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高清晰低带宽网络视频服务器

时间:2008-8-5    来源:联特微 
    在当今网络时代,人们的生活与网络有着越来越紧密的关系,通过网络人们可满意地找到所要的文字和图片等信息。人们知道一幅图片的数字信息量是很大的,例如一幅清晰的图片,每帧有2M(兆)Bit,若要在网络上以每秒25-30帧传输则需要50-60MBit(即400Mbit)的网络带宽,因此要实现实时网络视频通信,除了网络要有足够的带宽外,还要发展的关键技术就是对视频信号实现高保真压缩和传输,因此对那些能实时传输视音频信号的网络终端设备有着越来越高的要求,以节省费用并且获得巨大的适应性。
    在宽带网上传输视频已成为一种趋势,将视频、音频、数据集成在一起实现网络实时传输的技术称为流媒体技术 (Streaming Media technology),它是在数据网络上按时间先后次序传输和播放连续的音视频数据流,其特点是连续性,实时性和时序性。
    嵌入式网络视频服务器是一种基于流媒体技术,具有结构简单、功能齐全、网络化管理、可靠性高、集成度高等特点的网络终端设备。它将现场的摸拟音视频信号转变为压缩的数字信号,以网络为传输媒介,按UDP、TCP/IP等网络传输协议实现音视频信号在网络上多路复用传输。当网络上的客户通过上网访问该视频服务器时,可以实时收看被监视现场的情况。

    嵌入式网络视频服务器包含三项核心技术:(1) 视频的数字化高效压缩;(2)在网络上实时传输;(3) 在终端实时解压缩播放。
    网络视频服务器的视频压缩方式和技术决定了图像的质量、压缩比、传输效率和速度。目前主要的压缩方式有两种,即MJEPG和MPEG (H.26x)。MJEPG是一种静态图像的压缩,而 MPEG (H.26x)是一种运动图像的压缩。最近发展的MPEG4是为移动通信设备在internet网上实时传输视音频信号而制定的低速率高压缩比的视音频压缩编码标准,其采用帧间压缩技术,仅存储连续帧之间有差别的信息,达到了较大的压缩比。MPEG4标准是面向对象的压缩方式,不是简单地把图像分成像块(如MPEG1,2),而是按图像中的对象,如把人、物和背景分离出来,分别进行帧内和帧间编码,并允许对不同对象之间灵活分配码率,对重要的分配多字节,次要的分配少字节。因此网络视频服务器采用的MPEG4压缩技术有如下三方面优点:(1)兼容性好,成为国际标准;(2)算法好, 压缩比 (200:1)高;(3)在提供高压缩比的同时,对数据的损失很少。

应用需求和技术进展

    随着网络技术的发展和普及,网络视频服务器在不同领域的应用不断增加,同时对网络视频服务器的技术要求也不断提高。这就需要网络视频服务器具有更高的清晰度,并且在低带宽的网络环境下仍具有流畅的视频流、高度集成、体积小巧、功能完整、系统扩展能力强、性能稳定可靠以及有利于安装和使用方便等特点。
    比如美国 NewStream (USA)方通科技公司开发的 NewStream嵌入式网络视频服务器,体积小巧(10x10厘米),采用优化的MPEG4压缩技术,在低带宽(1-2Mbit) 网络环境下能实现高清晰(full-D1, DVD画质)视频传输,应用范围可扩展到高清晰视频监控和医疗影像传输等领域。

full-D1高分辨和高清晰画质

    网络视频服务器的一项应用是网络视频监控,目前在市场上应用MPEG4压缩技术的网络视频服务器的分辨率大多是CIF (352x288),相当于VCD的画质,在许多应用的场所,如点钞,公路和审讯取证,医疗等领域。但是CIF的分辨率是不够的,需要full-D1 (4CIF,704x576)的分辨率,其相当于DVD画质,需要有高清晰流畅的视频流(30帧/秒)。 当网络带宽不是瓶颈时,用户总是要寻求有较高清晰度的视频画质. 把视频的分辨率从CIF提高到full-D1 (4CIF)。实现full-D1分辨率对嵌入式视频服务器来说是一个高技术门槛,但是在最近的技术进展中,该嵌入式视频服务器采用MPEG4压缩技术突破了此技术门槛,实现了full-D1分辨率,并保证所提供画质清晰、流畅 (30帧/秒)。

