（计算机应用技术专业论文）基于h323建议的远程视频监控系统的研究和开发.pdf

摘要 远程视频监控系统是近年来采用了【= 卜掉机及网络通信、数! 弘视频锋技术 发展起的一种应用系统。它为管理人员提供了对峪控对象进行远程临视和 远程拧制的能力，对仃特非要求的企业或爿l 织提供了一种阻脱可非f h 竹理 手段。相对于传统的工业电视监控系统，远程视频监控系统具有配什灵 活、升级方便、可扩展性好、性价比高等优点，并可充分利用现有的计算 机通信网络等资源。远程视频监控系统在生产、生活的诸多领域具有广泛 的应用前景。 本文在详细介绍相关基础理论的基础上，结合实际项目首先介绍了 h 3 2 3 建议的主要技术，包括h 3 2 3 建议的图像压缩编码、数据通信技术 等，强调了系统的开发要符合i t u t 的h 3 2 3 建议，要按照国际标准进行 设计和生产，这就保证了通信产品的连接畅通以及与国外设备互通性能良 好。 本文给出了实际项目中整个视频监控系统的方案设计，在实际的网络环 境下，完成系统设计及系统开发。论文对系统设计开发中的若干关键问题 作了详细探讨，包括方案选型、系统组成、系统结构及软件开发等。 关键词：视频；监控系统；h 3 2 3 建议 a b s t r a c t l o n g d i s t a n c ev i d e os u r v e i l l a n c e c o n t r o ls y s t e m i sab u r g e o n i n g a p p l i c a t i o ns y s t e m ， w h i c hi sd e v e l o p e dr e c e n t l yf r o mt e l e v i s i o ns u r v e i l l a n c e c o n t r o ls y s t e mi nt r a d i t i o n a l i n d u s t r ya n da d o p t sm a n y n e w t e c h n o l o g i e ss u c ha sn e t w o r k c o m m u n i c a t i o na n d d i g i t a l v i d e o ，i tn o to n l yp r o v i d e sal o n g - d i s t a n c es u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o la b i l i t yf o rm a n a g e r ， b u ta l s op r o v i d e sa ni n t u i t i o n a la n dr e l i a b l em a n a g e m e n tm e a n sf o ro r g a n i z a t i o n sa n d c o r p o r a t i o n st h a th a v e ah i g hd e m a n di ns e c u r i t y c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a lt e l e v i s i o n s u r v e i l l a n c e - c o n t r o ls y s t e m ，l o n g d i s t a n c ev i d e os u r v e i l l a n c e c o n t r o ls y s t e mh a s f i e x i b l es e t t i n g ，c o n v e n i e n tu p g r a d e ，g o o de x p a n d a b i l i t y ，a n dh i g hp a c e ( p e r f o r m a n c e a n dc o s te v a l u a t i o n ) ，e t c i ta l s ot a k e sf u l la d v a n t a g eo f u p t o - d a t es o u r c ei nc o m p u t e r c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k l o n g d i s t a n c e v i d e os u r v e i l l a n c e - c o n t r o ls y s t e mh a sa c o m p r e h e n s i v ea p p l i c a t i o n m a r k e ti nm a n u f a c t u r ea n d d a i l yl i f e t h i sd i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h ec o r r e l a t i v eb a s i ct h e o r yi nd e t