可以大大節(jié)約傳輸頻帶。而接收機(jī)利用這些非相關(guān)信息，依據(jù)肯定的解碼算法，可以在保證肯定的圖像質(zhì)量的前提下復(fù)原原始圖像。一個(gè)好的壓縮編碼方案就是能夠最大限度地去除圖像中的冗余信息。MPEG2的編碼圖像被分為三類，分別稱為I幀，P幀和B幀I幀圖像采納幀內(nèi)編碼方式，即只利用了單幀圖像內(nèi)的空間相關(guān)性，而沒(méi)有利用時(shí)間相關(guān)性。P幀和B幀圖像采

33、納幀間編碼方式，即同時(shí)利用了空間和時(shí)間上的相關(guān)性。P幀圖像只采納前向時(shí)間預(yù)料，可以提高壓縮效率和圖像質(zhì)量。P幀圖像中可以包含幀內(nèi)編碼的部分，f10P幀中的每一個(gè)宏塊可以是前向預(yù)料，也可以是幀內(nèi)編碼。B幀圖像采納雙向時(shí)間預(yù)料，可以大大提高壓縮倍數(shù)。（3）MPEG4標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像專家組MPEG于1999年2月正式公布了MPEG-4(ISO也C14496)標(biāo)準(zhǔn)第一版本。同年年底MPEG-4其次版亦告底定，且于2000年年初正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-4和MPEG-1和MPEG-2有很大的不同。MPEG-4不只是具體壓縮算法，它是針對(duì)數(shù)字電視、交互式繪圖應(yīng)用(影音合成內(nèi)容)、交互式多媒體(WWW、資料擷

34、取和分散)等整合及壓縮技術(shù)的需求而制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。MPEG4標(biāo)準(zhǔn)將眾多的多媒體應(yīng)用集成于一個(gè)完整的框架內(nèi)，旨在為多媒體通信及應(yīng)用環(huán)境供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的算法及工具，從而建立起一種能被多媒體傳輸、存儲(chǔ)、檢索等應(yīng)用領(lǐng)域普遍采納的統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式。MPEG-4的編碼理念是：MPEG4標(biāo)準(zhǔn)同以前標(biāo)準(zhǔn)的最顯著的差別在于它是采納基于對(duì)象的編碼理念，即在編碼時(shí)將一幅景物分成若干在時(shí)間和空間上相互聯(lián)系的視頻音頻對(duì)象，分別編碼后，再經(jīng)過(guò)復(fù)用傳輸?shù)浇邮斩?，然后再?duì)不同的對(duì)象分別解碼，從而組合成所須要的視頻和音頻。這樣既便利我們對(duì)不同的對(duì)象采納不同的編碼方法和表示方法，又有利于不同數(shù)據(jù)類型間的融合，并且這樣也可以便利的實(shí)現(xiàn)對(duì)于各

35、種對(duì)象的操作及編輯。例如，我們可以將一個(gè)卡通人物放在真實(shí)的場(chǎng)景中，或者將真人置于一個(gè)虛擬的演播室里，還可以在互聯(lián)網(wǎng)上便利的實(shí)現(xiàn)交互，依據(jù)自己的須要有選擇的組合各種視頻音頻以及圖形文本對(duì)象。（4 ）H264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H264是ISOIEC和InJT組成的聯(lián)合視頻組(JVT)制定的新一代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上，H264標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)展可以追溯N8年前。1996年制定H263標(biāo)準(zhǔn)后，UT的視頻編碼專家組(VCEG)起先了兩個(gè)方面的探討：一個(gè)是短期探討支配，在H263基礎(chǔ)上增加選項(xiàng)(之后產(chǎn)生了H263+和H263什)；另一個(gè)是長(zhǎng)期探討支配，制定一種新標(biāo)準(zhǔn)以支持低碼率的視頻通信。長(zhǎng)期探討支配產(chǎn)生了H26L

