基于AVI的网络视频监控存储系统的实现方法

基于AVI的网络视频监控存储系统的实现方法
李群林
（湖南大学 电气与信息工程学院，长沙，410082）
摘要：提出并实现了使用AVI文件存储XVID压缩视频流的方案，网络视频监控服务器将采集的视频图像利用XVID进行视频编码，存储系统将压缩视频流以通用AVI文件格式存储，以便检索和查询。
关键词：AVI；XVID视频编解码器；视频存储；视频播放
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. 网络视频监控系统介绍

随着Internet和宽带网络技术的日益发展，具有视频和音频的多媒体内容服务即将成为主流。同时，各种高效压缩解压算法的提出，为多媒体信息在网络上进行传输提供了可能。网络视频监控以直观、方便、信息内容丰富等特点被广泛应用于许多场合。



图1 网络视频监控系统结构图
网络视频监控系统是一个基于客户机/服务器模型的系统，由视频服务器端和客户端组成。视频服务器是一个由SAA7113、PNX1301、RTL8139等组成的嵌入式系统，SAA7113实现视频的采集； PNX1301是系统的核心，对视频数据进行处理，如视频编码、报警检测、云镜控制等；RTL8139负责数据传输，数据通过网络与客户端交互。
客户端是一台通用计算机，客户端有选择性地连接单个或者多个服务器，经过身份验证后可以向监控服务器发送命令，从监控服务器获取压缩视频流和其他测量数据，从而实现远程视频监控。
系统采用XVID视频编解码器对图像数据进行压缩，因为XVID开放源码，可以将它移植到PNX1301的PSOS操作系统中，对图像数据进行编码；客户端计算机从网络接收压缩的视频数据，使用相同版本的XVID解码器解码，即可得到图像数据。

2. XVID视频压缩格式

2.1. XVID的特点

XVID支持多种编码模式，除了最原始单重估定码流压缩（1-pass CBR）之外，XVID提供了包括：单重质量模式动态码流压缩、单重量化（Quantization）模式动态码流压缩、和包括外部控制和内部控制的两种双重（2-pass）动态码流压缩模式。
XVID的运动侦测（Motion Search）特性，为需要高码流的运动画面可以分配更多空间、更高的码流、更低的量化幅度来保持画面的细节；而对于不包含太多运动信息的静态画面，则消减分配预算。这是XVID做为第二代MPEG4编码的核心内容。
XVID支持动态关键帧距（I-frame interval）和B帧，即双向预测帧。此外还支持心理视觉亮度修正、演员表选项。画面优化解码等。

2.2. XVID的编解码实现方法

XVID源码有三部分构成：xvidcore、vfw、dshow，可以用Microsoft Visual C++和NASM编译。本文使用Microsoft Visual C++ 2003.net和NASM-0.98.39编译成功，其中编译dshow项目还需要安装DirectX 9.0 SDK。
xvidcore工程生成XVID编解码器的API函数库：xvidcore.dll；vfw工程生成XVID编解码器在Windows下的安装文件：xvidvfw.dll和xvid.inf；dshow生成XVID在Windows下注册文件：xvid.ax。



图2 XVID库函数的调用过程
由于本文的XVID编码部分在PNX1301中实现，在此只介绍XVID的解码部分。
1) 加载xvidcore.dll库函数
使用XVID的API函数需要加载xvidcore.dll库，并包含vfw.h和xvid.h头文件，调用API函数的方法如下：
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) 初始化编解码器
xvid_global_func(0, XVID_GBL_INIT, &init, NULL);
3) 创建解码器
int length = xvid_decore_func(0, XVID_DEC_CREATE, &create, NULL);
4) 结果输出设置
xvid_dec_frame_t结构是解码的主要参数，其中输出部分需要设置输出缓冲区、步长和输出类型，在颜色深度是24位的情况下，RGB格式的数据步长为图像宽度的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) 解码
int length = xvid_decore_func(dhandle, XVID_DEC_DECODE, &frame, &stats);

3. 利用AVI格式存储视频

AVI（Audio Video Interleaved的缩写）是一种RIFF（Resource Interchange File Format的缩写）文件格式，用于音视频捕捉、编辑、回放等应用程序中。通常情况下，一个AVI文件可以包含多个不同类型的媒体流（典型的情况下有一个音频流和一个视频流），不过含有单一音频流或单一视频流的AVI文件也是合法的。AVI可以算是Windows操作系统上最基本的、也是最常用的一种媒体文件格式。

3.1. AVI视频文件结构

图3 AVI文件结构
'avih'：文件信息（AVIFILEINFO格式），'strh' ：数据流信息（AVISTREAMINFO格式），'strf' ：格式化信息（BITMAPINFO格式）。

