MPEG4视频压缩在数字安防领域中的应用（二）

[2005-1-12 18:52:24] 关键字：视频监控¹ 视频通信⁰

    　　2.3.MPEG4---在DVR系统中应用

    　　MPEG4基于场景描述和面向带宽设计的概念，使起在视频监控录像领域中在以下几个方面具有巨大的优势：录像存储容量、录像清晰度、录像帧率可调、网络传输　　

    　　2.3.1大幅度降低录像存储容量

    　　MPEG4在压缩方法上远远优于MPEG1，更是MJPEG不能比拟的。

    　　经过测试表明，对静止、一般活动场景、剧烈活动场景三种情况下、在相同清晰度对应MPEG1（500Kbits/sec）码流情况下，存储容量测试结果见下表：　　

    　　采用CIF（352*288）格式

    　　 MJPEG MPEG1 MPEG4

    　　 1帧 1分钟 1小时 1帧 1分钟 1小时 1帧 1分钟 1小时

    　　静止 6K 9M 540M 2.4K 3.6M 216M 0.68K 1.02M 61.2M

    　　一般活动 7.2K 10.8M 648M 2.4K 3.6M 216M 1.07K 1.6M 96M

    　　剧烈活动 11K 16.5M 990M 2.4K 3.6M 216M 1.68K 2.52M 151.2M 　　

    　　注意：该测试结果随场景变化有所出入

    　　由此可见在静止情况下MPEG4比MPEG1节省了2/3的硬盘空间！在一般活动场景下也节省近一般的容量。单从这项指标来看就能节省大量的硬盘投资，或者保留更长的存储时间。值得说明的是，目前市面MPEG1压缩芯片通常只支持定码流压缩，因此在场景活动加剧情况下存储容量不便，但是回放画面可以发现马赛克显著增加，同时运动部分图像清晰度下降。而MPEG4可以根据场景变化自动调整压缩方式，保留较好的存储图像。　　

    　　2.3.2较高的录像清晰度

    　　尽管MPEG4从标准指定之处是瞄准在低带宽上的音视频解决方案，但是它独特的压缩方式同样也适合CIF或更高清晰度（768*576、640*480）的视频压缩，这样它就有效突破了MPEG1最大清晰度CIF（352*288）限制，获得更好的视频压缩质量。　　

    　　在银行柜员制监控中可以得到更好的应用。MPEG1受最高清晰度和存储容量的限制，很难设定较小的压缩比获取较高质量的图像，在柜员制点钞过程中，钞票的图像还是比较模糊，利用MPEG4应有很大的改善，同时MPEG4基于AV对象压缩的模式也决定了它对运动物体可以保证较好的录像清晰度。　　

    　　尤其随着计算机CPU和视频专用DSP芯片处理能力的大幅度增强，目前出现了一种向高端D1（768*576）格式清晰度发展的趋势，图象清晰度明显增高，同时硬盘容量的不断增大、价格不断降低，也客观提供了合适的存储媒介，可以满足目前金融系统1个月的录像存储要求。　　

    　　2.3.3录像帧率可调

    　　相信很多用户对于MJPEG帧率可调的使用方式非常熟悉，也有很多客户会提出能否降低MPEG1帧率获取更长录像时间的要求。MPEG4可以非常容易的实现这个功能。与MJPEG方式有什么不同呢?想想看吧，使用了高压缩比的MPEG4算法，又结合丢帧功能，硬盘的使用空间将降低到什么程度！MPEG4的优越性可以更加好的体现出来。现在你可以将MPEG1与MJPEG优点都集合起来啦，在同一台DVR上，可以对柜员制摄像机设置为25帧/秒的录像帧率，对ATM、保安监控摄像机设置为1~25帧/秒的录像帧率啦！　　

    　　尤其目前金融等专业客户已经意识到以前的要求每秒25帧的录像能力，在实际应用中意义是不大的，从国外的DVR应用状况来看，不是非常特别的场合，通常每秒10帧左右的录像能力就已经能够满足实际应用的要求！因此采用D1高清晰度录像格式，同时对录像的场景进行合理的分析，采用帧率可调的方式，可以有效的满足实际的需要，同时降低系统的负荷和减少对硬盘容量过于苛刻的要求。　　

    　　2.3.4网络传输

    　　MPEG4优越的视频压缩方式，也决定了其在低带宽网上具有优秀的表现。在中国实际应用场合，网络应用环境还远不能国外相比，尤其在银行系统，不可能花昂贵的租金去申请一条1M的DDN线路用于每个网点的远程监控，可以被广泛利用的只有ISDN（综合业务数字网<128K）和PSTN（公共普通电话线网<64K）。如何在如此低的带宽上传输视频，正是MPEG4大显身手的地方。目前在低带宽上传输活动视频的另一个解决方案就是采用H.263通讯标准，尽管H.263也具有较高的压缩比，但是图像质量差于MPEG4。　　

