硕士学位论文-基于宽带接入网的远程数字视频监控系统的研究与应用.pdf

山东大学 硕士学位论文 基于宽带接入网的远程数字视频监控系统的研究与应用 姓名：于恩众 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：高胜法;宋亮 20081010 山东大学硕士学位论文 摘要 随着宽带i p 网络的大量应用、计算机处理能力的迅速提高以及视频 信号压缩算法的突破性进展，网络视频传输在科研和应用领域均引起人 们极大的兴趣。与传统的模拟闭路视频系统相比，网络视频系统具有组 网容易、传输距离远、抗干扰能力强、图像质量好、查询简单方便等特 点。这些特点使得网络视频传输成为第三代全数字监控系统( d s s ) 的 关键技术。 本学位论文提出了一种基于中国电信宽带接入网的数字视频监控设 计方案，该方案以计算机为核心，结合了视频处理、通信、网络和存储 显示技术，采用模块化结构设计，并通过a c t i v e x 技术将媒体控制与浏 览器相集成，直接利用w e b 浏览器完成用户与系统的交互。 本课题首先从介绍接入网技术和中国电信的宽带互联网入手，并回 顾视频监控的发展历程和主要的数字视频压缩、网络传输技术、数据存 储技术，并提出了论文设计方案，在分析总体需求的基础上完成了宽带 接入网视频监控系统的硬件和软件总体设计和诸功能模块的设计，并以 v c + + 予以实现。其硬件设计方案主要包括：视频服务器、中控服务器、 web 服务器、远程控制端客户端：软件实现方案主要包括：服务器 和客户端两大部分，服务器端包括本地显示模块、数据采集模块、视频 数据压缩模块、网络传输发送、云台控制、译码器、控制命令接收等模 块，客户端包括：视频显示、数据解压、控制命令发送等模块。 在网络传输模块中通过分析数字视频在网络中的传输的特点、m p e g 视频流的r t p 封装需求，对视频数据发送、接收模块的选用d i r e c t x 专 用多媒体数据处理工具予以实现，因而流媒体数据传输具有实时性强、 稳定性高等特点。数据库存取模块的引入，极大的方便了多媒体数据文 件的存储、更新和检索。在中控服务器管理平台中，主要实现了控制数 据管理和音视频数据传输；在远程分控台模块，采用d i r e c t s h o w 技术实 现了远程视频数据的实时播放。该论文在m p e g 4 视频编码技术的基础 上，根据网络视频监控系统的实际应用需求进行设计，最终完成了这套 网络视频监控系统。本网络视频监控系统，具有视频图像采集、网络实 山东大学硕士学位论文 时传输、网络视频流回放等基本视频监控功能。经在基于中国电信的 i n t e r n e t 平台的长期运行，本系统具有实时性强、交互性好、可靠性高的 特点，极大的扩展了视频监控系统的应用范围，满足了用户跨地域的监 控需求。 最后总结了作者的工作，对设计中存在的不足作了分析并未来远程 视频监控系统发展进行了展望。 关键词：视频监控；m p e g 一4 ：a c tiv e x ：w in s o c k ：dir e c t s h o w ： 山东大学硕士学位论文 a b s tr a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r ka n d m u l t i m e d i a t e c h n o l o g y ，t h e r eisag r o w i n gn e e df o rv i d e os u r v e i1l a n c es y s t e m i ns o c i e t y c o m p a r i n gw i t ht r a d i t i o n a ls i m u l a t i v ev i d e os y s t e m ， s u r v e i l l a n c es y s t e mh a sl o t so fa d v a n t a g e s ：e a s i l yb u i i tn e t ，l o n g d i s t a n c e - t r a n s m i s s i o n ，g r e a ta b i l i t y o f a n t i - j a m m i n g ， g o o d q u a l i t yf i g u r e ， c o n v e n i e n t i n q u i r y ， a n ds oo n t h e s e p r o p e r t i e sm a k es u r v e i l l a n c es y s t e mk e yp o i n t st ot h et e c h n o l o g y o ft h et h i r de r ad d s t h es y s t e md e s i g n e di nt h i st h e s i si sar e m o t ed i g i t a lv i d e o s u r v eill a n c es y s t e mo nw e b i tc e n t e r so nc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n d b r i