專利名稱：一種無線傳輸視頻監控系統及方法
技術領域：
本發明涉視頻技術領域，尤其涉及一種窄帶無線網絡環境的無線傳輸視頻監控系 統及方法。
背景技術：
隨著科學技術的迅速發展，各式各樣的科技術產品開家居安全關系到人們家庭人 身財產的安全，歷來是人們所關注的重大問題，視頻監控系統成為了家居安全考慮所必需 的裝置。數字視頻信號具有如下的特點(1)數據量大移動可視電話一般采用QCIF(quarter common immediate format，四分之一普通 立即格式)分辨率的圖像，它有176X144 = 25344像素。若每個像素由24位來表示，一幀 圖像的數據量依然達594kbit。考慮到實時視頻圖像傳輸要求的幀頻(電視信號每秒25 幀)，數據傳輸速率將達到14. 5Mbps。(2)實時性要求高人眼對視頻信號的基本要求是，延遲小，實時性好。而普通的數據通信對實時性的 要求依比較低，因此相對普通數據通信而言，視頻通信要求更好的實時性。由于無線網絡環境中，無線信道資源有限，因此如果要實現大數據量的視頻信號 的傳輸，尤其在面向大眾的無線可視應用中，無線信道的資源可能不足，另外，在移動通信 中，用戶的移動造成無線視頻的Qos保障十分復雜。因此，可以發現，現有技術中，視頻信號對傳輸的需要與無線環境的特點存在尖銳 的矛盾，現有的無線傳輸視頻監控方法有待完善。
發明內容
本發明提供一種無線傳輸的視頻監控系統及方法，能在窄帶網絡環境下進行良好 的無線傳輸，并適用于數字家庭網絡中。本發明提供一種無線傳輸視頻監控系統包括視頻采集模塊、視頻數字信號編碼模塊、網絡發送自適應模塊、控制傳輸模 塊、視頻接收解碼模塊及監控終端；所述視頻采集模塊用于通過視頻采集終端采集視頻數據；所述視頻數字信號編碼模塊，用于獲取所述視頻采集模塊得到的視頻數據，利用 圖像組比特分配方法和前景背景分解編碼方法進行壓縮編碼；所述網絡發送自適應模塊，用于針對網關路由設備的不同網絡環境自適應選擇一 種網絡環境進行通信；控制傳輸模塊，用于管理各路獨立進行網絡監測所生成的網絡狀況報告，提供各 路的網絡狀況供用戶參考；
所述視頻接收解碼模塊，用于從網絡接收實時視頻數據，在多路傳輸中識別各路 視頻數據的來源，對接收的視頻數據進行分析和解碼，分離視頻信號；所述監控終端，獲取經解碼后的實時視頻信號并通過播放器播放。優選的，所述視頻采集模塊采用多線程技術控制視頻采集，采集得到的為數字信號。優選的，所述的視頻采集模塊提供不同保存方式，包括將任意一路或者多路攝像頭的YUV420P格式的視頻數據流保存為YUV格式的視頻 文件。優選的，所述視頻數字信號編碼模塊進行編碼時按以下過程操作a.、判斷幀類型，初始化相關參數；b、以宏塊為單位對視頻數據進行編碼；c、保存編碼信息；d、對網絡抽象層NAL編碼數據加上NAL頭信息組成完整的NAL單元。優選的，所述視頻數字信號編碼模塊利用前景背景分解編碼方法進行壓縮編碼具 體是把圖像的前景和背景分離后，對前景和背景分別處理和編碼。本發明提供一種無線傳輸視頻監控方法，包括視頻采集模塊通過視頻采集終端采集視頻數據；視頻數字信號編碼模塊獲取所述視頻采集模塊得到的視頻數據，利用圖像組比特 分配方法和前景背景分解編碼方法進行壓縮編碼；網絡發送自適應模塊針對網關路由設備的不同網絡環境自適應選擇一種網絡環 境進行通信；控制傳輸模塊管理各路獨立進行網絡監測所生成的網絡狀況報告，提供各路的網 絡狀況供用戶參考；視頻接收解碼模塊從網絡接收實時視頻數據，在多路傳輸中識別各路視頻數據的 來源，對接收的視頻數據進行分析和解碼，分離視頻信號；監控終端獲取經解碼后的實時視頻信號并通過播放器播放。優選的，所述視頻采集模塊采用多線程技術控制視頻采集，采集得到的為數字信號。優選的，所述的視頻采集模塊提供不同保存方式，包括將任意一路或者多路攝像頭的YUV420P格式的視頻數據流保存為YUV格式的視頻 文件。優選的，所述視頻數字信號編碼模塊進行編碼時按以下過程操作a.