36、標(biāo)準(zhǔn)草案，在壓縮效率方面和先期的ITUT視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)相比，具有明顯的優(yōu)越性。2001年，ISO的MPEG組織相識(shí)到H26L潛在的優(yōu)勢(shì)，隨后ISO和ITU起先組建包括來(lái)自ISOIEC MPEG和ITUT VCEG的聯(lián)合視頻組(JVT)，T的主要任務(wù)就是將H26L草案發(fā)展為一個(gè)國(guó)際性標(biāo)準(zhǔn)。于是，在ISOIEC中該標(biāo)準(zhǔn)命名為AVC(Advanced VideoCoding)，作為MPEG4標(biāo)準(zhǔn)的第10個(gè)選項(xiàng)：在ITUT中正式命名為H264標(biāo)準(zhǔn)。 DirectShow技術(shù)(1)DirectShow技術(shù)簡(jiǎn)介Microsoft DirectX是微軟公司供應(yīng)的一套在Windows平臺(tái)上為創(chuàng)建嬉戲和其他高質(zhì)量

37、的多媒體應(yīng)用程序而設(shè)計(jì)的一套底層應(yīng)用程序接口集。它供應(yīng)了對(duì)二維和三維的圖像、聲音效果、音樂(lè)、輸入設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的支持。PC機(jī)的勝利導(dǎo)致了可用硬件的大量繁衍，眾多的供應(yīng)商為PC機(jī)設(shè)計(jì)了供應(yīng)各種兼容的產(chǎn)品，但它們卻經(jīng)常缺乏開(kāi)發(fā)所需的牢靠標(biāo)準(zhǔn)。DirectX供應(yīng)了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的軟件接口，微軟將DirectX定義為“硬件設(shè)備無(wú)關(guān)性”，即開(kāi)發(fā)人員不用去考慮硬件的差別，開(kāi)發(fā)中無(wú)需關(guān)切硬件的具體細(xì)微環(huán)節(jié)就可以利用硬件的高性能。DirectX采納了組件對(duì)象模型COM(Component Object Model)標(biāo)準(zhǔn)，不同對(duì)象的版本可以有不同的接口，這使得采納DirectX開(kāi)發(fā)的程序在將來(lái)也能夠得到兼容和支

38、持。DirectX的家族成員很多，而且各有各的特點(diǎn)，如DirectDraw和Direct3D負(fù)責(zé)二維圖形圖像，三維動(dòng)畫加速、DirectMusic和DirectSound負(fù)責(zé)交互式音樂(lè)環(huán)境音效處理等。DirectShow是DirectX大家族中的一位成員，DirectShow為Windows平臺(tái)上處理各種格式的媒體文件播放、音視頻采集等高性能要求的多媒體應(yīng)用供應(yīng)了完整的解決方案。在媒體播放方面，它支持各種格式，包括ASF、MPEG、AVI、MP3、DV、MOV和WAV等，在視頻采集方面，它既支持WDM(Windows Driver Model)驅(qū)動(dòng)的視頻捕獲卡，也支持VFW(Video For

39、 Windows)驅(qū)動(dòng)的視頻捕獲卡。DirectShow是一個(gè)開(kāi)放性的應(yīng)用框架，也是一套基于COM的編程接口。通過(guò)DirectShow技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)必需駕馭肯定的COM編程學(xué)問(wèn)。COM(Common Object Model)是Microsoft公司提出的一種基于二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)和編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)的軟件構(gòu)架技術(shù)，中文稱為“組件對(duì)象模型”的概念。COM是一種以組件為發(fā)布單元的對(duì)象模型，這種模型使各軟件組件可以用一種統(tǒng)一的方式進(jìn)行交互。COM定義了組件程序之間進(jìn)行交互的標(biāo)準(zhǔn)，也供應(yīng)組件程序所須要的環(huán)境，在不久的將來(lái)COM將成為應(yīng)用程序最普遍的方法。(2)基于DirectShow技術(shù)的多媒體系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模型

40、DirectShow是一個(gè)開(kāi)放性的應(yīng)用框架，在此框架下，只要遵照著COM技術(shù)的開(kāi)發(fā)規(guī)范，便可以開(kāi)發(fā)出具有各種功能的多媒體應(yīng)用系統(tǒng)。如圖3-3所示，圖中心最大的一塊即是DirectShow系統(tǒng)，它運(yùn)用一種叫Filter Graph的模型來(lái)管理整個(gè)數(shù)據(jù)流的處理過(guò)程；參和數(shù)據(jù)處理的各個(gè)功能模塊叫做Filter：各個(gè)Filter在Filter Graph中按肯定的依次連接成一條“流水線”協(xié)同工作。應(yīng)用程序DirectShowFilter Graph Manager源過(guò)濾器轉(zhuǎn)換過(guò)濾器渲染過(guò)濾器Internet文件系統(tǒng)傳統(tǒng)的VCM/ACM編解碼器文件系統(tǒng)流結(jié)構(gòu)體系內(nèi)核WDM捕獲卡傳統(tǒng)的VFW捕獲卡硬件編解

