视频监控系统的H.264算法优化设计

[摘要]随着嵌入式处理器视频处理性能的提升，基于高性能嵌入式处理器设备的视频监控方案得到广泛应用。文章结合H.264视频压缩算法，提出了一个高清视频监控方案，通过RAM11处理器提高视频的压缩效率，并且采用信道失真算法来保证视频传输效率和提高视频质量。通过模块化的系统，来实现系统的最优化，降低了系统的搭建成本和复杂性，有利于减少器件损坏带来的威胁。

[关键词]无线视频；H.264；ARM11；信道失真算法

中图分类号：TP39

文献标识码：A

文章编号：1006-0278（2013）04-176-01

如何高效在运用有限的空间内尽可能的得到更多的信息，并且能够保证内容的不变与能够保证一定的视频质量，随着视频编码技术迅速发展，ITU和ISO/IEC联合研究并制定了H.264编码标准，采用基于块的混合编码方法，在同等压缩质量情况下，压缩输出率大约为原来MPEG-4标准的1/2。H.264标准是无线传输系统的首选的视频压缩标准。文章通过对比，提出了基于H.264算法的视频压缩视频方案，为构建多媒体视频通信系统提供视频采集与传输的通信终端。

一、系统基本构架

基于H.264标准的无线视频传输平台由视频采集，视频压缩，视频传输组成。要求能与PC进行通信，可与因特网连接，并可以利用无线网络传输数据。系统总体分为三个部分：视频采集模块、无线模块和接收显示模块。系统利用了模块的搭建模式，降低了无线视频监控系统的搭建成本和复杂性，有利于减少零散设备部件的损坏带来的系统的崩溃的威胁，降低了系统平台的构建难度，优化了系统的总体功能。

二、硬件设计

视频采集模块主要由摄像头与视频处理设备组成，通过摄像头来采集视频，通过视频处理器，把原始的视频信号按照频编码标准进行编码，以备传输。本系统采用RAM11处理器的嵌入式系统来接收视频，用三星公司的S3C64110芯片为主控芯片，内部主控部分采用RAM11，集成了存储器、USB控制器以及LCD控制器等设备；其中S3C64110芯片采用65nm制程，还集成多媒体加速内核，来实现对JPEG格式图片的解码，从而提高图片的处理能力。接收系统的视频接收器配备Marvell8636，通过接口与系统的连接，把经过压缩的视频数据通过转换VGA信号，最终传输到电脑。

建立无线视频传输系统主要分为两部分：

1 PDA服务器：视频序列经服务器PDA终端的H.264编码器模块进行视频编码压缩，再经RTP/UDP网络模块进行数据包封装，最后经WiFi模块传入无线网络中。

2 PDA客户端：把WiFi模块接收视频数据包，经RTP/UDP网络模块进行数据包解析，码流经过H.264解码器进行解码，最后播放显示模块将解码的视频序列在屏幕上进行播放。

三、软件设计

文章利用ARM11进行H.264算法进行视频的压缩，能够有效的提高视频的压缩效率。其中H.264的编解码流程主要包括：帧间和帧内预测（Estimation）、变换（Transform）和反变换、量化（Quantization）和反量化、环路滤波（LoopFilter）、熵编码（Entropy Coding）。在网络通信模块上，本设计的视频传输系统所采用的网络为无线局域网络，无线移动终端（即PDA）通过IEEE 802.11b协议接入无线接入点。采用载波侦听的方式来控制网络中信息的传送，带宽最高可达11Mb/s，完全可以满足视频通信的需要。

（一）网络通信模块

对于网络通信模块，RTP能很好地保证视频实时传输问题，同时还解决了发送端与接收端的同步问题。在发送RTP包的时候，每发送一个RTP包，序列号就会自动加一，初始值随机取，接收端根据接收到的RTP包的序号，重新排列包顺序，并判断是否丢包。时间戳则记录了该包中第一个字节的采样时刻。

（二）JPEG图像压缩算法

JPEG图像压缩的主要流程，输入图像被分成8*8的图像，经过DCT变换后，其低频分量集中在左上角，高频分量分布在右下角。由于低频分量包含了图像的主要信息，因此高频分量就显得不那么的重要，可以将其忽略，从而达到压缩的目的。而在编码过程中，如何使低频分量先出现，高频分量后出现，在这里我们采用的是“7”（zig-zag）字形的排列方法。JPEG使用的颜色是YUV格式，（Y为采用的细量化、UV采用的是粗量化，可以进一步提高压缩比）。

四、结语

文章提出了基于H.264算法的视频压缩视频方案，结合RAM11处理器有效的提高视频的压缩效率，并且采用信道失真算法提高视频传输效率和视频质量。通过实验与仿真，有效的避免了由于图像失真出现的模糊与图像丢失等问题，达到了预先设定的测试目标。在监控、防盗上有一定的使用价值。