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1、微波视频监控系统的协议设计 摘 要：有线电视监控在生活和工作中得到了广泛的应用，然而在某些环境中，由于成本或地形所限，有线电视监控无法实现。无线网络产品的快速发展和视频压缩标准的日渐完善对此供应了较好的解决方案。介绍了视频压缩技术(H.264)的基本实现思想和软件系统的组成，阐述了RTP协议和协议的详细实现。在此基础上，提出了一种微波视频监控系统的RTP传输协议设计，取得了良好的效果。 关键词：RTP；微波；视频监控;H.264 中图分类号：TP393.1 文献标识码：B 文章编号：1014373X(2022)0508403 RTP Protocol Design of Microwave V
2、ideo Surveillance System GAO Qiang1，LV Wei1，HU Ziheng1，YUAN Yule2，WU Yun2，ZHAO Yong2 (1.Administration of Power Supply of Shenzhen,Guangdong Power Grid,Shenzhen,518001,China; 2.Shenzhen Graduate School,Peking University,Shenzhen,518055,China) Abstract：Closed circuit television monitor system is wide
3、ly applied in living and working.But in some environments,closed circuit television monitor system can not be realized due to the limitation of the cost and landform.The development of wireless web products and the maturation of video compression standard provide a good solution for this condition.T
4、he paper introduces the basic realization theory of Video Compress (H.264) and the form of software system,dissertates RTP protocol and the protocol implementation in the system.On the foundation of these methods,the paper offers a sort of RTP protocol design of microwave video surveillance system,a
5、nd obtains perfect effects. Keywords：RTP;microwave;video surveillance;H.264 1 引 言 微波站通常位于高山上，设施被盗问题始终特别突出，给微波系统的正常工作带来严峻影响。如能利用图像监控系统将微波站图像实时传输到通信网管中心，这样就会大大提高微波站设施的平安性，保障系统的正常工作。 本系统采纳微波通信链路，提出了一种微波视频监控系统的RTP传输协议设计。在实际应用中，由于视频数据的信息量巨大，必需对视频信号进行有效的压缩。因此，针对基于微波链路的视频压缩技术对系统的性能有着重要的影响。 2 视频压缩技术的选择 目前最权
6、威，应用最为广泛的两个压缩标准算法分别为MPEG4和H.264。MPEG4覆盖的技术范围太广，是一种面对对象的、交互式的编码，一般都只能用到Simple Video Coding和Advanced Simple Video Coding，而且压缩性能比H.264要低3 dB左右。 H.264是目前世界上公认最好的视频压缩标准，2003年，ISO/IEC的运动图像专家组(MPEG)与ITU-T的视频编码专家组(VCEG)联手制定了最新的第三代视频编码标准H.264/AVC，其主要目的就是为了供应更高的编码效率和更好的网络适应性。在相同重构图像质量下，与H.263+和MPEG-4 ASP标准相比，
7、能节约50%的码流；采纳分层模式，定义了视频编码层(VCL)和网络提取层(NAL)，后者专为网络传输设计，能适应不同网络中的视频传输，进一步提高网络的“亲和性”。H.264引入了面对IP包的编码机制，有利于网络中的分组传输，支持网络中视频的流媒体传输,具有较强的抗误码特性，特殊适应丢包率高、干扰严峻的无线视频传输要求。 3 软件系统 3.1 基本软件平台与操作系统 采纳基于达芬奇的软件开发平台DVSDK，即数字视频开发平台，是由Monta Vista公司供应的。他包括： (1) eXpress Configure Kit：他可将各个不同的软件模块集成为一个可执行文件，避开手工集成包括ARM和D
8、SP上的软件，以及如何协调他们的工作。 (2) TMS320C644x SoC Analyzer：他是一个单一的图形化系统，使开发人员发觉系统运行的瓶颈，找出问题并加以解决。他包括：系统集成、负载分布、数据输入输出等各种行为。 (3) Monta Vista 操作系统：Monta Vista 是公认的非常稳定的Linux操作系统，但DVSDK中专为数字视频应用而进行了大量的优化，使其成为支撑视频处理最优秀的作业系统。 3.2 H.264压缩算法 H.264既保留了以往压缩技术的优点和精华，又具有其他压缩技术无法比拟的很多优点。 低码流(Low Bit Rate) 和MPEG2和MPEG4 AS
