海南省高新技术项目可行性研究报告(编辑修改稿)

海南省高新技术项目可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

，自带 数字摄像机单元，支持外接模拟摄像机，作为备用功能，此模式也支持有线网口接出，也支持无线报警。 第 8 页 移动视频采集平台采用高性能 DSP 芯片，并集成 GPRS/EDGE/CDMA/3G 芯片及周边模块，设计为一个一体化的产品板，在 DSP 中将数字化摄像机输入的视频通过 AVS算法编码压缩，通过 GPRS/EDGE/CDMA/3G 部分无线传输到中心服务器，并且集成报警芯片，无线报警信息也通过 GPRS/EDGE/CDMA/3G 模块无线传输到中心服务器。 移动视频采集平台 硬件设计框架图如下： 采集平台硬件结构框架图中 DSP 为平台 核心，负责平台程序调度、运算和处理；CCD 数字摄像头负责采集视频信息，并送往 DSP 处理； FLASH 存储器中为应用程序、驱动程序等，在平台加电后 DSP 就从 FLASH 存储器中读取应用程序和驱动程序进行后续处理； SDRAM 中保存压缩的视频缓冲数据和未压缩的视频数据，并经 DSP 将压缩后的视频数据送往串口或网口；本平台支持 RT45 网络输出，可以直接连接网线将数据送往中心服务器；本平台支持两个串口，串口一（ COM1）连接 PC 机以后，作为平台系统参数设置通道，串口 2（ COM2）连接移动通信模块（ GPRS/EDGE/CDMA1X/3G），将数据送往中心服务器；复杂可编程逻辑器件（ CPLD）可以快速地配置其它外设应用，和其它传感设备的进行输入输出（ I/O）信息交互，譬如电器控制、报警信息、温度湿度等。 ● 服务器子系统 服务器子系统为采集前端和播放终端之间的桥梁，包括系统管理平台、数据库、直播服务器、流媒体服务器、应用服务器等。 ● 播放终端子系统 播放终端子系统主要作为视频观看，观看的内容都是从服务器系统而来，所以观看端如果用计算机，音视频可以来源于有线网采集和无线网采集，观看端如果用移动 第 9 页 终端（即手机），音视频也可以来源于有 线网采集和无线网采集。 PC 播放端功能流程如下图所示： 手机播放端功能流程如下图所示： 第 10 页 （ 2）项目 工艺的合理性 和成熟性 ● 目前公司具备的生产条件： ① 公司目前有软硬件项目实施团队 26 人，开发设备 万元；开发用主服务器 6 台，配置为： SUN Fire V880， 4CPU+磁盘阵列， 900MHz UltraSPARC III 处理器、 4GByte 内存；项目服务器 3 台，配置为： SUN Blade 2020 工作站 900MHz 处理器、 1GByte 内存； 开发用 PC机 65台，基本配置为：单 CPU Intel 体系 PC机， Intel P4 处理器、 512MByte 内存；开发办公用笔记本电脑 32 台，基本配置为：单CPU Intel 体系， Intel P4/Centrino 处理器、 512MByte 内存、 60G 硬盘；数据通信设备： 10 部 100M 以太网交换机，路由器、同 /异步 DDN 或 MODEM 及各种转换接口卡等；调式设备： 200M 通用示波器 6台， 300M 示波器 2台；还有部分开发用手机、摄像机等。 ② 生产场地及配套：公司目前有软硬件开发的场地海口成都两地 1000 平方米 ，配套设施齐全。 本项目采用软件自主开发、批量委托生产、公司负责检测和品质管理的方式进行，现有场地完全能够保证生产需要，无需新增基建设施。 第 11 页 ③ 环境保护及劳动防护：本项目生产过程安全环保，对环境不会造成污染。 生产过程无需特殊防护。 ● 生产工艺流程 ： 本项目为软件产品，无生产工艺流程。 硬件产品，采用我公司研发，外协批量生产的方式。 本项目的生产方式是，公司进行所有软件开发，完成产品外观设计，委托外协加工，公司负责测试和品质管理。 硬件加工过程为我公司设计 PCB 图，委托外部加工，完成 的电路板在公司进行软硬件调试，调试正常并修改后定版，再委托外部合作方进行批量生产，公司建立产品标准，负责检测及品质管理，批量生产后，嵌入式软件在我公司灌注并进行测试。 ● 成熟性 ① 嵌入式视频采集端硬件开发 嵌入式视频采集端涉及到的技术环节有视频采集、视频数字化采样、视频编码、存储器、视频传输等，在各个环节中，都有成熟的技术和产品支撑，摄像机负责模拟视频信号，经过数字化芯片输出数字信号，再由 DSP 完成视频编码，存储器件存储程序和视频的中间及缓冲数据， DSP 支持串口和网口输出，网口输出可以直接连接到网线 上，串口可以连接到移动通信模块，移动通信模块完成视频流的远程无线传输。 在整个流程中，每个环节的技术都是经过多年市场考验的成熟技术，所以实现方式是可行的。 ② 嵌入式视频编码算法优化移植 在 DSP上进行视频编码算法有三个层次，即项目级优化、 C程序级优化、汇编程序级优化。 项目级优化就是改变视频编码过程中的总体处理流程，譬如针对网络状况，如果网络状况最多只能每秒 10 帧，则在 DSP 中将每秒 25 帧时间抽样为每秒10帧和在进入 DSP之前数字化时间抽样为每秒 10 帧的效果是一样的，但是在进入 DSP之 前数字化时间抽样为每秒 10 帧可以大大减轻 DSP 的运算负担，这种情况就属于项目级优化； C 程序优化进一步，对 C 代码本身进行优化处理，譬如变量的重新定义、语言的精简、循环方式的改变等；汇编程序级优化更进一步，是将编码算法用结合DSP 的底层指令系统修改为汇编模式，这种优化可以大大提高编码效率和速度，但这种优化算法完成后，如果移植到不同的 DSP 上，就要重新修改。 ③ 流媒体网络传输技术 流媒体网络传输技术的出现是基于 Inter 上多媒体数据的传输，初期视频传输技术是文件下载的方式，要等全部文件下载完 才可以播放，如果下载期间网络出现故障或者下载中断，就没有办法观看，一方面造成网络资源浪费，另一方面造成观看人员时间耽误，流媒体技术就是在网络上的多媒体信息边下载边播放的技术，不 第 12 页 用等待下载完毕就可以播放。 流媒体技术在有线网络上已经获得巨大的成功，譬如网络电视、网络视频等，基于移动通信网络的视频传输也采用流媒体技术，其技术原理是相同的。 ④ 动态码流控制技术 AVS 的视频编码码流是支持可变码流的，即码流带宽是不固定的（而 MPEG1固定码流 ），它能够根据画面的复杂程度和变化程度 来自动调整码流，在画面比较复杂或变化比较剧烈的时候占用较多的带宽，保证了画面质量，在画面比较简单或静止的时候，占用较少的带宽，节约了资源。 同时我们可以随时获取有线网络和移动通信网络的带宽变化情况，通过变化情况还可以调整传输帧率。 ⑤ 输入视频的图像增强 计算机上真彩色数字图像的结构是，对应于显示器上每一个像素，有红（ R）、绿（ G）、蓝（ B）三个分量，每个分量的值分布在 0~255 之间，所以 24 位真彩色图像共有 256*256*256 种颜色，但是真实的数字图像如果很暗，有可能 RGB 三个值的 最大值度远远达不到 255，通过归一化拉伸到 0~255 之间，就通过软件方法实现了图像的对比度和清晰度增强。 图像增强有很多成熟的基本方法，在不同的应用场合可以采取不同的方法或混合方法，技术原理成熟，但可以根据具体情况灵活运用。 （ 3） 关键技术的先进性 和效果论述 ① 嵌入式视频采集端硬件开发 嵌入式视频采集前端采取模块化设计，设备包括三块电路板，即主板、核心板和接口板。 这样设计的目的是为了在共同的核心技术框架下，针对不同的应用环境、场合和行业，可以快速地改装系统，这样做一方面可以节约应用开 发成本，另一方面也可以提高系统稳定性。 在线升级功能，即在没有采用操作系统的情况下，将采集端的引导程序和应用程序分为相对独立的两个软件模块，引导程序可以保障应用程序的远程或在线升级，即使应用程序出现问题，也不会影响引导程序的正常启动和运行。 ② 嵌入式视频编码算法优化移植 AVS 在 DSP 上经过三个层次即项目级优化、 C 程序级优化、汇编程序级优化后， DSP 上 D1（ 704*576）、 CIF（ 352*288）、 QCIF（ 176*144）格式的视频都可以达到每秒 25 帧以上的编码速度。 ③ 流媒体网络传输技术 流媒体的传输一般采用 RTP/RTSP/RTCP/RTVP 等协议和技术，这些传输技术与无线网络结合，就会出现新的问题和难点，如无线网络的带宽稳定性、数据丢包等。 