n g st o g e t h e rt h e o r i e sa n dt e c h n o l o g yo nv i d e op r o c e s s i n g ， c o m m u n i c a t i o n ，n e t w o r k ，d a t as t o r a g ea n dd i s p l a y m o d u l a rd e s i g n h a sb e e ni n t r o d u c e d m e d i ac o n t r o li n t e g r a t e sw i t hb r o w s e rt h r o u g h a c t i v e xt e c h n o l o g y w e bb r o w s e rr e a l i z e st h ei n t e r a c t i o nb e t w e e n u s e ra n ds y s t e mt h a tm a k e st h eb r o w s e rr a n g er e a c hu n h e a r d - o f 1 e v e l s f i r s t l y ，t h et h e s i sg i v e sa ni n t r o d u c t i o no fc o n n e c t i n gn e t a n dt h en e t w o r ko fc h i n at el e g r a p h y i tr e v i e w st h ed e v e l o p m e n t o fs u r v e i l l a n c es y s t e m ，d e s c r i b e st h ep r i n c i p l eo fd i g i t a lv i d e o d a t ac o m p r e s s i o n ，d a t at r a n s m i s s i o na n dd a t a s t o r a g e t h e n ，i t p r o p o s e st h eo v e r a l ld e s i g no fr e m o t ed i g i t a lv i d e os u r v e i l l a n c e s y s t e mo nw e b b a s e do nt h et o t a ln e e d ，i td e s i g n st h ef u n c t i o n m o d u l e sa n dd e s c r i b e se v e r ym o d u l e sf u n c t i o na n di m p l e m e n ti n d e t a il i nt h en e t w o r kt r a n s p o r tm o d u l e ，r t pe n c a p s u l a t i o no fm p e g v i d e os t r e a m ，d a t ap r o c e s s i n gb a s e do ns i m p li f i e dr t pp r o t o c o la n d w i n s o c kc 1 i e n t s e r v e rc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s ma n dm u l t i c a s t t e c h n o l o g ya r ei n t r o d u c e d i nt h ed a t a b a s es t o r a g ea n da c c e s s m o d u l e ，t h es t r u c t u r ed e s i g nu p d a t i n gs c h e m ea n df u n c t i o n i m p l e m e n t a t i o n o fc e n t e rd a t a b a s ei s p r o p o s e d i nt h ec e n t r e h i 山东大学硕士学位论文 c o n t r o ls e r v e rm a n a g e m e n tf l a t ，c o n t r o lm e c h a n i s m ，c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o la n dw o r kp r o c e s si sg i v e n i nt h er e m o t ec o n s o l em o d u l e ， i tu s e sd i r e c t s h o wt e c h n o l o g yt od i s p l a yt h er e a l 。