基于AVS的高清網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術簡析

AVS(audiovideocodingstandard)是我國自主制定的第二代數(shù)字音視頻信源標準，于2008年3月作為國標正式實施。AVS是構建我國“技術→專利→標準→芯片與軟件→整機與系統(tǒng)制造→數(shù)字媒體運營”的產業(yè)鏈的產物，廣泛應用于廣電、通信、安防、娛樂各領域，技術水平與H.264相當，突出優(yōu)點是專利使用費極低（此為AVS首要核心競爭力）。

AVS產業(yè)化剛剛起步，與形成壟斷的MPEG-4和H.264相比差距甚遠。AVS規(guī)劃的重點市場為IPTV（互動電視）、數(shù)字電視、手機電視、安防監(jiān)控，目前AVS產業(yè)化僅在IPTV上取得了局部的有限進展，關鍵在于AVS屬于非強制標準，深入研究開發(fā)該標準的企業(yè)極少，特別是由于缺少成熟的案例，用戶對AVS的可靠性、穩(wěn)定性、成本方面心存疑慮。正如工信部產品司白為民處長所述：“AVS標準的產業(yè)化確實碰到了問題，現(xiàn)在我們要選擇一個大家能接受、能動起來的突破口”。中科院計算所上海分所所長、上海AVS產業(yè)聯(lián)盟發(fā)起人孔華威等一批專家認為，“安防市場或許能成為AVS產業(yè)化的一個切入口”。

針對安防行業(yè)需求，AVS工作組擴展了面向安防的數(shù)字音視頻監(jiān)控標準（AVS-S）。相對于現(xiàn)存標準如MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4AVC（簡稱AVC，也稱JVT、H.264）及其它私有標準而言，其最大優(yōu)點就是能夠滿足目前安防產業(yè)的特殊需求，以解決阻礙國內安防產業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的專利壁壘等問題，為安防產業(yè)發(fā)展帶來了新的契機。

二、競爭形勢分析

就目前情況而言，對于AVS產品的競爭從本質上說均為來自標準的競爭。網絡視頻技術主要有傳輸技術和信源編碼技術兩大部分，AVS屬于信源編碼標準。在核心技術上，AVS與H.264都采取了類似的技術框架，均屬于最先進的第二代信源標準。就技術而言，AVS主要是和H.264競爭。

（一）綜合技術水平比較

AVS和H.264各有所長，水平相當。在性能上，AVS稍弱于H.264：變塊大小運動補償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。在復雜度上，AVS優(yōu)勢明顯：幀內預測AVS較H.264降低約為50%，幀間預測AVS存儲空間降低50%以上，變塊大小運動補償AVS節(jié)省30%～

40%，B幀宏塊雙向預測模式AVS最大降低50%，1/4像素運動補償AVS節(jié)省30%的存儲器訪問量，環(huán)路濾波AVS降低50%。AVS吸收了H.264的精華，但為了繞過專利的困擾，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。而在主觀測試上，對比國家廣電總局廣播電視規(guī)劃院的《AVS視頻壓縮質量主觀評價》測試報告與MPEG標準組織對MPEG-4AVC/H.264的測試報告，AVS碼率為現(xiàn)行MPEG-2標準的一半時，無論是標準清晰度還是高清晰度，編碼質量都達到優(yōu)秀。

碼率不到其三分之一時，也達到良好到優(yōu)秀。

（二）產業(yè)化水平比較

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

（三）專利費用比較

AVS大大低于H.264。H.264不但對設備廠商收取費用，對終端客戶也收取專利費用，且費用高昂（如廣電用戶，每用戶每年收費14.6美元）。而AVS只對設備廠商對每臺設備收取專利費1元人民幣，不對運營商與最終用戶收取。

面對H.264高昂的專利費用及巨大的國內市場，越來越多的芯片廠商已經推出了支持AVS的視頻解碼芯片（如前所述）。這意味著廠商對于AVS的愿望，也成為AVS產業(yè)化更為現(xiàn)實的基礎。

由于AVS還未正式成為國際標準，H.264及MPEG-4卻早已瓜分了市場，目前能夠支持AVS的芯片為數(shù)甚少，基于此類芯片專門開發(fā)的產品并批量投放市場的更是少之又少！基于AVS標準的高清網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計如果能夠采取“站到巨人肩膀上”的策略，在前端產品方面重點針對“AVS高清IP攝像機”（全高清，F(xiàn)ullHD1080p）進行開發(fā)研究，在傳輸系統(tǒng)方面重點提升流媒體轉發(fā)服務的速度和可靠性，在后端重點開發(fā)真正高兼容性、智能化的平臺軟件，就完全可能在安防行業(yè)的下一步發(fā)展中取得先機。

