基于Web的区域联网视频监控系统设计与实现
加入技术交流群
3 ESMS流媒体服务器的设计
对于路段的模拟视频监控系统, 嵌入式流媒体服务器ESMS是模拟路段监控系统实现区域联网的关键。流媒体服务器需要完成模拟视频的编码传输和联网控制功能。其硬件设计采用了Atmel公司的ARM920T内核的嵌入式处理器AT91RM9200 和WIS公司的G07007实时MPEG/MJPEG硬件编码器的方案。ESMS 的硬件系统结构如图2 所示。
图2 ESMS 硬件系统结构图
摄像机的模拟视频信号经视频A/D 转芯片SAA7113进行视频采样量化, 与此同时, 音频A/D/A编解码芯片UDA1344将输入的模拟声音信号采用量化一起送入音视频编码芯片G07007进行MPEG-4 格式的图像压缩。实时产生D1分辨率的PAL制每秒25帧的MPEG-4视频流, G07007通过16位的HPI接口与AT91RM9200 交互。AT91RM9200将采集的视频数据流, 按RTP/UDP/IP协议打包，通过以太网接口实现视频流的实时传输。
网络处理器自带两个RS-232 串口。一个主要功能是根据用户需要设置IP编码器的各种工作参数, 例如网络的IP地址, 码的帧率、编码效率、图像质量等。另一个串口用来扩展RS-422/485 等多种接口, 进而实现远程控制目的, 例如摄像机的镜头焦距控制、光圈控制、云台控制、报警输入/输出等。ESMS采用遵循GPL协议的嵌入式Linux 操作系统。Linux 操作系统具有任务调度、存储管理、消息队列、中断处理等功能; 这里进行了裁减, 保留了进程管理、视频设备驱动、TCP/IP 协议栈以及TTY 字符设备驱动等模块, ESMS软件系统结构如图3所示。硬件驱动程序位于嵌入式Linux 操作系统之中, 是上层应用软件和下层嵌入式硬件之间的唯一桥梁。G07007的驱动程序按照Video for Linux (V 4L )视频驱动标准规范实现, 用于驱动视频采集/压缩硬件。该驱动提供了一组API函数, 使得A T91RM 9200 服务能够以比较一般的方式获取压缩视频数据, 设置硬件参数。当G07007 的FIFO 缓存达到门限值时, 会产生G07007 硬件中断。G07007的V4L驱动会响应该中断请求并维护视频缓存, 同时发消息给网络处理芯片服务进程, 通知其打包视频数据并传输出去。
图3 ESMS软件系统结构图
4 视频流带宽的自适应处理
区域联网视频监控中, 各路段接入骨干网的方式不一, 网络结构复杂, 网络的拥塞、延迟、丢帧等势必会影响图像的质量。而监控视频流往往具有严格的时延和抖动要求。重传机制不利于视频传输的实时性, 因此, 系统应能及时的评估网络的状况, 结合MPEG-4 视频编码的容错特性, 通过增加或减少传输码率来保证数据的实时传送, 实现跨地域的带宽自适应的视频网络传输。
监控视频流首先以RTP协议进行封装, 再用UDP协议对RTP数据包进行封装, 最后由IP网络层封装为IP数据包, 经网络进行传输。RTP本身也不提供可靠的传送机制以及流量控制或拥塞控制, 它依靠RTCP提供这些服务。在RTP会话期间, 各接收端周期性地传送RTCP。RTCP中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料。基于RTCP 的反馈机制, 发送端可以评估网络状态和接收端情况, 及时调整传送方式, 尽可能地解决网络实时数据传输中出现的不可预测的延迟、抖动等问题。基于发送端的码率控制主要有改变编码器的量化参数、丢帧和帧率控制三种方法。增大量化参数, 则发送端的视频流码率下降, 反之亦然。丢帧处理利用视频编码的特点, 例如在MPEG-4编码帧分为: I 帧(帧内编码)、P帧(前向预测编码)和B帧(双向时间预测) , I帧具有空间相关性, P 帧和B 帧同时具有空间和时间相关性。只有I帧和P帧可以作为参考帧, 因此在需要降低视频数据发送码率时, 可以根据帧的重要程度, 先抛弃一定数目的B帧, 再抛弃P帧来降低视频流码率。结果是图像分辨率降低, 但整体帧连续, 无停顿感。帧率控制方式则是通过抛弃某些视频图像帧, 改变图像帧发送速率, 如将原先30 帧/秒降为15 帧/秒来降低视频流码率, 结果是监控图像细节清晰, 但因图像帧的缺少造成帧间抖动和画面停顿。在区域联网视频监控应用中, 需根据实际需要选用相应方法。码率调整过程中采取加法提高、乘法降低策略, 即缓升快降方法。
5 结束语
该设计方案深入探讨了基于B/S 模式的区域联网视频监控系统的架构和技术实现, 充分考虑了高速公路管理的体制和现状, 以及网络的安全性和异构性。其中Web方式操作简单、维护方便, 便于扩展; 基于带宽自适应的流码率控制在相当程度上改善了网络拥塞、时延等对监控视频流质量的影响; 设计的基于ARM和专用视频编码芯片的嵌入式流媒体服务器, 具有很高的可靠性和性价比, 作为视频监控的一个发展方向,具有广阔的应用前景。
参考文献:
[1].ARM920Tdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/ARM920T_139814.html.
[2].SAA7113datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/SAA7113_596303.html.
[3].UDA1344datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/UDA1344_670499.html.
[4].RS-232 datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/RS-232+_584855.html.
评论