t i m er e m o t e v i d e od a t aa n dp o i n t so u th o wt ou s e ，d o w n l o a da n di n s t a l la c t i v e x c o n t r o li nw e bp a g e b a s e do nt h em p e g 一4v i d e oc o d i n gt e c h n o l o g y ， a f t e ra n a l y z i n gp r a c t i c a luseo fs u r v e i l l a n c es y s t e m ，t h et h e s i s f i n a ll y c o m p l e t e s i t s d e s i g n t h i ss y s t e m h a st h eb a s i c s u r v e i11 a n c ef u n c t i o ns u c ha sv i d e oi m a g ec o l l e c t i o n ，r e a l t i m e t r a n s m i s s i o na n dv i d e od a t as t r e a mr e v e r s i n g t h et h e s i s e x p li c a t e st h eu s eo fm u l t i t h r e a d i n gi nv i d e od a t ac o l l e c t i o n ， e m p h a s e so nn e t w o r kr e a l t i m et r a n s m i s s i o n ，a n dd e s i g nt h ed a t a s t r e a mr e v e r s i n gf u n c t i o na c c o r d i n gt ot h et h e o r ya n dp r o p e r t yo f d i r e c t s h o wm o d u l e i nt h ee n do ft h et h e s i s ，l o c a l i z a t i o ni nt h es y s t e md e s i g n i si n d i c a t e da n dap l a nf o rf u r t h e rd e v e l o p i n gi sa l s os u g g e s t e d k e y w o r d s ：v id e os u r v ei iia n t e ：n p e g 一4 ：a c tiv e x ：win s o o k ：dir e c t s h o w ： i v 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：主望：盘 日期：垄! ! 堑! ! ! ! ! ! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：邋导师签名：盟日 期：卫星：! 节：妒 山东大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 本课题的研究背景 在人类社会即将进入信息化社会的今天，电信网络和计算机网络的发 展极大地改变着全社会人们的生活方式，而人们生活方式的改变又反过 来对计算机网络和电信网络的服务能力提出了更高的要求。 自九十年代起，随着i n t e r n e t 的兴起和个人计算机的普及，i n t e r n e t 用 户数量及以i p 为代表的数据业务呈爆炸性增长，同时出现了大量新型的 业务需求，如：视频会议、电子商务、v o d 视频点播等。这些新的业务 需求对网络带宽提出了新的要求。由于0 a 和d w d m 技术的进步，及a t m 技术、m p l s 技术、t b p s 级路由器的出现，为传输网和交换网的升级换代 提供了及时的手段，带宽的瓶颈落在了接入网上。 随着基于不同传输媒介的不同系统及其多种方案的出现和发展，如基 于双绞线( x d s l ，h o m e p n a ) 、基于数字电力线、基于无线( w l l ) 、基于 同轴电缆( h f c 、c a b l e m o d e m ) 和基于光纤( o a n ) 的系统，接入网宽带化 得到了空前的发展。 接入网宽带化的发展，反过来又推动了新业务需求的产生和发展。远 程监控就是其中之一。特别是进入二十一世纪以后，数字化、网络化的 步伐逐步加快，社会对监控领域的需求范围不断扩大，监控系统正由传 统的安防监控向管理监控和生产经营监控发展。同时，对监控系统本身 的交互性、高效性、灵活性、安全性及稳定性也提出了更高的要求，以 实现对远程视频图像和告警信息的集中化管理和有效监控，提高管理水 平和工作效率。 数字视频监控系统是以计算机为核心，结合视频处理、通信、网络和 存储显示技术的一种监控网络系统，具有视频数字化、系统网络化、应 用多媒体化、管理智能化的特点，是现代信息技术与监控技术的有机结 合，与传统的电缆传输或光缆传输不同，远程监控采用数字化处理技术， 将摄像系统的图像信号转换成计算机所能处理的数字数据，通过网络或 其他媒介将数据传输到计算机或其它数字化设备上，然后再将数据还原 成图像。数字化的图像可以实现在同一线路上传输多路信息。 山东大学硕士学位论文 监控系统的发展大致经历了三个阶段。