５３５２ 科学技术与工程 视频数据压缩 １２卷 函数编写应用程序实现视频采集。本文着重讨论 第二步的实现方法。 ２．１．１ Ｖ４Ｌ２下的图像采集 ２．１．２直接捕捉的视频信息的数据量是非常大的，如 果直接进行数据传输，会给网络造成很大的负担， 可能导致网络的堵塞，降低系统的效率。因此，在 将数据采集完后通过网络传输之前，要进行数据的 ｖ４Ｌ２图片采集过程分为打开设备、设置图片格 式、分配缓冲区、读取数据、关闭设备等步骤。 （１）打开设备，获得文件描述符ｉｎｉｔ ｆｄ＝ｏｐｅｎ （“／ｄｅｖ／ｖｉｄｅｏ０”，Ｏ—ＲＤＷＲ，０） 压缩，减少数据的传输总量，数据传输到客户端后， 进行相应的解压缩，先后显示，这样可以大大地提 （２）设置图片格式：将图片宽设为１２８０，高设 为７２０，像素格式设为ＹＵＶ。其他参数保持默认。 ｓｔｒｕｅｔ ｖ４１２ｆｏｒｒｎａｔ ｆｍｔ； ＿ｍｅｍｓｅｔ（８ｆｍｔ，０，ｓｉｚｅｏｆ（ｆｅｒｔ））； ｆｍｔ ｔｙｐｅ＝Ｖ４Ｌ２一ＢＵＦ＿ＴＹＰＥ＿ＶＩＤＥＯ—ＣＡＰＴＵＲＥ； ｆｍｔ．ｆｍＬ ｐｉｘ．ｗｉｄｔｈ＝１２８０； ｆｍｔ．ｆｍＬ ｐｉｘ．ｈｅｉｇｈｔ＝７２０： ｆｍＬ ｆｍＬ ｐｉｘ．ｐｉｘｅｌｆｏｒｍａｔ＝Ｖ４Ｌ２ ＰＩＸ ＦＭＴＹＵＹＶ： ＿ｉｆ（ｉｏｃｔｌ（ｆｄ，ＶＩＤＩＯＣ—Ｓ＿ＦＭＴ，＆ｆｅｒｔ）＝＝一１） ｛ ｒｅｔｕｒｎ一１； ｝ （３）分配缓冲区 首先向驱动申请三个缓冲区，为ｍｍａｐ映射做 准备。然后通过调用ｉｏｃｔｌ（ｆｄ，ＶＩＤＩＯＣ—ＱＵＥＲＹ－ ＢＵＦ，＆ｂｕｆ）获得缓冲区长度（ｂｕｆ．１ｅｎｇｔｈ）和偏移地 址（ｆｄ，ｂｕｆ．ｍ．ｏｆｆｓｅｒ），将这两个参量作为参数传给 ｍｍａｐ函数ｂｕｆｆｅｒｓ［ｎｕｍ］．ｓｔａｒｔ＝ｍｍａｐ（ＮＵＬＬ， ｂｕｆ．１ｅｎｇｔｈ，ＰＲＯＴ——ＲＥＡＤＰＲＯＴ—ＷＲＩＴＥ，ＭＡＰ—— ＳＨＡＲＥＤ，ｆｄ，ｂｕｆ．ｍ．ｏｆｆｓｅｔ）。缓冲区分配好了之后， 驱动并不会向里面写入数据，还需要将每个缓冲区 放人视频采集队列。ｉｏｃｔｌ（ｆｄ，ＶＩＤＥＯＣ—ＱＢＵＦ， ＆ｂｕｆ）。 （４）启动采集过程，读取数据 以上步骤完成了视频采集的准备工作，但驱动 还没有启动采集过程，应用程序需要调用ＶＩＤＩＯＣ— ＳＴＲＥＡＭＯＮ ｉｏｃｔｌ系统，驱动才会开始采集数据。 ｅｎｕｍ ｖ４１２一ｂｕｆ＿ｔｙｐｅ ｔｐｙｅ＝Ｖ４Ｌ２一ＢＵＦ＿ＴＹＰＥ＿ＶＩＤＥＯ—ＣＡＰＴＵＲＥ； ｉｏｃｔｌ（ｆｄ，ＶＩＤＩＯＣ—ＳＴＲＥＡＭＯＮ，＆ｔｙｐｅ）． （５）停止采集 首先停止采集过程ｉｏｅｆｌ（ｆｄ，ＶＩＤＩＯＣ—ＳＴＲＥ— ＡＭＯＦＦ，＆ｔｙｐｅ），然后使用ｍｕｎｍａｐ函数删除映射， 最后调用ｃｌｏｓｅ（ｆｄ）关闭设备。 高数据的传输效率。 Ｈ．２６４是在ＭＰＥＧ—４技术的基础之上建立起 来的，其编解码流程主要包括５个部分：Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ、 Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ、ＬｏｏｐＦｉｈｅｒ、ＥｎｔｒｏｙｐｙＣｏｄｉｎｇ 本系统中采用高性能的Ｈ．２６４编码器对视频数据 进行编码压缩，其利用了开源的）（２６４库。 ２．２视频数据的传输 视频数据经过Ｈ．２６４压缩编码后，要经过视频 传输模块传人Ｉｎｔｅｒｎｅｔ以实现视频的远程监控。传 输模块中使用ＲＴＰ／ＲＴＣＰ协议来传输实时视频数 据。实时传输协议（ＲＴＰ）及实时传输控制协议 （ＲＴＣＰ）是专门为多媒体数据实时传输而设计的传 输协议。 本系统使用ＪＲＴＰＬＩＢ类库提供的方法来实现 底层的操作。ＪＲＴＰＬＩＢ是一个面向对象的ｍ库， 它完全遵循ＲＦＣ１８８９设计，在很多场合下是一个非 常不错的选择。 ２．３ ＪＲＴＰＬＩＢ库的使用 ２．３．１ ＪＲＴＰＬＩＢ编译安装 首先从ＪＲＴＰＬＩＢ的网站下载源码包，本系统使 用的版本为ｊｒｔｐｌｉｂ一３．７．１．ｔａｒ．ｇｚ。将源码包下载到 主机的／ｔｍｐ目录下。 （１）进入工作目录：ｃｄ／ｔｍｐ； （２）解压缩源码包：ｔａｒ ｚｘｖｆ ｊｒｔｐｌｉｂ一３．７．１． ｔａｒ．ｇｚ２； ． （３）然后对ｊｒｔｐｌｉｂ进行配置和编译：ｃｄ ｊｒｔｐｌｉｂ一 ３．７．１；／ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ ＣＣ＝ａｎｎ—ｖ５ｔ—ｇ＋＋： （４）修改Ｍａｋｅｉｆｌｅ文件：将链接命令ｌｄ和ａｒ改 为ａｒｎｌ—ｖ５ｔ—ｌｄ和ａｎｎ—ｖ５ｔ—ａｒ；ｍａｋｅ。 最后再执行如下命令就可以完成ＪＲＴＰＬＩＢ的 安装：ｍａｋｅ ｉｎｓｔａｌｌ。