4 监控软件的设计
4．1 流媒体系统结构
系统中，流媒体的传输与播放是关键技术。流媒体技术是把连续得到的媒体信息经过压缩后传至网络服务器，客户可实现边下载边观看，而无需将整部文件全部下载完，所以流媒体技术非常适合现场事件的播报，可以进行随机访问和快进或倒退观看。流媒体实时传输主要采用RTP／RICP及RTSP等网络协议，分实时流式传输和顺寻流式传输两种方式。实时流式传输可以保证媒体信号与网络连接相匹配，媒体信息可被实时观看，并且允许对媒体进行多项的控制，使用比HTTP服务器方便。顺寻流式传输用的是顺序下载，客户只能观看已下载的部分，可使用HTTP服务器，比实时流式传输要简单。
该设计采用了处理器与嵌入式操作系统并加上所需应用程序软件的实时传输方式。嵌入式操作系统采用Linux，流媒体系统由服务器和客户端组成，其中服务器是最关键设备。为此，该系统配置了专门的流媒体服务器与手机视频服务器，均采用了Dell PowerEdge R810。服务器由四个模块组成，分别负责数据采集、数据压缩、数据打包和RTP包发送。数据采集模块是将音视频模拟信号转换成数字信号。从采集模块得到的数据经压缩模块进行处理，可以减少网络传输数据量及提高传输效率。数据打包模块是向数据添加一些必要的包头信息(如数据类型、序列号、时间信息等)，在客户端通过包头信息来实现音视频信号同步。包发送模块的作用就是将已打好包的数据通过3 G网络发送至客户端。
系统中客户端工作原理是服务器端的逆过程，在网络传输过程中由于网络延迟等因素会导致接收到的数据包顺序发生紊乱，必须通过数据缓存模块来恢复数据包的正常顺序，从缓存模块输出的数据传入到同步调整模块，然后将同步调整后的数据包传入到数据解压模块和播放模块进行实时播放。整个嵌入式流媒体系统结构如图4所示。
4．2 监控数据同步的原理
对于系统来说，如果音视频数据不同步，就无法准确反映监控现场的真实情景。为解决该问题，在设计中，先在手机用户上利用RTP包中的时间戳来标记每帧音视频信号的时间信息，然后再将标记了时间戳的信号流通过3 G网络发送至客户端。在客户端使用缓存来消除数据流中的延时以及恢复数据包的正确顺序，最后再将数据流送到同步调整模块中进行同步播放。同步调整模块里，在客户端设计一个参考时钟，根据参考时钟和接收到的音视频信息时间戳之间的关系，来判断当前的信号是立刻播放还是延时播放，或者是丢弃。参考时钟主要以视频为主，对关键帧进行判断，算法如下：将接收到的音视频信息分别存放到各自的缓存中，当缓存到一定数量时，开始播放，同时进行同步调整。当视频时间戳小于音频时间戳一定值时，说明视频超前音频，需要等待；当视频时间戳大于音频时间戳一定值时，说明视频滞后于音频，则需要加快播放，设计中采取的是丢弃音频包，从而加快播放的速度。
系统在信号播放时接收视频数据，如果进入解码器的首帧不是关键帧，会导致解码器无法读取，所以将视频数据写入缓存前先要进行一个首帧是否关键帧的判断。当缓存区内数据写入达到一定数量时，才开始读取，再获取各自的时间戳信息，在音视频信号播放前进行同步调整，以达到同步播放的目的，设计如图5所示
4．3 播放软件应用程序设计
该系统采用嵌入式设计，Linux内核为图形处理界面提供最基本的底层驱动接口。应用程序不需要了解底层硬件的具体情况，只需通过节点对设备进行操作，就可完成图像的显示。系统中采用SDL开源共享库，底层使用API，在平台间统一了接口。使用双线程设计，即用户界面线程与工作者线程。用户界面线程包括音视频数据同步播放及接收响应用户的操作，然后再将工作者线程解码出的音视频数据传递给使
用者，如图6所示。
程序设计中，视频压缩编码是十分关键的步骤。该系统用的是H．264压缩算法，它是由网络提取层NAL和视频编码层VLC两部分组成。 H．264标准对图像质量和编码效率进行了多项优化，且抗误码和抗丢包性能良好，能适应各种网络环境，用在对压缩率要求高，网络环境复杂的移动视频监控最为合适。
客户端接收的经过H．264压缩编码后的数据，还需要经过H．264解码才能够显示还原视频图像，因此，在客户端还要设计H．264解码器。该系统在Android应用程序中使用移植了开源的音视频解码库FFMpeg来进行H．264解码。
5 测试结果
院方在校园内及周边多点对无线视频监控系统进行了测试，将客户端安装在手机上，接入3G信号网络与服务器建立连接，向服务器端发送数据。视频画面质量主要是受帧率(每秒钟显示图片数)和码率(数据传输时单位时间传输的数据量)的影响，帧率越大画面越流畅，码率越大画面越清楚。在测试实际帧率为16FPs，码率在550kbps时的视频非常流畅，而且在音视频同步方面表现也非常好，画面如图7所示。
6 结束语
江阴职业技术学院采用基于3G标准的无线视频监控，再结合全数字网络视频监控系统，实现了资源的统一管理和调度，有效整合利用。该系统主要涉及视频编解码、流媒体协议、无线网络通信等技术，随着网络速度的不断提高和压缩技术的新发展，可以进一步降低无线信号的延迟，实现更快捷的实时传输，不断完善校园安防系统的智能化操作和现代化管理。
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