41、碼器DirectSoundDirectDraw聲卡視頻顯示卡吩咐事務(wù)COM接口圖3-3 DirectShow多媒體應(yīng)用系統(tǒng)模型眾所周知，詞匯僅能代表肯定的含義，而句子才可以表達(dá)具體的功能，F(xiàn)ilter和Filter Graph之間關(guān)系就像“詞匯”和“句子”之問(wèn)的關(guān)系一樣。Filter僅僅是一種功能上的聚合，而Filter Graph就是依據(jù)肯定的規(guī)則將各種Filter組合起來(lái)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)肯定的功能。而從軟件開(kāi)發(fā)的角度來(lái)說(shuō)，進(jìn)行DirectShow應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)從低到高分為三個(gè)層次，最低層是各種具有不同功能Filter，中間層是管理著各個(gè)Filter組合和運(yùn)作的Filter Graph，而最高層

42、則是應(yīng)用程序，也就是說(shuō)最終用戶開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序?qū)⑼ㄟ^(guò)管理Filter Graph來(lái)協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)中封裝為Filter的各個(gè)功能模塊的運(yùn)作。(3) DirectShow基本組件Filter工作原理依據(jù)功能來(lái)分，F(xiàn)ilter大致分為3類：Source Filters、Transform Filter和Rendering Filters。Source Filter主要負(fù)責(zé)獲得數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源可以是文件、因特網(wǎng)計(jì)算機(jī)的采集卡、(WDM驅(qū)動(dòng)或VFW)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等，然后將數(shù)據(jù)往下傳；Transform Filters主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，例如數(shù)據(jù)流分別合成、編解碼等，然后接著將數(shù)據(jù)往下傳輸；Rendering

43、Filters主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的最終去向，將數(shù)據(jù)送給顯卡、聲卡進(jìn)行多媒體的演示，或者輸出到文件進(jìn)行存儲(chǔ)。l)Filter內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模型在DirectShow中實(shí)現(xiàn)算法必定首先將算法封裝為一個(gè)Filter，而算法中對(duì)于數(shù)據(jù)的處理實(shí)質(zhì)上就是在Filter中對(duì)接收Pin上所接收到媒體數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理和變換，然后將處理后的結(jié)果通過(guò)發(fā)送Pin發(fā)送到下一級(jí)Filter。圖3-4數(shù)據(jù)處理模型如圖3-4所示，算法可以通過(guò)IBaseFilter供應(yīng)的接口限制輸入pill和輸出Pi的內(nèi)存定位器(Allocator)，從而可以獲得輸入和輸出的媒體數(shù)據(jù)包的入口指針及信息，來(lái)完成對(duì)媒體數(shù)據(jù)包所攜帶數(shù)據(jù)的處理。必要的時(shí)候，

44、算法也可以在內(nèi)存中開(kāi)拓所需的空間來(lái)完成數(shù)據(jù)的緩存和處理，本算法便須要在內(nèi)存中開(kāi)拓兩個(gè)內(nèi)存空間，分別作為當(dāng)前幀和過(guò)去幀的存儲(chǔ)空間，便利算法的完成。2)Filter之間的數(shù)據(jù)傳送模型Filter之間通過(guò)針腳(Pin)完成連接之后，便將數(shù)據(jù)封裝為媒體數(shù)據(jù)包(MediaSample)的形式進(jìn)行傳送，其模型如圖3-5所示。圖3-5 Filter之間數(shù)據(jù)傳送模型媒體數(shù)據(jù)包是由被稱為內(nèi)存定位器(Allocator)的COM對(duì)象所生成和管理。內(nèi)存定位器在針腳進(jìn)行連接時(shí)生成，形成連接的針腳共享一個(gè)內(nèi)存定位器，每個(gè)內(nèi)存定位器創(chuàng)建一系列的媒體數(shù)據(jù)包。當(dāng)Filter須要一個(gè)空的媒體數(shù)據(jù)包來(lái)封裝數(shù)據(jù)或者須要從一個(gè)媒體數(shù)