3.2. 安装XVID编解码器

在Windows下使用XVID编解码器，需要安装XVID编解码器。安装需要前面提到xvidcore 和vfw项目生成的三个文件xvidcore.dll 、xvidvfw.dll和xvid.inf，使用方法是右键点击xvid.inf文件选择“安装”命令即可。

3.3. 存储AVI视频文件

微软提供了一套API对AVI文件进行读写，使用这些库函数需要在程序中加载vfw32.lib库和vfw.h头文件。本文的对AVI文件的操作都使用此库中的函数。
如果要对数据流进行压缩，可以使用AVISaveOptions和AVIMakeCompressedStream函数，选择操作系统中已经安装的视频编解码器。由于本文从视频服务器得到的是已经编码的XVID格式数据流，所以不需要这个步骤。



图4 AVI读写过程

3.3.1. 获取原始数据

首先获取帧数据的长度，然后获取文件中的原始数据。
AVIStreamRead(pVideoStream, lFrames, AVISTREAMREAD_CONVENIENT, NULL, 0, &lSize, NULL);
AVIStreamRead(pVideoStream, lFrames, AVISTREAMREAD_CONVENIENT, pBuffer, lSize, NULL, NULL);
原始数据为压缩数据，可以直接调用XVID的API函数对其进行解码得到图像数据。

3.3.2. 获得RGB格式的数据

使用AVI的API函数可以直接自动调用XVID解码器，获得RGB格式的数据。
1) 获取格式化信息
先获取格式的大小，可由此判断数据流是视频流还是音频流。
AVIStreamReadFormat(pVideoStream, AVIStreamStart(pVideoStream), NULL, &lSize) ;
获取格式化信息内容，如果是视频流则转化为BITMAPINFO格式，即可获取格式化的具体信息，如图像的大小，压缩方式，颜色深度，缓冲区大小等。
AVIStreamReadFormat(pVideoStream, AVIStreamStart(pVideoStream), pChunk, &lSize) ;
LPBITMAPINFO pInfo = (LPBITMAPINFO)pChunk;
2) 设置结果的信息头
这里我们想得到RGB格式的数据流，原始数据格式为XVID格式，这里我们只需要改变原始格式的压缩方式和缓冲区大小就可以了。缓冲区的大小计算公式如下，它的大小和相同大小的BMP图像数据大小是相等的。
LPBITMAPINFOHEADER pBmpih = GetStreamFormat();
pBmpih->biCompression = BI_RGB;
pBmpih->biSizeImage = ((pBmpih->biWidth * pBmpih->biBitCount + 31)/32 * 4) * pBmpih->biHeight;
3) 获取RGB格式化数据流，如果pBmpih为空，将到原始数据
PGETFRAME pVideoFrame = AVIStreamGetFrameOpen(pVideoStream, pBmpih);
4) 获取RGB数据，获得的RGB数据包括40字节的图像格式信息
LPBYTE pImage = (LPBYTE)AVIStreamGetFrame(pVideoFrame, lFrames);
pImage = pImage + sizeof(BITMAPINFOHEADER);

3.4. AVI视频播放

如果操作系统没有安装XVID编解码器，播放器无法识别XVID格式的AVI文件。解决的方发是使用如上文的安装方法，或者使用dshow生成的xvid.ax注册文件。
注册方法是在命令行输入：
“<path to Windows>/system/regsvr32 <path to xvid.ax>/xvid.ax”
例如：“C:/windows/system/regsvr32 C:/Program Files/xvid.ax”，然后复制xvidcore.dll到“<path to Windows>/system32”，如：“C:/ windows /system32”。测试是否安装成功的方法是播放一段XVID片断，看播放器是否正常工作。
本文使用三种方法对播放XVID视频进行测试，都工作正常。一是利用xvidcore.dll 、xvidvfw.dll和xvid.inf，然后安装xvid.inf，使用Windows Media Player播放；二是xvidcore.dll和xvid.ax，注册xvid.ax，使用Windows Media Player播放；三是安装暴风影音，使用暴风影音的XVID编解码器，用暴风影音播放。

4. 结论

利用AVI文件存储XVID格式视频流完全可行，由于大部分播放器支持AVI格式，安装XVID编解码器后，用户可以选用自己喜欢的播放器播放视频监控系统的存储记录，运行稳定，使用方便。

源代码：http://download1.csdn.net/down3/20070618/18111759279.rar

参考文献

1. http://www.xvid.org/ href="http://www.xvid.org/" target=_blank>
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 技术内幕(第6版)，(美)谢菲德(Shepherd G.) 潘爱民译，清华大学出版社

作者介绍

姓名：李群林
性别：男
职称：研究生
研究方向：测试计量技术与仪器
邮政编码：410082
地址：湖南大学电气与信息工程学院
邮箱：gooseli@163.com