在九十年代初以前，主要是以 模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。这种系 统多以摄像机、视频矩阵、分割器、录像机为核心，采取手动方式对各 监视点的情况进行切换。九十年代中期，随着计算机处理能力的提高和 视频技术的发展，人们利用计算机对视频进行控制和切换，采用直接电 缆方式进行传输，通过显示器实现图像的多画面显示，这种基于p c 机的 多媒体主控台系统称为第二代数字化本地视频监控系统。由于有线模拟 视频信号的传输对距离十分敏感，布线工程量大，而且通信协议的多样 化和专用化难于统一，因而很难组建大规模的监控系统。九十年代末， 网络带宽、计算机处理能力和存储容量显著提高，各种实用视频处理技 术相继出现，视频监控步入了全数字化的网络时代，网络用户可以通过 浏览器对信息进行远程监控和管理，称为第三代远程视频监控系统。第 三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播 放为核心，使监控技术的发展达到了一个新的高度。网络化的视频监控 系统集图像压缩技术、视频技术和网络传输于一体，代表了视频监控技 术的发展趋势【1 1 。 图1 1 视频监控系统三个阶段功能对比 功能对比模拟视频监控p c 多媒体监控网络监控 监控范围小范围大范围基于i n t e r n e t 组网难度单独组网、复杂复杂简单 扩展性 受限 受限多级扩展 查看方式传统监控中心特定p c网络访问、随时 随地 远程管理无差好 系统管理手工管理、复杂 手工管理、复远程管理、简单 杂 资料保存 磁带 数字硬盘分级存储 监控系统正向着前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成 化的方向发展2 1 。数字化是21 世纪的特征，是以信息技术为核心的电子 技术发展的必然。视频监控系统的数字化首先应该是系统中信息流( 包括 视频、音频、控制等) 从模拟状态转为数字状态，这将彻底打破“经典闭 2 山东大学硕士学位论文 路电视系统以摄像机成像技术为中心”的结构，根本上改变视频监控系 统数据信息采集、处理、传输以及系统控制的方式和结构形式。信息流 的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其 它各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制， 这也是系统集成化的含义。 视频监控系统的网络化将意味着系统的结构由集总式向集散式过渡。 集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、 多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应，组成集 散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统 设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、 数据处理方便、人机界面友好、系统的安装调试和维修简单、系统运行 稳定、容错性能可靠等功能特点。系统的网络化在某种程度上打破了布 控区域和设备扩展的地域和数量界限，将实现整个网络系统硬件和软件 资源的共享以及任务和负载的共享。 1 2 本课题研究意义 论文中提出的基于基于中国电信宽带互联网络的全数字化的图像传输和处理 系统，利用中国电信提供的宽带接入网络建立统一的监控平台，完成客户监控点 的图像采集、传输、控制，管理和存储等功能，极大地扩展了传统监控系，以计 算机为核心，结合了目前较为先进的视频处理、通信、网络和存储显示技术，通 过a c t i v e x 技术将媒体控制与浏览器相集成，直接利用w e b 浏览器完成用户与系统 的交互，实现对监控现场的远程实时控制，以网络为基础的视频监控突破了时间、 地域的限制，只要有网络存在的地方就可以建立网络监控系统，省去了传统的布线 和线路维护费用，降低了监控成本；用户在授权的情况下，就可以不受地域限制随时 按需监控，将监控浏览范围推至前所未有的广度。另外，系统采用模块化结构设计， 易于更新和扩展，也可以有效降低系统集成的困难和成本。因此，本系统适应了 监控系统数字化、网络化、集成化的发展趋势，具有良好的应用前景。 3 山东大学硕士学位论文 第二章接入网概述及c h i n a n e t 简介 2 1 接入网的基本概述 2 1 1 接入网的基本概念 根据近些年来电信网的发展趋势，国际电信联盟电信标准化部门 ( i t u - t ) 提出了“接入网“ ( a c c e s sn e t w o r k ) 的概念n 3 。接入网是指 骨干网络到用户终端之间的所有设备。其长度一般为几百米到几公里， 因而被形象地称为”最后一公里”。 接入网在电信网中具有极其重要的地位，对今后的发展起着关键作 用。首先，它是电信网中最大的部分，它的建设费用占建网总费用的二 分之一以上：其次，接入网直接面对广大的用户和各种应用系统，是完 成语音、数据、图像等综合业务的必经之路，它的质量和性能直接影响 电信网的发展；因此，它是当前信息通信领域中高新技术竞争最激烈和 发展最快的部分之一。 