至此，ＪＲＴＰＬＩＢ库的安装完成， 在程序开发中可以直接使用该库提供的ＡＰＩ函数完 ５３５４ 科学技术与工程 １２卷 少时间冗余度。在实际编码中，为了节省码率，并 不传输每一帧的全部数据，而是利用运动估计求出 每一帧与其预测参数之间的差值。运动估计越准 确，差值的分布越趋近于零，差值块的能量越小，经 过变换、量化和编码后所产生的码流的比特率也越 少。因此，运动估计搜索的准确性程度直接影响了 编码的压缩性能。 ３．２ ｌ｜Ｌ ２６４运动估计算法优化 目前有很多运动估计算法，一般有四类：块匹 配运动估计算法、递归算法、广流法和贝叶斯估计 法。而本系统采用的是一种高效的快速搜索算 法——ＵＭＨｅｘａｇ０ｎＳ算法。但是由于本系统的实时 性要求高等一些要求，本文对ＵＭＨｅｘａｇｏｎＳ算法进 行了一些改进，大体改进如下：首先将搜索模板改 为大棱形加小棱形模板，也就是本系统最终的搜索 模板——大六边形模板。根据阀值公式，可以将视 频序列分成三种类型：视频图像的运动剧烈强度较 低型、视频图像的运动剧烈强度中等型、视频图像 的运动剧烈强度较高型。改进算法中针对视频序 列运动类型的不同，使用不同的大六边形模板搜 索，当运动强度较低时，可以认为图像是相对静止 的，若是继续利用大六边形进行四层搜索，会浪费 搜索时间，所以采用两层大六边形搜索模式进行搜 索；当运动强度中等时，则利用大六边形进行三层 搜索；当运动强度较高时，可以认为图像画面变化 很剧烈，则利用大六边形进行四层搜索。 ４系统性能测试 本系统在不影响正常监控的情况下对软件进 行了优化，主要目的是节省资源，降低功耗。视频 的压缩速度是实时监控的关键部分，本系统对 Ｈ．２６４编码算法进行了优化，使视频监控的性能得 到了大大的提高。分别对不同分辨率的图像进行优 化前优化后的测试，发现每帧数据的处理速度有明 显的提高。表１显示了优化前后数据处理时间。 表１优化前后视频数据处理时间 堡坌塑皇 垡 盟±塑 垡 亘 塑旦堕 竺１ １６０×１２０ ６６．３６２ ３７．２８５ ３２０×２４０ １５８．３５７ １２６．２８３ ６４０×４８０ ４３７．４８４ ３１４．７３６ １ ２８０×７２０ １ ２４５．６４９ ７８５．４０３ ５结束语 本ＷＥＢ远程视频实时监控系统具有传统模拟 输出系统无可比拟的优势，采用开放式软硬件平台 和标准及通用接口协议，各模块分工细致，充分发 挥出自身性能优势，系统运转更加稳定流畅。如何 在不影响画质的前提下提高图像处理速率，如何将 图像处理速率与传输速率更好地衔接，这还要在以 后的学习中去探索研究。从长远来看，ＷＥＢ远程视 频实时监控系统有巨大的潜在市场和深远的发展 前景。 参考文献 １毕厚杰．新一代视频压缩编码标准——Ｈ．２６４／ＡＶＣ．北京：人民 邮电出版社，２００５ ２王宪，刘井权，戴曼．基于ＡＲＭ平台的远程视频监控系统的 研究．微计算机信息，２００７；１—２：１７８—１８０ ３张小京，易志华．基于ＧＰＲＳ的无线视频监控系统．国外电子元 器件，２００７；５：１８—２２ ４韦东山．嵌入式Ｌｉｎｕｘ应用开发完全手册．北京：人民邮电出版 社，２００８ ５王彦杰，邓记才，李玖玲．Ｈ．２６４运动估计算法优化研究．信息 化研究，２００９，３５（１）：２９—３２ ６鸟哥．鸟哥的Ｌｉｎｕｘ私房菜：服务器架设篇（第二版）．北京： 机械工业出版社，２００８ ７郭妍．基于ＭＰＥＧ—４视频监控系统的研究和实现．西安：西 安科技大学，２００９：４—２０ ８陈华鹏．嵌入式移动视频监控系统的设计与实现．计算机工程 与设计，２００７；２８（１２）：２８９８－－２９０１ （下转第５３７０页） ５３７０ 科学技术与工程 １２卷 Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｔｒｅｓｓｅｓ Ｆｉｅｌｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ Ｈｉｇｈ Ｖａｌｌｅｙ Ｓｌｏｐｅ ＺＨＥＮＧ Ｘｉａｏ．ｙａｎ ，ＧＡＮ Ｙｕ－ｙｅ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｌｏ￣ｅＭ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ’，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４８，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ； Ｂｅ ｉｎｇ Ｇｅ０ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉ。ｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｍｔｅ（ＢＧＩＥＩ） ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｐ・Ｒ・Ｃｈｉｎａ） 『Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｎａｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｉｆｅｌｄ ａｎｄ ｇｒａｄｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｔｏ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ａ ｈｉｇｈ ｖａｌ一 １ｅｙ ｓ１ｏｐｅ ｗｉｔｈ ｔｅｃｔｏｎｉｃ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｃａｎ ｂｅ ｄｒａｗｎ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：１）ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｉｆｅｌｄ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｃｌａｓｓｉｉｆｅｄ ｆｒｏｍ ｓｅｌｆ－ｗｅｉｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｔｅｃｔｏｎｉｃ ｓｔｒｅｓｓ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎ。ｓｉｔｕ ｓｔｒｅｓｓ ｆｉｅｌｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒ’ ｉｓｔｉｃ．２ ｔｈｅ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｅｌａｓｔｉｃ ｓｌｏｐｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ｄｉｓｔｉｒｃｔ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｃｌａｓｓｉｉｆｅｄ ｉｎｔｏ ｔｗｏ ｚｏｎｅｓ ａｓ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ‘ｒｅ。 ｌｅａｓｉｎｇ ｚ０ｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ — ｓｔａｂｌｅ ｚｏｎｅ ｆｒｏｍ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏ ｉｎｓｉｄｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｅｃｔｏｎｉｃ ｓｔｒｅｓｓ，ｓｔｒｅｓｓ。ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ ｚｏｎｅ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ．ｓｔａｂｌｅ ｚｏｎｅ ｗｉｔｈ ｔｅｃｔｏｎｉｃ ｓｔｒｅｓｓ．３）ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｗｉｔｈ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ｄｉｓｔｉｒｃｔ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｃｌａｓｓｉｉｆｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｚｏｎｅｓ ａｓ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ．ｒｅ１ｅａｓｉｎｇ ｚ０ｎｅ，ｓｔｒｅｓｓ．ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ ｚｏｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ —ｓｔａｂｌｅ ｚｏｎｅ ｆｒｏｍ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏ ｉｎｓｉｄｅ．