数字视频监控系统及网络传输改进分析

温念国

摘要：随着计算机信息技术的高速发展，传统的监控系统已经很难满足人们的生活要求。为了适应现今社会的信息化和智能化需要，技术人员研制出基于无线网络的数字视频监控处理系统”，该系统将信息技术以及图像处理技术进行了完美的结合。具有组网灵活、应用方便，易于实施的的特点。本文主要就这一系统的方案设计、系统架构及应用进行分析阐述。

关键词：数字监控系统；无线网络；监控系统；传输与改进

由于监控系统在信息收集、信息处理以及存储等过程中都以具体编码形式存在，所以需采取相应的视频编码措施。对于其中的数字视频，通常要求采取数据压缩措施，但这一过程中往往面临较多冗余问题，如熵冗余、时间冗余、空间冗余、结构冗余以及心理视觉冗余等。当前解决这些冗余问题的策略集中表现在数据视频编码方面，以MPEG数据视频编码为例，近年来逐渐发展为MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4与MPEG-7等编码标准。

1、系统的总体方案设计

1.1设计原则

对于无线网络数字监控系统而言，其主要功能是对现场环境进行实时监控，并以图像的形式进行直观的反映，连接到系统且被授权的用户可以对系统配置进行操作，有效地控制摄像机云台镜头的动作。监控系统的结构通常采用嵌入式模式，能够独立运行，并将监控采集得到的音频信息一并进行收集与上传处理。在系统具体设计的过程中，主要考虑到以下三个方面：

（1）实时性。对于监控系统而言，其主要功能就是实时的监控现场情景，然后将监控得到的视频、音频数据进行实时的处理，主要包括进行实时压缩与解压缩、进行实时传输和进行实时同步等。

（2）清晰度。对于音、视频的监控系统而言，众所周知，图像以及声音的清晰度是非常关键的，而对图像以及声音的清晰度等指标影响最大的因素则是视频采集卡、摄像图以及传输压缩数据流等。

（3）连续性。对于很多的监控体系，要求其保持图像以及声音的连续性，在设计时要确定视频图像不丢帧，音频信号的误码率在人耳接收范围内。

1.2总体方案设计

系统的各个部分都和通信网络以及压缩标准有较为密切的关系，在对系统的总体方案进行具体的设计时，可以遵循以下方面进行：压缩标准以及具体的实现方式。而判断整个网络监控系统的运行是否成功的关键因素就是视频、音频压缩比以及压缩质量。对于无线网路视频监控系统，就需要在压缩码率以及图像质量之间找到一个平衡点，在信道允许下，其所提供的图像质量就相当于一般VCD的质量，这样就能够满足要求。在7.5Mbps的传输速率，图像的清晰度能够有很好的效果，图像像素可以达到352x298，在PAL制式下，帧率约为25帧∥秒。本设计应用了MPEG--1的压缩编码方式，结合具体特定要求，遵循某项标准算法来实现对图像的压缩一般有以下几种方法：

（1）用嵌入式CPU实现。

（2）由Pc机上的应用软件实现。

（3）采用专门的图像压缩芯片进行图像的压缩。

（4）用可编程DSP芯片来进行图像压缩。

1.3设计出的新系统结构

常用的无线网络数字视频监控系统的主要采用客户机/服务器模式；系统的服务器端通常包括摄像头、视频采集卡、云台、画面分割器、视频服务器以及转发服务器等。编码器主要将经过采集处理之后的音视频流传输到转发服务器。而客户端通过网络访问的途径将具体的信息转发到服务器上，最终对现场进行实时的现场监控。

2、系统功能的实现以及应用

2.1对网络传输层以及传输控制层的分析

在监控系统分层模型中，传输层和传输控制层是很重要的层次组成结构，以下对这两层的层次模型进行分析讨论。和OSI/ISO模型一样，系统各层结构都相对独立，屏蔽上层且为为上层服务，只要各层之间的接口功能不变，上层模块则不受影响，这样可以提升系统的扩展性以及通用性。各层的具体功能包括：

