車載無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)介紹

L1監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展階段

視頻監(jiān)控系統(tǒng)一直是監(jiān)控領(lǐng)域中的熱點(diǎn)，它以直觀、方

便、信息內(nèi)容豐富而在各個(gè)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，視頻監(jiān)控系

統(tǒng)的發(fā)展與電子、通信的發(fā)展息息相關(guān)，就其發(fā)展的階段看,

主要經(jīng)歷了以下階段：

1.1.1模擬傳輸?shù)囊曨l監(jiān)控系統(tǒng)

在20世紀(jì)90年代初及其以前，主要是以模擬設(shè)備為主

的閉路監(jiān)控系統(tǒng)，稱為第一代視頻監(jiān)控系統(tǒng)，即模擬視頻監(jiān)

控系統(tǒng)。這種基于模擬圖像的視頻監(jiān)控系統(tǒng)從電視機(jī)、攝像

機(jī)誕生的那天，就已經(jīng)誕生。其視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像機(jī)、

視頻切換矩陣、監(jiān)視器、錄像機(jī)等組成，通過(guò)視頻線、控制

線連接，主要用于安保、生產(chǎn)管理場(chǎng)合。其特點(diǎn)是模擬視頻

信號(hào)傳輸，傳輸距離有限，安全性較差，監(jiān)控方式單一，難

以集中管理。

1.1.2本地硬盤錄像監(jiān)控系統(tǒng)

20世紀(jì)90年代中期，隨著計(jì)算機(jī)處理能力的提高和視

頻技術(shù)的發(fā)展，人們利用計(jì)算機(jī)的高速數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)行視

頻的采集和處理，從而大大提高了圖像質(zhì)量，增強(qiáng)了視頻監(jiān)

控的功能。這種基于多媒體計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)稱為第二代視頻監(jiān)

控系統(tǒng)，即模擬輸入與數(shù)字壓縮、顯示和控制系統(tǒng)。因?yàn)楹?/p>

心設(shè)備是數(shù)字設(shè)備，因此可以稱為數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

這類視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像機(jī)、各類采集設(shè)備、PC

機(jī)/工控機(jī)、采集卡、視頻壓縮卡、通信接口卡、PC監(jiān)控設(shè)

備、錄像機(jī)（模擬或數(shù)碼）等組成，依賴丁?通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成整

個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)c采用計(jì)算機(jī)作為硬件平臺(tái)，WINDOWS操

作系統(tǒng)+應(yīng)用軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。但眾所周知，無(wú)論P(yáng)C機(jī)還是

工控機(jī),都比較容易死機(jī),不易于7*24小時(shí)使用；WINDOWS

操作系統(tǒng)作為一個(gè)普通個(gè)人用操作系統(tǒng)，現(xiàn)在面臨著系統(tǒng)及

其不穩(wěn)定，安全漏洞太多，容易被黑客利用。另外這種方式

存在功耗大、環(huán)境適應(yīng)能力差等缺點(diǎn)，目前也面臨被淘汰的

境況。

1.1.3第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)——網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)

到了20世紀(jì)90年代末特別是近幾年；隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬、

計(jì)算機(jī)處理能力和存儲(chǔ)容量的迅速提高，以及各種實(shí)用視頻

信息處理技術(shù)的出現(xiàn)，視頻監(jiān)控進(jìn)入了全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)時(shí)

代，稱為第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)，即數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化視頻監(jiān)

控系統(tǒng)。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，以智能實(shí)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。第三代系統(tǒng)的核心

技術(shù)有兩個(gè)，?個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的發(fā)展和普及；二是視頻編

解碼壓縮技術(shù)的發(fā)展。

其中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)從初期的因特網(wǎng)普及到寬帶入戶、到現(xiàn)在

