视频监视系统的视频压缩和数据流

传统模拟基系统的很多问题正在影响数字基系统的向前发展。

IP视频监视系统(VSIP)中，硬件处理的网络业务量是相机的组成部分。这是因为由相机数字化视频信号，而且为了克服网络的带宽限制，信号传输到视频服务器前要进行压缩。异机种处理器架构，如DSP/GPP，是达到最大系统性能所希望的。中断密集任务，如视频捕获、存储和视频流可分配到GPP，而MIPS密集视频压缩由DSP完成。数据传输到视频服务器后，服务器以文件形式存储压缩的视频流到硬盘，这样可克服模拟存储器件传统的性能退化。

为数字视频信号压缩已开发了各种各样的标准，可归纳为以下两类：

·静止图像压缩—独立地编码每个视频帧做为一个静止图像。最著名的标准是JPEG。MJPEG标准用JPEG算法编码每个帧。

图1示出H.264编码器框图。类似于其他ME基视频编码标准，它靠宏单元(16×16像素)处理每个帧宏单元(macroblockMB)。它有一个前向通路和重建通路。前向通路编码帧为位。重建通路从编码位产生1个参考帧。

在前向通路(DCT到Q)中，每个MB可以以内模式或交互模式编码。在内模式中，靠ME模块在先编码中求得参考MB。在交互模式中，从现在帧采样中形成M。

重建通路(IQ到IDCT)的目的是确保编码器和译码器作相同的参考帧来产生图像。另外，编码器和译码器之间的误差将累积。

由于时序视频帧往往包含很多相关信息，所以ME基方法可以达到较高的压缩比。例如，对于NTSC标准分辨率(30f/s)，H.264编码器可以在2mbps编码视频，达到60:1压缩比的比均图像品质。为了达到类似的品质，MJPEG的压缩比大约为10：1~15：1。

MJPEG与ME基方法相比有几个优点。最主要的优点，JPEG需要相当少的计算和功耗。另外，大多数PC所具有的软件能译码和显示JPEG图像。在单个图像或少量图像记录一个特殊事件(如某人步入门口)时MJPEG也更有效。假若不可能保证网络带宽，则优先选用MJPEG。采用ME基方法，1个帧的延迟/丢失将导致整个GOP的延迟/丢失，这是因为下1帧将不被译码直到先参考帧可用时为止。

在典型的数字监视系统中，从传感器捕获视频、压缩视频、然后数据流到视频服务器。不希望中断在DSP架构上实现的视频编码器任务，这是由于每个前后关系开关转换包含大量寄存器存储和超高速缓冲存储器开关。因此，异机种架构是理想的，这样视频捕获和数据流任务可以脱载DSP。下面说明用在视频监视应用中的DSP/GPP处理器实例。

DSP/GPP SoC基系统中实现数字视频信号压缩时，开发人员首先应该适当地分配功能模块来实现良好的系统性能。

EMAC驱动器、TCP/IP网络栈和HTTP服务器(与流到外部的压缩视频信号工作在一起)、和ATA驱动器都应该在ARM中实现，这有助于脱载DSP处理。压缩应在DSP芯核中实现，这是由于其VLIW架构处理这类计算密集任务是特别好的。

一旦经过处理器的视频输入口从相机捕获视频帧，则由执行视频编码器任务对原始视频进行压缩，然后把压缩的视频存储到板上硬盘中。

在现场应用的这种系统中，可以用PC监视实时视频景物，这是靠检索视频服务器中的数据流和译码、显示数据流在监视器上。在这种情况下，通过Internet可以在板上检索1个编码的JPEG图像文件。在单个PC上可以监视多个数据流。也可以从网络的多点同时监视数据流。不同于传统模拟系统，VSIP中央办公室可以通过TCP/IP网络连系视频服务器并可物理定位网络中的任何地点。此时失效的单点变成数码相机，而不是中央办公室。也可以动态配置JPEG图像的品质。

图1 H.264编码器框图