a i l ，t h e ne x p o u n d p a r t i c u l a r l yh 3 2 3r e c o m m e n d a t i o n c o n n e c t e dw i t ha c t u a ti t e m ，i n c l u d i n gi m a g e c o m p r e s s i o na n dc o d i n g ，d a t a c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，e t c i te m p h a s i z e st h a ts y s t e m d e v e l o p m e n t s h a l lb ei nl i n ew i t hh 3 2 3r e c o m m e n d a t i o n ，y e ta c c o r dt oi n t e r n a t i o n a l s t a n d a r ds ot h a ti tc a ne n s u r eg o o dc o n n e c t i v i t ya n dc o m p a t i b i l i t yw i t ho t h e rf o r e i g n e q u i p m e n t s t h i sd i s s e r t a t i o ns u m m a r i z e st h ed e s i g no f l o n g - d i s t a n c e v i d e os u r v e i l l a n c e 。c o n t r o l s y s t e m i na c t u a li t e m w ef i n i s h e dt h es y s t e md e s i g na n ds y s t e md e v e l o p m e n t i nl a n t r a n s m i s s i o ne n v i r o n m e n t t h i sp a p e ra l s op r o b ei n t os o m ek e yp r o b l e m s i ns y s t e m d e s i g na n dd e v e l o p m e n t ，i n c l u d i n ge q u i p m e n t c h o i c e ，s y s t e mp a r t s ，s y s t e mc o n s t r u c t ， s o f t w a r ep r o g r a m m i n g , e t c k e y w o r d s ：v i d e o ；s u r v e i l l a n c e - c o n t r o ls y s t e m ；h 3 2 3r e c o m m e n d a t i o n 址rh 3 2 3 处议的远张视频峨拄系统的研究1 0 外发i e j j ( 1 l l l l l u 人 仳睑史 第一章绪论 1 1 远程视频监控系统的研发背景 远程视频监控系统是电信网环境动力集中管理系统c e m ( c e n t r a l i z e de n v i r o n m e n t m o n i t o r i n g ) 系统管理对象之一。c e m 主要用于对电信网络的动力设番和运行环境进行 l i t 动监控，系统综合利用视频、音频、烟感、振感或其他信号，剥 i 腔刈象实施峨 控，并根据监控结果，实施相应的处理。在这些信号中，视频、图像所携带的信息鞋 远大于语音和数据，因此视频监控是一个完整的监控系统的重要组成部分。 通信事业的发展就带来了对视频监控系统的需求量的增加和监控质量的提高。通 信领域是充分体现现代化和科技化的领域，大量的机房需要保持稳定、安全、可靠的 运转，通信线路几乎分布在全国的各个角落，广泛的机房分布更是带来了管理上的不 便远程视频监控系统正适应了这种需要。因此，在通信领域远程视频监控系统的 到了广泛的应用。 我们根据用户的实际需要研发的远程视频监控系统是专为网络实时监控、远程控 制设计的远程视频监控设备。可通过i n t r a n e t i n t r e n e t 网络将视频图象传输到监 控中心并可在监控中心响应，控制远程监控端局的触发器报警、云台、焦距和其他设 备。 1 2 论文的主要内容 网络环境下视频监控系统的关键技术，包括视频采集和压缩处理、视频数据的网络 传输、多路视频切换、视频报警、远程设备控制等。 进行基于分组技术的多媒体会议系统h 3 2 3 建议的研究，其中包括系统中的图像编 码标准h 2 6 3 、系统中的数据通信、系统中的码流复用技术等。 根据分析进行设备选型，选择视频图像压缩和传输平台。应符合l a n 下h ，3 2 3 传 输协议。 