的3G無(wú)線寬帶接入，網(wǎng)絡(luò)帶寬條件越來(lái)越好、網(wǎng)絡(luò)接入越

來(lái)越方便。

圖1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡(jiǎn)單示意圖

第三代視頻監(jiān)控領(lǐng)域，集中了多媒體技術(shù)、數(shù)字圖像處

理及遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)茸钚录夹g(shù)。不僅僅可以解決圖像傳輸、

遠(yuǎn)程控制、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集等監(jiān)控功能，還可提供高質(zhì)量的監(jiān)

控圖像和便捷的監(jiān)控方式。第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般基于

TCP/IP架構(gòu)，符合通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。嵌入式系統(tǒng)所有硬件

軟件全都采用專業(yè)設(shè)計(jì)、具備專業(yè)的制造工藝。在編解碼方

面，采用專用的高速DSP處理芯片，系統(tǒng)軟件采用穩(wěn)定性最

高的實(shí)時(shí)專用操作系統(tǒng)，因此具有功能最強(qiáng)大、可靠性最高、

功耗小、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、軟件的擴(kuò)展升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn)，具

有非常廣泛而靈活的應(yīng)用。

1.2視頻編解碼技術(shù)的發(fā)展

當(dāng)我們將視頻和音頻模擬信號(hào)進(jìn)行采樣并分別進(jìn)行模

擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，將這些視頻、音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成為數(shù)字化的

信息流。但這些數(shù)據(jù)流是不能直接進(jìn)行傳送和存儲(chǔ)。因?yàn)槲?/p>

經(jīng)壓縮的模擬視頻和音頻數(shù)據(jù)需要非常大的存儲(chǔ)容量才能

存儲(chǔ)。例如；用PAL制式采集的視頻信號(hào)在一般清晰度時(shí)要

求25幀/秒、352x288像素/幀，彩色位圖圖像每像素占用空

間24bit,則該數(shù)據(jù)流速度為352x288x25x24=60825kbit/so

顯然這樣龐大的數(shù)據(jù)流對(duì)大多數(shù)傳輸線路來(lái)說(shuō)是無(wú)法承受

的，而且也是難以存儲(chǔ)的。

要進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，大量的視頻數(shù)據(jù)就需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行

傳輸，這就需要在數(shù)據(jù)傳輸之前進(jìn)行編碼壓縮以減少數(shù)據(jù)

量。從視頻壓縮編碼技術(shù)來(lái)看，新一代的基于對(duì)象的編碼標(biāo)

準(zhǔn)MPEG-4/H.264目前是實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻圖像編解碼、壓縮、傳

輸?shù)冗^(guò)程最適宜的編解碼技術(shù)。

首先和傳統(tǒng)的MPEG-1、MPEG-2和H.263相比，在交

互性、抗誤碼性和壓縮比上都具有巨大的優(yōu)勢(shì)。在交互性方

面，MPEG-4/H.264采用的是基于對(duì)象的編碼，便于操作和

控制對(duì)象；在抗誤碼性方面，MPEG-4/H.264提供了強(qiáng)壯性

和可擴(kuò)展性，并且對(duì)其誤碼恢復(fù)技術(shù)(包括再同步，數(shù)據(jù)恢

復(fù)和錯(cuò)誤隱藏)都進(jìn)行了優(yōu)化；在壓縮方面，由于采用了基

于對(duì)象的編碼方式，使得在編碼過(guò)程中能夠考慮到人對(duì)圖像

信息的主觀感受以及人眼的視覺(jué)神經(jīng)特性，給人們感興趣的

對(duì)象分配較多的碼率，而一些諸如背景等人們感覺(jué)遲緩的對(duì)

象分配較少的碼率，從而大大提高壓縮率。

MPEG-4/H.264在圖像質(zhì)量、錄像存儲(chǔ)容量、網(wǎng)絡(luò)傳輸、

對(duì)圖像可以進(jìn)行交互操作等方面都具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

(1)圖像質(zhì)量方面，MPEG-4/H.264能實(shí)現(xiàn)