、判斷幀類型，初始化相關參數；b、以宏塊為單位對視頻數據進行編碼；c、保存編碼信息；d、對網絡抽象層NAL編碼數據加上NAL頭信息組成完整的NAL單元。本發明具有以下有益效果1、視頻處理環節在視頻編解碼技術環節，基于國際流行的H. 264編解碼標準自主研發了視頻編解碼方法，針對移動網絡帶寬變化大且頻繁的特點，通過采用視頻放大，糾錯等方法，形成獨 特的碼流控制和帶寬自適應技術，以保證接收終端設備獲得最優化的音視頻效果。通過編碼前處理，提高視頻輸入信號的信噪比、降低視頻數據的輸出流量的技術， 編碼后處理主要通過提高輸出圖像的主觀質量來優化效果。2、移動網絡圖像傳輸環節針對網關路由設備的CDMA/GPRS/ADSL等各種網絡環境自適應選擇一種合適的網 絡環境進行通信，例如在GPRS移動網絡中可以實現低帶寬傳輸高畫質、流暢實時圖像。本 發明方法最高可以實現12FPS的圖像傳輸效果。擁有GPRS與Internet網絡或者專線網絡 的跨網傳輸技術，從而可以滿足實時性的需求，并且較好的突破了地域的限制。
下面將結合實施例和附圖對本發明作進一步的詳細描述圖1為發明實施例的系統結構圖；圖2為發明實施例的系統啟動時的流程圖；圖3為發明實施例的系統自動采集流程圖；圖4為本發明實施例進行壓縮編碼的流程圖。
具體實施例方式為了使本技術領域人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和實施方式對本發 明作進一步的詳細的描述說明本發明的系統可以適用于窄帶無線網絡環境，可以在數字家庭互動應用服務平臺 上運行。圖1為發明實施例的系統結構圖。如圖1所示，系統包括各種視頻采集終端、視頻采集模塊、視頻數字信號編碼模塊、網絡發送自適應模 塊、控制傳輸模塊、視頻接收解碼模塊及監控終端等。其中，所述視頻采集模塊，用于通過視頻采集終端采集視頻數據；所述視頻數字信號編碼模塊，用于獲取所述視頻采集模塊得到的視頻數據，利用 圖像組比特分配方法和前景背景分解編碼方法進行壓縮編碼；所述網絡發送自適應模塊，用于針對網關路由設備的不同網絡環境自適應選擇一 種網絡環境進行通信；控制傳輸模塊，用于管理各路獨立進行網絡監測所生成的網絡狀況報告，提供各 路的網絡狀況供用戶參考；所述視頻接收解碼模塊，用于從網絡接收實時視頻數據，在多路傳輸中識別各路 視頻數據的來源，對接收的視頻數據進行分析和解碼，分離視頻信號；所述監控終端，獲取經解碼后的實時視頻信號并通過播放器播放。基于上述系統，本發明提供一種無線傳輸視頻監控方法，包括視頻采集模塊通過視頻采集終端采集視頻數據；視頻數字信號編碼模塊獲取所述視頻采集模塊得到的視頻數據，利用圖像組比特
6分配方法和前景背景分解編碼方法進行壓縮編碼；網絡發送自適應模塊針對網關路由設備的不同網絡環境自適應選擇一種網絡環 境進行通信；控制傳輸模塊管理各路獨立進行網絡監測所生成的網絡狀況報告，提供各路的網 絡狀況供用戶參考；視頻接收解碼模塊從網絡接收實時視頻數據，在多路傳輸中識別各路視頻數據的 來源，對接收的視頻數據進行分析和解碼，分離視頻信號；監控終端獲取經解碼后的實時視頻信號并通過播放器播放。以下對本發明方案進行詳細介紹(1)首先開啟本視頻監控系統，啟動視頻采集模塊，開啟視頻采集終端例如攝像 頭，包括打開任意一路攝像頭或同時打開多路攝像頭，采用多線程技術控制視頻采集，采 集得到的是數字信號。在視頻采集終端分為自動采集和用戶自定義采集兩種方式，參見圖2，圖2為發明 實施例的系統啟動時的流程圖。用戶選擇采集模式，視頻采集終端判斷是否為自動運行模 式(Auto run)，若是，則自動采集，若否，則用戶自定義采集。本發明系統提供菜單讓用戶選 擇設置任意一路或者多路攝像頭設置任意一路攝像頭的視頻亮度、對比度和飽和度，或者 同時設置多路攝像頭的視頻亮度、對比度和飽和度，還可以讓用戶選擇設置任意一路或者 多路攝像頭的分辨率。如圖3所示為自動采集流程圖。