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

“基于AVS的高清網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)”可以在視頻監(jiān)控前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、后臺管理系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)上，通過技術創(chuàng)新，研究、開發(fā)出具有核心地位和引領作用的核心產品。一種解決思路是：前端產品采用“AVS高清IP攝像機”，傳輸產品采用“嵌入式流媒體轉發(fā)服務器”，后端產品采用“基于AVS標準的高清網絡視頻監(jiān)控軟件平臺”等。

（一）“AVS高清IP攝像機”重點應解決的技術問題：

重點需解決基于AVS的高清視頻處理算法問題和硬件優(yōu)化組合問題。在高清視頻處理算法問題上，可以采用目前的主流算法，并針對AVS的特點進行調整和優(yōu)化。在硬件優(yōu)化組合方面，可采用500萬像素的CMOS逐行掃描感光元件，配合優(yōu)質算法和濾波技術，形成最高支持FullHD（1920*1080）分辨率的視頻。此外，還可以采用DSP+FPGA結構，構成低成本高性能的AVS編解碼系統(tǒng)（具體：把成熟而價廉的TMS320C6454與XC3SD3400A結合使用，利用FPGA作為協(xié)處理器，為DSP進行AVS編解碼的并行運算，把DSP的資源豐富與FPGA的并發(fā)處理有機整合）。可以在成本增加較小的基礎上，較好地解決處理高清AVS硬件平臺的難題。

（二）“嵌入式高性能流媒體轉發(fā)服務器”重點應解決的技術問題：

重點需解決Linux系統(tǒng)裁減、流媒體轉發(fā)服務算法問題。

網絡監(jiān)控系統(tǒng)中，多用戶同時訪問是極其常見和必然的。

（三）“基于AVS標準的高清網絡視頻監(jiān)控軟件平臺”重點應解決的技術問題：

解決平臺軟件對不同廠家設備的兼容性問題，并根據(jù)技術的發(fā)展逐步添加各種專用的、針對視頻圖像的智能分析模塊。平臺軟件主要由管理服務端軟件、監(jiān)控客戶端軟件、流媒體存儲服務軟件等3個主要模塊組成。

管理服務端軟件主要實現(xiàn)對數(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)庫管理系統(tǒng)設備檔案、運行參數(shù)、賬戶權限等，提供給后臺客戶端播放軟件數(shù)據(jù)服務、加密服務接口，采用多線程、多任務機制實現(xiàn)了報警信息的實時處理。主要功能包括：現(xiàn)場管理、賬戶權限管理、報警管理、系統(tǒng)設置等功能。

客戶端監(jiān)控軟件主要用于控制前端設備、預覽視頻、查看報警日志、語音對講、電子地圖導航、球形機預置點設置、錄像、拍照等功能。通過客戶端監(jiān)控軟件可以控制前端監(jiān)控設備。

流媒體存儲服務軟件實現(xiàn)了在流媒體存儲服務器上的大容量流媒體數(shù)據(jù)存儲，該軟件支持長時間7×24不間斷流媒體循環(huán)存儲，流媒體存儲服務軟件將流媒體文件屬性信息存儲在系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫上，當數(shù)據(jù)庫服務器宕機時可存儲在本地。當磁盤出現(xiàn)故障后，硬件修復后流媒體存儲服務軟件可完成故障恢復，釋放故障空間。

四、結束語

現(xiàn)代視頻監(jiān)控技術發(fā)展趨勢是數(shù)字化、網絡化、高清化、智能化，其市場規(guī)模以及應用面都在迅速擴大。AVS(audiovideocodingstandard)作為我國自主制定的第二代數(shù)字音視頻信源標準，其推廣應用是我國振興民族產業(yè)的重要舉措之一。AVS的產業(yè)化遇到了瓶頸，安防行業(yè)或許是一個和有希望的突破口。如能“站在巨人的肩膀上”，在前端產品、傳輸系統(tǒng)、后臺系統(tǒng)的關鍵點上實施有效地突破，AVS首先通過安防（視頻監(jiān)控）行業(yè)撕開H.264及MPEG-4業(yè)已形成的壟斷壁壘將不是一句空話。