人類接受的信息70％來自視覺，視頻具有確切、直觀、具體生動、真實(shí)和高效等特點(diǎn)，這正是電影和電視的無窮魅力所在。由于大規(guī)模集成電路(VLSI)、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展和結(jié)合，促進(jìn)了視頻技術(shù)的進(jìn)步與廣泛應(yīng)用。多媒體計(jì)算機(jī)，多媒體通信，信息高速公路，高清晰度電視，高寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)等都是圍繞如何有效的交流視頻信息展開研究的。但是，由于視頻信息十分豐富且信息量大，故對視頻信號的處理、傳輸、存儲和顯示等提出了新的要求。因此，視頻技術(shù)的研究和應(yīng)用是目前信息技術(shù)領(lǐng)域最熱門的話題之一。
技術(shù)基礎(chǔ)
本文主要論述了數(shù)字視頻的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域：數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的局限性：首先，有線模擬視頻信號的傳輸對距離十分敏感，當(dāng)傳輸距離大于1000米時(shí)，信號容易產(chǎn)生衰耗、畸變、群延時(shí)，并且易受干擾，使圖像質(zhì)量下降；其次，有線模擬視頻監(jiān)控?zé)o法聯(lián)網(wǎng)，只能以點(diǎn)對點(diǎn)的方式監(jiān)視現(xiàn)場，并且使到布線工程量極大；最后，有線模擬視頻信號數(shù)據(jù)的存儲會耗費(fèi)大量的存儲介質(zhì)(如錄像帶)，查詢?nèi)∽C時(shí)十分煩瑣。
而數(shù)字化視頻監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)正好克服了模擬閉路電視監(jiān)控的局限性：首先，數(shù)字化視頻可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng)或廣域網(wǎng))上傳輸圖像數(shù)據(jù)，基本上不受距離限制，信號不易受干擾，可大幅度提高圖像品質(zhì)和穩(wěn)定性；其次，數(shù)字視頻可利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)帶寬可復(fù)用，無須重復(fù)布線；另外，數(shù)字化存儲成為可能，經(jīng)過壓縮的視頻數(shù)據(jù)可存儲在磁盤陣列中或保存在光盤中，查詢十分簡便快捷。
數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)要解決的兩大技術(shù)：
一是視頻數(shù)據(jù)的壓縮和解壓縮，視頻圖像的信息量是巨大的。例如，1幅640*480中分辨度的彩色圖像(24bit／像素)，其數(shù)據(jù)量為0．92MB，如果以每秒30幀的速度播放，則視頻信號的數(shù)碼率高達(dá)27．6Mbps。顯然，視頻壓縮技術(shù)數(shù)字化 是壓縮技術(shù)的關(guān)鍵。目前，適用于遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)有 H．261， MPEG—1。 H．261標(biāo)準(zhǔn)簡稱p*64，由國際電報(bào)電話咨詢委員會(CCITT)的一個(gè)專家組在1990年12月制定， MPEG—1則在1992年成為標(biāo)準(zhǔn)。 兩者的核心技術(shù)都是離散余弦變換及運(yùn)動補(bǔ)償算法， 它的主要思想是通過減少每幀圖像間時(shí)間上和空間上的冗余性和相關(guān)性信息來減少數(shù)據(jù)量。 H.261適合在64—384Kbps的低帶寬下傳輸實(shí)時(shí)視頻圖像、但圖像質(zhì)量不理想；MPEG—l在800KbPs—2Mbps的傳輸速率下圖像清晰度能達(dá)到較好的圖像效果。用戶可根據(jù)不同的場合和需求選用不同的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。
二是視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)。 數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信有以下特點(diǎn)：
實(shí)時(shí)性： 視頻數(shù)據(jù)屬于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)必須實(shí)時(shí)處理，例如，實(shí)時(shí)壓縮、解壓縮、傳輸、同步。分布性：現(xiàn)場圖像采集和發(fā)送主機(jī)和圖像接收顯示主機(jī)位于不同地點(diǎn)，通過計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)連接。
同步性：盡管視頻信息具有分布性，但在用戶終端顯示時(shí)必須保持同步，另外，聲音與視頻也必須保持同步。