实际项j ；i f 的系统分析及系统方案设计，殴汁符合现手r 传输条件的远程视频实州j m 挖 系统，传输条件为l a n ，传输质量在c i f 及q c i f 图像格式下可达到3 0 帧秒：j 垣过 脏控中心的切换能够实现各监控端局不少于3 0 路输入的视频实时! j ；f 剃，j 阿，把雌 3 瞒l h 3 2 3 北议帕远袱视频监控系统的研究1 外技 北京也人学似睦j ：c = 控端局视频经压缩后通过局域网，传送到监控中心进行显示；并在监控端局i 巳现异 常或报警时，实现报警联动可对端局视频进行快速纪录。 舱控巾心软件j r z z 应与所选设备紧密配合，实现的功能包括：h 弗机控制接收多路 嘲络视频压缩流进行压缩回放以及录像文件保存：可通过网络剥视频服务搽进行 参数改胃：棚应监控现场得触发报警信号；可以通过网络远程控制端局的云台镜 头和其他设箭。 1 3 基于h 3 2 3 建议的视频监控系统的概述 我们所研究的远程视频监控系统分为三部分：监控中心、检测端局( 站) 和通信 网络( 局域网) 。由监控中心向检测端局发出接连请求，若被接受，则建立连接，检 测端局根掘监控中心发来的请求命令执行相应的动作，如开始视频采集和处理、停止 采集、控制云台和镜头状态等，监控中心则接收检测端局传来地视频数据，实时解码 回放。另外，在现场站的信号量采集卡，当监控现场出现异常或报警，信号量采集卡 检测报警信号，可实现报警联动，并进行现场视频纪录。 整个系统是采用 l 3 2 3 传输协议的嵌入式网络实时监控、远程控制系统，由现场 站的网络视频服务器为嵌入式设各，无需p c ，监控站由接收端软件紧密配合网络视频 服务器，无需其他板卡。网络视频服务器通过网络将音，视频数据传输到接收端，接收 端可选择浏览网络上各视频服务器的图像( 可达3 0 帧秒) ，并可以把音视频数据保 存在接收端电脑硬盘上。通过视频服务器提供的丰富的接口，可实现在监控中心响应 监控端局的触发报警信号，控制端局的云台镜头和其他设备。 基于以上考虑，我们选用的系统网络视频服务器是专为网络实时监控、远程控制 设计的音，视频压缩传输设备。采用嵌入式系统，可通过i n t r a n e t ，i n t r e n e t 将音， 视频图象传输到监控中心，并可在监控中心响应，控制远程端局的触发器报警、云台、 焦距和其他设备。 我们设计的远程视频监控系统框图如下： 魑j ：h 3 2 3 处议的远“桃频监控系绒的研究oj f 发儿j x 怫一乜人乍1 竽旺睦史 图1 1 系统框图 系统实现的功能有如下几点： 计算机控制接收多路网络音视频压缩流，进行解压回放以及录像文件保存。 可通过网络对视频服务器进行参数设置。 响应监控现场的触发报警信号。 并可以通过网络远程控制各端局的云台镜头和其他设备。 1 4 论文期间所做的工作 1 参与a n m ( a d v a n c e dn e t w o r km a n a g e m e n t ) 研究室的企业横向项目，参与并完成 远程视频监控系统项目的选型和开发工作。 2 完成北京邮电大学a n m 研究室的网页设计、编写及网站建设。 3 完成远程视频监控系统的演示( d e m o ) 版。 4 在校期间发表论文两篇： 数字视频网络传输层协议的选择发表于电信建设8 月刊 p 缀播在网络视频多点传输中的意义发表于通信世界】1 月2 7 同刊 雎j ：h 3 2 3 建议帕远刷税额临托系l 允的l i j | ：宄o 发 l 求帅u 人节。声化仑义 第二章远程视频监控系统概述 2 1 远程视频监控系统简介 远程 见频监控系统是电信网环境动力集l 】管理系统c e m ( c e n t r a l i z e de n v i r o n m e n t m o n i t o r i n g ) 系统管理对象之一。c e m 中要用于对电信网络的动力设祷和运行环境进 j ： 自动监控，满足对1 乜信删内的动力设备、机房环境以及安全系统进行实叫集i 侧i 的 需要实现机房、站( 点) 少人或无人职守，提高维护和管理水i f ，增强网络运行效 益。 远程视频监控系统是以计算机为中心建立的一套软硬结合的完整体系。建立统一 机制，分级多分控，结构化，网络化，不仅要求有良好的人机界面，而且要有对突发 实践的综合处理能力管理上充分体现高度智能化。同时引入模块化管理，将监控 涉及到的音、视频切换，云台镜头控制，报警采集及行动处理等具体内容模块化，相 互关联，相互统一，彻底消除各部分之间的冲突。 2 2 本地视频监控系统的结构 本地视频监控系统的结构图如下 阁2 - 1 本地视频监控系统结构圈 址j ：h 3 2 3 建议的远“视频：监控系统的i i j | = 宄! ，外技i 嘛- u 凡学- 似硷殳 侄本地视频监控系统中，视频切换矩阵的视频输出山一块内谶) 二i p 蜉机内部的多 蹄视频采集骨接收，视频卡负责将脏控图像数字化，供计算机处理。计算机通过f 0 i i 与视频切换矩昨的r s 2 3 2 端口进行通信，发送操作命令。视频切换矩阼根捌计算机的 操作指令向现场的云台等设备发出控制命令。记录设备为大容量硬盘。 2 3 远程视频监控系统的结构 对于某些生产部门，需要进行异地控制，远程视频监控系统是为了满足这种需求 而丌发的。如许多电力企业都有一些地处偏远的变电站，这些企业都希望能通过远程 监控来了解变电站的运行情况。