关于医院视频监控系统图像抖动的深入探讨

崔 贤，张福勇

(泰安市中心医院，山东泰安271000)

关于医院视频监控系统图像抖动的深入探讨

崔 贤，张福勇

(泰安市中心医院，山东泰安271000)

本文从医院监控系统建设的实际出发，针对监控视频图像抖动的问题，结合计算机网络相关原理与技术，深入分析了图像抖动控制与消除策略的可行性，总结了有效控制与消除抖动的几种措施，为医院监控系统建设提供必要的理论与实践支持。

抖动;以太网;拥塞;缓冲

0 引言

视屏监控系统是三甲医院标准化评审的重要指标，是医院安全生产和治安保卫工作信息化管理的重要手段。网络数字监控系统是医院监控系统建设与数字化改造主要采用的体系结构。监控视频图像质量稳定与否是衡量医院监控系统性能优劣最直接的评价标准，图像抖动直接关系到监控图像质量稳定的程度，也是医院监控系统普遍存在和旨待解决的问题。本文针对图像抖动的相关问题，总结了几种控制与消除图像抖动的有效措施。

1 医院视频监控系统建设现状

医院监控系统建设大致经历了三个阶段。最初阶段主要采用模拟信号体系结构，信号稳定、无延迟，由于图像分辨率不高，工程布线复杂，逐渐被数字信号体系结构取代。数字信号体系结构又分为网络监控体系结构和全数字体系结构。由于全数字视频监控体系采用纯数字视频图像采集、传输、存储和控制，视频图像不经过编解码解压缩直接在数字电路中传输，要求硬件设备成本很高，因此当前医院很少采用此种体系结构。网络数字监控系统图像清晰度高，工程布线相对简单，易于集中管理，要求硬件设备造价相对较低，系统整体性价比非常高，成为当前医院采用的主流体系结构。

2 视频图像抖动相关问题分析

网络数字监控系统以网络数字摄像机为前端视频采集设备，将视音频模拟信号采样压缩编码成数字信号，通过光纤传输到数字存储录像机中。网络数据通信基于TCP/IP协议，视频信号在网络高层以分组为传输单位，完成存储转发分组交换过程。不同于电话系统的电路交换机制，分组交换过程不具备等时性，分组由发送方到接收方传输过程中，可以复制、延迟，容易产生网络拥塞，导致分组不按顺序交付，相邻分组到达接收方所需的时间不同，接收方重建还原得到的图像质量很不稳定，这就产生了抖动。

为了减少或消除抖动的影响，在医院监控系统建设中，起初考虑减少网络拥塞，采用高速网络硬件交换技术，以面向连接的异步传输模式(ATM)作为底层网络技术，构建基于TCP/IP协议的ATM高速网络。由于ATM网络中以信元(固定长度的分组)为传输单位，信元转发由高速硬件完成，而变长的分组转发必须通过软件完成，从这方面考虑，ATM网络技术特别适合传输监控视频数据。由于ATM网络本质上是面向连接的，数据传输之前必须预留相应的网络资源，网络使用效率大大降低，造成很大的资源浪费，目前国内海康威视、大华等监控设备制造商都不支持底层ATM网络体系结构，因此不具备可行性。

3 基于TCP/IP协议的千兆以太网络体系结构下有效控制与消除抖动的措施

由于ATM技术存在以上局限性，目前医院监控系统大都采用基于TCP/IP协议的千兆以太网络视频监控体系结构。在这种环境结构下，视频数据流按照网络层次结构顺序逐层处理。TCP/IP协议负责处理高层任务，集成到相应设备中的网络适配器芯片组件负责处理底层任务。在实际系统建设中，基于TCP/IP协议的网络数字摄像机通过双绞线连接到以太网交换机上，经过光纤传输到控制中心。在数据传输过程中，由于以太网络本质上是分组交换，会产生网络拥塞，相邻视频分组接收时刻间隔不稳定，视频抖动随时都有可能发生。为了有效控制和消除抖动，从减少网络拥塞入手，分别在网络传输、视频接收和视频监控集中工作客户端等方面总结了相应的措施。

