基于AVS的高清網絡視頻監控系統技術簡析

AVS(audiovideocodingstandard)是我國自主制定的第二代數字音視頻信源標準，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→整機與系統制造→數字媒體運營”的產業鏈的產物，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，突出優點是專利使用費極低（此為AVS首要核心競爭力）。

AVS產業化剛剛起步，與形成壟斷的MPEG-4和H.264相比差距甚遠。AVS規劃的重點市場為IPTV（互動電視）、數字電視、手機電視、安防監控，目前AVS產業化僅在IPTV上取得了局部的有限進展，關鍵在于AVS屬于非強制標準，深入研究開發該標準的企業極少，特別是由于缺少成熟的案例，用戶對AVS的可靠性、穩定性、成本方面心存疑慮。正如工信部產品司白為民處長所述：“AVS標準的產業化確實碰到了問題，現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產業聯盟發起人孔華威等一批專家認為，“安防市場或許能成為AVS產業化的一個切入口”。

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

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節省30%的存儲器訪問量，環路濾波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，編碼質量都達到優秀。

碼率不到其三分之一時，也達到良好到優秀。

（二）產業化水平比較

在目前上下游產業鏈中，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產業化更為現實的基礎。

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的芯片為數甚少，基于此類芯片專門開發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控系統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，FullHD1080p）進行開發研究，在傳輸系統方面重點提升流媒體轉發服務的速度和可靠性，在后端重點開發真正高兼容性、智能化的平臺軟件，就完全可能在安防行業的下一步發展中取得先機。

三、基于AVS高清網絡視頻監控系統解決方案的一種思路

“基于AVS的高清網絡視頻監控系統”可以在視頻監控前端系統、傳輸系統、后臺管理系統的關鍵環節上，通過技術創新，研究、開發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“嵌入式流媒體轉發服務器”，后端產品采用“基于AVS標準的高清網絡視頻監控軟件平臺”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化。在硬件優化組合方面，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（具體：把成熟而價廉的TMS320C6454與XC3SD3400A結合使用，利用FPGA作為協處理器，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服務器”重點應解決的技術問題：

重點需解決Linux系統裁減、流媒體轉發服務算法問題。

網絡監控系統中，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，并根據技術的發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對數字多媒體監控系統的集中監控、管理，采用數據庫管理系統設備檔案、運行參數、賬戶權限等，提供給后臺客戶端播放軟件數據服務、加密服務接口，采用多線程、多任務機制實現了報警信息的實時處理。主要功能包括：現場管理、賬戶權限管理、報警管理、系統設置等功能。

客戶端監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。通過客戶端監控軟件可以控制前端監控設備。

流媒體存儲服務軟件實現了在流媒體存儲服務器上的大容量流媒體數據存儲，該軟件支持長時間7×24不間斷流媒體循環存儲，流媒體存儲服務軟件將流媒體文件屬性信息存儲在系統中心數據庫上，當數據庫服務器宕機時可存儲在本地。當磁盤出現故障后，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

現代視頻監控技術發展趨勢是數字化、網絡化、高清化、智能化，其市場規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字音視頻信源標準，其推廣應用是我國振興民族產業的重要舉措之一。AVS的產業化遇到了瓶頸，安防行業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、后臺系統的關鍵點上實施有效地突破，AVS首先通過安防（視頻監控）行業撕開H.264及MPEG-4業已形成的壟斷壁壘將不是一句空話。