４）ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ ｚｏｎｅ ａｎｄ ｖａｌｕｅ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｅｃｔｏｎｉｃ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．５）ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ ｚｏｎｅ ｔｒａｎｓｆｅｒｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｉｎｓｉｄｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ ｖａｌｌｅｙ ｓｌｏｐｅ ｓｔｒｅｓｓ ｆｉｅｌｄ ｕｎｌａｏｄｉｎｇ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｃｌａｓｓｉｆｙ ｓｔａｎｄａｒｄ ） （上接第５３５４页） Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＷＥＢ Ｒｅｍｏｔｅ Ｖｉｄｅｏ Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＤＥＮＧ Ｚｈｉ．１ｉａｎｇ ，ＳＵＮ Ｊｉｎ ，ＫＥ Ｓｈｅｎｇ （ｃｈａＩｌｇ出。ｕ ｃ。１１ｅｇｅ ０ｆ Ｉｎ ａｔｉ０ｎ Ｔｅｃｈｎ０ｌ。ｇｙＩ，ＣｈａＩｌｇｚｈ。ｕ ２１３１６４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ； Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２００３，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ａ ＷＥＢ ｒｅｍｏｔｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ￥３ Ｃ２４４０，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ。ｖｅｒａＵ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈ。ｕｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｖｉｄｅ。ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｃ０ｍｐｒｅｓｓｉ０ｎ， ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ瑚Ｌ０ｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｖｉｄｅｏ ｄａｔａ ｃｅｎｔｅｒ ｗｅｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｔ ｃｏｍｂｉｎｅｓ ａｎ ｅｍｂｅｄ— ｄｅｄ，ｖｉｄｅｏ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ，ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｌｓｏ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅｓ Ｈ．２６４ ｃｏｄｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｌｏｗ ｃｏｓｔ，ｓｍａｌｌ ｓｉｚｅ，ｅａｓｙ ｔｏ ｂｅ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ａｎｄ ｈａｓ ｂｒｏａｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｒｅｍｏｔｅ ｖｉｄｅｏ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｖｉｄｅｏ ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｖｉｄｅｏ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｈ．２６４ ｅｌｌ ｃｏｄｉｎｇ