IP視頻監視系統的視頻壓縮和數據流

2009/05/12

　　傳統模擬基系統的很多問(wèn)題正在影響數字基系統的向前發(fā)展。

　　IP視頻監視系統(VSIP)中，硬件處理的網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)量是相機的組成部分。這是因為由相機數字化視頻信號，而且為了克服網(wǎng)絡(luò )的帶寬限制，信號傳輸到視頻服務(wù)器前要進(jìn)行壓縮。異機種處理器架構，如DSP/GPP，是達到最大系統性能所希望的。中斷密集任務(wù)，如視頻捕獲、存儲和視頻流可分配到GPP，而MIPS密集視頻壓縮由DSP完成。數據傳輸到視頻服務(wù)器后，服務(wù)器以文件形式存儲壓縮的視頻流到硬盤(pán)，這樣可克服模擬存儲器件傳統的性能退化。

　　為數字視頻信號壓縮已開(kāi)發(fā)了各種各樣的標準，可歸納為以下兩類(lèi)：

　　靜止圖像壓縮—獨立地編碼每個(gè)視頻幀做為一個(gè)靜止圖像。最著(zhù)名的標準是JPEG。MJPEG標準用JPEG算法編碼每個(gè)幀。

圖1 H.264編碼器框圖

　　圖1示出H.264編碼器框圖。類(lèi)似于其他ME基視頻編碼標準，它靠宏單元(16×16像素)處理每個(gè)幀宏單元(macroblockMB)。它有一個(gè)前向通路和重建通路。前向通路編碼幀為位。重建通路從編碼位產(chǎn)生1個(gè)參考幀。

　　在前向通路(DCT到Q)中，每個(gè)MB可以以?xún)饶Ｊ交蚪换ツＪ骄幋a。在內模式中，靠ME模塊在先編碼中求得參考MB。在交互模式中，從現在幀采樣中形成M。
　　
　　重建通路(IQ到IDCT)的目的是確保編碼器和譯碼器作相同的參考幀來(lái)產(chǎn)生圖像。另外，編碼器和譯碼器之間的誤差將累積。

　　由于時(shí)序視頻幀往往包含很多相關(guān)信息，所以ME基方法可以達到較高的壓縮比。例如，對于NTSC標準分辨率(30f/s)，H.264編碼器可以在2mbps編碼視頻，達到60:1壓縮比的比均圖像品質(zhì)。為了達到類(lèi)似的品質(zhì)，MJPEG的壓縮比大約為10：1~15：1。

　　MJPEG與ME基方法相比有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。最主要的優(yōu)點(diǎn)，JPEG需要相當少的計算和功耗。另外，大多數PC所具有的軟件能譯碼和顯示JPEG圖像。在單個(gè)圖像或少量圖像記錄一個(gè)特殊事件(如某人步入門(mén)口)時(shí)MJPEG也更有效。假若不可能保證網(wǎng)絡(luò )帶寬，則優(yōu)先選用MJPEG。采用ME基方法，1個(gè)幀的延遲/丟失將導致整個(gè)GOP的延遲/丟失，這是因為下1幀將不被譯碼直到先參考幀可用時(shí)為止。

　　在典型的數字監視系統中，從傳感器捕獲視頻、壓縮視頻、然后數據流到視頻服務(wù)器。不希望中斷在DSP架構上實(shí)現的視頻編碼器任務(wù)，這是由于每個(gè)前后關(guān)系開(kāi)關(guān)轉換包含大量寄存器存儲和超高速緩沖存儲器開(kāi)關(guān)。因此，異機種架構是理想的，這樣視頻捕獲和數據流任務(wù)可以脫載DSP。下面說(shuō)明用在視頻監視應用中的DSP/GPP處理器實(shí)例。

　　DSP/GPP SoC基系統中實(shí)現數字視頻信號壓縮時(shí)，開(kāi)發(fā)人員首先應該適當地分配功能模塊來(lái)實(shí)現良好的系統性能。

　　EMAC驅動(dòng)器、TCP/IP網(wǎng)絡(luò )棧和HTTP服務(wù)器(與流到外部的壓縮視頻信號工作在一起)、和ATA驅動(dòng)器都應該在A(yíng)RM中實(shí)現，這有助于脫載DSP處理。壓縮應在DSP芯核中實(shí)現，這是由于其VLIW架構處理這類(lèi)計算密集任務(wù)是特別好的。

　　一旦經(jīng)過(guò)處理器的視頻輸入口從相機捕獲視頻幀，則由執行視頻編碼器任務(wù)對原始視頻進(jìn)行壓縮，然后把壓縮的視頻存儲到板上硬盤(pán)中。

　　在現場(chǎng)應用的這種系統中，可以用PC監視實(shí)時(shí)視頻景物，這是靠檢索視頻服務(wù)器中的數據流和譯碼、顯示數據流在監視器上。在這種情況下，通過(guò)Internet可以在板上檢索1個(gè)編碼的JPEG圖像文件。在單個(gè)PC上可以監視多個(gè)數據流。也可以從網(wǎng)絡(luò )的多點(diǎn)同時(shí)監視數據流。不同于傳統模擬系統，VSIP中央辦公室可以通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò )連系視頻服務(wù)器并可物理定位網(wǎng)絡(luò )中的任何地點(diǎn)。此時(shí)失效的單點(diǎn)變成數碼相機，而不是中央辦公室。也可以動(dòng)態(tài)配置JPEG圖像的品質(zhì)。

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