如圖3所示，包括在初始化設備后，創建線程，選擇菜單命令，菜單命令可以包 括采集視頻流、用戶設置、保存為YUV視頻文件、抓圖并存為ppm文件、停止采集、退 出程序等。視頻采集終端允許用戶選擇將任意一路或者多路攝像頭的YUV420P格式的視頻 數據流保存為YUV格式的視頻文件，其功能包括將任意一路攝像頭的YUV420P格式的視頻數據流保存為YUV格式的視頻文件；同時將多路攝像頭的YUV420P格式的視頻數據流保存為YUV格式的視頻文件。(2)視頻數字信號編碼模塊對采集得到的視頻數字信號進行壓縮編碼。壓縮編碼 時，主要是根據圖像組比特分配方法和前景背景分解編碼方法進行壓縮編碼，其具體步驟 如圖4流程圖所示。如圖4所示，包括步驟401、進行視頻采集；402.、初始化相關參數403.、讀入幀數據，判斷幀類型，以宏塊為單位對視頻數據進行編碼；404、對于視頻編碼層面VCL，采用圖像組比特分配方法和前景背景分解編碼方法 進行壓縮編碼，保存編碼信息，對網絡抽象層NAL編碼數據加上NAL頭信息組成完整的NAL 單元，將NAL層NAL單元輸出；在H.264/AVC視頻編碼標準中，整個系統框架被分為了兩個層面視頻編碼層面 (VCL)和網絡抽象層面(NAL)。其中，前者負責有效表示視頻數據的內容，而后者則負責格 式化數據并提供頭信息，以保證數據適合各種信道和存儲介質上的傳輸。
405、判斷是否處理完畢，如果處理完所有幀，則執行步驟406否則返回步驟403 ；406、網絡發送自適應模塊處理；網絡發送自適應模塊，針對網關路由設備的CDMA/GPRS/ADSL等各種網絡環境，自 適應選擇一種合適的網絡環境進行通信，通過對網關路由設備的CDMA/GPRS/ADSL等各種 網絡環境自適應選擇網絡傳輸方式，來達到解決單一網絡接入方式所帶來的局限性，可靠 地有效地保證網絡的正常聯接和數據傳輸的實時性的目的。步驟407、視頻接收解碼模塊接收并解碼；視頻接收解碼模塊從網絡接收實時視頻數據，在多路傳輸中識別各路視頻數據的 來源，對接收的視頻數據進行分析和解碼，分離視頻信號；步驟408、監控終端進行顯示。監控終端，獲取經解碼后的實時視頻信號并通過播放器播放。上述步驟提到的利用圖像組比特分配方法和前景背景分解編碼方法進行壓縮編 碼，以下進行詳細介紹圖像組比特分配方法是面向實時編碼應用的碼率控制方案，其功能實現網速快時 產生高碼率的視頻流，傳出高質量的圖像，網速慢時則產生低碼率的視頻流，降低圖像的質 量，傳出流暢的圖像序列；前景背景分解編碼方法，適用于攝像頭位置不變的視頻傳輸應用，例如視頻會議、 視頻監控和可視電話等；攝像頭位置不變，圖像背景就不變；如果背景占據圖像面積的大 部分，視頻的信息量就很小，此時用很小的碼流就足以表示高質量的包括細節的圖像；其具 體實現細節包括如下a.、利用幀間預測實現前景背景分解采用基于塊的的運動補償，從一個或者多個先前編碼的圖象幀中產生一個預測模 型參考，識別靜止和運動部分；對于幀中背景相對不變的部分只設一個關鍵幀保存其信息， 而運動部分壓縮采用以下幀間預測；所述的幀間預測包括樹型結構的運動補償；運動矢 量預測；預測編碼可以有效去除時間域上的冗余信息；b、幀內預測依據先前編碼和重建之后的塊形成一個預測塊P，當前塊減去這個預測塊，將差值 進行編碼；對于每個4*4的亮度塊，共有9種可選預測模式；對于16*16的亮度塊，共有4種可選模式；對于色度塊，共有4種可選模式(1)4*4亮度預測模式；(2) 16*16亮度預測模式； (3)8*8色度預測模式；(4)標記幀內預測模式。c、整數變換在編碼器端，一幅圖象經過運動補償或幀內預測后的殘差，在4*4的宏塊基礎上 需要再進行變換，才傳輸給解碼器。進行的變換包括對4*4內部宏塊的直流系數亮度分量的變換；對(在任何宏塊)的2*2的直流系數色度分量的變換；對所有其他的4*4塊的殘差數據的變換；對色度分量直流系數的哈達瑪變換和量化；