图2 1接入网示意图 根据国际电信联盟标准部( i t u - t ) 的建议，接入网的定义如图2 1 所示： 接入网由业务节点接口( s n i ：s e r v i c en o d ei n t e r f a c e ) 和用户网 络接口( u n i ：u s e rn e t w o r ki n t e r f a c e ) 之间的一系列传送实体( 如线 路设备和传输设施) 组成，是为电信业务提供所需传送承载能力的实施 系统，可通过管理接口( q 3 ) 实现配置和管理。 4 山东大学硕士学位论文 2 1 2 接入网的分类 进入9 0 年代以后，随着接入网市场的逐渐开放，电信管制政策的 放松，竞争的日益加剧和扩大，新业务需求的迅速出现，接入网开始成 为人们关注的焦点。这也促使了各种各样新技术的产生。 接入网根据传输方式可分成有线接入网和无线接入网两大类。有线 接入网包括铜缆接入网、光纤接入网和混合光纤同轴电缆接入网；无线 接入网包括固定无线接入网和移动接入网。然而，迄今为止没有任何一 种单一的技术可以满足所有的场合和应用需求，因而技术的多元化是接 入网的一个基本特征。 下面介绍几种常用的接入方式h 1 。 1 、光接入网( o a n ) 就是采用光纤传输技术的接入网，泛指本地交 换机与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。光纤接入系 统的主要组成部分是光纤线路终端( o l t ) 和光纤网络单元( o n u ) ，它们 在整个接入网中主要完成业务节点接口( s n i ) 和用户网络接口( u n i ) 之间有关信令协议的转换。接入设备还具备本地维护和远程集中监控功 能，通过透明的光传输形成一个维护管理网，并通过相应的网管协议纳 入网管中统一管理。一根常规单模光纤的潜在可用带宽至少可达 3 0 0 0 0 g h z ，而最好的同轴电缆的带宽小于1 g h z ，微波的全部带宽也不超 过3 0 0 g h z ，这说明光纤的带宽至少比其他传输方式高2 个数量级以上。光 纤接入主要有三种应用类型：光纤到路边( f t t c ) 、光纤到楼( f t t b ) 、 光纤到户( f t t h ) 和光纤到办公室( f t t o ) 2 、铜缆接入，在接入网光纤化的同时，人们也意识到这将是一个长 期的演进过程。目前的接入网仍然主要是铜缆网，约占9 4 左右。在过 渡阶段，怎样才能使现有的双绞线设施发挥更大的作用是网络运营者十 分关心的问题。于是在9 0 年代初出现了几种以铜缆技术为基础的接入网 新技术，诸如用户线对增容系统，高速数字用户线( h d s l ) 以及非对称 数字用户线( a d s l ) ，使古老的铜缆技术焕发了青春。 3 、无线接入除了上述有线传输以外，无线接入也十分活跃。首先， 对于那些有地理障碍的地区( 山脉及河流湖泊等) 以及偏远的分散用户， 无线接入是最自然合理的选择。其次，对于那些急需电信业务的发展中 国家和地区，无线接入能最迅速地满足通信需求。因而无线接入技术正 山东大学硕士学位论文 成为新兴网络运营者迅速进入接入网市场的有力手段。 2 1 3 宽带有线接入技术分类 宽带有线接入网技术包括：基于双绞线的a d s l 技术、基于h f c 网( 光 纤和同轴电缆混合网) 的c a b l em o d e m 技术、基于五类线的以太网接入技 术以及光纤接入技术。 1 基于双绞线的a d s l 技术 非对称数字用户线系统( a d s l ) 陆1 是充分利用现有电话网络的双绞 线资源，实现高速、高带宽的数据接入的一种技术。a d s l 是d s l 的一种非 对称版本，它采用f d m ( 频分复用) 技术和d m t 调制技术，在保证不影响 正常电话使用的前提下，利用原有的电话双绞线进行高速数据传输。 从实际的数据组网形式上看，a d s l 所起的作用类似于窄带的拨号 m o d e m ，担负着数据的传送功能。按照o s i 七层模型的划分标准，a d s l 的 功能从理论上应该属于七层模型的物理层。它主要实现信号的调制、提 供接口类型等一系列底层的电气特性。同样，a d s l 的宽带接入仍然遵循 数据通信的对等层通信原则，在用户侧对上层数据进行封装后，在网络 侧的同一层上进行开封。因此，要实现a d s l 的各种宽带接入，在网络侧 也必须有相应的网络设备相结合。 a d s l 的接入模型主要由中央交换局端模块和远端模块组成，中央交 换局端模块包括中, t , a d s lm o d e m 和接入多路复用系统d s l a m ，远端模块 由用户a d s lm o d e m 和滤波器组成。 a d s l 能够向终端用户提供8 m b p s 的下行传输速率和i m b p s 的上行速 率，比传统的2 8 8 k b p s 模拟调制解调器将近快2 0 0 倍，这也是传输速率达 1 2 8 k b p s 的i s d n ( 综合业务数据网) 所无法比拟的。与电缆调制解调器 ( c a b l em o d e m ) 相比，a d s l 具有独特的优势是：它是针对单一电话线路 用户的专线服务，而电缆调制解调器则要求一个系统内的众多用户分享 同一带宽。尽管电缆调制解调器的下行速率 ：l a d s l 高，但考虑到将来会 有越来越多的用户在同一时间上网，电缆调制解调器的性能将大大下降。 