我们可咀充分利用监控计算机的图像处理和通讯能力 将视频图像数字化经压缩后利用电话网络或局域网传输实现远程监控。基于网络 的远程视频监控系统的结构从总体上可分为三部分：监控中心站、远端现场站、通信 网络。其结构如图： 凰 曰 图2 - 2 远程视频监控系统 监控中心站是一台计算机( 工业控制机或高档微机) ，配备有视频处理卡( 用于对 视频图像的数字化处理) 、远程通信卡( 用于对远程摄像机的控制，报警采集及行动 输出，远程通信) 、视频切换矩阵卡( 用于对多路视频的输入输出) 。 远端现场站则由编解码器( 完成云台和镜头控制、报警的采集和处理、行动输 出) 、云台、摄像机、报警装置、执行装黉等部分组成。对于基于网络环境的视频监 控系统，远端现场站般是一台作为终端的工控机，通过它与监控中心站计算机进行 通信，接收监控中心发来的控制命令，将采集到的视频数据以及报警状态数掘传送到 】| ：【控中心。 7 埔】ih 3 2 3 建议的远“说频雌托系统的研究0j l ：笈i t 柚| l i l u 学似论t 越信信道r ，以存多矛p 选择，主要有五种类型：通过电话网( p o t s ：p l a i no l d t e l e p h o n es e r v i c e ) 、局域网( l a n ：l o c a l a r e a n e t w o r k ) 、综合, l k 务- 数字网 ( i s d n ：i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ) 、异步传输网( a t m ：a s y n c h r o n o u s t r a n d f e l m o d e ) 、困际联网( i n t e r n e t ) 。 8 j 走rh 3 2 3 址议帕远秤视频 i ：f 托系统的i f j f 究1 jj i ：艇j e 期l f | j | u 人学芊位论卫 第三章远程视频监控系统中的h 3 2 3 建议 3 1h 3 2 3 建议 h 3 2 3 建议定义的多媒体会潋系统工作的刚络丛刊l 灶一个质量刁；能保旺的基于分绀 变换的俐络，x 2 5 、a t m 、f r 平i p 网部足这样的刚络习而其通用而是桐当宽怕， 特别是目前i p 网在通信和信息领域中越米越重要。尽管h 3 2 3 足基于分组变换的网络 多媒体会议的建设，但是目前在实际上，h 3 2 3 建议所定义的多媒体会议系统主要使用 在i p 网中。 h 3 2 3 描述了无q o s 保证的l a n 多媒体通信终端、设备和服务。h 3 2 3 终端、设 备可携带实时语音、数据、视频或它们的任意组合。其中无q o s 保证的l a n 包括 e t h e m e t 、f a s te h e r n e t 、f d d i 、t a l kr i n g 等。h 3 2 3 的l a n 可以是网段或者坏，也可 以是复杂拓扑结构的多个网段。h 3 2 3 终端可以是计算机或单独的设备。 图3 1h 3 2 3 标准系统框图 h 3 2 3 系列包括： 视频： h 2 6 1p * 6 4 k p b s 下音频视频业务的视频编码解码器。 h 2 6 3 低速率通信f 勺视频编解码器。 菏频： 啮1 ：h 3 2 3 建议的远袱税额临挖系统j 研究0j 1 ：发 i e 删u 牛化l e 文 g ，7 11 、g 7 2 2 、g 。7 2 8 用f ) i ： g 7 2 3 5 3 k b p s 和6 3 k b p s 多媒体通信的双速率语音编码。 复用： h ，2 2 2 无q o s 保证l a n 中媒体流的打包和同步。 控制： h 2 3 0 视听系统中央同步控制和指示信学。 h 2 4 5 多媒体通信控制协议。 h 3 2 3 的网络接口要求能提供h 2 2 5 0 、h 2 2 2 定义的服务的网络接口，如t c p 、 s p x 、u d p 、 p x 等。 h 3 2 3 与i t u 定义的各会议系统之间的互操作性如图3 2 。 n o t e ：a g a t e w a y m a ys u p p o r to n e o r m o r e o f t h e g s t n n - i s d na n d l o rb - i s d n c o n n e c t i o n 图3 - 2 各i t u 标准问的互操作性 】中：h 3 1 0 ：h 2 3 l i s d n h 3 2 4 ：g s t n 普通交换电话网 0 毖j ：h3 2 3 建议们远租 见领妊托系统的研究! ，j i ：发 h 3 2 0 ：i s d n h 3 2 2 ：q o s 保证的l a n 上多媒体终端和系统 h ，3 2 3 ：无q o s 保汪的l a n 上多媒体终端和系统 g w ：网关单元，提供l a n 上h 3 2 3 终端与其他i t u 终端或其他h 3 2 3 刚关的通 信。 在h 3 2 3 的多媒体会议系统中的信息流中包含音频、视频、数据和控制信息。 