智能电视视频监控系统的设计与应用

方志毅

（中国电子科技集团公司第十五研究所，北京 100000）

0 引 言

伴随着信息技术、多媒体传播技术、视频压缩技术等的不断进步，视频监控系统在娱乐产业、医疗产业、政府行政机关和教育运动项目等领域有了较为广泛的应用。智能电视视频监控系统作为新一代的视频监控专网安全解决方案产品，能够配合视频监控管理平台及业务审计系统，形成一个相对完整且简单有效的视频专网安全解决方案，这样不仅具备了传统电视视频监控的基本功能，更在全开放式的平台上搭建了性能良好的数字化操作系统，具有高效的接入和输出功能，能够使用户快捷高效地安装和卸载软件，获取监控数据。用户可对其进行实时观看、控制、历史回放或下载，实现整个监控区域视频监视系统的网络化、数字化和智能化。

1 智能电视视频监控系统项目设计

无人化、自动化和数字化是智能电视视频监控系统建设的关键，亦是系统整体设计与升级改造的核心。通过汲取国内外智能电视视频监控系统的成功经验[1]，本文对整个监控系统的功能框架体系进行设计，如图1所示。

图1 系统功能框架结构示意图

由图1可知，智能电视视频监控系统主要包括视频采集模块、视频编码模块、数据打包模块、数据发送模块、接收模块、数据提取模块、视频解码模块以及视频播放模块等模块[2]。在功能实现过程中，数字一体化的远程监控中心和数字信息处理平台是保障系统功能得以实现的核心。一体化的远程监控系统能够对电视视频监控系统所覆盖的节点范围的相关数据信息进行监控分析和终端显示，能够通过可视化的远程界面，对智能监控系统进行全过程的实时管理与控制，在客户端/服务器（Client/Server，C/S）的底层架构模式和即时通信技术条件下，将数据参数信息借助分布式结构的组网方式和模块化提取方式，传递到远程监控系统的中心处理平台，允许多级服务器之间的数据交流和资源共享，以Windows操作系统为设计的底层架构模式，通过前端信息通信技术实现信号和数据的实时互通，进而借助通信模式无缝衔接云数据[3]。在数据处理平台模式中，新建的数据共享池采取了Mysql的结构设计方式，能够通过对参数信息保存、运行状态实时提取或监测数据全过程管理的方式，实现对数据的集中存储和管理，便于日后的数据统计和查阅；可通过语音通报或短信通报等方式及时报警数据平台的相关故障信息，使平台能够针对系统功能进行设置，配置数据用户文件，实现对数据信息的高度共享和查询记录等高效率管控。

2 智能电视视频监控系统架构特点

智能电视视频监控系统采取C/S架构，主要包括视频监控采集终端、视频服务器和智能电视客户端三部分[4]。在整个视频监控系统中，视频监控的采集端部分主要是通过传感器、摄像头采集数据视频信号，并将其传输给视频服务器中心。服务器中心按照一定的编码标准，将视频图像数据信息压缩为一定规格的网格图像形式，从而提高传输效率；并利用实时传输协议（Real-time Transport Protocol，RTP）将数据传递到视频监控客户端。客户端接收到相应的数据流后，对数据流进行解码和播放。客户端还能进一步根据终端客户的不同需求，向服务器发送相关指令，进而控制云计算平台和其他基本操作步骤。其整体系统架构如图2所示。

图2 整体系统架构示意图

3 视频采集及编码的设计

智能电视视频监控系统的视频采集及编码设计，主要是采用摄像头，借助摄像头内部的集成系统、AD转换器和芯片等，在较高分辨率和编码率的前提下采集数据信息[5]。视频采集程序主要采取映射方式代替传统模式下的直接读取，能够将以往设备中的相关文件直接映射到视频监控系统的内存模块中，使系统能够像访问其他普通内存文件一样访问数据信息，加快对视频参数的读取速度。在采集视频之前，首先要通过摄像头等传感器设备获取数据信息和图像信息，在设置好窗口、图像等参数的前提下获得最终的数据流。整个采集流程如图3所示。

图3 采集流程图

系统架构设计采用了内部集成的多媒体解码编码模块，对数据视频、数据信号进行压缩编码，既能够保留原始视频的高清分辨率和其他优势，又能够在较低的码率和网络条件下提高容错能力[6]。在此过程中，网络提取层主要负责在整个智能电视视频监控系统中对数据信息进行打包和传输，其中的视频编码层主要负责对视频数据信息进行压缩编码，从而在结构分层的条件下对数据信息进行封装和控制，借助不同类型的冗余结构达到高效的数据压缩比率，生成具备更高质量的图形，进而在较低的码率压缩比率下得到更高的视频编码规格。最后，智能电视视频监控系统具有高性能特点和较高传输效率，能够使视频解码和编码快速流通，进而对多种格式的多媒体影像数据信息进行高效率的编码和解码。

4 视频传输模块设计

智能电视视频监控系统传输模块设计，主要是基于RTP的视频流进行传输控制。在此过程中，RTP主要是根据多媒体数据流传输的实时协议，在一对一或一对多的情况下进行传输。RTP协议还能够支持实时传递的数据信息的时间戳、序列号及源头标识等。由于该协议建立在用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）形式上，能够借助UDP的不同层次传输数据。而该结构形式是参考模型中的无连接传输层协议，实际所提供的各项服务具有简单且不可靠的特点，因此，RTP协议本身并不具备较为可靠的传输机制，在传输过程中，流量控制和拥堵控制主要由RTP 控制协议（RTP Control Protocol，RTCP）协议所提供。在此条件下，RTP控制协议能够大幅度提高管理数据信息的传递质量。本文所提出的智能电视视频监控系统就有效应用了这一协议，保障了数据传递的实时性和可靠性。在整个设计过程中，通过对编码视频、数据流、数据信息报头的设计，将数据分为不同的数据包，进而通过无线网络信息系统在局域网中进行高效率传输。图4为视频封装格式示意。客户端接收到数据包后，能够按照相反的顺序将RTCP数据报头和数据视频流进行参数提取，根据时间戳和数据序列号等参数信息，将其置入客户端缓存的解码器进行解码后输出。同时，客户端也能够根据报头数据信息参数的周期性返回，在整个传输过程中了解数据动态变化情况，以保证数据传输过程的可靠性。

图4 视频封装格式示意

5 客户端设计

智能电视视频监控系统的客户端设计，主要以智能电视作为视频监控系统的终端设备。目前，绝大部分智能电视实际采用的系统为安卓系统。本文以长虹智能电视搭载安卓2.2平台对系统核心功能和扩展功能进行设计，整个应用内容如图5所示。开发本系统监控软件客户端的过程主要基于Windows 7系统，程序开发环境包括各式各样的插件和模拟器，包含了对数据包的解码和数据视频显示等内容。以视频显示为例，在采用Surface view时间显示视频过程中，由于该软件是基于view视图进行拓展的视图类别，因此能够在全新的线程运行过程中，通过不断重新绘制画面来实现视频的展示过程，以此避免主线程不断更新而导致的延时过长或是信息度辨别不高造成的主线程堵塞和画面卡顿等现象。

图5 应用示意图

6 结 语

随着传感器技术、显示技术、网络传输技术及云计算平台等技术的深度应用，智能电视监控系统能够满足人们的个性化监控需求。本文在探讨智能电视视频监控系统项目设计、基本架构特点、视频采集设计、编码设计、视频传输模块设计以及客户端设计等内容的基础上，能够为智能电视视频监控系统未来应用范围的不断拓宽带来更多思路和启迪。