另外，电缆调制解调器的上行速率通常低于a d s l 。目前，全世界有将近 7 5 亿铜制电话线用户，而享有电缆调制解调器服务的家庭只有1 2 0 0 万。 a d s l 无须改动现有铜缆网络设施就能提供宽带业务，由于技术成熟，产 量大幅上升，a d s l 早已开始进入大力发展阶段。 目前，众多a d s l 厂商在技术实现上，普遍将先进的a t m 服务服务质量 6 山东大学硕士学位论文 保证技术融入至u a d s l 设备中，d s l a m ( a d s l 的用户集中器) 的a t m 功能的 引入，不仅提高了整个a d s l 接入的总体性能，为每一用户提供了可靠的 接入带宽，为a d s l 星形组网方式提供了强有力的支撑，而且完成了与a t m 接口的无缝互联，实现了与a t m 骨干网的完美结合。 2 基于h f c 网的c a b l em o d e m 技术 基于h f c 网( 光纤和同轴电缆混合网) 的c a b l em o d e m 技术是宽带接 入技术中最先成熟和进入市场的，其巨大的带宽和相对经济性使其对有 线电视网络公司和新成立的电信公司很具吸引力。c a b l em o d e m 的通信和 普通m o d e m - - 样，是数据信号在模拟信道上交互传输的过程，但也存在差 异，普通m o d e m 的传输介质在用户与访问服务器之间是独立的，即用户独 享传输介质，而c a b l em o d e m 的传输介质是h f c 网，将数据信号调制到某 个传输带宽与有线电视信号共享介质；另外，c a b l em o d e m 的结构较普通 m o d e m 复杂，它由调制解调器、调谐器、加解密模块、桥接器、网络接 口卡、以太网集线器等组成，它无须拨号上网，不占用电话线，可提供 随时在线连接的全天候服务。目前c a b l em o d e m 产品有欧、美两大标准体 系，d o c s i s 是北美标准，d v b d a v i c 是欧洲标准。 欧、美两大标准体系的频道划分、频道带宽及信道参数等方面的规 定，都存在较大差异，因而互不兼容。北美标准是基于i p 的数据传输系 统，侧重于对系统接口的规范，具有灵活的高速数据传输优势；欧洲标 准是基于a t m 的数据传输系统，侧重于d v b 交互信道的规范，具有实时视 频传输优势。从目前情况看，兼容欧洲标准的e u r od o c s i s l 1 标准前景 看好，我国信息产业部一一c m 技术要求( 征求意见稿) 类似于这一标准。 c a b l em o d e m 的工作过程是：以d o c s i s 标准为例，c a b l em o d e m 的技 术实现一般是从8 7m h z - - 8 6 0 m h z 电视频道中分离出一条6 m h z 的信道用于 下行传送数据。通常下行数据采用6 4 q a m ( 正交调幅) 调制方式或2 5 6 q a m 调制方式。上行数据一般通过5 姗z 一6 5m h z 之间的一段频谱进行传送， 为了有效抑制上行噪音积累，一般选用q p s k 调制( q p s k l 匕6 4 q a m 更适合噪 音环境，但速率较低) 。c m t s ( c a b l em o d e m 的前端设备) 与c m ( c a b l e m o d e m ) 的通信过程为：c m t s 从外界网络接收的数据帧封装在m p e g t s 帧中，通过下行数据调制( 频带调制) 后与有线电视模拟信号混合输出 r f 信号至u h f c 网络，c m t s 同时接收上行接收机输出的信号，并将数据信号 7 山东大学硕士学位论文 转换成以太网帧给数据转换模块。用户端的c a b l em o d e m 的基本功能就是 将用户计算机输出的上行数字信号调制成5 6 5m h z 射频信号进入h f c 网的上行通道，同时，c m 还将下行的r f 信号解调为数字信号送给用户计 算机。c a b l em o d e m 的前端设备c m t s 采用1 0 b a s e t ，l o o b a s e - - t 等接口 通过交换型h u b 与外界设备相联，通过路由器与i n t e r n e t 连接，或者可以 直接联到本地服务器，享受本地业务。c m ( c a b l em o d e m ) 是用户端设备， 放在用户的家中，通过l o b a s e t 接口，与用户计算机相联。 有线电视h f c 网络是一个宽带网络，具有实现用户宽带接入的基础。 1 9 9 8 年3 月，i t u 组织接受了m c n s 的d o c s i s 标准，确定了在h f c 网络内进行 高速数据通信的规范，为电缆调制解调器( c a b l em o d e m ) 系统的发展提 供了保证。与a d s l 不同，h f c 的数据通信系统c a b l em o d e m 不依托a t m 技术， 而直接依靠i p 技术，所以很容易开展基于i p 的业务。通过c a b l em o d e m 系统，用户可以在有线电视网络内实现国际互联网访问、i p 电话、视频 会议、视频点播、远程教育、网络游戏等功能。此外，电缆调制解调器 也没有a d s l 技术的严格距离限制。