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d、熵編碼在視頻數字信號編碼模塊中，熵編碼是把一系列用來表示視頻序列的元素符號轉 變為一個用來傳輸或是存儲的壓縮碼流。輸入的符號可能包括量化的變換系數、運動向量、 標記、宏塊頭、圖象頭、序列的頭以及附加信息；e、基于上下文的自適應二進制算術編碼，得到較好的壓縮性能，即采用了三點特 性(1)依據元素的上下文，對每個符號元素選擇概率模型；(2)采用基于局部統計的概率 估算；(3)使用算術編碼。f、基于內容自適應的變長編碼用來編碼按Zigzag順序掃描的4*4和2*2殘差變換系數塊；該步驟可以利用量化的4*4塊的若干特征，因為經過預測、變換、量化之后，塊多 半是稀疏的，因此可以使用游程編碼緊湊地表示零串，從而實現網速快時產生高碼率的視 頻流，傳出高質量的圖像，網速慢時則產生低碼率的視頻流，降低圖像的質量，傳出流暢的 圖像序列；因為相鄰塊非零系數的個數是相關的，因此對系數的個數的編碼使用查找表，而 查找表的選擇依賴于相鄰塊非零系數的個數；在重排序的序列開頭的非零系數的幅度相對較大，而在高頻區域則較小，因此充 分利用這點，根據最近編碼的幅度來選擇幅度參數的VLC((variable-length coding)，變 長編碼)查找表。(3)由步驟(2)編碼后的低質量數據流通過網絡發送自適應模塊，以便進行網絡 數據流的傳輸；數據流高質量送至外接硬盤，以備查看或取證。網絡發送自適應模塊，針對網關路由設備的CDMA/GPRS/ADSL等各種網絡環境，自 適應選擇一種合適的網絡環境進行通信，通過對網關路由設備的CDMA/GPRS/ADSL等各種 網絡環境自適應選擇網絡傳輸方式，來達到解決單一網絡接入方式所帶來的局限性，可靠 地有效地保證網絡的正常聯接和數據傳輸的實時性的目的。控制傳輸模塊，針對各路獨立進行網絡監測生成的網絡狀況報告進行管理，提供 一個該路的網絡狀況參考給用戶，以幫助用戶針對指定某一路進行手動的設置或者調整狀 態。該控制傳輸模塊還可以根據各路不同的情況分別對其傳輸速率進行自調整，以適應其 當前的網絡狀況和預設的延時需求和丟包率需求。(4)視頻接收解碼模塊，從網絡接收實時視頻流，對多路傳輸，可以識別各路視頻 源來自于哪個采集終端，對熵編碼比特流符號進行分析和解碼，分離視頻信號；對熵編碼比 特流符號進行分析和解碼，分離視頻信號；逆變換逆掃描和反量化，抗塊效應濾波。(5)最后由監控終端，獲取經解碼后的實時視頻流并通過播放器播放，從而實現從 網絡接收實時視頻流。本發明具有以下有益效果1、視頻處理環節在視頻編解碼技術環節，基于國際流行的H. 264編解碼標準自主研發了視頻編解 碼方法，針對移動網絡帶寬變化大且頻繁的特點，通過采用視頻放大，糾錯等方法，形成獨 特的碼流控制和帶寬自適應技術，以保證接收終端設備獲得最優化的音視頻效果。通過編碼前處理，提高視頻輸入信號的信噪比、降低視頻數據的輸出流量的技術，編碼后處理主要通過提高輸出圖像的主觀質量來優化效果。2、移動網絡圖像傳輸環節針對網關路由設備的CDMA/GPRS/ADSL等各種網絡環境自適應選擇一種合適的網 絡環境進行通信，例如在GPRS移動網絡中可以實現低帶寬傳輸高畫質、流暢實時圖像。本 發明方法最高可以實現12FPS的圖像傳輸效果。擁有GPRS與Internet網絡或者專線網絡 的跨網傳輸技術，從而可以滿足實時性的需求，并且較好的突破了地域的限制。以上對本發明實施例所提供的一種無線傳輸的視頻監控系統及方法，進行了詳細 介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明 只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本 發明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應 理解為對本發明的限制。
權利要求
