基于AVS的高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)簡(jiǎn)析

AVS(audiovideocodingstandard)是我國(guó)自主制定的第二代數(shù)字音視頻信源標(biāo)準(zhǔn)，于2008年3月作為國(guó)標(biāo)正式實(shí)施。AVS是構(gòu)建我國(guó)“技術(shù)→專(zhuān)利→標(biāo)準(zhǔn)→芯片與軟件→整機(jī)與系統(tǒng)制造→數(shù)字媒體運(yùn)營(yíng)”的產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)物，廣泛應(yīng)用于廣電、通信、安防、娛樂(lè)各領(lǐng)域，技術(shù)水平與H.264相當(dāng)，突出優(yōu)點(diǎn)是專(zhuān)利使用費(fèi)極低（此為AVS首要核心競(jìng)爭(zhēng)力）。

AVS產(chǎn)業(yè)化剛剛起步，與形成壟斷的MPEG-4和H.264相比差距甚遠(yuǎn)。AVS規(guī)劃的重點(diǎn)市場(chǎng)為IPTV（互動(dòng)電視）、數(shù)字電視、手機(jī)電視、安防監(jiān)控，目前AVS產(chǎn)業(yè)化僅在IPTV上取得了局部的有限進(jìn)展，關(guān)鍵在于AVS屬于非強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，深入研究開(kāi)發(fā)該標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)極少，特別是由于缺少成熟的案例，用戶(hù)對(duì)AVS的可靠性、穩(wěn)定性、成本方面心存疑慮。正如工信部產(chǎn)品司白為民處長(zhǎng)所述：“AVS標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)業(yè)化確實(shí)碰到了問(wèn)題，現(xiàn)在我們要選擇一個(gè)大家能接受、能動(dòng)起來(lái)的突破口”。中科院計(jì)算所上海分所所長(zhǎng)、上海AVS產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)起人孔華威等一批專(zhuān)家認(rèn)為，“安防市場(chǎng)或許能成為AVS產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)切入口”。

針對(duì)安防行業(yè)需求，AVS工作組擴(kuò)展了面向安防的數(shù)字音視頻監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)（AVS-S）。相對(duì)于現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)如MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4AVC（簡(jiǎn)稱(chēng)AVC，也稱(chēng)JVT、H.264）及其它私有標(biāo)準(zhǔn)而言，其最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠滿(mǎn)足目前安防產(chǎn)業(yè)的特殊需求，以解決阻礙國(guó)內(nèi)安防產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的專(zhuān)利壁壘等問(wèn)題，為安防產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī)。

二、競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)分析

就目前情況而言，對(duì)于AVS產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)從本質(zhì)上說(shuō)均為來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)的競(jìng)爭(zhēng)。網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)主要有傳輸技術(shù)和信源編碼技術(shù)兩大部分，AVS屬于信源編碼標(biāo)準(zhǔn)。在核心技術(shù)上，AVS與H.264都采取了類(lèi)似的技術(shù)框架，均屬于最先進(jìn)的第二代信源標(biāo)準(zhǔn)。就技術(shù)而言，AVS主要是和H.264競(jìng)爭(zhēng)。

（一）綜合技術(shù)水平比較

AVS和H.264各有所長(zhǎng)，水平相當(dāng)。在性能上，AVS稍弱于H.264：變塊大小運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償AVS較H.264下降約為0.1dB，熵編碼AVS下降約為0.5dB，變換和量化AVS提高大約0.1dB，B幀宏塊直接編碼模式AVS提升大約0.2～0.3dB，其余性能大致持平。在復(fù)雜度上，AVS優(yōu)勢(shì)明顯：幀內(nèi)預(yù)測(cè)AVS較H.264降低約為50%，幀間預(yù)測(cè)AVS存儲(chǔ)空間降低50%以上，變塊大小運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償AVS節(jié)省30%～

40%，B幀宏塊雙向預(yù)測(cè)模式AVS最大降低50%，1/4像素運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償AVS節(jié)省30%的存儲(chǔ)器訪問(wèn)量，環(huán)路濾波AVS降低50%。AVS吸收了H.264的精華，但為了繞過(guò)專(zhuān)利的困擾，又放棄H.264的一些核心算法。

