无线视频监控系统的网络传输容错策略研究

刘双红，张劳模

（1. 郑州航空工业管理学院，郑州 450046；2. 河南工程学院，郑州 451191）

无线视频监控系统的网络传输容错策略研究

刘双红1，张劳模2

（1. 郑州航空工业管理学院，郑州 450046；2. 河南工程学院，郑州 451191）

0 引言

无线视频监控系统，是一款简单易用的小型远程数字监控系统，与网络摄像机配套使用，可采用有线或无线方式连接网络，易于安装部署，不需要用户额外配置专用电脑和采集录像等设备。用户可采用手机或电脑作为监控终端设备，可随时随地接收报警信息和查看监控视频。本系统具有稳定可靠、经济实用等特点，可用于防火防盗、安全护卫、人员监护、远程管理等，特别适合个人、家庭、店铺等使用。

1 无线视频监控系统网络传输中存在的问题

无线视频监控系统网络是一种易错网络(errorprone)，在其中传输的数据容易发生丢包、位倒置等传输错误。由于有些视频监控系统提供的容错技术对信道误码非常敏感，即使单个原发性错误，也可能造成视频质量的急剧下降。而IP网络丢包则更是无法容忍，严重时将导致解码端崩溃。特别是传输错误的包作为参考帧的时候，以此为参考的图像也会出错，因此造成错误的传播。

在无线网络中传输的时候，TCP协议可以保证可靠的传输，但是它的重传机制所带来的时延很大，在实时视频应用中是无法接受的。而UDP协议可以降低时延，但是由于没有QoS的保证，丢包率比较大，特别是在无线网络环境中应用的话，较高的丢包率严重影响了视频的质量。

综合以上考虑，在传输层，可以使用UDP协议来传输，而在上层，需要添加合适的容错策略，来降低丢包率，并且采取有效的措施，对丢失的数据进行恢复，将由传输错误造成的视觉影响将到低。

2 无线视频监控系统实时传输需要考虑的因素

第一，无线网络传输的易错性（error-prone）和高丢包率，要求在传输中必须尽量的降低丢包率。

第二，设备的终端一般都是计算能力比较弱，存储能力有限的手持移动设备，因此，使用的各种方法，在考虑效率的同时，复杂性也是很重要的一条。

第三，在视频监控中，对实时性的要求比较高，在传输的时候低时延也是很重要的考虑因素。

3 无线视频监控系统中的优化容错策略

3.1 参数集的传输

序列参数集和图像参数集都是整个视频码流中最重要的部分。因此，要保证参数集的可靠传输，这通常是采用带外传输或者多次重传来提供的。在大多数视频应用中，整个视频流自始至终都不会改变视频属性，就是说序列参数和图像参数在连接的过程中从不改变。因此，所有必须的参数集（通常只有一个）可以作为能力协商/通告过程的附属部分来发送。当所有需要的参数集信息建立以后，才开始RTP会话。

在监控系统中可以采用在带外传输方法，在开始前使用TCP协议，将参数集传输给客户端。

3.2 无线视频监控网络传输系统中的优化容错方案

在时延比较小的视频监控系统中，对视频流的实时传输是一个很重要，也是很有难度的工作。由于移动终端的计算能力和存储能力的限制，我们只能使用低计算复杂度和对存储要求不高的容错算法。

因为对低时延的要求，反馈机制和RTP包的重传机制不能使用。由于在监控系统中使用的都是基本档次(Baseline profile)的H.264，而基本档次的不支持数据分割，所以数据分割和在此基础上的不平等保护策略都不能使用。为了减少无线环境中的数据流量，不使用冗余片方法。

综合考虑以上因素，在无线视频监控系统的网络传输中，可以使用有片结构编码，并且使用FMO结构，和帧内编码块刷新的容错策略。片结构编码可以降低每个包的长度，使得丢包的概率降低，并且在丢包的情况下，更便于容错；使用隔行FMO模式(interleaving mode)，可以降低码率，并可以充分利用空间信息纠错；而使用帧内编码块刷新，则用于消除帧间预测宏块丢失造成的错误传播。

下面对本容错策略进行测试。

表1 无线网络中的测试环境

表1为参考文献[2]中提出的无线网络中的几种测试条件，本文测试的时候使用的是第一种条件。即码流为64kbps，误码率为0.051%，编码和解码采用JVT的H.264/AVC参考软件JM9.2，修补了部分bug。测试视频序列采用IPPP…IPPP(每隔150帧出现一个I帧)，编码器输出的是RTP包文件，并由离线环境的一般测试软件来模拟包损失，损失后的文件直接交由解码器来解码。在解码器中，如果某帧不能恢复，则采用直接拷贝前一帧的方法，以保证视频序列的完整。测试结果用亮度信息的峰值信噪比来评价。

其他的编解码器参数有：

ProfileDC=66,LevelDC=10,constrained_setl_flag=1,NumberReferenceFrames=3,码率控制在64kbps内，不采用Loop Filter, Symbol mode=UVLC,OutFileMode=RTP,解码器：考虑到I帧中会有比较多的slice，程序中的MAX_NUM_SLICES须给定一个比较大的值（200左右）。

测试结果如表2所示。

表2 使用容错策略前后的结果对比

由实验结果可以看出，采用这样的容错策略能够提高视频的质量。平均的亮度PSNR能够提高2dB左右。

[1]Hong-bin Yu,Songyu Yu,Ci Wang,A highly efficient,low delay architecture for transporting H.264 video over wireless channel[J],Signal Processing:Image Communication,2010(19):369-385.

[2]Sheng-Tun Li,Huang-Chih Hsieh,Ly-Yen Shue,Wen-Shen Chen.PDA Watch for Mobile Surveillance Services[J].Proceedings of IEEE Workshop on Knowledge Media Networking,2009,7.

[3]Telecommunication Standardization Sector. ITU-T recommmendation H.264 Advanced video coding for generic audio visual services [S].Geneva,Switzerland:Telecommunication Standardization Sector,2010.

[4]Thomas Wiegand,Gary J.Sullivan,et al.,Overview of the H.264/AVC video coding standard,IEEE Transactions.On circuits and systems for video technology,2010,7.

[5]Draft ITU-T Recommendation and Final Draft International Standard of Joint Video Specification (ITU-T Rec.H.264/ISO/IEC 14496-10 AVC),2009.

[6]Stockhammer,T,Hannuksela,M.M.Wenger,S.H.26L/JVT coding network abstraction layer and IP-based transport[C].ICIP,2009:485-488.

[7]Stephan Wenger.H.264/AVC Over IP[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology,2010,13(7):645-656.

[8]Gary J.Sullivan.Thomas Wiegand,Thomas Stockhammer.using the draft H.26L video coding standard for mobile applications.[J].System[C].ICIP,2010,10:573-576.

[9]Thomas Stockhammer,Miska M.Hannuksela, Thomas Wiegand H.264/AVC in Wireless Environments[J].IEEE Transactions on circuits and systems for video technology,2010,7(13):657-673.

Fault tolerance strategy of the network transmission in wireless video surveillance system

LIU Shuang-hong1, ZHANG Lao-mo2

本文首先介绍了无线视频监控系统中网络传输存在的问题，并分析无线视频监控系统实时传输

需要考虑的因素，最后提出适合在无线视频监控系统中使用的低复杂性，低时延的容错策略。

视频监控；无线传输；容错；策略

刘双红（1978 -），女，辽宁铁岭人，讲师，硕士研究生，研究方向为数据挖掘。

TN914

A

1009-0134(2011)4(上)-0155-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).48

2010-11-16