主頁（http://www.by236.com）：視頻服務器通用結(jié)構(gòu)及其智能化設計設想

    本文針對視頻服務器的通用結(jié)構(gòu)做了詳細地探討，并對該產(chǎn)品未來的智能化設計提出了一些設想，希望能為廣大讀者提供參考。

    音視頻壓縮技術(shù)是視頻服務器和智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。在數(shù)字多媒體壓縮（特別是視頻壓縮）領(lǐng)域內(nèi)有很多國際標準（如ISO／ITU-T技術(shù)委員會的JPEG標準、CCITT制定的Ｈ.26X標準以及著名的MPEG標準等）。其中，MPEG-4標準的主要特點是可對圖像中的內(nèi)容進行編碼，其核心是基于內(nèi)容尺度可變性（Content-based scalability）即可以給圖像中的各個對象分配優(yōu)先級。其中，比較重要的對象用較高的空間和（或）時間分辨率表示；對于比較低的比特率應用系統(tǒng)來說，尺度可變性是一個關(guān)鍵的因素，因為它提供了自適應可用資源的能力。例如，該特性允許對具有較高優(yōu)先級的對象用可接受的質(zhì)量進行顯示，次優(yōu)先級的對象則用較低的質(zhì)量顯示，而其余內(nèi)容（對象）則不顯示。對于監(jiān)控系統(tǒng)來說，在絕大部分時間內(nèi)，監(jiān)視畫面的背景都保持不變，因此，在要求的比特率比較低時，對于監(jiān)視畫面的背景部分可以以較低的質(zhì)量顯示，這樣并不會影響整個畫面的效果。在MPEG-4發(fā)展的基礎上，現(xiàn)又聯(lián)合推出了更為優(yōu)秀的H.264標準，目前新設計的系統(tǒng)，尤其是智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，大多采用此標準。

    智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品形態(tài)之一是使用嵌入式視頻服務器，這是一個基于客戶機/服務器模型的系統(tǒng)，主要由現(xiàn)場采集設備、嵌入式視頻服務器、傳輸網(wǎng)絡以及監(jiān)控終端組成。基于嵌入式視頻服務器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。

嵌入式視頻服務器硬件設計
    嵌入式視頻服務器的硬件部分，主要由嵌入式微處理器、系統(tǒng)Flash、系統(tǒng)SDRAM、編解碼SDRAM、MPEG-4或H.264音視頻編解碼芯片、音視頻A/D與D/A轉(zhuǎn)換芯片、以太網(wǎng)絡接口、大容量硬盤、光盤刻錄機以及一些數(shù)據(jù)采集傳感器組成。從總體上來看，這是一個以嵌入式微處理器+專用音視頻編解碼芯片為核心的基礎平臺。信號關(guān)系為：將模擬的音視頻信號通過A/D轉(zhuǎn)換成沒有被壓縮的圖像數(shù)字信號，再通過DSP或具有圖像處理功能的ASIC芯片進行圖像數(shù)據(jù)的壓縮編碼，將壓縮編碼的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)存儲在硬盤等大容量存儲設備中，或通過網(wǎng)絡實時監(jiān)控遠程圖像；給使用者提供簡單、便捷的網(wǎng)絡或遙控器OSD（On-Screen Display）菜單方式，以便對存儲的錄像數(shù)據(jù)進行檢索、回放和備份等。其通用硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    工作流程為：服務器上電啟動后，系統(tǒng)被加載到與嵌入式CPU相連的SDRAM中運行，CPU通過串口控制云臺，轉(zhuǎn)動攝像機獲取視頻信號，經(jīng)過采樣芯片實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)傳給MPEG-4或H.264音頻/視頻壓縮芯片，完成MPEG-4或H.264視頻壓縮，壓縮后的數(shù)據(jù)緩存于MPEG-4或H.264壓縮芯片內(nèi)的FIFO中，當FIFO半滿時就觸發(fā)主控CPU產(chǎn)生中斷，由處理器的中斷服務子程序獲取該數(shù)據(jù)并存放于系統(tǒng)緩沖區(qū)中，等待發(fā)送程序讀取。當服務器監(jiān)聽到監(jiān)控端的視頻請求時，服務器將視頻數(shù)據(jù)打包并以流媒體的形式通過網(wǎng)絡接口芯片傳輸?shù)奖O(jiān)控端上去。CPU同時接收監(jiān)控端發(fā)來的控制信息，通過CGI（Common Gateway Interface）通用網(wǎng)關(guān)接口發(fā)送給應用程序。應用程序負責將控制信息通過RS232串口給攝像機云臺。其功能層次關(guān)系如圖3所示。

