浅议嵌入式网络视频监控系统的设计与实现

摘　要：随着网络视频监控系统的广泛应用，嵌入式网络视频监控系统由于体积小、性能稳定邓特点，逐步受到广泛应用。本文首先介绍了视频编码技术标准、流媒体传输技术与嵌入式系统低功耗设计技术；最后，构建了低功耗的嵌入式网络视频监控系统。

关键词：嵌入式系统；流媒体；网络视频监控
一、引言
　　视频监控系统是一种防范能力较强的综合系统，属于安全防范系统组成部分。目前，视频监控广泛应用于多种场合。网络视频监控是集计算机、通信、网络及视频编解码等高新技术的整合产品。并且随着宽带网的普及，网络视频监控势必成为监控领域的新发展方向。随着技术不断创新发展，基于宽带技术的网络图像在网络视频监控中的运用越来越广泛。网络视频监控系统的发展方向是基于嵌入式技术的网络视频监控系统。该技术以嵌入式处理器与操作系统为基础，把视频的采集、压缩、传输集成到设备内，作为网络节点，连接到网络上，达到即插即看的效果。
二、视频编码技术标准
　　视频压缩是视频监控的核心技术，如视频数据不压缩，会占用网络带宽与存储空间。视频压缩通过去除信号时间和空间冗余度实现。目前，视频编码技术标准包括：1、JPEG标准，即静态图像数据压缩标准，主要用于静态图像保存；2、MPEG标准，主要用于视频存储、视频广播与视频流媒体。该系列标准属于多媒体技术标准，其中MPEG-1、MPEG-2属于第一代技术，基于像素图像编码方法；MPEG-4属于第二代技术，基于对象视频编码方法；3、H.26X标准。H.264由 ITU-T与ISO/IEC提出，用于支持网络视频会议与可视电话。
三、流媒体传输技术
　　1、流媒体技术原理。作为新兴的网络传输技术，流媒体技术基本原理：首先采用高效压缩算法对多媒体文件预处理，然后用流媒体传输协议进行传输。接收端通过解压设备对数据解压后，音视频数据就会显示出来。流媒体的关键技术是流式传输技术，实现方法有两种：顺序流式传输与实时流式传输。
　　2、流媒体技术协议。流式传输协议包括两类：（1）实时传输协议RTP。RTP由组织IETFInternet工程任务组作为RFC1889提出并标准化发布的，是为支持多媒体通信而定义的协议。RTP不能独立传输数据，须和底层的网络协议结合才能完成数据传输。RTP是专门为交互式语音、视频等实时数据设计的传输协议；（2）实时传输控制协议RTCP。RTCP是RTP的伴生协议。RTCP包中包括的统计资料包括：己发送与丢失的数据包的数量，服务器可利用信息动态地改变传输速率或有效载荷类型。在RTP会话期间，RTCP允许发送方与接收方周期性传输包含有关正在传输的数据及网络性能的额外信息报告。在实时传输中，RTP与RTCP配合使用具有其自有的适用性：（1）协议简单灵活，传输效率高；（2）可扩展性；（3）协议的自适应性。
四、嵌入式系统低功耗设计技术
　　1、硬件低功耗设计技术。硬件低功耗设计方法包括：（1）低功耗电路形式。在实现系统功能前提下，从降低系统功耗的角度设计电路；（2）分区分时供电技术。利用开关装置控制电源供电模块，当电路处于休眠状态时，关闭其供电电源，避免电源浪费；（3）动态电源调节技术。从调整处理器的电压和频率出发，处理器根据系统的运行状态，当处理任务时，适当提高电压与频率；当待机状态时，降低电压与频率，避免产生多余功耗。
　　2、软件低功耗设计技术。软件低功耗设计方法包括：（1）软件代码优化。通过缩短代码长度、改写代码与减少指令执行时间等途径优化代码执行时间。如对代码进行时间评估，用线性汇编重新写对性能影响较大的代码段；（2）以效果换取效率。在图像数据处理时，通过降低视频数据采样率的方法减少处理时间，如由原先采集高分辨率图像D1(720×576)改为CIF(352×288)，降低数据处理量，缩短处理器处理数据时间；（3）视频编码算法。尽管编码器配置越高，视频编码效果越好，但会引起嵌入式处理器负荷加重，因此可采取低层次配置的视频编码器。
五、基于低功耗的系统总体设计
　　基于视频编码技术、流媒体网络传输技术及低功耗设计技术，嵌入式网络视频监控系统的整体构成见图1。嵌入式平台前端摄像头进行视频采集，后端与网络连接，中间嵌入式处理器负责视频处理及网络传输，而视频的压缩处理及网络传输由软件完成。
图1系统总体结构图

　　在硬件选择上，低功耗嵌入式视频监控系统选择低功耗器件。硬件系统的核心是嵌入式处理器。系统采用的处理器是基于Intel XScale架构内核的PXA270，其时钟频率为104MHz-624MHz。视频采集模块中的视频数据可采用内存映射技术先把设备文件映射到内存中，直接从内存读取视频数据，进而实现了低功耗；视频压缩模块是资源开销最大部分，MPEG-4算法复杂度低，最适合基于嵌入式系统的视频编码开发。
参考文献：
[1]蔡坤.基于ARM9的远程视频监视平台的实现.仪表技术[J].2008.
[2]刘峰.视频图像编码技术及国际标准[M].北京邮电大学出版社.2007. 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/jsjwl/238285.html