淺析移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻信息疊加和傳輸處理

劉春林，王凌云

（凱里學(xué)院，貴州 凱里 556011）

淺析移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻信息疊加和傳輸處理

劉春林，王凌云

（凱里學(xué)院，貴州 凱里 556011）

當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)正快速發(fā)展，移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，隨著視頻監(jiān)控被越來越多人認(rèn)可和接受，移動(dòng)視頻監(jiān)控已經(jīng)成了現(xiàn)階段監(jiān)控領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，所以對(duì)視頻信息疊加及傳輸處理進(jìn)行分析意義重大?；诖?，文章主要針對(duì)該領(lǐng)域的相關(guān)問題進(jìn)行了簡要的分析和探討，供大家參考。

移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)；視頻信息疊加；傳輸處理

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的安全防范意識(shí)也在不斷加強(qiáng)，對(duì)自己的生活、工作環(huán)境安全度的要求逐漸升高。移動(dòng)視頻監(jiān)控屬于安防領(lǐng)域的一部分，近年來也得到了快速發(fā)展。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，2010—2011年，市場中視頻監(jiān)控的規(guī)模以10%的速度上漲，當(dāng)前商場、企業(yè)及學(xué)校等國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域已經(jīng)開始廣泛使用視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻數(shù)據(jù)的傳輸處理是移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，通過對(duì)移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行合理利用，在視頻數(shù)據(jù)傳輸與處理技術(shù)的幫助下可以為人們提供動(dòng)態(tài)的可監(jiān)控畫面。

1 移動(dòng)視頻監(jiān)控覆蓋的領(lǐng)域

1.1 智能交通與車載監(jiān)控

近年來移動(dòng)視頻監(jiān)控在車載監(jiān)控領(lǐng)域中發(fā)揮了巨大作用，在移動(dòng)視頻監(jiān)控的影響下車載監(jiān)控系統(tǒng)沿著普通監(jiān)控市場方向發(fā)展，以前移動(dòng)視頻監(jiān)控就是孤立的設(shè)備，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為非常強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，整個(gè)行業(yè)的發(fā)展速度也不斷加快。人們將移動(dòng)視頻監(jiān)控和車載系統(tǒng)結(jié)合起來，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)路面道路情況的實(shí)時(shí)掌握和了解，這樣就可以及時(shí)作出反應(yīng)，清除路面上的堵車、交通事故等道路情況。除此之外，災(zāi)情現(xiàn)場探查車輛方位監(jiān)控以及事故責(zé)任認(rèn)定等都能通過移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行判定。

1.2 手機(jī)瀏覽設(shè)備

在4G背景下利用手持終端可以實(shí)時(shí)查看前端監(jiān)控設(shè)備發(fā)送來的監(jiān)控圖像，對(duì)家庭的安全情況進(jìn)行實(shí)時(shí)查看。

1.3 視頻采集的無線上傳設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、視頻服務(wù)器等都是該領(lǐng)域的主要產(chǎn)品，這些產(chǎn)品共有兩個(gè)技術(shù)上的難點(diǎn)：其一，從整體來看現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)存在帶寬不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳輸只有滿足網(wǎng)絡(luò)傳輸需要才能正常運(yùn)行；其二，隨著空間的不斷縮小，必須不斷優(yōu)化視頻數(shù)據(jù)壓縮算法才能正常工作，這種情況下要求編碼器壓縮效率不斷提高，以此保證視頻數(shù)據(jù)的順利傳輸。

2 移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻信息疊加

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

系統(tǒng)主要有4個(gè)組成部分，分別是傳輸網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)前端、服務(wù)器和移動(dòng)終端。傳輸網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)；移動(dòng)前端是作為整個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，必須按照無線網(wǎng)絡(luò)布置對(duì)自身地理位置進(jìn)行合理調(diào)整，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中，移動(dòng)前端對(duì)音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和壓縮，然后將數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸給服務(wù)器；系統(tǒng)中的服務(wù)器主要作用在于媒體數(shù)據(jù)與信息的轉(zhuǎn)發(fā)，并詳細(xì)記錄和管理設(shè)備信息，起到了串聯(lián)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的作用；移動(dòng)終端主要是指電腦與手機(jī)，利用移動(dòng)終端可以隨時(shí)對(duì)前端設(shè)備信息進(jìn)行查看，并按照附帶按鈕進(jìn)行操作，例如云臺(tái)控制、時(shí)間查詢等。

2.2 視頻信息疊加技術(shù)