音频信息- l ? t 包含数字化的并i = _ i 经过编码的语音，为了减少爵频信吁旧、均比特 率，系统将要提供声音的激活机制在音频信号中伴有音频控制信息。 视频信号中包含数字化的并且经过编码的运动图像由于在会议中视频信号总是占通 信量的大部分，因而在会议中被传输的视频速率不能大于已选择的通信能力。在视频 信号中也伴有视频控制信息。 数据信号包括：静止图像、传真、文挡、计算机文件和其他数据流。 控制信号包括：能力交换、打开和关闭逻辑信道、模式控制和其他通信控制功 能。 呼叫控制信号包含：呼叫建立和拆断以及一些其他的呼叫控制。 上述诸种信息流采用h 2 2 5 0 建议来打包和传送。 h 3 2 3 建议中定义的多媒体会议系统是由终端、看门人( g a t e k e e p e r ) 、网关、多 点控制器( m c ) 、多点处理器( m p ) 和多点处理单元( m c u ) 等组成。 3 1 1h 3 2 3 终端 h 3 2 3 终端的功能框图如图3 3 所示。 坫1 ：h 3 2 3 业 义j 远“视频监控乐统的研究1 ，j l ：发i t ；棚u 凡学f 口i 奁立 图3 3h 3 2 3 终端框图 如图所示，h 3 2 3 终端的网络接口是h 2 2 5 建议所描述的，它规定网络接口必须为 系统提供下述内容： 1 。对h 2 4 5 控制信道、数据信道、呼叫信令信道提供可靠的端到端服务( t c p 、s p x 等) 。 2 ，对于音频、视频和r a s 信道提供不可靠的端到端服务( u d p 、i p x 等) 。 这些服务可以是双工的，也可以是单工的，单播的或者是组播的。 h 3 2 3 终端的视频编解码器必须提供h 2 6 1q c i f 的视频编解码能力。对于能支持 h ，2 6 3c i f 或更高分辨率的h 3 2 3 终端视频编解码器，必须同时也能支持h 。2 6 1c i f 格 式的视频编解码能力；对于能支持h 2 6 3 的终端必须也能支持h 2 6 3q c i f 格式。除以 上这些格式外，还可以通过h 2 4 5 交换能力信息来协调使用其他视频编解码算法。 h 3 2 3 的视频通道可以是对称的也可以是不对称的，可以是个方向个视频通道， 电可以是一个方向多个视频通道，使用h 2 4 5 中打开关闭选择信道消息来打，1 ：和关闭 视频通道。 剥于分川i 式的h 3 2 3 系统来蜕，终端中可以具有m c 或m p 的功能，凶耵作为可 选功能，终端可以具备视频复合和切换功能。 2 肚】：h 3 2 3 建泌的远n ! 税频临控系统| | 门f i , r l ：究与丌发| 七京| f | j l 也 学一7 ：t , 7 论殳 h 3 2 3 系统终端的音频编解码器必须要能够提供g 7 l l 的沿南编解码能力。作为可 选丸h 3 2 3 终端的音频编解码器也可以具有g 7 2 2 、g 7 2 3 1 、g 7 2 8 、g 7 2 9 和 m p e g la u d i o 语音编解码的能力。音频编解码； 的选定是通过h 2 4 5 能力伽商来史现 f 由。 埘j 二分粕式的h 3 2 3 系统来说，终端- | 1r q 以具千j m c 或m p f j _ f 功能，幽丽作为吖 选助能，终端可以具备音频混合( 多个音频码流在终端中混合) 的功能。 h 3 2 3 会议终端除了土上有视频刷哥频的编肼7 i c $ j l 显示能力外，还具有数据功能， h 3 2 3 系统的数据功能是基于t 1 2 0 系列建泌的基础上的，h 3 2 3 终端可以通过h 2 4 5 的打开逻辑信道、关闭逻辑信道等消息来建立一个至数个单向或双向的逻辑信道，在 这些逻辑信道上实现h 3 2 3 系统的全部数据功能。 h3 2 3 终端是通过交换h 2 4 5 消息来实现控制的。在h 3 2 3 终端中使用的h 2 4 5 消 息有： 确定主从关系消息 交换能力消息 逻辑信道信令 双向逻辑信道信令 关闭逻辑信道信令 模式请求 环境时延的确定 维护环建拆信令 h 3 2 3 终端除了上述四类信号外，还有两类信号，就是r s a 信号和呼叫信号： r s a 信号是终端与守门人( g a t e k e e p e r ) 之间使用的，因为网络的特殊性，在h 3 2 3 系 统中有称为守门人的设备，于是就存在终端与守门人之间的信令关系。r s a 是终端与 守门入之间为了登记( r e g i s t r a t i o n ) 、管理( a d m i s s i o n ) 、状态( s t a t u s ) 、带宽改变 及两者间脱离关系等过程所需要的信令。r s a 信道不受h 2 4 5 控制信道管理。系统没 有g a t e k e e p e r 时，不建r s a 信道。系统中存在g a t e k e e p e r 时，r s a 是最早建立的信 道。 , ir i i 信号足用j 二在h 3 2 3 系统中掰个水端改符( e n d p o i n t ) 之川建立i i p l l q 连接州 的。l i h i q f f i 令信道与r s a 信道和h 2 4 5 控制信道都是独立的。