視頻服務器主要元器件選擇原則
嵌入式微處理器
    嵌入式微處理器是整個硬件部分的核心，嵌入式系統(tǒng)選擇處理器時主要需要考慮以下幾個方面：處理器的性能，處理器所支持的開發(fā)工具和操作系統(tǒng)，處理器的成本、代碼兼容性、算法復雜性以及功率消耗等。最好選擇為電信和網(wǎng)絡市場而設計的集成通信微處理器，其體系結(jié)構(gòu)為內(nèi)核和外圍兩個部分，內(nèi)核部分完成任務調(diào)度和內(nèi)存管理，外圍部分承擔通信處理模塊（CPM）等任務。CPM應同時支持多個快速的串行通信控制器（FCC），多通道控制器（MCC），多個串行通信控制器（SCC）和串行管理控制器（SMC）串行外圍接口，支持60x總線，其數(shù)據(jù)線為64位，地址線為32位，支持PCI/LOCAL總線，其數(shù)據(jù)線為32位，地址線為32位。

音視頻編解碼芯片
    原始的音視頻數(shù)據(jù)量很大，需要占用非常高的帶寬，如果需要進行長時間錄像、存儲，必須保證在一定圖像質(zhì)量的前提下通過壓縮技術(shù)盡量降低音視頻的碼率，減少需要存儲的數(shù)據(jù)量，以滿足更長時間的存儲要求和減少成本，同時也可以更好地滿足網(wǎng)絡監(jiān)控要求。選擇音頻/視頻編碼解碼芯片的主要考慮以下幾個方面：

    ?芯片內(nèi)集成有多個信號處理／控制單元，包括一個視頻編碼（壓縮）器、一個視頻解碼（解壓）器和一個片內(nèi)CPU（內(nèi)部擴展一個音頻編碼DSP、一個音頻解碼DSP、一個多路復合單元和一個多路解復合單元）；

    ?具有可編程、高性能和低功耗特點，因為每個信號處理／控制單元都由一個RISC處理器和專用的硬件加速器構(gòu)成。此外，視頻編、解碼器內(nèi)部還集成了一個專用的SDRAM；

    ?在系統(tǒng)上電／復位時，視頻編、解碼器的固件程序可由外部主機（Host）載入各自專用的SDRAM；而編解碼芯片內(nèi)CPU的固件程序則可載入編解碼芯片外掛的SDRAM；

    ?芯片的主機接口采用標準PCI接口，符合PCI總線規(guī)范2.2；

    ?為了使編、解碼性能達到最佳，微處理器內(nèi)部集成了一個多通道DMAC。系統(tǒng)Host可直接通過主機接口對編解碼芯片進行控制，MPEG或H.264數(shù)據(jù)流采用DMA方式傳輸；

    ?提供兼容的I2C總線，可方便地對外圍芯片進行控制。

I2C總線
    I2C（Inter-Integrated Circuit）總線是由數(shù)據(jù)總線（SDA）和時鐘總線（SCL）構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，在CPU和被控IC之間，IC與IC之間雙向傳輸數(shù)據(jù)，最高傳送數(shù)率達到100Kbps。由于接口直接在組件之上，因此I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本。總線的長度可高達25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個組件。I2C總線的另一個優(yōu)點是，它支持多主控（multimastering），其中任何能夠進行發(fā)送和接收的設備都可以成為主總線。一個主控能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。任意時間點上只能有一個主控，利用I2C總線主要完成對外圍設備進行靈活控制。
(中國集群通信網(wǎng) | 責任編輯：陳曉亮)