基於AVI的網路視頻監控儲存區系統的實現方法

摘 要：提出並實現了使用AVI檔案儲存體XVID壓縮視頻流的方案，網路視頻監控伺服器將採集的視頻映像利用XVID進行視頻編碼，儲存系統將壓縮視頻流以通用AVI檔案格式儲存，以便檢索和查詢。

關鍵詞：AVI；XVID視頻轉碼器；視頻儲存；視頻播放

How to Design Recording System in Network Camera Video Server Based on AVI

Li Qunlin

（College of Electrical and Information Engineering of Hunan University, Changsha 410082）

Abstract: A Rcording System in a Network Camera Video Server which is designed with AVI files, The Video Server uses the XVID MPEG-4 Video Codec to compress image data, Then the Recording System saves the compressed video data in AVI files for query later.

Keywords: AVI;XVID MPEG-4 Video Codec;Video Record;Video Play

1.      網路視頻監控系統介紹
隨著Internet和寬頻網路技術的日益發展，具有視頻和音訊多媒體內容服務即將成為主流。同時，各種高效壓縮解壓演算法的提出，為多媒體資訊在網路上進行傳輸提供了可能。網路視頻監控以直觀、方便、資訊內容豐富等特點被廣泛應用於許多場合。

 

 

圖1 網路視頻監控系統結構圖

網路視頻監控系統是一個基於客戶機/伺服器模型的系統，由視頻伺服器端和用戶端組成。視頻伺服器是一個由SAA7113、PNX1301、RTL8139等組成的嵌入式系統，SAA7113實現視頻的採集； PNX1301是系統的核心，對視頻資料進行處理，如視頻編碼、警示檢測、雲鏡控制等；RTL8139負責資料轉送，資料通過網路與用戶端互動。

用戶端是一台通用電腦，用戶端有選擇性地串連單個或者多個伺服器，經過身分識別驗證後可以向監控伺服器發送命令，從監控伺服器擷取壓縮視頻流和其他測量資料，從而實現遠程視頻監控。

系統採用XVID視頻轉碼器對映像資料進行壓縮，因為XVID開放源碼，可以將它移植到PNX1301的PSOS作業系統中，對映像資料進行編碼；用戶端電腦從網路接收壓縮的視頻資料，使用相同版本的XVID解碼器解碼，即可得到映像資料。

2.      XVID視頻壓縮格式
2.1.   XVID的特點
XVID支援多種編碼模式，除了最原始單重估定碼流壓縮（1-pass CBR）之外，XVID提供了包括：單重品質模式動態碼流壓縮、單重量化（Quantization）模式動態碼流壓縮、和包括外部控制和內部控制的兩種雙重（2-pass）動態碼流壓縮模式。

XVID的運動偵測（Motion Search）特性，為需要高碼流的運動畫面可以分配更多空間、更高的碼流、更低的量化幅度來保持畫面的細節；而對於不包含太多運動資訊的靜態畫面，則消減分配預算。這是XVID做為第二代MPEG4編碼的核心內容。

XVID支援動態主要畫面格距（I-frame interval）和B幀，即雙向預測畫面。此外還支援心理視覺亮度修正、演員表選項。畫面最佳化解碼等。

2.2.   XVID的編解碼實現方法
XVID源碼有三部分構成：xvidcore、vfw、dshow，可以用Microsoft Visual C++和NASM編譯。本文使用Microsoft Visual C++ 2003.net和NASM-0.98.39編譯成功，其中編譯dshow項目還需要安裝DirectX 9.0 SDK。

xvidcore工程產生XVID轉碼器的API函數庫：xvidcore.dll；vfw工程產生XVID轉碼器在Windows下的安裝檔案：xvidvfw.dll和xvid.inf；dshow產生XVID在Windows下註冊檔案：xvid.ax。

 

圖2 XVID庫函數的調用過程

由於本文的XVID編碼部分在PNX1301中實現，在此只介紹XVID的解碼部分。

1)        載入xvidcore.dll庫函數

使用XVID的API函數需要載入xvidcore.dll庫，並包含vfw.h和xvid.h標頭檔，調用API函數的方法如下：

HINSTANCE m_hdll = LoadLibrary("xvidcore.dll");

xvid_global_func = (int (__cdecl *)(void *, int, void *, void *))GetProcAddress(m_hdll, "xvid_global");

xvid_decore_func = (int (__cdecl *)(void *, int, void *, void *))GetProcAddress(m_hdll, "xvid_decore");

2)        初始化轉碼器

xvid_global_func(0, XVID_GBL_INIT, &init, NULL);

3)        建立解碼器

int length = xvid_decore_func(0, XVID_DEC_CREATE, &create, NULL);

4)        結果輸出設定

xvid_dec_frame_t結構是解碼的主要參數，其中輸出部分需要設定輸出緩衝區、步長和輸出類型，在色彩深度是24位的情況下，RGB格式的資料步長為映像寬度的3倍。

frame.output.plane[0] = ostream;

frame.output.stride[0] = CALC_BI_STRIDE(width, 24);

frame.output.csp = XVID_CSP_VFLIP | XVID_CSP_BGR;

5)        解碼

int length = xvid_decore_func(dhandle, XVID_DEC_DECODE, &frame, &stats);

3.      利用AVI格式儲存視頻
AVI（Audio Video Interleaved的縮寫）是一種RIFF（Resource Interchange File Format的縮寫）檔案格式，用於音視頻捕捉、編輯、回放等應用程式中。通常情況下，一個AVI檔案可以包含多個不同類型的媒體流（典型的情況下有一個音頻流和一個視頻流），不過含有單一音頻流或單一視頻流的AVI檔案也是合法的。AVI可以算是Windows作業系統上最基本的、也是最常用的一種媒體檔案格式。