第 13 页 一般情况下， TCP 传输的稳定性高于 UDP，但是 UDP 传输的速度高于 TCP，在有线网络情况下，因为带宽稳定起伏较小，多媒体传输一般采用 UDP 方式，但是移动通信网络具有带宽小起伏大的特点，尽管采用 TCP 可以保障传输数据，但是网络的不稳定性会使得传输速度大大降低，画面有可能长时间不动，权衡利弊，虽然采用 UDP 方式丢包率可达 10~20%，但是通过 AVS 算法的组包方式，可以在采用 UDP 的情况下，采取区域补偿的办法，在利用 UDP 传输速度优势的同时，提高解码视频质量，同等视频质量情况下， UDP 和 TCP 相比，速度至少可以提高一倍。 ④ 动态码流控制技术 动态码流控制主要基于网络和场景复杂度两个方面进行。 一方面因为移动通信网络带宽小起伏大，如果视频编码采用固定码流传输，则网络情况不好的时候会出现严重的画面停滞，视频传输的速度在一定范围的快慢变化是可以接受的，但长时间停顿会严重影响产品效果，为了达到视觉上视频传输的连续性，随时跟踪网 络状况和带宽，网络状况好的时候，可以提高每秒传输帧数，网络状况不好的时候，适当降低每秒传输帧数；另一方面是根据视频图像复杂度随时调整传输帧率，一帧复杂度高的图像码流远大于一帧图像复杂度低的码流，在同样的网络状况下，对于复杂度低的视频段可以提高帧率，对于复杂高的视频段可以降低帧率。 在图像复杂度和网络都变化的情况下，需要权衡总体传输质量，获得较好的图像复杂度帧率和网络带宽的折中。 ⑤ 输入视频的图像增强 图像增强的目的就是对于摄像机采集的原始视频图像，通过图像处理的方法，人为处理为更容易判读、更清 晰的视频图像。 本项目采用的方法主要是基于直方图校正，但是在校正的时候不能破坏图像本身的颜色比例信息，这样校正后的图像更容易判读、更清晰，并且恢复其自然色彩。 经试验，对于本来就效果较好的视频图像，校正的效果并不明显，但对于模糊、雾气重或黑暗的图像，图像增强的效果非常明显，采用图像增强技术，大大地扩展了摄像头的视频采集能力。 产品技术性能水平与国内外同类产品的比较 （ 1）移动通信数据终端（ DTU）：国内有很多公司在移动通信数据传输模块，譬如 GPRS/CDMA1X/EDGE 路由器和上网卡等方面已经做 了多年的开发，积累了充足的经验，这些产品广泛地应用在远程气象、水文、污染等采集点分散不易布线的数据采集领域，通过移动通信网络将前端采集数据发送到中心服务器，这种基于移动通信网络的数据传输模块式只是本项目要涉及的一个部分。 （ 2）视频采集和压缩卡：国内也有很多公司利用国外公司提供的 DSP 芯片开发基于 MPEG1/2/4 和 的视频压缩卡，有些公司直接采用国外公司已经封装了 第 14 页 视频编解码算法的 DSP 芯片开发视频压缩卡，也有些公司不采用 DSP进行视频压缩，而是直接用视频采集模块开发视频采集卡，然后进行软件 形式的 MPEG1/2/4 和 压缩，这些视频采集和压缩卡广泛地应用在有线音视频传输领域，一般通过插入 PC机的 PCI 接口，这种技术只是本项目的一个部分。 （ 3）手机电视：此处是指完全基于移动通信网络的流媒体播放技术，主要有两大类 :一类是软件开发公司自己开发搭建流媒体服务器，然后通过移动通信网络下行到移动终端，通过移动终端的一个应用程序（譬如基于 Symbian、 BREW、 WinCE、SmartPhone、 PocketPC 等）接受服务器的流媒体数据解码播放，这种技术严格讲只是一种纯软件的开发，也是本项目的一 个部分；另一类是移动终端已经有一个现成的流媒体播放器，譬如 MediaPlayer（ Microsoft 公司）、 RealPlayer（ RealNetWorks公司）、 Quick Time Player（ Apple 公司）的手机版，但是用户在购买移动终端后，还是无法享受流媒体服务，因为移动终端厂商和提供手机播放器 MediaPlayer、RealPlayer、 Quick Time Player 的公司都是不进行终端流媒体内容的运营的。 （ 4） 和 AVS：本项目的视频压缩采用中国自主知识产权的标准 AVS，一个标准 的落实需要产业化支撑，可以预计，在将来的国内下一代视频压缩技术领域，将是国际标准和中国标准共存的局面。 本项目采用 AVS，一方面可以促进 AVS 的产业化规模，另一方面可以制约 MPEG1/2/4 和 专利费的漫天要价局面，对国内基于MPEG1/2/4 和 视频压缩的其他领域的产品和应用同样具有积极的作用，我们的目标就是尽可能在达到相关技术性能指标的同时，尽量扩大 AVS 在将来视频压缩产品和应用中的份额。