一種無線傳輸視頻監控系統，其特征在于包括視頻采集模塊、視頻數字信號編碼模塊、網絡發送自適應模塊、控制傳輸模塊、視頻接收解碼模塊及監控終端；所述視頻采集模塊，用于通過視頻采集終端采集視頻數據；所述視頻數字信號編碼模塊，用于獲取所述視頻采集模塊得到的視頻數據，利用圖像組比特分配方法和前景背景分解編碼方法進行壓縮編碼；所述網絡發送自適應模塊，用于針對網關路由設備的不同網絡環境自適應選擇一種網絡環境進行通信；所述控制傳輸模塊，用于管理各路獨立進行網絡監測所生成的網絡狀況報告，提供各路的網絡狀況供用戶參考；所述視頻接收解碼模塊，用于從網絡接收實時視頻數據，在多路傳輸中識別各路視頻數據的來源，對接收的視頻數據進行分析和解碼，分離視頻信號；所述監控終端，獲取經解碼后的實時視頻信號并通過播放器播放。
2.根據權利要求1所述的一種無線傳輸視頻監控系統，其特征在于 所述視頻采集模塊采用多線程技術控制視頻采集，采集得到的為數字信號。
3.根據權利要求1或2所述的一種無線傳輸視頻監控系統，其特征在于 所述的視頻采集模塊提供不同保存方式，包括將任意一路或者多路攝像頭的YUV420P格式的視頻數據流保存為YUV格式的視頻文件。
4.根據權利要求1或2所述的一種無線傳輸視頻監控系統，其特征在于 所述視頻數字信號編碼模塊進行編碼時按以下過程操作a、、判斷幀類型，初始化相關參數；b、以宏塊為單位對視頻數據進行編碼；c、保存編碼信息；d、對網絡抽象層NAL編碼數據加上NAL頭信息組成完整的NAL單元。
5.根據權利要求1或2所述的一種無線傳輸視頻監控系統，其特征在于所述視頻數字信號編碼模塊利用前景背景分解編碼方法進行壓縮編碼具體是把圖像 的前景和背景分離后，對前景和背景分別處理和編碼。
6.一種無線傳輸視頻監控方法，其特征在于，包括 視頻采集模塊通過視頻采集終端采集視頻數據；視頻數字信號編碼模塊獲取所述視頻采集模塊得到的視頻數據，利用圖像組比特分配 方法和前景背景分解編碼方法進行壓縮編碼；網絡發送自適應模塊針對網關路由設備的不同網絡環境自適應選擇一種網絡環境進 行通信；控制傳輸模塊管理各路獨立進行網絡監測所生成的網絡狀況報告，提供各路的網絡狀 況供用戶參考；視頻接收解碼模塊從網絡接收實時視頻數據，在多路傳輸中識別各路視頻數據的來 源，對接收的視頻數據進行分析和解碼，分離視頻信號；監控終端獲取經解碼后的實時視頻信號并通過播放器播放。
7.根據權利要求6所述的一種無線傳輸視頻監控方法，其特征在于 所述視頻采集模塊采用多線程技術控制視頻采集，采集得到的為數字信號。
8.根據權利要求6或7所述的一種無線傳輸視頻監控方法，其特征在于 所述的視頻采集模塊提供不同保存方式，包括將任意一路或者多路攝像頭的YUV420P格式的視頻數據流保存為YUV格式的視頻文件。
9.根據權利要求6或7所述的一種無線傳輸視頻監控方法，其特征在于 所述視頻數字信號編碼模塊進行編碼時按以下過程操作a.、判斷幀類型，初始化相關參數；b、以宏塊為單位對視頻數據進行編碼； C、保存編碼信息；d、對網絡抽象層NAL編碼數據加上NAL頭信息組成完整的NAL單元。
全文摘要
本發明公開一種無線傳輸視頻監控系統及方法。該系統包括視頻采集模塊，用于通過視頻采集終端采集視頻數據；視頻數字信號編碼模塊，用于獲取所述視頻采集模塊得到的視頻數據，利用圖像組比特分配方法和前景背景分解編碼方法進行壓縮編碼；網絡發送自適應模塊，用于針對網關路由設備的不同網絡環境自適應選擇一種網絡環境進行通信；控制傳輸模塊，用于管理各路獨立進行網絡監測所生成的網絡狀況報告；視頻接收解碼模塊，用于從網絡接收實時視頻數據，在多路傳輸中識別各路視頻數據的來源，對接收的視頻數據進行分析和解碼；監控終端，獲取經解碼后的實時視頻信號并通過播放器播放。本發明方案能在窄帶網絡環境下進行良好的無線傳輸。
文檔編號H04N7/26GK101854520SQ20101015364
公開日2010年10月6日 申請日期2010年4月16日 優先權日2010年4月16日
發明者劉寧, 曹旦森, 王炅, 羅笑南 申請人:廣東中大訊通信息有限公司;中山大學;廣州市聚暉電子科技有限公司