本文針對視頻服務器的通用結構做了詳細地探討，并對該產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。

    音視頻壓縮技術是視頻服務器和智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的關鍵技術。在數(shù)字多媒體壓縮（特別是視頻壓縮）領域內有很多國際標準（如ISO／ITU-T技術委員會的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容進行編碼，其核心是基于內容尺度可變性（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量進行顯示，次優(yōu)先級的對象則用較低的質量顯示，而其余內容（對象）則不顯示。對于監(jiān)控系統(tǒng)來說，在絕大部分時間內，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、傳輸網絡以及監(jiān)控終端組成?；谇度胧揭曨l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轉換芯片、以太網絡接口、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。信號關系為：將模擬的音視頻信號通過A/D轉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，或通過網絡實時監(jiān)控遠程圖像；給使用者提供簡單、便捷的網絡或遙控器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。其通用硬件結構如圖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，轉動攝像機獲取視頻信號，經過采樣芯片實現(xiàn)A/D轉換，轉換后的數(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壓縮芯片內的FIFO中，當FIFO半滿時就觸發(fā)主控CPU產生中斷，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）通用網關接口發(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。其功能層次關系如圖3所示。[nextpage]

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絡市場而設計的集成通信微處理器，其體系結構為內核和外圍兩個部分，內核部分完成任務調度和內存管理，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量的前提下通過壓縮技術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CPU（內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成。此外，視頻編、解碼器內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。[nextpage]

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。

視頻服務器軟件的設計
視頻服務器軟件主要功能為：
?構造一個微型的嵌入式Web服務器，初始化socket，并監(jiān)聽等待客戶機的連接請求；

?對客戶機進行認證，向客戶機發(fā)送初始化參數(shù)；

?將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控客戶機，并動態(tài)更新圖像數(shù)據(jù)，處理監(jiān)控端與服務器之間的通信以及對云臺實時控制等任務，接收前端各類報警傳感器輸入并轉發(fā)到監(jiān)控的客戶端；

?對采集的視頻圖像進行分析處理，進行壓縮編碼。

服務器軟件體系構架如圖4所示。

Web服務器
    在linux操作系統(tǒng)下，主要有3個Web Server：Httpd、Thttpd和BOA。Httpd是最簡單的一個Web Server，它的功能最弱，不支持認證，不支持CGI。Thttpd和BOA都支持認證、CGI等，功能都比較全。其中Thttpd是一個單任務的HTTP服務器，能夠實現(xiàn)動態(tài)WEB技術，源代碼開放、性能高。同時服務器程序本身所占空間很小，因而十分適用于嵌入式系統(tǒng)。目前，有的linux的代碼中已經包含Thttpd的源代碼，對其運行環(huán)境、參數(shù)等進行設置可以很方便地將其在嵌入式CPU上實現(xiàn)。Thttpd通過HTTP協(xié)議與監(jiān)控端瀏覽器軟件進行信息交互，提供其他應用程序模塊的接口，此外，它還要對監(jiān)控端的訪問權限進行控制，過濾監(jiān)控端的請求和控制信息，處理多個監(jiān)控端的請求和控制的同步和優(yōu)先級問題。

CGI（Common Gateway Interface）
    通用網關接口（CGI）是外部擴展應用程序與Web Server交互的一種通用的接口標準，它給Web服務器提供一個執(zhí)行外部程序的通道?？蛻舳讼认駽GI程序發(fā)送基于HTTP協(xié)議的請求和命令觸發(fā)，CGI程序然后將客戶端的請求和命令傳給服務器應用程序；在服務器應用程序完成相應操作后，CGI程序將結果返回給客戶端，CGI是客戶端與服務器中其他程序通信的橋梁。基于這種交互模式，客戶端可以查詢和設置視頻服務器的IP地址、密碼等參數(shù)，控制云臺的轉動等操作。
關于視頻分析與處理軟件部分，限于文章篇幅，不再贅述。

結論
    智能視頻服務器是網絡化和智能化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的產品形態(tài)之一。在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)字視頻壓縮技術、數(shù)字視頻網絡傳輸技術、高效大容量的視頻存儲和檢索技術、監(jiān)控場景中運動檢測與告警信息處理技術以及監(jiān)控場景中物體識別與跟蹤技術均是關鍵技術，而這些技術實現(xiàn)的基礎平臺是視頻服務器DVS、DVR、網絡攝像機、專用視頻分析與處理平臺。本文僅對視頻服務器基本結構、設計要素進行了初步闡述，只要在其上增加視頻分析與處理智能算法部分，即可成為智能視頻服務器，期望對新產品的設計者有一定借鑒作用。（作者：北京冠林盈科智能系統(tǒng)集成有限公司 于寶玉）