采用c a b l em o d e m 在有线电视网上建立 数据平台，已成为有线电视事业发展的必然趋势。 3 基于五类线的以太网接入技术 从二十世纪八十年代开始以太网就成为最普遍采用的网络技术，根 据i d c 的统计，以太网的端口数约为所有网络端口数的8 5 。1 9 9 8 年以太 网卡的销售是4 8 0 0 万端口，而令牌网、f d d i 网和a t m 等网卡的销售量总共 才是5 0 0 万端口，只是整个销售量的1 0 。而以太网的这种优势仍然有继 续保持下去的势头。 传统以太网技术不属于接入网范畴，而属于用户驻地网( c p n ) 领域。 然而其应用领域却正在向包括接入网在内的其它公用网领域扩展。历史 上，对于企事业用户，以太网技术一直是最流行的方法，利用以太网作 为接入手段的主要原因是：( 1 ) 以太网已有巨大的网络基础和长期的经 验知识；( 2 ) 目前所有流行的操作系统和应用都与以太网兼容； ( 3 ) 性能价格比好、可扩展性强、容易安装开通以及可靠性高；( 4 ) 以太网 接入方式与i p 网很适应，同时以太网技术已有重大突破，容量分为 1 0 1 0 0 1 0 0 0 m b s 三级，可按需升级，1 0 g b s 以太网系统也即将问世。 基于以太网技术的宽带接入网由局侧设备和用户侧设备组成。局侧 设备一般位于小区内，用户侧设备一般位于居民楼内；或者局侧设备位 8 山东大学硕士学位论文 于商业大楼内，而用户侧设备位于楼层内。局侧设备提供与i p 骨干网的 接口，用户侧设备提供与用户终端计算机相接的1 0 1 0 0 b a s e - t 接口。局 侧设备具有汇聚用户侧设备网管信息的功能。 宽带以太网接入技术具有强大的网管功能。与其它接入网技术一样， 能进行配置管理、性能管理、故障管理和安全管理；还可以向计费系统 提供丰富的计费信息，使计费系统能够按信息量、按连接时长或包月制 等计费方式。基于五类线的高速以太网接入无疑是一种较好的选择方式。 它特别适合密集型的居住环境，非常适合中国国情。因为中国居民的居 住情况不象西方发达国家，个人用户居住分散，中国住户大多集中居住， 这一点尤其适合发展光纤到小区，再以快速以太网连接到户的接入方式。 在局域网中i p 协议都是运行在以太网上，即i p 包直接封装在以太网帧中， 以太网协议是目前与i p 配合最好的协议之一。以太网接入手段已成为宽 带接入新潮流，它将快速进入家庭。目前大部分的商业大楼和新建住宅 楼都进行了综合布线，布放了5 类u t p ，将以太网插口布到了桌边。以太 网接入能给每个用户提供1 0 m b s 或1 0 0 m b s 的接入速率，它拥有的带宽是 其它方式的几倍或者几十倍。完全能满足用户对带宽接入的需要。a d s l 虽然比5 6 k 速度快，但与以太网相比，还有很大差距，它只是人们迈向宽 带过程中的一个过渡技术。a d s l 和c a b l em o d e m 的费用都很高，造价和成 本平均每一户将超过1 0 0 0 元。而以太网每户费用在几百元左右。所以以 太网接入方式，在性能价格比上既适合中国国情，又符合网络未来发展 趋势。在商业大楼和新建高档住宅楼，以太网接入将会是最有前途的宽 带接入手段。 4 光纤接入技术 光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密 性强等优点。在干线通信中，光纤扮演着重要角色，在接入网中，光纤 接入也将成为发展的重点。光纤接入网指的是接入网中的传输媒质为光 纤的接入网。光纤接入网从技术上可分为两大类：即有源光网络( a o n ， a c t i v eo p t i c a ln e t w o r k ) 和无源光网络( p o n ，p a s s i v eo p t i c a o p t i c a l n e t w o r k ) 。有源光网络又可分为基于s d h 的a o n 和基于p d h 的a o n ，本文只讨 论s d h ( 同步光网络) 系统。 ( 1 ) 接入网用s d h 系统 9 山东大学硕士学位论文 有源光网络的局端设备( c e ) 和远端设备( r e ) 通过有源光传输设 备相连，传输技术是骨干网中已大量采用的s d h 和p d h 技术，但以s d h 技术 为主。远端设备主要完成业务的收集、接口适配、复用和传输功能。局 端设备主要完成接口适配、复用和传输功能。此外，局端设备还向网络 管理系统提供网管接口。在实际接入网建设中，有源光网络的拓扑结构 通常是星型或环行。在接入网中应用s d h ( 同步光网络) 的主要优势在于： s d h 可以提供理想的网络性能和业务可靠性；s d h 固有的灵活性使对于发 展极其迅速的蜂窝通信系统采用s d h 系统尤其适合。当然，考虑到接入网 对成本的高度敏感性和运行环境的恶劣性，适用于接入网的s d h 设备必须 是高度紧凑，低功耗和低成本的新型系统，其市场应用前景看好。 接入网用s d h 的最新发展趋势是支持i p 接入，目前至少需要支持以 太网接口的映射，于是除了携带话音业务量以外，可以利用部分s d h 净负 荷来传送i p 业务，从而使s d h 也能支持i p 的接入。支持的方式有多种，除 了现有的p p p 方式外，利用v c l2 的级联方式来支持i p 传输也是一种效率较 高的方式。