9、P等压缩技术相比，在同等图像质量下，采纳H.264技术压缩后的数据量只有MPEG2的1/8，MPEG4的1/3。明显，H.264压缩技术的采纳将大大节约用户的下载时间和数据流量收费。 高质量的图像 H.264能供应连续、流畅的高质量图像(DVD质量)。 容错实力强 H.264供应了在不稳定网络环境下简单发生的丢包等错误的必要解决工具。 网络适应性强 H.264供应了网络适应层(Network Adaptation Layer)，使得H.264的文件能简单地在不同网络上传输(例如互联网，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000等)。 H.264的基本流程是编码器先将图像分割成图片，图片再
10、分为宏块，对于每个宏块依据帧的类型分别加以处理。对于独立(I)帧，采纳所谓的帧内预料；对非独立帧，采纳帧间预料，即所谓的运动搜寻，然后进行预料。并对预料采纳DCT变换，最终采纳熵编码(算术或变码长编码)。H.264由于采纳了以下技术使压缩比大幅提高： (1) 1/4，1/8 运动搜寻技术，使运动搜寻的匹配精度提高; (2) 多参考帧技术; (3) 帧内的精细预料技术; (4) 44小块预料技术，使图块更加简单匹配。 3.3 RTP传输协议 实时传输协议RTP是针对多媒体数据在单播和多播网络上实时传输的传输层协议，由IETF提议标准协议是RFC1889，其在音频/视频应用中的框架协议是RFC18
11、90。实时传输协议与实时传输限制协议(RTCP)协作运用，实现在非宽带网络中媒体流的传输、限制和质量反馈，保证数据传输的服务质量。 4 实时传输协议RTP的设计 4.1 RTP协议基本原理 在有线网络上常常运用的两种传输协议TCP和UDP对无线视频来说都不是很合适。TCP须要大量重传，因而会导致很大的时延，而且还会因为误码后反复须要重传而导致信道堵塞，从而导致系统瘫痪。对于UDP来说，由于没有任何QoS的保证，很简单导致丢包后无法复原数据，从而导致解码失败。由于无线信道的误码率很高，所以UDP也很不合适。 RTP的一个基本应用的机制如图1所示。 RTP协议包含了两部分： 实时传输协议(Real
12、-time Transport Protocol，RTP)：用来携带具有实时数据。 实时传输限制协议(Real-time Control Protocol，RTCP)：用来供应服务品质(QoS)保证、身份验证。 RTP本身并不供应任何机制来确认传送时间与供应服务品质(QoS) 保证，这些功能只能靠着较低层网络的服务来供应。RTP不保证数据肯定送到，也不会订正包的失序，但是RTCP包中包含了包序号，接收端依照包序号重建数据。 RTP专为实时流媒体的传输制定，他是基于UDP的基础上，充分考虑到实时性的要求，同时RTCP(实时传输限制协议)赐予适当的QoS保证。RTP协议包括网络的初始化，IP地址与
13、端口的设置,把数据帧拆分为小包以便通过适应网络环境，发送数据包,发送后的数据通过协议转换器后通过阿尔卡特A101010以微波方式进行传输，或者通过CDMA信道干脆进行传输。基于RTP的视频传输系统结构图如图2所示。 在某个会话中，参加者可能位于防火墙之后，不能通过组播方式参加会话。可以将两个转换器分别放在防火墙的两侧，在外侧的转换器将收到的组播包集中起来，通过可以穿透防火墙的管道连接到防火墙内部的转换器，而防火墙内部的转换器将包重新以组播的方式发送给防火墙内的参加者。转换器和混合器的框图如图4所示。 RTP通过发送冗余信息来削减接收端的丢包率，这样会增加时延，与冗余片不同的是他增加的冗余信息是
14、个 别重点信息的备份，适合于应用层的重要信息的爱护。 5 结 语 微波传输方式的主要缺点是带宽窄和误码率高。因此须要更好的传输技术，以得到高质量的图像监控系统。本文提出了一种微波视频监控系统的RTP传输协议设计，取得了良好的效果。 (1) 视频图像传输功能的测试。本系统的目标是实现窄带带宽下的视频传输。我们首先测试了在64 k的低带宽条件下的视频传输，对于CIF图像，即352288的标准辨别率图像，我们可以获得大约高达2-5帧/s的传输速率。传输速度同时会随着视频流的不同，而有所改变。这样的帧率对平安监控已经满意要求。个别时候由于干扰发生丢帧状况时，时延会增大,画面质量的平均PSNR在30 d
15、B左右，基本满意了视觉须要。 (2) 假如将6个64 k绑定成为一个384 k的通道，为了实现高性能的图像传输，我们选定辨别率D1，即734576，即实现高于DVD的画质。针对384 k的链路也进行了测试，压缩帧率平均在2025帧左右，基本连续，对人眼没有跳动的感觉。人物面貌清楚可辨,对于分辨不法闯入分子的身份有很大的帮助，达到了预先的设计目标。但在微波链路受到干扰的时候，时延也会有所增大。 参考文献 1ITU-T Rec.H.264/ISO/IEC 11496-10,Advanced Video CodingCM(21*2S.Final Committee Draft,Document JV
16、TG050,CM)2003. 2Schulzrinne H,Casner S,Frederick R,et al.RTP:A Transport Protocol for Real-Time Applications.IETF RFC,11016. 3孟凡蕊.基于RTPRTCP协议视频数据网络传输的实现J.计算机工程与应用,2004,40(31):143-144. 4陈辉.数字微波视频监控通信系统的设计与应用J.青岛建筑工程学院学报,2004,25(2):90-92. 5朱鹏,李春文.基于RTP的网络视频传输系统的设计与实现J.计算机工程与应用,2004,39(26):18-20. 注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。” 第9页 共9页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页