浅析基于AVS高清网络视频监控系统技术
AVS（audiovideocodingstandard）是我国自主制定的第二代数字音视频信源标准，于2008年3月作为国标正式实施。AVS是构建我国“技术→→标准→芯片与软件→整机与系统制造→数字媒体运营”的产业链的产物，广泛应用于广电、通信、安防、娱乐各领域，技术水平与H.264相当，突出优点是使用费极低（此为AVS首要核心竞争力）。
AVS产业化刚刚起步，与形成垄断的MPEG-4和H.264相比差距甚远。AVS规划的重点市场为IPTV（互动电视）、数字电视、手机电视、安防监控，目前AVS产业化仅在IPTV上取得了局部的有限进展，关键在于AVS属于非强制标准，深入研究开发该标准的企业极少，特别是由于缺少成熟的案例，用户对AVS的可靠性、稳定性、成本方面心存疑虑。正如工信部产品司白为民处长所述：“AVS标准的产业化确实碰到了问题，现在我们要选择一个大家能接受、能动起来的突破口”。中科院计算所上海分所所长、上海AVS产业联盟发起人孔华威等一批专家认为，“安防市场或许能成为AVS产业化的一个切入口”。
针对安防行业需求，AVS工作组扩展了面向安防的数字音视频监控标准（AVS-S）。相对于现存标准如MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4AVC（简称AVC，也称JVT、H.264）及其它私有标准而言，其zui大优点就是能够满足目前安防产业的特殊需求，以解决阻碍国内安防产业持续健康发展的壁垒等问题，为安防产业发展带来了新的契机。
竞争形势分析
就目前情况而言，对于AVS产品的竞争从本质上说均为来自标准的竞争。网络视频技术主要有传输技术和信源编码技术两大部分，AVS属于信源编码标准。在核心技术上，AVS与H.264都采取了类似的技术框架，均属于的第二代信源标准。就技术而言，AVS主要是和H.264竞争。
（一）综合技术水平比较
AVS和H.264各有所长，水平相当。在性能上，AVS稍弱于H.264：变块大小运动补偿AVS较H.264下降约为0.1dB，熵编码AVS下降约为0.5dB，变换和量化AVS提高大约0.1dB，B帧宏块直接编码模式AVS提升大约0.2～0.3dB，其余性能大致持平。在复杂度上，AVS优势明显：帧内预测AVS较H.264降低约为50%，帧间预测AVS存储空间降低50%以上，变块大小运动补偿AVS节省30%～
40%，B帧宏块双向预测模式AVSzui大降低50%，1/4像素运动补偿AVS节省30%的存储器访问量，环路滤波AVS降低50%。AVS吸收了H.264的精华，但为了绕过的困扰，又放弃H.264的一些核心算法。
在压缩及回放效果上，AVS相比H.264在相同码率下的峰值信噪比（PSNR）平均有大约0.11dB的损失。而在主观测试上，对比国家广电总局广播电视规划院的《AVS视频压缩质量主观评价》测试报告与MPEG标准组织对MPEG-4AVC/H.264的测试报告，AVS码率为现行MPEG-2标准的一半时，无论是标准清晰度还是高清晰度，编码质量都达到。
码率不到其三分之一时，也达到良好到。
（二）产业化水平比较
在目前上下游产业链中，无论是从芯片厂商支持，还是市场上已有的产品，AVS都大大落后于H.264。这是AVS推广zui大的软肋！
（三）费用比较
AVS大大低于H.264。H.264不但对设备厂商收取费用，对终端客户也收取费用，且费用高昂（如广电用户，每用户每年收费14.6美元）。而AVS只对设备厂商对每台设备收取费1元人民币，不对运营商与zui终用户收取。
面对H.264高昂的费用及巨大的国内市场，越来越多的芯片厂商已经推出了支持AVS的视频解码芯片（如前所述）。这意味着厂商对于AVS的愿望，也成为AVS产业化更为现实的基础。
由于AVS还未正式成为标准，H.264及MPEG-4却早已瓜分了市场，目前能够支持AVS的芯片为数甚少，基于此类芯片专门开发的产品并批量投放市场的更是少之又少！基于AVS标准的高清网络视频监控系统的设计如果能够采取“站到巨人肩膀上”的策略，在前端产品方面重点针对“AVS高清IP摄像机”（全高清，FullHD1080p）进行开发研究，在传输系统方面重点提升流媒体转发服务的速度和可靠性，在后端重点开发真正高兼容性、智能化的平台软件，就*可能在安防行业的下一步发展中取得先机。
基于AVS高清网络视频监控系统解决方案的一种思路
“基于AVS的高清网络视频监控系统”可以在视频监控前端系统、传输系统、后台管理系统的关键环节上，通过技术创新，研究、开发出具有核心地位和作用的核心产品。一种解决思路是：前端产品采用“AVS高清IP摄像机”，传输产品采用“嵌入式流媒体转发服务器”，后端产品采用“基于AVS标准的高清网络视频监控软件平台”等。
（一）“AVS高清IP摄像机”重点应解决的技术问题：
重点需解决基于AVS的高清视频处理算法问题和硬件优化组合问题。在高清视频处理算法问题上，可以采用目前的主流算法，并针对AVS的特点进行调整和优化。在硬件优化组合方面，可采用500万像素的CMOS逐行扫描感光元件，配合算法和滤波技术，形成zui高支持FullHD（1920*1080）分辨率的视频。此外，还可以采用DSP+FPGA结构，构成低成本高性能的AVS编解码系统（具体：把成熟而价廉的TMS320C6454与XC3SD3400A结合使用，利用FPGA作为协处理器，为DSP进行AVS编解码的并行运算，把DSP的资源丰富与FPGA的并发处理有机整合）。可以在成本增加较小的基础上，较好地解决处理高清AVS硬件平台的难题。