i i 乎l i l j 信令倍道与r s a 信 i3 埔f ：h 3 2 3 建议的远剃规频舱控系统的刨究i ，i ：发，i lj i , ：邮l u 凡- # 毕化i 仑业 道一样，是最早建立的信道，并目不受h 2 4 5 控制信道的铃删。在无g a t e k e e p e r 场 合，i i 乎t t 信道在两个h 3 2 3 终端设备m 建立在有g a t e k e e p e r 的场合1 1 fg a t e k e e p e r 柬决定呼1 i u 信道是在终端与g a t e k e e p e r 之m ，还是在终端与终端之m 建立。 上述六类信号在h 2 2 5 0 层上进行复用和解复用。h 2 2 5 0 层魁用逻辑信道水肿f ： 述六类信号进行复用和解复用的，h 2 2 5 0 的逻辑倍逆数为0 - 6 5 5 3 5 ，逻辑信道0 水久 一肚指定给h 2 4 5 控制信道使用。根据收发端及传输通道【_ f c j 能力，何个逻辑通道l j 咀 儿订个j 二限述牢。 3 1 2 守门人( g a t e k e e p e r ) 由于h 3 2 3 是针对分组交换的质量不保证的网络的，从而导致了一个很特殊的角 色守门人的出现。 在h 3 2 3 系统中守门人是一个可选的角色，在h 3 2 3 系统中可以有守门人，甚 至有多个守门人，守门人之间还可以进行相互通信，但也可以没有守门人。守门人向 h 3 2 3 末端设备提供呼叫控制服务。从逻辑上讲，守门人是一个独立的功能模块，但实 际上，守门人可咀与终端、m c 、i v i p 、m c u 、g a t e w a y 等在一个设备上，但其功能是 独立的。 守门人的职责是： 1 地址翻译将别名地址翻译成运输层地址。 2 入会场许可的控制与管理根据一些准则，来确定终端用户是否有权进入会 场，如有权则作入会场处理，如无权则拒绝其进入会场。 3 带宽控制与管理根据网络上带宽资源的使用情况对终端用户使用带宽进行 控制和管理。 4 呼叫管理守门人对终端用户入呼叫作处理，并可进行呼出，或作呼叫转 移。 5 域管理。 为了守门人的工作，h 3 2 3 专门设计了一个信道，即r s a ( r e g i s t r a t i o ns t a t u sa n d a d m i s s i o n ) 信道。 3 1 3 多点控制单元( m c u ) 1 h 3 2 3 的多点控制和管理工作方式 ( 1 ) 集中方式的多点控制和管理 1 4 丛】二h 3 2 3 建议的远“挑频啦控系统的研，咒oj f ：发 i i ；j l l u r i ! l ；7 - 。位沦史 这种工作方式与传统的h 3 2 0 系统没有什么两样，所有的终端f | 5 足通过点刈- i 的 方式( 指逻辑连接) 与m c u 相连，或者与多个级连的m c u 相连。l | _ im c u w ff 门多点 控制部分( m c ) 通过h 2 4 5 来实现多点控制的功能，t m c u f l 的多点处理单厄来实 现多点音频混合，多点视频切换或复合，以及多点数据传递控制等多点处耻能力。 ( 2 ) 分布式多点控制和管理 这种方式足传统的h 3 2 0 系统所没有的。在这种管理方式小，系统l t ，没有m c u ， 也就址没有集。i ，控制和集中管雕的没备，m c u 的功能以m c 羽im p 助能模块分别存n 于系统的其他设备中( 如终端、网关和g a t e k e e p e r 处实现) 。 分布式多点控制和管理之所以能在基于分组的通信网中实现，其主要原因是网络中的 通信是在逻辑信道进行的，而不是以物理信道为单位进行的，系统的网络( 逻辑形 式) 拓扑结构实际上是以总线方式存在的，网络还可以具有组播功能。另外网络是统 计复用的，因而它的通信容量不象电路交换那样g 艮$ t j 的非常死，可以有多个音频和多 个视频在网中流动，从而导致可以用分布式的多点控制和管理的工作方式。 ( 3 ) 混合方式的多点控制和管理 这种方式的多点控制( m c ) 是以集中方式工作的，多点处理( m p ) 则可以有： 音频式集中处理、视频式分散处理和视频式集中处理、音频式分散处理两种。 2 多点控制器( m c ) 多点控制器( m c ) 提供支持多点会议的控制功能。在多点会议中，m c 将进行与 每一个终端间的能力交换，以确定会议中的公共能力。在有一个终端离开会议时，m c 将修改它的能力集，并将它发送给与会的终端。 m c 为会议选定通信模式，并使得在会议中的各终端工作在共同选定的通信模式 ( s c m ) 中。 在连接完成后，m c 可以使用h 2 4 5 信令来选择会议方式( 集中方式或分散方 式) 。可以存在于g a t e k e e p e r 中，也可咀存在于网关、终端或m c u 中。 3 处理器( m p ) 在集中处理方式和混合处理方式的情况下，多点处理器( m p ) 接收球自终端的啬 频、视频和数据流码这些流码在m p 中进行处理然后 i 手送回终端去。m p 应浚能够 处理一种或多种媒体流的类型。