目前， TCP／IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是一種即成事實(shí)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為可在各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中運(yùn)行，也必須采用 TCP／IP協(xié)議。然而，TCP／IP協(xié)議用于可靠傳輸，作為結(jié)果，如果你在Internet上向另外一臺計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，你可以確信它將準(zhǔn)確無誤地到達(dá)目的地，但你決不可能得到數(shù)據(jù)將在特定時(shí)間內(nèi)到達(dá)的保證。事實(shí)上，數(shù)據(jù)包在到達(dá)目的地前延時(shí)數(shù)小時(shí)或數(shù)天，在理論上都是站得住腳的。但作為視頻傳輸這樣的特例，但對時(shí)間卻十分敏感，因此必須確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和同步性。國際通信聯(lián)合會(InternationalTelecommunication Union，ITU)和國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(Internet Engineerjng Task Force， IETF)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議 RTP(RealTime TransportProtocol)來解決傳輸實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)的難題。RTP —般運(yùn)行在不可靠的協(xié)議層上如 UDP(事實(shí)上經(jīng)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì) UDP包的可靠性在99％以上)。 每個(gè)經(jīng)過RTP傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中有時(shí)間信息和—個(gè)相關(guān)的序列號，這個(gè)信息使應(yīng)用程序混合音頻和視頻信息相對容易。由于應(yīng)用程序可以很容易地決定當(dāng)視頻幀需要略過時(shí)將跳到的正確數(shù)據(jù)包號，因此同每個(gè)包相關(guān)的時(shí)間信息可以平滑同步過程。
應(yīng)用
在監(jiān)控領(lǐng)域中、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化是一種趨勢，可廠泛應(yīng)用在電信、電力、交通、銀行、水利、智能大廈等領(lǐng)域。在電信局無人值守機(jī)房、電力無人值守變電站、水文站、銀行營業(yè)所等場所，通常具有以下特點(diǎn)：有重大經(jīng)濟(jì)價(jià)值，安全防范要求高，在地理位置上分布較廠或位置較偏僻。利用數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)可在本系統(tǒng)內(nèi)建立監(jiān)控調(diào)度中心、對遠(yuǎn)端現(xiàn)場的圖像聲音及其他敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以便對敏感事件進(jìn)行快速反應(yīng)。具體實(shí)現(xiàn)的方式是：利用各種數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)如： DDN、ISDN、El、xDSL，把經(jīng)過數(shù)字化壓縮、編碼的視頻、音頻、報(bào)警感應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸置監(jiān)控中心，中心的計(jì)算機(jī)對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮、解編碼同時(shí)回放視頻、音頻，對報(bào)警事件進(jìn)行告警處理。
例如， TecView數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用了圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)使系統(tǒng)具有較高的可用性、可靠性和先進(jìn)性。它的主要特點(diǎn)是：1、支持 H．161和 MPEG—1壓縮算法，并對其進(jìn)行了改善，使系統(tǒng)在32Kbps到2Mbps的傳輸帶寬都具有出色的圖像品質(zhì)； 2、結(jié)構(gòu)簡單靈活，支持各種帶寬通信網(wǎng)絡(luò)；3、功能完善，具有遠(yuǎn)程云臺鏡頭控制、報(bào)警聯(lián)動，報(bào)警前、后觸發(fā)錄像、數(shù)字化壓縮存儲，系統(tǒng)崩潰自恢復(fù)等先進(jìn)功能；4、帶有簡單易用、功能豐富二次開發(fā)編程接口；5、具有良好的人機(jī)界面，采用了電子地圖管理方式。該系統(tǒng)在北京電信局(復(fù)興門)運(yùn)行維護(hù)中心采用128KISDN線與北京市郊的分鐘寺管線分局連通，在112Kbps(16k用于傳輸控制數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù))的圖像傳輸速率下仍然可以達(dá)到10幀／秒—15幀／秒的回放速率，圖像的格式為 CIF(384*288)，圖像清晰穩(wěn)定。廣域網(wǎng))上傳輸圖像數(shù)據(jù)，基本上不受距離限制，信號不易受干擾，可大幅度提高圖像品質(zhì)和穩(wěn)定性；其次，數(shù)字視頻可利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)帶寬可復(fù)用，無須重復(fù)布線；另外，數(shù)字化存儲成為可能，經(jīng)過壓縮的視頻數(shù)據(jù)可存儲在磁盤陣列中或保存在光盤中，查詢十分簡便快捷。