总之，作为一种成熟可靠提供主要业务收入的传送技术在可 以预见的将来仍然会不断改进支持电路交换网向分组网的平滑过渡。 ( 2 ) 无源光网络p o n 无源光网络( p o n ) 是一种纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰 和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同 时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。p o n 的业务透明性 较好，原则上可适用于任何制式和速率信号。特别是一个a t m 化的无源光 网络( a p o n ) 可以通过利用a t m 的集中和统计复用，再结合无源分路器对 光纤和光线路终端的共享作用，使成本可望比传统的以电路交换为基础 的p d h s d h 接入系统- f k 乇2 0 - - 4 0 。a p o n 能否大量应用的一个重要因素是价 格问题。 光纤接入技术与其他接入技术( 如铜双绞线、同轴电缆、五类线、 无线等) 相比，最大优势在于可用带宽大，而且还有巨大潜力可以开发， 在这方面其他接入技术根本无法与其相比。光纤接入网还有传输质量好、 传输距离长、抗干扰能力强、网络可靠性高、节约管道资源等特点。另 外，s d h 和a p o n 设备的标准化程度都比较高，有利于降低生产和运行维护 成本。 当然，与其他接入技术相比，光纤接入网也存在一定的劣势。最大 1 0 山东大学硕士学位论文 的问题是成本还比较高。尤其是光节点离用户越近，每个用户分摊的接 入设备成本就越高。另外，与无线接入相比，光纤接入网还需要管道资 源。这也是很多新兴运营商看好光纤接入技术，但又不得不选择无线接 入技术的原因。 根据光网络单元的位置，光纤接入方式可分为如下几种：f t t r ( 光 纤到远端接点) ；f t t b ( 光纤到大楼) ：f t t c ( 光纤到路边) ：f t t z ( 光 纤到小区) ；f t t h ( 光纤到用户) 。光网络单元具有光电转换、用户信 息分接和复接，以及向用户终端馈电和信令转换等功能。当用户终端为 模拟终端时，光网络单元与用户终端之间还有数模和模数的转换器。 2 2 中国电信宽带互联网简介 中国电信互联网是国内最大的运营性i p 网，目前c h i n a n e t 的出口总带 宽为4 6 2 6 8 m ，占中国互联网国际总出口带宽的6 2 。中国电信互联网凭借 巨大的网络优势，和丰富的站点资源使中国电信互联网业务在国内运营 商中处于绝对的领先地位哺3 。 中国电信骨干网c h i n a n e t 经过六期的扩容已经实现核心层面的n 1 0 g 互连。中国电信c h i n a n e t 拥有北京、上海、广州三个国际出口局，通 达香港、韩国、日本、新加坡、台湾、菲律宾、美国、埃及、英国、西 班牙、德国、荷兰、比利时、法国、瑞典、瑞士、奥地利、丹麦等十几 个其他国家，成为中国运营商中拥有国际海缆且带宽最大的国内电信运 营商。中国电信利用其丰富的国际传输线路实现在香港、美国等p o p 点的 延伸。为跨国企业和企业的国际商务提供服务。 如图2 - 2 ，为山东电信网络拓扑结构图。 山东大学硕士学位论文 专残客户 图2 - 2 山东电信i p 网络拓扑图 目前，山东电信的宽带接入方式主要以基于双绞线的a d s l 技术和基于五类 线的以太网接入技术为主，基于以上两种接入方式的用户占约占宽带用户的6 0 以上。 1 2 山东大学硕士学位论文 第三章数字视频的关键技术概述 网络视频监控系统的视频传输要具有高实时性、低延迟、同步性的特 点，所以，网络视频监控中流媒体网络通信对网络系统的服务和协议支 持有特殊的要求。由于流媒体传输的大信息量和有限的传输带宽，使得 数字视频压缩编码技术、网络传输技术、组播技术以及多线程技术成为 了基于网络的远程视频监控系统的关键技术阻1 。 3 1 数字视频压缩技术 由于流媒体信息源所产生的数据量非常大，如果直接进行传输或存储， 将会对网络带宽和存储空间带来很大的负担。因此，流媒体数据在传输或 存储之前，先要进行压缩处理，以便存储和传输，传送到目的地后再解压 缩播放出来，通过对信息压缩可以节约存储空间、节省c p u 空间、节省传 输时间等。 因此，视频压缩数字化是压缩技术的关键，也是实现视频高效传输和 存储的前提。目前，用于远程视频监控的图像压缩的主要技术有h 2 6 1 、 h 2 6 4 、 m p e g - 1 和m p e g - 4 。 3 1 1 视频压缩基本概念 压缩机制通常可以分为两种，即有损压缩和无损压缩。无损压缩也 即压缩前和解压缩后的数据完全一致。有损压缩意味着解压缩后的数据 与压缩前的数据不一致。在压缩的过程中要丢失一些视觉或听觉不敏感 的图像或音频信息，而且丢失的信息不可恢复。有损压缩机制的优点是 可以得到比无损压缩高的多的压缩比，但是它只能用于可以用近似的数 据代替原始数据，而这种相近数据又容易被压缩的情况。 帧内( i n t r a f r a m e ) 压缩也称为空间域压缩( s p a t i a lc o m p r e s s i o n ) ， 当压缩一帧图像时，只考虑本帧的数据而不考虑相邻帧间的冗余信息， 这