該技術(shù)主要通過軟硬件方式將需要的信息與視頻圖像疊加，通過屏幕將信息顯示出來，這樣用戶就可以對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場情況進(jìn)行詳細(xì)的掌握，使管理更加方便。（1）點(diǎn)陣字模生成：在疊加圖像信息的過程中，首先需要獲得該字符的點(diǎn)陣字模，然后按照?qǐng)D像上點(diǎn)陣字模顯示的具體位置，將其位置映射到對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)上；（2）軟件疊加：首先將字符轉(zhuǎn)換成點(diǎn)陣字模，其次將比特位置映射到對(duì)應(yīng)位置，完成像素點(diǎn)與特定值的轉(zhuǎn)化。軟件方式的靈活性很強(qiáng)，代碼的可移植性也比較高，還具有可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，并且不需要額外投入硬件設(shè)備，從整體上來看需要的成本比較小。

2.3 疊加功能模塊的實(shí)現(xiàn)

2.3.1 硬件疊加實(shí)現(xiàn)

以TW2835疊加實(shí)現(xiàn)為例，不僅可以完成從四路模擬視頻信號(hào)到一路數(shù)字視頻信號(hào)的整合，同時(shí)還具有很強(qiáng)的OSD功能，利用該芯片可以對(duì)其OSD功能進(jìn)行開發(fā)，且不需要額外增加硬件線路設(shè)計(jì)。TW2835芯片共有鼠標(biāo)層、邊框?qū)印⒆址麑?、視頻層與2D邊框?qū)?，在視頻處理過程中要求上層圖像不能對(duì)下層圖像進(jìn)行覆蓋（除了顯示的內(nèi)容），所以視頻中疊加菜單、邊框與字符等內(nèi)容成為主要可以顯示的信息。

2.3.2 軟件疊加實(shí)現(xiàn)

因?yàn)榀B加字符量不大，同時(shí)字符重復(fù)率較高，還要對(duì)代碼的可移植性進(jìn)行兼顧，因此人們通常會(huì)選擇軟件疊加的方式。（1）時(shí)間疊加：從移動(dòng)終端時(shí)間系統(tǒng)中直接讀取時(shí)間信息，程序初始化，并結(jié)合疊加進(jìn)行信號(hào)判斷，如果是“0”則進(jìn)入到疊加線程中，如果是“1”就可以直接壓縮數(shù)據(jù)；（2）GPS信號(hào)疊加：在終端上安裝嵌入式設(shè)備，由這樣的嵌入式設(shè)備進(jìn)行GPS信息采集，在這些信息被傳送到服務(wù)器以后，由服務(wù)器進(jìn)行信息處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)終端的定位，與此同時(shí)，完成信息解析處理后需要將其用于GPS疊加功能的實(shí)現(xiàn)；（3）報(bào)警信號(hào)疊加：將移動(dòng)偵測功能打開，這樣任何移動(dòng)物體進(jìn)入到監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，都會(huì)觸發(fā)移動(dòng)偵測功能。為了更好地顯示出觸發(fā)狀態(tài)，一旦監(jiān)控區(qū)域中出現(xiàn)了移動(dòng)物體，畫面中就會(huì)添加警示信號(hào)，這樣就可以按照用戶的實(shí)際需求設(shè)置警示時(shí)間。

3 視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

由移動(dòng)終端壓縮采集的視頻數(shù)據(jù)，然后按照傳輸協(xié)議壓縮數(shù)據(jù)并發(fā)送，按照指令中的要求服務(wù)器可以直接將數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端，由客戶端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序處理和去馬賽克處理。RFC3984協(xié)議涉及兩方面：H.264協(xié)議、RTP傳輸協(xié)議，H.264數(shù)據(jù)格式中利用單元類型頭字節(jié)標(biāo)識(shí)NAL信息和數(shù)據(jù)源，擴(kuò)充的NAL類型與原有NAL類型不同，可以有效區(qū)分針對(duì)信息的內(nèi)容，包括單NAL包類型、聚合包類型與分片包類型3種類型。RTP是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，在互聯(lián)網(wǎng)中利用該網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議可以準(zhǔn)確地傳遞音頻與視頻，具體來說它共有包頭和負(fù)載數(shù)據(jù)兩部分，包頭中定義了很多信息段。由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境非常復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)有多徑效應(yīng)、不確定延時(shí)等問題，可能會(huì)造成一些不良后果，例如RTP包重新組合時(shí)會(huì)出現(xiàn)困難，其數(shù)據(jù)也可能會(huì)不完整。為了解決問題，接收端設(shè)計(jì)了緩存結(jié)構(gòu)，其中包含針對(duì)RTP進(jìn)行排序的功能。