在壓縮及回放效果上，AVS相比H.264在相同碼率下的峰值信噪比（PSNR）平均有大約0.11dB的損失。而在主觀測(cè)試上，對(duì)比國(guó)家廣電總局廣播電視規(guī)劃院的《AVS視頻壓縮質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)》測(cè)試報(bào)告與MPEG標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)MPEG-4AVC/H.264的測(cè)試報(bào)告，AVS碼率為現(xiàn)行MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的一半時(shí)，無(wú)論是標(biāo)準(zhǔn)清晰度還是高清晰度，編碼質(zhì)量都達(dá)到優(yōu)秀。

碼率不到其三分之一時(shí)，也達(dá)到良好到優(yōu)秀。

（二）產(chǎn)業(yè)化水平比較

在目前上下游產(chǎn)業(yè)鏈中，無(wú)論是從芯片廠商支持，還是市場(chǎng)上已有的產(chǎn)品，AVS都大大落后于H.264。這是AVS推廣最大的軟肋！

（三）專(zhuān)利費(fèi)用比較

AVS大大低于H.264。H.264不但對(duì)設(shè)備廠商收取費(fèi)用，對(duì)終端客戶(hù)也收取專(zhuān)利費(fèi)用，且費(fèi)用高昂（如廣電用戶(hù)，每用戶(hù)每年收費(fèi)14.6美元）。而AVS只對(duì)設(shè)備廠商對(duì)每臺(tái)設(shè)備收取專(zhuān)利費(fèi)1元人民幣，不對(duì)運(yùn)營(yíng)商與最終用戶(hù)收取。

面對(duì)H.264高昂的專(zhuān)利費(fèi)用及巨大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，越來(lái)越多的芯片廠商已經(jīng)推出了支持AVS的視頻解碼芯片（如前所述）。這意味著廠商對(duì)于AVS的愿望，也成為AVS產(chǎn)業(yè)化更為現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)。

由于AVS還未正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，H.264及MPEG-4卻早已瓜分了市場(chǎng)，目前能夠支持AVS的芯片為數(shù)甚少，基于此類(lèi)芯片專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品并批量投放市場(chǎng)的更是少之又少！基于AVS標(biāo)準(zhǔn)的高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如果能夠采取“站到巨人肩膀上”的策略，在前端產(chǎn)品方面重點(diǎn)針對(duì)“AVS高清IP攝像機(jī)”（全高清，F(xiàn)ullHD1080p）進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，在傳輸系統(tǒng)方面重點(diǎn)提升流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)的速度和可靠性，在后端重點(diǎn)開(kāi)發(fā)真正高兼容性、智能化的平臺(tái)軟件，就完全可能在安防行業(yè)的下一步發(fā)展中取得先機(jī)。

三、基于AVS高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決方案的一種思路

“基于AVS的高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)”可以在視頻監(jiān)控前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、后臺(tái)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)上，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，研究、開(kāi)發(fā)出具有核心地位和引領(lǐng)作用的核心產(chǎn)品。一種解決思路是：前端產(chǎn)品采用“AVS高清IP攝像機(jī)”，傳輸產(chǎn)品采用“嵌入式流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器”，后端產(chǎn)品采用“基于AVS標(biāo)準(zhǔn)的高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件平臺(tái)”等。

（一）“AVS高清IP攝像機(jī)”重點(diǎn)應(yīng)解決的技術(shù)問(wèn)題：

重點(diǎn)需解決基于AVS的高清視頻處理算法問(wèn)題和硬件優(yōu)化組合問(wèn)題。在高清視頻處理算法問(wèn)題上，可以采用目前的主流算法，并針對(duì)AVS的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。在硬件優(yōu)化組合方面，可采用500萬(wàn)像素的CMOS逐行掃描感光元件，配合優(yōu)質(zhì)算法和濾波技術(shù)，形成最高支持FullHD（1920*1080）分辨率的視頻。此外，還可以采用DSP+FPGA結(jié)構(gòu)，構(gòu)成低成本高性能的AVS編解碼系統(tǒng)（具體：把成熟而價(jià)廉的TMS320C6454與XC3SD3400A結(jié)合使用，利用FPGA作為協(xié)處理器，為DSP進(jìn)行AVS編解碼的并行運(yùn)算，把DSP的資源豐富與FPGA的并發(fā)處理有機(jī)整合）?？梢栽诔杀驹黾虞^小的基礎(chǔ)上，較好地解決處理高清AVS硬件平臺(tái)的難題。