（1）网络层由实现网络协议的软件和网络通信的硬件组成，其作用主要为客户机与服务器之间的数据传输建立可靠的路径。

（2）传输层：位于对表示层和网络层的中间，主要对网络业务进行连接、拆除、以及数据流的拥塞控制等。

（3）数据表示层：主要负责地数据进行处理，例如对原始数据的采集、显示以及存储等。

（4）用户应用层：其在整个系统的最外层，直接面向具体用户。

在此信息流模型下，系统对每一台计算机，都配置网络参数信息，以保证正常的进行信息流传输。信息流具体包含了视频、音频信息和控制信息。系统采用了TCP协议来对控制信息进行传输，由于似乎面向连接的，因此可以保障控制信息传输的安全性。当需要对某个中心监控主机进行监控的时候，系统首先会要通过TCP协议与现场的监控主机进行连接，然后通过现场监控主机返回用户登录名、密码，端口号等相关的数据。

对于所有的现场监控主机，采用多播方式进行监控的数字视频系统，都需要具有固定IP地址的服务器来实行，对于不同的主机，可以利用不同的端口或IP地址来进行广播。每一台主机都能够通过数据库服务器来获得需要的历史视频数据，为了有效地避免数据的重复备份，一般情况下，并不需要将全部的数据都备份在数据库服务器中。

2.2系统的应用

本系统在应用范方面非常的广泛，相比于有线监控系统，具有组网灵活的优势，在工程的具体实施中，比较的简单，工程的周期相对较短，特别适合某些利用传统监控技术很难实施的场合。除此之外，还可以将无线网络监控技术应用在临时监控点一级传统监控盲点上。

3、图像序列检测在数字视频监控中的体现

关于视频序列检测，其旨在将自动报警部分引入监控系统中。以往模拟视频监控应用下，一般需在值班人员发现异常后采取手动报警措施，或者以声音或温度变化为依据实现报警，要求有较多检测线路设置其中。而图像序列检测下，具有明显的自动化特点，可使监控水平得以提高，且在监控存储效率上能够起到一定的改善作用。需注意的是现行图像序列检测中，在确定初始运动参量、物体重叠与遮挡、运动物体分割等方面仍存在较大难题。因此，将图像序列检测技术引入后，应考虑进行图像数学模型的构建与色彩空间的设计。如在图像数学模型构建方面，可对像素二维平面位置利用（x，y）表示，对于该位置像素灰度则利用函数f（x，y）表示，这样所构建的模型中将会包含所有离散数字像素点，所以设计中仅需将离散取值利用矩阵进行表示，达到数学模型构建的目标。另外，对于色彩空间，大多图像处理中常见的主要以CMY色彩系统、RGB色彩空间以及YIQ色彩系统等为主。另外，当前视频图像检测中，也可从边缘特征角度出发，通过中值滤波、图像边缘匹配以及逐帧差分算法等，使图像运动检测得以实现[2]。

传输技术是远程监控实现的主要技术支撑。实际设计中首先需对通信实现的传输介质与网络进行确定，其中在介质方面，可根据实际情况选择无线电波、非屏蔽双绞线、同轴线以及光纤等，而在传输网络方面包括计算机网络、有线电视网以及电信网等。其次，应在传输协议上进行明确。当前用于数字视频监控中的协议多表现在TCP/IP协议方面，以传输层协议为例，常用的主要以UPD协议与TCP协议为主，由于数据传输中涉及较多数据量，若选择TCP协议，很可能造成大量网络资源被浪费，所以其适用于准确性要求高、数据量小的数据传输中，而对于数据量较多情况，可考虑引入UDP协议。最后，传输技术应用下需考虑到IP组播与协议实现问题，要求做好Winsock编程工作。

4、结语

无线网络数字视频监控系统具有其他监控系统所不具备的优点，已经广泛应用在社会发展各个领域中，比如交通监控系统、小区安防监控系统，地下停车场监控系统等场合，在运行过程中，系统比较稳定，可靠性高，具有较好的市场前景。

参考文献：

[1]朱璐璇.数字视频监控系统及其网络传输改进策略研究[J].电子科技大学，2013

[2]栾松.基于Android平台远程视频监控系统关键技术的研究[J].东北农业大学，2012.

[3]李庆.基于3G的手机无线远程视频监控系统设计与实现研究[J].吉林大学，2015