45、據(jù)包中獲得數(shù)據(jù)時(shí)，便可以通過(guò)內(nèi)存定位器來(lái)獲得。（4）Filter Graph的構(gòu)建原理1）Filter之間的連接Filter Graph的構(gòu)建其實(shí)就是將具有不同功能的Filter依據(jù)肯定的次序連接起來(lái)。而Filter的連接事實(shí)上也就是Filter上Pin的連接。連接的方向一般總是由上一級(jí)Filter(Upstream Filter)的輸出Pin指向下一級(jí)Filter(Downstream Filter)的輸出Pin。Pin也是一種COM組件，而且每個(gè)Pin上都實(shí)現(xiàn)了IPin接口。Pin正是通過(guò)IPin這個(gè)接口來(lái)完成連接的。Pin的連接過(guò)程如圖3-6所示：圖3-6Pin的連接過(guò)程2）Filter

46、 Graph的智能連接過(guò)程在實(shí)際應(yīng)用中一般都是通過(guò)DirectShow Filter Graph Manager組件供應(yīng)的智能連接機(jī)制來(lái)完成Filter Graph的構(gòu)建，它包含了若干相關(guān)的方法來(lái)完成選擇Filter并將其添加進(jìn)Filter Graph中。在進(jìn)行智能連接的過(guò)程的中一般要用到如下幾個(gè)方法：I Graph Builder：Render該方法依據(jù)供應(yīng)的輸出Pin，自動(dòng)加入必要的Filter完成剩下部分Filter Graph的構(gòu)建(直到連接到Rendering Filter)。I Graph Builder：Add Source Filter該方法依據(jù)供應(yīng)的源文件名，自動(dòng)將一個(gè)Sou

47、rce Filter加入到Filter Graph中。I Graph Builder：Render File該方法依據(jù)供應(yīng)的源文件名，自動(dòng)加入必要的Filter完成這個(gè)文件的回放Filter Graph構(gòu)建。I Graph Builder：Connect該方法將供應(yīng)的輸出Pin和輸入Pin進(jìn)行連接，假如連接失敗，自動(dòng)嘗試在中間插入必要的格式轉(zhuǎn)換Filter。3） Filter Graph動(dòng)態(tài)重建技術(shù)對(duì)于已經(jīng)構(gòu)建完畢的Filter Graph假如須要修改時(shí)，一般可以通過(guò)兩種方法進(jìn)行修改：一種是將當(dāng)前Filter Graph停止，然后修改原有Filter Graph結(jié)構(gòu)后重新運(yùn)行；另外一種就是在保

48、持Filter Graph運(yùn)行狀態(tài)下的同時(shí)實(shí)現(xiàn)Filter Graph的重建。前一種狀況比較簡(jiǎn)潔，等同于Filter Graph的重新構(gòu)建，而后一種狀況比較困難，被稱為Filter Graph的動(dòng)態(tài)重建技術(shù)。Filter Graph的動(dòng)態(tài)重建主要包括三種情形，具體介紹如下。a、媒體類型的動(dòng)態(tài)變更媒體類型(Media Type)是Filter連接時(shí)所進(jìn)行協(xié)調(diào)的一個(gè)基本元素，一般狀況下，媒體類型在Filter Graph運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程中是不會(huì)變更的，當(dāng)須要在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行變更時(shí)(本系統(tǒng)在進(jìn)行視頻采集參數(shù)變更時(shí)便涉及到此問(wèn)題)就應(yīng)當(dāng)能夠?qū)γ襟w類型進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，一般有兩種狀況，一種是從上游到下游的變更

49、，另外一種是從下游到上游的變更。從上往下進(jìn)行變更時(shí)，下游Filter應(yīng)具有對(duì)媒體類型變更的應(yīng)變實(shí)力，上游Filter通過(guò)調(diào)用下游Filter輸入Pin上的I Pin：Query Accept來(lái)推斷下游是否能夠支持新類型。從下往上進(jìn)行變更時(shí)，下游Filter必需擁有自己的Sample安排器，下游Filter查詢上游Filter輸出Pin的媒體類型，假如可以支持新的媒體類型，則下游Filter通過(guò)對(duì)下一個(gè)Sample的媒體類型設(shè)置來(lái)使上游Filter變更媒體類型，具體過(guò)程如圖3-7所示：圖3-7由下而上的媒體類型變更過(guò)程b、動(dòng)態(tài)刪減或增加Filter當(dāng)Filter運(yùn)行過(guò)程中須要干脆添加或去除一些f