    　　我们根据MPEG1、MPEG4、H.263几种标准，在普通电话线路上、宽带网上传输视频测试结果如下：

    　　采用CIF（352*288）格式　　

    　　网络类型 MPEG1 H.263 MPEG4 　　

    　　PSTN普通电话线无法传输 5~9帧/秒图像质量较差 5~15帧/秒图像质量好　　

    　　LAN局域网 25帧/秒需500Kbits带宽 25帧/秒需256Kbits带宽 25帧/秒需256Kbits带宽　　

    　　3、嵌入式DVR技术剖析

    　　嵌入式DVR（embed-DVR）和传统的DVR（PC-based DVR）体系完全不相同。

    　　典型的嵌入式DVR体系结构：

    　　ARM（CPU）+DSP视频处理芯片+RTOS嵌入式操作系统

    　　典型的PC-based DVR体系结构

    　　CPU（X86）+PCI视频压缩板卡+WINDOWS操作系统

    　　客观的说嵌入式DVR和PC-DVR在视频压缩、存储、网络传输、检索、报警控制等DVR典型功能上并无根本性的差别，主要是采用了嵌入式的方案设计可以在成本、稳定性、可操作性、可维护性上有根本的突破，同时嵌入式操作系统的软件往往免费或非常便宜，同WINDOWS操作系统相比有着无可比拟的优势。　　

    　　所谓嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器／微处理器、存储器及外设器件和I／O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。有时设计人员会把这两种软件组合在一起。嵌入式操作系统可以广泛应用于PDA、掌上电脑、手机、信息家电（网络冰箱、机顶盒）等嵌入式设备。嵌入式操作软件及其应用软件的共同特点是：

    　　1. 软件要求固化存储在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储于磁盘等载体中；

    　　2. 软件代码的高质量、高可靠性；

    　　3. 系统软件的高实时性和多任务操作要求。　

    　　典型嵌入式DVR操作系统介绍

    　　Windows CE

    　　Microsoft Windows CE是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对于从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。操作系统的基本内核需要至少200K的ROM。　　

    　　Windows CE 主要用于PDA，界面优美，功能强大，程序移植性好，但在国内嵌入式DVR领域没有介入。　

    　　VxWorks

    　　VxWorks是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统。它支持多种处理器，如x86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS RX000、POWER PC等等。大多数的VxWorks API是专有的。采用GNU的编译和调试器。　　

    　　Vxworks被广泛应用与要求最高的军用场合，功能强大、开发便利，但由于版权和价格问题，在国内嵌入式DVR领域使用较少。　　

    　　pSOS

    　　ISI公司已经被WinRiver公司兼并，现在pSOS属于WindRiver公司的产品。这个系统是一个模块化、高性能的实时操作系统，专为嵌入式微处理器设计，提供一个完全多任务环境，在定制的或是商业化的硬件上提供高性能和高可靠性。可以让开发者根据操作系统的功能和内存需求定制成每一个应用所需的系统。开发者可以利用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的、网络化的多处理器系统。　

    　　目前国内部分嵌入式DVR开发厂商采用了基于Philips Tremedia1301(DSP+CPU)+pSOS操作系统的结构。　　

    　　Palm OS

    　　3Com公司的Palm OS在PDA市场上占有很大的市场份额，它有开放的操作系统应用程序接口（API），开发商可以根据需要自行开发所需要的应用程序。　　

    　　 Linux

    　　经过几年的发展，Linux技术和产品日趋成熟，有越来越多的公司了解Linux的优点，而选用Linux作为主要的平台，安全监视(Surveilliance)应用亦不例外。Linux以其独特的特性，已经深入数位影像监控市场多时；其可针对不同硬体设备(PC或单晶片)与数位影像监控应用需求而量身订制，不仅可免去制式系统的复杂度，并可有效减少对硬体资源的需求；为了有效降低数位影像监控、安全管理系统的整体运作成本，Linux作业系统应是最适当的选择。以下简述Linux所具备的特性∶

    　　1. Linux提供多人使用(Multiuser)、多工(Multitask)的完整作业环境，只要很少的硬体支援，便能在多种不同电脑设备(或是单晶片)上运作。　

    　　2. Linux具备高解析度与优秀的图形介面(GUI)，大幅提升数位监控系统应用的亲和力。　　

    　　3. Linux完全免费，可任意在网路上下载、复制、使用，同时它的程式码也完全公开，可以任意开发、更改。这样的特点使得全世界已超过千万人使用Linux，更由於许多厂商投入开发核心程式、发展相关软体以及硬体周边驱动程式，使Linux功能和完整性日益壮大。　　

    　　4. Linux本身开放性的架构与弹性(Scalable)设计，可针对数位影像监控应用量身订作，去除与监控无关的多馀功能，在提升系统效能的同时，也减少了出问题的机率。　　

    　　5. Linux从头到尾即针对网路作业设计，可支援TCP/IP、WWW等多项国际标准，能迎合新一代DVR产品网际网路/通信网路连结的所有需求。　　

    　　由於数位影像监控系统是很专门的领域，其中又牵涉到大量I/O作业的影像撷取/储存以及CPU运算的影像压缩/解压缩，因此，为能满足每天24小时、每周7天的线上服务需求，以及有效减少整体作业营运的成本，除功能面的考量外，作业平台的选择亦十分重要。