手机网络带宽下的视频流

    手机网络有覆盖面广、移动性强等优点,但网络的带宽较窄,例如CDMA网络带宽是56 -128kbit。人们已能借助手机网络在矿山、油田和野外作业中传输数据,还希望同时能传输实时的视频,这就要求网络视频服务器也能在56 -128kbit的带宽范围内压缩传输视频图像。而这种嵌入式视频服务器能在56 -128kbit低带宽环境下,实现QCIF和CIF分辨率的视频图像传输,并使视频画质清晰流畅 (30帧/秒)。

普通宽带广域网下的视频流

    中国的宽带网络发展很快,中国电信ADSL宽带已广泛接入千家万户和各个单位,其下传的速率有1Mbit,但上传只有380-500kbit,因此视频服务器要在普通宽带广域网实现流畅的视频流,必须把视频流压缩在250-500kbit的带宽范围内。该嵌入式视频服务器也能在普通宽带广域网上实现高质量画质传输,特别是在250kbit码流下, 使视频图像清晰流畅。

体积小 高集成

体积小、高集成的嵌入式视频服务器,集成到“可视电话”、“网络摄像机”等便携式和可移动式的多媒体终端产品之中,是嵌入式视频服务器的发展方向。 该嵌入式视频服务器厘米,可以作为板卡集成到其它的系统设备上。\

功能完整 系统扩展能力强

该嵌入式网络视频服务器包含如下视频、双向音频、数据、和报警等功能:
·视频的多人访问,在局域网和专网内实现组播和广播功能;
·当客户端通过网络与视频服务器接通时,互相之间就可进行实时的双向通话,具有IP电话功能, 此外还具备单向音频的功能, 当话音单向从视频服务器前端流向中心控制室(客户端)时, 中心控制室可以监听视频服务器的前端声音,这可应用于工业机房的监控和保安,客户端也可对多个视频服务器前端进行广播;
·视频服务器自带RS232/485接口,数据通道是透明的,用于数据通讯和设备的控制,例如在视频监控中用于控制云台的转动和摄像机焦距等的调节;
·报警端口可接各种报警器,如门禁、烟感、温度、湿度等报警器,一旦报警, 网络视频服务器将报警信号上传到客户端。网络视频服务器也可设定报警联动录像,在发生报警时,带云台的摄像头可转动到设定的预置位,中心控制室的客户端就可以录下摄像机传来的视频信号;
·支持动态IP地址。

性能稳定可靠

    采用嵌入式操作系统的优点是,系统的实时性、稳定性、可靠性好,使用时无需专人管理,非常适合于无人值守的环境。

应用概况

    嵌入式网络视频服务器技术是一种基于宽带域的视频、音频实时传输的流媒体技术,实现了D1(DVD)画质,其应用范围进一步扩大,主要集中在三大领域:(1)宽带视频流媒体;(2)安防视频监控;(3)仪器设备。 其具体应用范畴包括多媒体新闻发布、网络广告、电子商务、VOD点播、视频监控以及双向的或是交互式的IP可视电话、远程教育、远程医疗、网络游戏、视频聊天、视频会议等。
    一般情况下,嵌入式网络视频服务器带宽从56kbit到2Mbit可调。56-128kbit带宽适用于手机网络上传输的 1/4CIF到CIF (VCD)质量的视频图像;250-500Kbit带宽适用在家庭和单位ADSL 带宽接入,实现较高质量的画质;1.2-2Mbit 带宽适用于专网或局域网,实现高清晰DVD(D1)画质。

结语

    近几年的国内外市场上,出现了很多从事研制、开发和生产网络视频终端产品和数字视频家电产品的专业厂商,逐步实现了视频数字化的高效压缩(如MPEG4压缩),和在网络上实时传输和在终端实时解压缩播放,并实现了传输高清晰(D1)画质的视频图像。为满足用户对各种网络视频终端产品的需求提供了完备的技术保障,同时也促进了高清晰低带宽网络视频服务器将会拥有更为广阔的发展空间。
本文作者现就职于深圳方通科技有限公司