50、ilter來(lái)實(shí)現(xiàn)特定功能時(shí)，便須要運(yùn)用Filter的動(dòng)態(tài)刪減或增加方法。動(dòng)態(tài)的進(jìn)行某個(gè)Filter的刪減或增加有兩個(gè)必要條件：該Filter的下游Filter必需支持I Pin Connection接口；該Filter在重連時(shí)不允許數(shù)據(jù)的傳輸，并能夠堵塞數(shù)據(jù)線程。圖3-8動(dòng)態(tài)刪減或增加Filter示意圖如圖3-8所示，當(dāng)須要將Filter2動(dòng)態(tài)移走時(shí)的一般步驟如下：Step l、在Filter 1上堵塞數(shù)據(jù)流線程。只需調(diào)用IPinFlowControl：Block即可。Step2、重連Pin A和Pin D，必要時(shí)插入新的Filter。這里Pin的重連可以運(yùn)用IGraphConfig：Reeo

51、nnect或IGraphConfig：Reconfigure。Step3、重新啟動(dòng)Filter 1的數(shù)據(jù)發(fā)送線程。c、動(dòng)態(tài)變更Filter鏈條(Filter Chain)Filter Chain是相互連接著的一條Filter鏈路，并且鏈路中的每個(gè)Filter至多有一個(gè)處于“已連接”狀態(tài)的輸入Pin，至多有一個(gè)處于“己連接”狀態(tài)的輸出Pin。圖27中的A-B，DE，F(xiàn)G都是Filter Chain，而任何含有C的都不是FilterChain。3.4數(shù)字視頻傳輸技術(shù) TCPIP協(xié)議在實(shí)際中，一般用到的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議是TCPIP協(xié)議，TCTIP分層模型有四層，由下至上分別是網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層(IP

52、層)、傳輸層以及應(yīng)用層。在這四層協(xié)議中，傳輸層建立中口層之上，有兩種協(xié)議，分別是TCP協(xié)議和UDP協(xié)議。TCP和UDP的主要差別為：1)TCP協(xié)議是面對(duì)連接的。運(yùn)用TCP分組數(shù)據(jù)并維護(hù)此連接，用戶數(shù)據(jù)傳送完畢后要撤除連接。UDP協(xié)議是面對(duì)無(wú)連接的，每個(gè)UDP分組都是獨(dú)立的數(shù)據(jù)單元；2)在TCP傳輸中，高層數(shù)據(jù)可以以字節(jié)流的形式傳輸給TCP，字節(jié)流被TCP緩沖，直到累積到肯定長(zhǎng)度時(shí)啟動(dòng)一次發(fā)送操作。而在UDP協(xié)議中，UDP傳遞給UDP的是對(duì)應(yīng)于UDP數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊；3)TCP協(xié)議供應(yīng)牢靠傳輸服務(wù)，包括報(bào)文序列、流限制、差錯(cuò)檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)等，而UDP則不供應(yīng)以上限制，是不行靠的服務(wù)。在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

53、中，限制數(shù)據(jù)對(duì)牢靠性要求特別高，故須要應(yīng)用TCP協(xié)議，當(dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤時(shí)，就會(huì)要求發(fā)送端重新發(fā)送，通過(guò)數(shù)據(jù)重傳來(lái)復(fù)原丟失的組塊并供應(yīng)有序的數(shù)據(jù)幀。但TCP協(xié)議具有的錯(cuò)誤重傳機(jī)制、擁塞限制機(jī)制、報(bào)文頭比較大、以及啟動(dòng)須要建立連接等緣由，不行避開(kāi)的引起了傳輸延時(shí)和占用網(wǎng)絡(luò)的帶寬，一旦數(shù)據(jù)丟幀就會(huì)帶來(lái)比較嚴(yán)峻的延遲，無(wú)法保證明時(shí)性，很難適應(yīng)音視頻通信，特殊是連續(xù)的媒體流(如視頻流)通信的要求，使得利用TCP協(xié)議進(jìn)行視頻或音頻通信幾乎沒(méi)有可能。UDP是一種無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)投遞服務(wù)，雖然沒(méi)有TCP那么牢靠，并且不能保證明時(shí)音視頻傳輸業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)，但由于UDP的傳輸時(shí)延低于TCP，所以往往