m p 对视频的处理有两种方式其一足视频切换- 上盖可 1 5 辅f ：h 3 2 3 建议的近“税频监控系统纳研究0 开发i k j l l ：邮i u 人一学位论文 根槲 席控制和声菏大小米控制视频的切换：；r - - 是视频复合将若于站点灼厕面复 合n ：个嘶面：。 4 1 , 4 天 住会议系统- f 1 网哭足跨接在两个不同网络之间的设备，把位于两个不同网络卜 的会议终湍连接起来组成一组会议。网关的主要功能有三大类：一是通信格式的转 换，如埘】二h 3 2 3 会议嘲络( 如i p 网) 和f 乜路交换刚( s c n ) 之川就必须通过叫火奂 现h 2 2 5 0 码流和h 2 2 1 码流之问的互译，咀完成链路层的连接。二是视频、音频和数 据信息编码格式之间的互译，以完成表示层之间相互通信。三是通信协议和通信规程 的互译，以实现应用层的通信。 在两个网中的任一个网关要么起终端的作用，要么在网内起m c u 的作用，以i p 网和s c n 网为例，在现实中网关可有四种配置框图。 图3 4 网关的四种配制框图 3 2h 3 2 3 系统中的图像编码 h 3 2 3 系统的图像编码主要有两种h 2 6 1 和h 2 6 3 。 _ | j ! ；】：h 3 2 3 建议的远袱秕频监控系统的研究，外发北j 洲舯u 人学学化治t 3 2 1h 2 6 1 标准 i _ ir 意泌i i i j 会议电视和可视l 乜话在综合业务数字网r = | _ 1 的广泛应用前景，c c i t t 于 1 9 9 0 年制定了h 2 6 1 标科e ，岬p * 6 4 k b p se 声像、f k 务f f j i z l 像编解鹏器。h ，2 6 1 的h 标趟 会议l 扭m 秆可视r 乜话，标准推荐的h 像压缩掉法必须j 打寅时。陀，可时要求最小的延 迟时m 。当p = 1 或2 州，山f 传输码率较低只能传输低清晰度的【刘像，因此，只适 合 = 而对而的桌而图像姬信。当p 6 时，m 丁增期i 了额外的有效比特数，可以传输较 好质量的复杂图像，；搿此，更适合于会议电视之类的应_ f = f j 。 1 h 。2 6 1 的图像格式 c c i t t 采用c i f 和q c i f 格式作为可视电话和会议电视的图像输入格式。这些格 式的参数如表所示。所有的编解码器必须支持对q c i f 格式进行操作，而c i f 格式则为 选项。两种格式的最大图像频率为3 0 0 0 0 1 0 0 1 ( 大约是2 9 9 7 ) 帧秒。在传输帧之 间，编码器可以扔掉1 、2 或3 帧。 对于每秒2 9 9 7 帧的c i f 和q c i f 格式，未压缩的比特率分别为3 6 4 5 m b p s 和 9 1 1 5 m b p s 。比特码率减少的最终目的是能够在i s d n ( p + 6 4 k b p s ，p = l 、2 3 0 ) 信道 传输这些图像信号。选择c i f 或q c i f 依赖于有效的信道容量。例如，对于p = l 或2 。 通常选择q c m 格式作为桌面图像应用的图像格式。即使对于每秒1 0 帧的q c i f 格 式，要想在6 4 k b p s 信道中传输，也需要大约4 7 5 ：1 的压缩比，这样高的压缩比实现 起来是非常困难的。对于p 6 ，可以选择c f 格式。 表3 1h 2 6 1 支持的图像格式 h2 6 1 推荐的图像编码算法是把输入的c 1 f 和q c i f 格式的图像分成一系列以块为 基础f 门结构，分为图像( p i c t u r e ) 、块纽( g o bg r o u po f b l o c k ) 、宏块( m b m a c r o b l o c k ) 和块( b l o c k ) 。每个宏妯l j4 个8 * 8 的亮度块和2 个8 * 8 的色度块( c r 城- 3 2 3 硅 义的远样税频雌托系统的究jj r 发 干c b 各1 个) 组成：一个块纽山3 1 1 个宏块组成： 一个q c l f 图像山3 个g o b 鲤【 成，而一个c i f 图像包括1 2 个g o b 。复杂的分级结构足高压缩比图像编础算法所世 须的。 2 图像数据结构 h 2 6 l 图像压缩编解码的原圳与混合编码技术一样，即采j | j 运动补偿+ d c t 变换编 “ + 熵编f 5 的混合编心技术。 d c t 把预测后的差值信号的能量集中于少数系数上，便于量化和更有效地表示原 始信号。这种编码器的效率比没有预测的提高3 到4 倍，但它对传输误码较敏感，而 且不允许随机插入。事实上在后续的m p e g 标准中也都采用了这种编码方法。 对于经过编码的图像数据流h 2 6 1 建议采用层次化数据结构，将c i f 和q c i f 的 数据结构分为四个层次图像层( p i c t u r e ) 、块组层( g o b ) 、宏块层( m b ) 和块层 ( b l o c k ) ，如图所示。 ( 1 ) 图像层：由图像层头和随后的1 2 个块组数据组成，头中包括一个2 0 比特帧起始 码和其他诸如图像格式c i f q c i f 、帧数等标志信息。 ( 2 ) 块组层：由g o b 头和随后的3 3 个宏块数据组成，g o b 头包括1 6 比特的块组起 始码、块组编号、块组量化步长等标志信息。 ( 3 ) 块层：由宏块头和随后的6 个块数据组成，m b 头包括宏块地址、类型信息、运 动矢量数据和编码块图案c b p 等信息。 ( 4 ) 块层：由经过量化和变长编码的d c t 变换系数和块结束码组成。 一毳霎一 蠊区e 正亘卫垂工三圊 一匡至丑亟翌 块层臣亟e 回 鉴j ：1 4 3 2 3 址泌f j 远刷说捌 瓿控系统的研究。j ，l ：发 3 h2 6 1 传输编码 为了提高抗信道误码的性能，h 2 6 l 标准采用了b c h ( 5 1 1 4 9 3 ) i i ；j - 向纠锵编印5 技术，吗长n = 5 l l 比特，其中信息码元k = 4 9 3 比特，校验位为1 8 比特，再加卜l 比特 柏嗣步信息，构成一个5 1 2 比特的子帧，每8 个予帧组成- 一个复帧。复帧的同步办式 是分敞式，同步字为0 0 0 1 1 0 1 1 。 1 8 位校验码纳生成多项j = 是： 码。 根据纠错码理论可知，h 2 6 1 标准推荐的b c h 码可以纠正2 个误码，检3 个误 3 2 2i t 2 6 3 标准 h 2 6 3 是在h 2 6 1 标准的基础上发展起来的，因此，两者有许多相同之处，其图像 编码算法的核心依然是h 2 6 1 标准中采用的d p c m d c t 混合编码，但考虑到低比特率 ( 3 3 6 k b p s ) 的特点，h 2 6 3 建议作了以下几方面的改进，蛆提高图像质量。 ( 1 ) 增加了一种图像格式：在h 2 6 1 标准c i f 和q c i f 格式基础上h 2 6 3 增加了 s q c r f 格式。h 2 6 3 要求所有的解码器能以q c n ：和s q c r f 格式工作。 ( 2 ) 不限制运动矢量模式：在h 2 6 3 的默认模式下，矢量运动是受限的。而在不限 制运动矢量模式下。如果图像的运动超过了原有图像边缘( 特别是在小画面图 像s q c i f 格式时) ，允许运动矢量指向图像范围的边缘之外，从而获得更好的 预测结果，得到更高的编码效率，这正是考虑了可视电话小画面的特点。 ( 3 ) 采用了高级预测模式：本模式采用了两种新的预测方法，一种是在p 帧图像的 编码中采用了交叠块的运动补偿，提高了补偿误差的精度：另一种是一个宏块 四个运动矢量，则宏块中的每个8 * 8 亮度块对应一个运动矢量，预测块尺寸的 减少必然带来预测效果的提高，使图像质量得到改善。 ( 4 ) 采用了p b 帧模式：浚模式引入了m p e g 标准中非常成功的b 图像帧模式，h j 双向预测编码，可以得到较高的图像压缩比，利用将来的参考帧可蚪币确处雕 量j ：f f 3 2 3 迎 义的近程视事掰脏控系统帕i j f 究0 ，i ：发 北求也人。学位沧1 迂_ 蟮承区域，f 而h 扶得更好的统计特性，减少噪声的影响。在不增加码率的丛础 h 增加了陪1 像的帧频。 t5 ) i ；义j 占蜉术编码4 = 5 ：| 式：存此模式f ，用基于语义的算术编码代恃哈夫曼编码。 从川! 论i ：i 兑，岭火丝编伊5 只足在符引阮率满足一定条件下彳具有较高的效率， j 叮剥j 二任意的概率分斫j ，。占的效粜并不是最佳的，此时如果采用算术编码就可 以状得更好的效果。 以i j 几种工作模式是h 2 6 3 标准提高图像编码性能的关键技术所在，也是和h 2 6 l 标准的主要区别。当然还有其他方面的区别，例如块组b o b 结构、d c t 系数的变字氏 编码、运动估计精度等等。 h 2 6 3 信源编码器可工作于以下5 种图像格式：s u b ，q c i f 、q c i f 、c i f 、4 c i f 、 1 6 c i f ，每种格式中图像的大小如表所示。 表3 2h 2 6 3 信源编码器工作的5 种图像格式 h 2 6 3 编解码器的基本模块图3 - 6 如下： 堡! ：坚：! ! ! 堡坚塑坐! ! 塑塑! ! 笪丝墨竺塑业塑! ! 丛坚 ：坚坐坐! 苎：塑! ! ! ! 兰 外部控制 ( a ) 视频编码器 ( 5 ) 视频解码器 图3 - 6h 2 6 3 编解码模块图 h 2 6 3 视频编码器框图如图3 - 7 所示。编码器的传输时钟由外部提供- 视频比特率 可以是可变的。该建议对视频比特率没有没有给出任何限制，所以对视频比特率的限 制是由终端设备或传输网络给出的，在应用中，其编码比特率一般在普通模拟电话线 的限制范围内，即2 0 k b p s 左右。 雎j ：l f 3 2 3 迪议的远称视频髓控系统的研究，i ：碇北棚岍l 乜人一- 学位睦史 t 一变换；q 量化部：p 一具有运动补偿可变时延的图像存储器；c c 一编码控制 p 一帧内帧阃标志；t 传输与否标志；q z 传输系数的量化指数；s 一运动矢量 图3 7h 2 6 3 视频编码器 3 3h ：t 2 3 系统中的数据通信 h 3 2 3 系统是多媒体系统，在系统中除了传输视频和音频信号外，还要进行数据信 息( 文件、静图、传真、检