QCIF\CIF\2CIF\4CIF的顯示分辨率，圖像傳輸、時(shí)延較小，

只有250毫秒左右，真正實(shí)現(xiàn)低帶寬、高清晰、交互性強(qiáng)的

視頻會(huì)議。在帶寬條件有限的情況下，采用CIF或者QCIF

的顯示分辨率，能夠確保圖像的穩(wěn)定傳輸；在帶寬條件富裕

的情況下，可以進(jìn)一步提供圖像清晰度高、動(dòng)態(tài)特性更豐富

的視頻會(huì)議系統(tǒng)。而出現(xiàn)于1990年代早期的

H.261\H.263\H.263+只能實(shí)現(xiàn)CIF（相當(dāng)于VCD）畫質(zhì),

MPEG-2也具備實(shí)現(xiàn)Qcir\cir\2cir\4cir的顯示分辨率能

力，但達(dá)到4CIF需要6M的帶寬，而且時(shí)延較大，單程時(shí)延

達(dá)到600-800毫秒。下面是不同編解碼技術(shù)的在圖像、時(shí)

延等方面的一個(gè)比較表：

國(guó)際標(biāo)H.26DH.263系

MPEG-2MPEG-4/H.264

準(zhǔn)列

QCIF,CIFQCIF/CIF/2CIF/QCIF/CIF/2CIF/4C

分辨

相當(dāng)于VCD水4CIF相當(dāng)于DVDIF

率

平水平相當(dāng)于DVD水平

碼

N*64K1.5M-15M64K-8M

率

動(dòng)態(tài)特

半動(dòng)態(tài)全動(dòng)態(tài)全動(dòng)態(tài)

性

較高，2M碼率

編碼效高，2M碼率下，

低下，

率達(dá)到4CIF分辨率

達(dá)到2CIF分辨率

較大，

時(shí)較小，

較小單程時(shí)延600毫

延單程時(shí)延250毫秒

秒

高清晰度視頻應(yīng)用

適用范

傳統(tǒng)視頻應(yīng)用廣播電視傳送網(wǎng)絡(luò)視頻，流媒體

圍

應(yīng)用

⑵存儲(chǔ)空間得到節(jié)省。在優(yōu)勢(shì)最明顯的存儲(chǔ)容量方面,

采用MPEG-4/H.264的視音頻全同步錄像所需的硬盤空間約

為相同圖像質(zhì)量的MPEG-1或M-JPEG所需空間的1/10,此

外，MPEG-4/H.264因能根據(jù)場(chǎng)景變化自動(dòng)調(diào)整壓縮方法，

故對(duì)靜止圖像、一般運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景、劇烈活動(dòng)場(chǎng)景均能保證圖像

質(zhì)量不會(huì)劣化。

⑶在網(wǎng)絡(luò)傳輸方面，可以被廣泛利用的帶寬一般都在

2M以下，在如此低的帶寬上傳輸視頻，正是MPEG-4/H.264

大顯身手的地方c目前在低帶寬上傳輸活動(dòng)視頻的另一個(gè)解

決方案就是采用H.263標(biāo)準(zhǔn)，盡管H.263也有較高的壓縮比,

但是圖像質(zhì)量要差于MPEG-4/II.264,特別使在動(dòng)態(tài)特性方

面的表現(xiàn)相當(dāng)欠缺。

(4)糾錯(cuò)能力方面，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸有誤碼或丟包現(xiàn)象時(shí)，

MPEG-4/H.264受的影響很小并且能夠迅速恢復(fù)；如在誤碼

達(dá)到1%時(shí)，MPEG-1已經(jīng)無(wú)法播放，而MPEG-4/H.264只會(huì)

有輕微的邊緣模糊；再如當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸由瞬間丟包現(xiàn)象時(shí)，

MPEG1恢復(fù)至少需要10多秒，而MPEG4只需要1?3秒；

因此MPEG-4/