3.1.   AVI視頻檔案結構

圖3 AVI檔案結構

'avih'：檔案資訊（AVIFILEINFO格式），'strh' ：資料流資訊（AVISTREAMINFO格式），'strf'      ：格式化資訊（BITMAPINFO格式）。

3.2.   安裝XVID轉碼器
在Windows下使用XVID轉碼器，需要安裝XVID轉碼器。安裝需要前面提到xvidcore 和vfw項目產生的三個檔案xvidcore.dll 、xvidvfw.dll和xvid.inf，使用方法是右鍵點擊xvid.inf檔案選擇“安裝”命令即可。

3.3.   儲存AVI視頻檔案
微軟提供了一套API對AVI檔案進行讀寫，使用這些庫函數需要在程式中載入vfw32.lib庫和vfw.h標頭檔。本文的對AVI檔案的操作都使用此庫中的函數。

如果要對資料流進行壓縮，可以使用AVISaveOptions和AVIMakeCompressedStream函數，選擇作業系統中已經安裝的視頻轉碼器。由於本文從視頻伺服器得到的是已經編碼的XVID格式資料流，所以不需要這個步驟。

 

圖4 AVI讀寫過程

3.3.1.      擷取未經處理資料
首先擷取幀資料的長度，然後擷取檔案中的未經處理資料。

AVIStreamRead(pVideoStream, lFrames, AVISTREAMREAD_CONVENIENT, NULL, 0, &lSize, NULL);

AVIStreamRead(pVideoStream, lFrames, AVISTREAMREAD_CONVENIENT, pBuffer,  lSize, NULL, NULL);

未經處理資料為壓縮資料，可以直接調用XVID的API函數對其進行解碼得到映像資料。

3.3.2.      獲得RGB格式的資料
使用AVI的API函數可以直接自動調用XVID解碼器，獲得RGB格式的資料。

1)        擷取格式化資訊

先擷取格式的大小，可由此判斷資料流是視頻流還是音頻流。

AVIStreamReadFormat(pVideoStream, AVIStreamStart(pVideoStream), NULL, &lSize) ;

擷取格式化資訊內容，如果是視頻流則轉化為BITMAPINFO格式，即可擷取格式化的具體資訊，像的大小，壓縮方式，色彩深度，緩衝區大小等。

AVIStreamReadFormat(pVideoStream, AVIStreamStart(pVideoStream), pChunk, &lSize) ;

LPBITMAPINFO pInfo = (LPBITMAPINFO)pChunk;

2)        設定結果的資訊頭

這裡我們想得到RGB格式的資料流，未經處理資料格式為XVID格式，這裡我們只需要改變原始格式的壓縮方式和緩衝區大小就可以了。緩衝區的大小計算公式如下，它的大小和相同大小的BMP映像資料大小是相等的。

LPBITMAPINFOHEADER pBmpih = GetStreamFormat();

pBmpih->biCompression = BI_RGB;

pBmpih->biSizeImage = ((pBmpih->biWidth * pBmpih->biBitCount + 31)/32 * 4) * pBmpih->biHeight;

3)        擷取RGB格式化資料流，如果pBmpih為空白，將到未經處理資料

PGETFRAME pVideoFrame = AVIStreamGetFrameOpen(pVideoStream, pBmpih);

4)        擷取RGB資料，獲得的RGB資料包括40位元組的映像格式資訊

LPBYTE pImage = (LPBYTE)AVIStreamGetFrame(pVideoFrame, lFrames);

pImage = pImage + sizeof(BITMAPINFOHEADER);

3.4.   AVI視頻播放
如果作業系統沒有安裝XVID轉碼器，播放器無法識別XVID格式的AVI檔案。解決的方發是使用如上文的安裝方法，或者使用dshow產生的xvid.ax註冊檔案。

註冊方法是在命令列輸入：

“<path to Windows>/system/regsvr32  <path to xvid.ax>/xvid.ax”

例如：“C:/windows/system/regsvr32  C:/Program Files/xvid.ax”，然後複製xvidcore.dll到“<path to Windows>/system32”，如：“C:/ windows /system32”。測試是否安裝成功的方法是播放一段XVID片斷，看播放器是否正常工作。

本文使用三種方法對播放XVID視頻進行測試，都工作正常。一是利用xvidcore.dll 、xvidvfw.dll和xvid.inf，然後安裝xvid.inf，使用Windows Media Player播放；二是xvidcore.dll和xvid.ax，註冊xvid.ax，使用Windows Media Player播放；三是安裝暴風影音，使用暴風影音的XVID轉碼器，用暴風影音播放。

4.      結論
利用AVI檔案儲存體XVID格式視頻流完全可行，由於大部分播放器支援AVI格式，安裝XVID轉碼器後，使用者可以選用自己喜歡的播放器播放視頻監控系統的儲存記錄，運行穩定，使用方便。

原始碼：http://download1.csdn.net/down3/20070618/18111759279.rar

 

參考文獻
1.         http://www.xvid.org/

2.         How to Compile XviD with Microsoft Visual C++ 6.0, David Carroll, 11-23-2003, http://www.discdude.net/xvid/compile.html

3.         Working With AVI files, Jonathan Nix, http://www.gamedev.net/reference/programming/features/avifile/

4.         Microsoft Visual C++.NET 技術內幕(第6版)，(美)謝菲德(Shepherd G.) 潘愛民譯，清華大學出版社

作者介紹
姓名：李群林

性別：男

職稱：研究生

研究方向：測試計量技術與儀器

郵遞區號：410082

地址：湖南大學電氣與資訊工程學院

郵箱：gooseli@163.com

 

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