（二）“嵌入式高性能流媒体转发服务器”重点应解决的技术问题：
重点需解决Linux系统裁减、流媒体转发服务算法问题。
网络监控系统中，多用户同时访问是极其常见和必然的。
可以通过流媒体视频转发和协议转换技术，解决以下三个问题：
热点连接时多用户多通道的交叉访问带来的网络带宽和中心系统负荷问题；
不同厂商不同压缩格式的视频交换问题；
不同厂商不同设备的控制协议转换问题。
目前的流媒体转发服务几乎无一例外地采用了流媒体转发软件，该软件运行于Windows操作系统之上（PC式流媒体转发服务器），采用经过裁减的Linux内核，使得整个系统具有较高的稳定性与可靠性，资源利用率大幅度提高。
通过采用基于线程池技术的系统任务调度、多网卡汇聚及平衡的任务调度算法、智能空间分配存储技术、可调带宽/帧率的智能流技术等关键技术，使得流媒体服务器具有较高的系统吞吐率。相关技术简介如下：
基于线程池技术的系统任务调度：线程池技术通过对多个任务重用线程，线程创建的开销被分摊到了多个任务上。其好处是，因为在请求到达时线程已经存在，所以无意中也消除了线程创建所带来的延迟。这样，就可以立即为请求服务，使应用程序响应更快。而且，通过适当地调整线程池中的线程数目，也就是当请求的数目超过某个阈值时，就强制其它任何新到的请求一直等待，直到获得一个线程来处理为止，从而可以防止资源不足。
异步通讯模式下的单线程并发访问量是有限的，为了提高转发服务器的并发访问数量，系统使用一个具有多个通讯线程的线程池来负责与客户端进行通讯。通过使用线程池技术，在保证转发服务器的数据吞吐量的同时，提高了系统的并发访问数量，在网络带宽足够的情况下，可以显著的提高流媒体转发服务器的处理能力。
多网卡汇聚及平衡的任务调度算法：当流媒体转发服务器工作在多网卡汇聚模式下时，基于优先级和系统吞吐量的实时任务调度算法将根据各网卡的实时负载情况平均分配各块网卡的并发访问数与数据吞吐量，以尽可能的平衡各网卡的网络负载情况。
智能空间分配存储技术：在实现流媒体存储时，合理分配磁盘存储空间，以完成流媒体文件的物理流式存储。对存储空间分配达到*化利用，减少冗余存储空间。设计了多缓存和任务队列机制，以达到流媒体文件的合理共享传输和存储。在借鉴比特彗星（Bitcomet）的智能存储技术基础上，提出了流媒体应用的智能存储解决方法。
可调带宽、帧率的智能流技术：根据网络带宽和状况的变化，智能选择TCP、UDP、组播等传输方式。通过调整编码质量、帧率、I帧间隔等方式来调度码流带宽适应复杂网络状况。采用反馈技术来实现码流和网络状况的实时调整。该技术在国内属于*，国外RealNetworks公司的SureStream实现了自适应流技术，和本技术内容接近。本技术中的智能选择传输方式和调整帧率、I帧间隔技术优于SureStream技术。
就传输系统而言，一方面需要期待传输介质的创新与提升，另一方面需要对传输方式及相应产品进行创新与提升。就可行性而言，目前的安防企业大概只能选择第二条路径。例如，目前市场上进行流媒体转发的产品全部采用在PC机上运行流媒体转发服务软件的形式，在转发吞吐率、资源利用率、可靠性等各个方面都存在着显著差距。如果采用基于Linux裁减技术、嵌入式架构的流媒体服务器，在同样成本下，其功能，在性能将获得大幅度提升，尤其在运行的稳定与可靠性方面将产生质的飞跃。
（三）“基于AVS标准的高清网络视频监控软件平台”重点应解决的技术问题：
解决平台软件对不同厂家设备的兼容性问题，并根据技术的发展逐步添加各种的、针对视频图像的智能分析模块。平台软件主要由管理服务端软件、监控客户端软件、流媒体存储服务软件等3个主要模块组成。
管理服务端软件主要实现对数字多媒体监控系统的集中监控、管理，采用数据库管理系统设备档案、运行参数、账户权限等，提供给后台客户端播放软件数据服务、加密服务接口，采用多线程、多任务机制实现了报警信息的实时处理。主要功能包括：现场管理、账户权限管理、报警管理、系统设置等功能。
客户端监控软件主要用于控制前端设备、预览视频、查看报警日志、语音对讲、电子地图导航、球形机预置点设置、录像、拍照等功能。通过客户端监控软件可以控制前端监控设备。
流媒体存储服务软件实现了在流媒体存储服务器上的大容量流媒体数据存储，该软件支持长时间7×24不间断流媒体循环存储，流媒体存储服务软件将流媒体文件属性信息存储在系统中心数据库上，当数据库服务器宕机时可存储在本地。当磁盘出现故障后，硬件修复后流媒体存储服务软件可完成故障恢复，释放故障空间。
结束语
现代视频监控技术发展趋势是数字化、网络化、高清化、智能化，其市场规模以及应用面都在迅速扩大。AVS（audiovideocodingstandard）作为我国自主制定的第二代数字音视频信源标准，其推广应用是我国振兴民族产业的重要举措之一。AVS的产业化遇到了瓶颈，安防行业或许是一个和有希望的突破口。如能“站在巨人的肩膀上”，在前端产品、传输系统、后台系统的关键点上实施有效地突破，AVS首先通过安防（视频监控）行业撕开H.264及MPEG-4业已形成的垄断壁垒将不是一句空话。