H.264壓縮策略中，為了使壓縮比得到提高，需要對(duì)I幀、P幀進(jìn)行定義，從而利用相鄰統(tǒng)計(jì)信息，對(duì)運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行考慮，為其提供編碼。通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，由于存在多徑效應(yīng)和延時(shí)問題，可能會(huì)丟失部分?jǐn)?shù)據(jù)包，因此可能會(huì)在接收端出現(xiàn)問題，例如數(shù)據(jù)丟失問題，一旦出現(xiàn)了這樣的問題，將會(huì)在數(shù)據(jù)解碼時(shí)出現(xiàn)花屏現(xiàn)象，這種解碼時(shí)出現(xiàn)的花屏現(xiàn)象就是馬賽克出現(xiàn)的原因，按照H.264的特性來看，誤差的出現(xiàn)是具有一定特點(diǎn)的，其中最為明顯的特點(diǎn)就是傳遞性。此外，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)需要以RFC3984協(xié)議為主要依據(jù)，由于每個(gè)包的數(shù)據(jù)負(fù)載長度都是1 400，NAL包長度超過該值的情況下，則需要將其分割成不同包傳輸，這樣一來就大大增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟煌暾?，同時(shí)馬賽克現(xiàn)象的出現(xiàn)也會(huì)加重。實(shí)際發(fā)送分片包的過程中，去馬賽克問題非常復(fù)雜，H.264中主幀是無損壓縮的，經(jīng)過壓縮以后其數(shù)據(jù)量會(huì)非常大，這種情況下按照原來的方式發(fā)送會(huì)遇到困難，因此通常需要將其封裝成不同RTP包，然后才能實(shí)現(xiàn)順利發(fā)送，在這種情況下接收端主幀的完整性往往比較低，同時(shí)解碼以后圖像的馬賽克情況也更加嚴(yán)重一些。為了解決該問題又提出了丟包處理的方式，經(jīng)過丟包處理的圖像其圖像清晰度有明顯好轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著無線通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)前移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展尤為快速，以其輕便、靈活等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于學(xué)校、銀行等場所中，商業(yè)前景巨大。本文主要對(duì)移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻數(shù)據(jù)處理與傳輸實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析，具體介紹了移動(dòng)視頻監(jiān)控的應(yīng)用范圍，分析了目前該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，同時(shí)還涉及了一些重要的技術(shù)和原理，其中涉及了系統(tǒng)構(gòu)架和相關(guān)協(xié)議等，視頻信息OSD功能實(shí)現(xiàn)主要包括軟件和硬件兩種功能的實(shí)現(xiàn)，具體分析了利用軟件方法實(shí)現(xiàn)圖像信息疊加的方式，例如GPS信息、報(bào)警信號(hào)等，最后對(duì)H.264視頻數(shù)據(jù)傳輸處理進(jìn)行了闡述，根據(jù)RFC3984協(xié)議對(duì)RTP進(jìn)行封裝和傳輸，最終按照規(guī)則將數(shù)據(jù)組合成NAL包。

[1]周輝，葉樺，仰燕蘭.基于WebGIS與車載移動(dòng)視頻的智能車輛監(jiān)控系統(tǒng)[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（S1）：192-197.

[2]王玲，王超峰，鄭奎.基于ARM的蛋雞養(yǎng)殖場網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012（2）：186-191.

[3]張金剛，王書振，黃旻，等.移動(dòng)終端視頻監(jiān)控系統(tǒng)客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技導(dǎo)報(bào)，2012（25）：52-57.

[4]陳威兵，劉光燦，馮璐.基于3G網(wǎng)絡(luò)的車輛定位與視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2011（3）：600-602.

[5]陳亮，瞿輝，唐又林，等.高速公路視頻監(jiān)控在IOS移動(dòng)終端平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)[J].上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào)，2013（2）：33-37.

Analysis on video information overlay and transmission processing in mobile video surveillance system

Liu Chunlin, Wang Lingyun
（Kaili University, Kaili 556011, China）

With the rapid development of wireless network communication technology, the application range of mobile video monitoring system is gradually expanded. With the increasing popularity and acceptance of video surveillance, mobile video surveillance has become one of the hot spots in the feld of surveillance at this stage. So the analysis of video overlay and transmission are of great signifcance. Based on this, this article mainly carried on a brief analysis and discussion to this domain related question for reference.

mobile video surveillance system; video information overlay; transmission processing

項(xiàng)目名稱：4G技術(shù)在旅游景區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究；項(xiàng)目編號(hào)：黔東南科合J字（2016）004號(hào)。

劉春林