（二）“嵌入式高性能流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器”重點(diǎn)應(yīng)解決的技術(shù)問(wèn)題：

重點(diǎn)需解決Linux系統(tǒng)裁減、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)算法問(wèn)題。

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中，多用戶(hù)同時(shí)訪問(wèn)是極其常見(jiàn)和必然的。

（三）“基于AVS標(biāo)準(zhǔn)的高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件平臺(tái)”重點(diǎn)應(yīng)解決的技術(shù)問(wèn)題：

解決平臺(tái)軟件對(duì)不同廠家設(shè)備的兼容性問(wèn)題，并根據(jù)技術(shù)的發(fā)展逐步添加各種專(zhuān)用的、針對(duì)視頻圖像的智能分析模塊。平臺(tái)軟件主要由管理服務(wù)端軟件、監(jiān)控客戶(hù)端軟件、流媒體存儲(chǔ)服務(wù)軟件等3個(gè)主要模塊組成。

管理服務(wù)端軟件主要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字多媒體監(jiān)控系統(tǒng)的集中監(jiān)控、管理，采用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)備檔案、運(yùn)行參數(shù)、賬戶(hù)權(quán)限等，提供給后臺(tái)客戶(hù)端播放軟件數(shù)據(jù)服務(wù)、加密服務(wù)接口，采用多線程、多任務(wù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了報(bào)警信息的實(shí)時(shí)處理。主要功能包括：現(xiàn)場(chǎng)管理、賬戶(hù)權(quán)限管理、報(bào)警管理、系統(tǒng)設(shè)置等功能。

客戶(hù)端監(jiān)控軟件主要用于控制前端設(shè)備、預(yù)覽視頻、查看報(bào)警日志、語(yǔ)音對(duì)講、電子地圖導(dǎo)航、球形機(jī)預(yù)置點(diǎn)設(shè)置、錄像、拍照等功能。通過(guò)客戶(hù)端監(jiān)控軟件可以控制前端監(jiān)控設(shè)備。

流媒體存儲(chǔ)服務(wù)軟件實(shí)現(xiàn)了在流媒體存儲(chǔ)服務(wù)器上的大容量流媒體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，該軟件支持長(zhǎng)時(shí)間7×24不間斷流媒體循環(huán)存儲(chǔ)，流媒體存儲(chǔ)服務(wù)軟件將流媒體文件屬性信息存儲(chǔ)在系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫(kù)上，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器宕機(jī)時(shí)可存儲(chǔ)在本地。當(dāng)磁盤(pán)出現(xiàn)故障后，硬件修復(fù)后流媒體存儲(chǔ)服務(wù)軟件可完成故障恢復(fù)，釋放故障空間。

四、結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化，其市場(chǎng)規(guī)模以及應(yīng)用面都在迅速擴(kuò)大。AVS(audiovideocodingstandard)作為我國(guó)自主制定的第二代數(shù)字音視頻信源標(biāo)準(zhǔn)，其推廣應(yīng)用是我國(guó)振興民族產(chǎn)業(yè)的重要舉措之一。AVS的產(chǎn)業(yè)化遇到了瓶頸，安防行業(yè)或許是一個(gè)和有希望的突破口。如能“站在巨人的肩膀上”，在前端產(chǎn)品、傳輸系統(tǒng)、后臺(tái)系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)上實(shí)施有效地突破，AVS首先通過(guò)安防（視頻監(jiān)控）行業(yè)撕開(kāi)H.264及MPEG-4業(yè)已形成的壟斷壁壘將不是一句空話(huà)。