54、用來(lái)在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸視頻圖像數(shù)據(jù)。 IP組播技術(shù)前面提到過(guò)，對(duì)于遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻數(shù)據(jù)的傳輸一般選用UDP網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，而采納UDP的IP傳送方式有單播傳送、廣播傳送、組播傳送三種方式。比較這三種方式，單播傳送是一對(duì)一的傳送，即每次傳送的數(shù)據(jù)只能被一臺(tái)主機(jī)接收。廣播傳送是一對(duì)多的傳送，即廣播的數(shù)據(jù)將同時(shí)傳送到局域網(wǎng)內(nèi)的全部主機(jī)。假如須要向n臺(tái)主機(jī)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，假如采納單播的方式，而須要n次的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳送，這種傳送方式的效率很低；而假如采納廣播方式，數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)送到局域網(wǎng)內(nèi)的全部主機(jī)，這使得大量的主機(jī)收到和自己無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)，會(huì)造成主機(jī)資源和網(wǎng)絡(luò)資源的奢侈，這對(duì)原來(lái)數(shù)據(jù)量就很大的視頻數(shù)據(jù)的傳

55、輸來(lái)說(shuō)尤其不合適。P組播雖然和廣播一樣也是一對(duì)多的傳送方式，但接收端往往不是一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)的全部主機(jī)，而是那些對(duì)收發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)感愛(ài)好的主機(jī)，傳輸端通過(guò)一次傳輸就可以將信息同時(shí)傳送到一組接收者，因此，采納口組播技術(shù)可以有效地減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，避開(kāi)網(wǎng)絡(luò)資源的奢侈。此外，由口組播技術(shù)一臺(tái)主機(jī)可以同時(shí)加入一個(gè)或多個(gè)組播組的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心同時(shí)對(duì)多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控。由此可見(jiàn)，利用口組播技術(shù)可以很便利地實(shí)現(xiàn)“多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的傳送功能，并且還可以實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)的通信，這比較符合視頻監(jiān)控系統(tǒng)多點(diǎn)、多機(jī)監(jiān)控、跨局域范圍的遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求。多媒體通信結(jié)構(gòu)1) CS結(jié)構(gòu)客戶機(jī)月艮務(wù)器(ClientServer，簡(jiǎn)稱CS)體系結(jié)構(gòu)是

56、一種分布式的處理模式。服務(wù)器通常采納高性能的PC、工作站或小型機(jī)，并用用如Oracle，Sybase，Informix或sql server等大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)?？蛻舳隧氁惭b特地的客戶端軟件?？蛻魴C(jī)和服務(wù)器之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通訊。首先，客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)懇求，服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳送給客戶機(jī)進(jìn)行處理，客戶機(jī)處理后將結(jié)果返回給服務(wù)器。CS結(jié)構(gòu)通常建立在專用的網(wǎng)絡(luò)上，其突出的優(yōu)點(diǎn)是能夠充分發(fā)揮客戶端PC機(jī)的處理實(shí)力，客戶端響應(yīng)速度比較快。由于CS結(jié)構(gòu)一般面對(duì)固定的用戶群，因而對(duì)信息平安的限制實(shí)力比較強(qiáng)，相宜高度機(jī)密的信息系統(tǒng)。2) BS結(jié)構(gòu)閱讀器服務(wù)器(BrowserServer，簡(jiǎn)稱BS)體系結(jié)構(gòu)是隨著Internet技術(shù)的發(fā)展，對(duì)CS結(jié)構(gòu)的一種變更和改進(jìn)。它利用不斷成熟的WWW閱讀器技術(shù)，結(jié)合閱讀器的多種Script語(yǔ)言和ActiveX技術(shù)，用通用閱讀器實(shí)現(xiàn)了原來(lái)須要困難的軟件才能實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)大功能。BS架構(gòu)于廣域網(wǎng)上，不須要特地的網(wǎng)絡(luò)和硬件環(huán)境，用戶界面完全通過(guò)WWW閱讀器實(shí)現(xiàn)，一部份事務(wù)邏輯在前端實(shí)現(xiàn)，但是主要的事務(wù)邏輯在服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)，BS結(jié)構(gòu)能夠在很大程度上節(jié)約開(kāi)發(fā)成本，是一種全新的軟件系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)。 套接字技術(shù)套接字是通信的基石，是支持TCPIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元?？梢詫⑻捉幼挚?/p>