基于解码矩阵的网络视频监控系统设计

【 摘 要 】 针对当前网络视频监控系统具有的功能不能满足特殊现场需求的问题，设计了一种可以将监控画面直接在电视墙上显示、具有解码软矩阵的网络视频监控系统。系统包括网络视频预览模块和软矩阵解码模块，采用了H.264编解码算法对网络视频进行处理，RTP/RTCP流媒体传输协议进行传输。总体来说，本文所设计的网络视频监控系统，具有价格低、性能强、通用性好以及扩展能力强等优点。

【 关键词 】 视频监控；解码矩阵；RTP/RTCP协议

The Design of Network Video Monitoring System Based on Decoding Matrix

Xu Chang

（TongJi University Shanghai 200092）

【 Abstract 】 The aim of the paper is to deal with the problem of not meeting the requirements for the video supervising system in industrial site, the paper designs a network video monitoring system which has the decode soft matrix and could display videos onto the television-wall directly. The system contains network video displaying module and decoding soft matrix module, and uses H.264 to encode and decode the video and RTP/RTCP to transmit the video. All in all, the network video monitoring system owns advantages of low price, strong performance, high universality and good extensibility.

【 Keywords 】 video supervising；decoding soft matrix；RTP/RTCP

0 引言

目前，视频监控系统在人们生产、生活的各个方面发挥作用。其发展经历了第一代的全模拟系统，到第二代部分数字化的系统, 再到第三代完全数字化的系统（网络视频服务器）三个阶段的发展演变。

基于嵌入网络服务器的数字视频系统把摄像机输出的模拟视频信号通过嵌入式视频编码器直接转换成IP数字信号。嵌入式视频编码器具备视频编码处理、网络通信、自动控制等强大功能，直接支持网络视频传输和网络管理，使得监控范围达到前所未有的广度。由于此种监控系统的硬件是一个同处理器以及操作系统捆绑非常紧密、功能专一、特定设计的独立设备，不像插卡系统那样受通用计算机系统中其它软件硬件的影响，因此性能上更加稳定，且便于安装、维护，易于实现系统的模块化设计，满足后续管理、维护的需求。

本文基于软解码矩阵实现了一种网络视频监控系统，降低了设备成本，同时很好地兼顾了性能。

1 系统采用的关键技术

1.1 H.264视频编解码技术

H.264编码算法是一种高性能的视频编解码技术。H.264是在MPEG-4技术的基础之上建立起来的，其编解码流程主要包括5个部分：帧间和帧内预测、变换和反变换、量化和反量化、环路滤波、熵编码。H.264 最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。

1.2 RTP/RTCP流媒体传输协议

数字视频信息传输的主要协议，包括实时传输协议RTP(Real Time Protocol)、实时传输控制协议 RTCP(Real Time Control Protocol)等协议。

RTP协议是针对Internet上的多媒体数据流的一种传输协议。该协议可基于多播或者单播网络提供端到端的网络实时数据传输，为实施数据传输提供时序重构、帧遗失检测、数据安全等多种服务。

RTP通常使用UDP来传输数据。RTP本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务。通常RTP算法并不作为一个独立的网络层来实现，而是作为应用程序代码的一部分。

实时传输控制协议RTCP和RTP以其提供流量控制和拥塞控制服务。在RTP会话期间，各参与者周期性的传输RTCP包。RTCP包中包含已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，服务器可以利用这些信息动态的改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。RTP和RTCP配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因此特别适合传送网上的实时数据。

RTP的数据传输是无连接、无差错控制的报文传输。RTCP是RTP协议中的控制协议，它单独运行在底层协议上。RTCP是指接收方向发送方发送的报文，它负责监视网络服务质量、通信带宽以及网上传送的信息，并将其通知给发送端。

2 系统设计与实现

系统采用传统的C/S模式，由于采用嵌入式视频服务器，所以服务器端不需要设计，只需要设计客户端软件。系统主要分为两个部分进行设计：网络视频预览和解码矩阵。软件系统在启动时还要进行初始化工作，所以还要有软件的初始化程序设计。

2.1 系统初始化

系统初始化流程如图2所示，BOOL CNewclientDlg::OnInitDialog()函数是程序的初始化函数。SERVER_INFO[][]和IP_INFO[][]，是系统在运行时声明的2个数组。这2个数组分别是服务器信息结构体数组和解码器信息结构体数组。函数调用时首先初始化这两个结构体数组：服务器名为空，通道数为-1，端口号8000，服务器ID为-1；解码器的状态为非解码状态，状态信息为空，解码器ID为-1，所有解码器信息的服务器ID、通道数、服务器数为-1，服务器端口为 8000，是否选中解码为否。以上初始化值为程序运行开始的默认值，当读取配置文件后或配置服务器后以文件内容或配置内容改变其各项值。