(1)在系统建设初期，前端网络摄像机连接百兆以太网交换机，相应部位的百兆交换机通过光纤收发器(单个接口光纤交换机)接入光纤主干网络中。实践证明，这种情况形成交换机多层次级联，加之监控视频数据量大，并发性要求高，极易发生网络拥塞。为了改善网络总体性能，数据存储转发过程采用光纤交换设备完成，即前端监控点摄像机直接连接到光纤交换机上。交换机是网络底层存储转发设备，其数据处理是以帧为单位，网络高层TCP/IP协议处理后的视频分组加上特定的头部形成帧。在配置交换机时，将数据存储转发方式设置为直通转发模式，即当某一数据帧的头部到达交换机时，就根据头部计算出目的地址便将帧快速转发出去，而不是将数据帧全部存储后再转发，直通转发过程完全由硬件处理实现，大大提高了数据流的传输速度，使得网络拥塞发生概率最小化。

(2)由于抖动是分组交换网络的必然结果，是不能避免的，但是可以消除抖动造成的影响，使用户感觉不到视频图像质量的不稳定。视频数据流经网络传输到控制中心，先将其缓存在一起，然后再按照相同的时序输出到显示器上，而不是实时从网络上获取数据。在控制中心采用抖动缓冲服务器，设置合适的阈值，当服务器中缓存的数据空间达到阈值时，就开始输出到显示器上，实现数据流传入的速率与输出速率相同，由于视频监控系统不是人与人交互性非常高的应用，将抖动缓冲服务器中缓存阈值设置合适，即可消除抖动产生的影响。

(3)视频监控集中工作客户端主要完成图像预览、回放和云台控制等集中管理功能，工作量大，集中管理程序多线程执行，并发程度高，视频数据存储空间大，对客户端主机软硬件要求非常高。选用多处理器提高系统的并发性能，扩展主机中央处理器寄存器、片内片外缓寸器、主内寸等存储层次上的空间，提高系统数据吞吐量。配置光纤网络适配器，提高网络数据存取速度。

4 结语

视频监控系统建设是医院安全生产和治安保卫工作科学化、信息化管理的重要内容，基于TCP/ IP协议的千兆以太网络视频监控系统是当前医院采用的基本架构。通过对监控系统实施过程中所遇到的视频图像抖动方面相关话题的探讨，为医院监控系统建设提供必要的理论与实践支持。

［1］Douglas E.Comer.Internetworking With TCP/IP Vol I: Principles，Protocols，and Architectures［M］.USA: Prentice－Hall，Inc，2001:379(科默.用TCP/IP进行网际互联第一卷:原理、协议与结构.林瑶，译.北京:电子工业出版社，2001:379)

［2］Kai Hwang.Advanced Computer Architecture［M］.USA: The McGraw－Hill Companies，Inc，1999.3:166.(黄凯.高级计算机体系结构.北京:机械工业出版社，1999，3:166)

［3］ Silberschatz.Operating System Concepts，Sixth Edition［M］.USA:John Wiley＆Sons，Inc，2003:78.(西尔伯斯查兹.操作系统概念.郑扣根，译.北京:高等教育出版社，2004，1:273)

［4］杨磊.电视监控实用技术［M］.北京:机械工业出版社，2002，4:113

TP393.41

A

1002－2376(2015)04－0019－02

2015－01－12

FIF－IMRT)，在保证靶区剂量分布有较好的适形度及均匀性的同时，使肺、心脏及肋骨的受照体积和剂量显著减少，表现出明显的剂量学优势，尤其是左侧乳腺癌患者受益更为显著，与传统的逆向调强方式比较，采用切线半束“野中野”正向调强技术，使计划设计时间，子野数目及治疗时间都显著减少，提高了治疗效率。在质量保证与质量控制中，由于子野数明显下降，剂量验证的通过率也显著提高，病人的剂量也更可靠，有效的提高了病人的肿瘤靶区剂量，大幅度降低了靶区周围正常组织及危及器官的受照剂量，显著提高了治疗增益比，使调强放疗在乳腺癌的治疗中发挥了更大的优势。本技术参考国内外一些单位开展的正向调强放疗方法，并结合本单位的临床实践，在省内率先开展了切线半束“野中野”正向调强技术在乳腺癌放射治疗中的应用，很好的满足了临床的需要。