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宽视界业务培训 监控基础知识 中国网通（集团）公司河北省分公司 * v 视频监控系统的发展简史 v 监控中的相关技术基础 w 视频监控系统的诞生 w 视频监控中的三个发展阶段 w 视频监控系统各发展阶段的特点 w宽视界业务介绍 视频监控系统的发展简史视频监控系统的发展简史 当黑白摄像机、黑白电视机出现时，初期的黑白图像电 视监控系统也诞生了。当时的监控系统大多采用模拟方 式传输，最简单的是将图像基带信息直接送入视频传输 电缆进行传送。每一监控点的视频信息都通过一条电缆 线直接连接到中心控制室的多路切换控制台上，通过手 动切换的方式选择控制点图像使之显示在电视上。 视频监控系统是一套以摄像机和电视的出现为起点，逐 渐发展到集图像、声音、信息采集、智能告警于一体的 综合系统。从其诞生之初，就以其直观、准确、及时和 信息内容丰富而广泛应用于各种场合。 视频监控系统的发展简史视频监控系统的发展简史 视频监控系统的诞生 w 视频监控系统的诞生 w 视频监控中的三个发展阶段 w 视频监控系统各发展阶段的特点 w宽视界业务介绍 视频监控系统的发展简史视频监控系统的发展简史 视频监控系统的发展简史视频监控系统的发展简史 视频监控中的三个发展阶 段 模拟视频监控模拟视频监控 数字视频监控数字视频监控 网络视频监控网络视频监控 视频监控系统的三个发展阶段视频监控系统的三个发展阶段 模拟视频监控报警探头报警喇叭 摄像机及云台 采集点1 矩阵控制主机 主控 副控 电视墙 长延时录像机 采集点n 监视器 视频线 控制线 报警信号线 音频线 图例 视频监控系统的三个发展阶段视频监控系统的三个发展阶段 数字视频监控 报警探头 报警喇叭 摄像机及云台 采集点1 电视墙 采集点n 硬盘录像机 视频分配器 网络监控用户 视频线 控制线 报警信号线 音频线 图例 网络线 视频监控系统的三个发展阶段视频监控系统的三个发展阶段 网络视频监控 视频监控发展视频监控发展 模拟视频监控视频数字化多视频数字化监控网络化 w 视频监控系统的诞生 w 视频监控中的三个发展阶段 w 视频监控系统各发展阶段的特点 w宽视界业务介绍 视频监控系统各发展阶段的特点视频监控系统各发展阶段的特点 模拟视频监控 特点 视频、音频信号的采集、传输、存储均为模拟 形式，质量较高 经过几十年的发展，技术成熟，系统功能强大 、完善 缺陷 只适用于较小的地理范围 与信息系统无法交换数据 监控范围仅限于监控中心，应用灵活性差 不易扩展 数字视频监控 特点 信息实地数字化，简化线路，信号无衰减 先进的分布式并发监控模型 高质量的音视频编解码和播放 强大的网络适应能力，适应海量流量负载 灵活方便的远程系统管理维护手段和技术支持 完善先进的监控功能 缺陷 非完全意义上的数字化 视频监控系统各发展阶段的特点视频监控系统各发展阶段的特点 网络视频监控 特点 系统数字化 系统网络化 系统智能化 数码相机级画质 系统间的无缝连接 智能化技术的方便融合 视频监控系统各发展阶段的特点视频监控系统各发展阶段的特点 w 视频监控系统的诞生 w 视频监控中的三个发展阶段 w 视频监控系统各发展阶段的特点 w宽视界业务介绍 宽视界业务介绍宽视界业务介绍 数据库服 务平台 管理平台 图像监控站 河北网通中心管理平台 分发/存储平台 公网/专网 数字显示终端 企业主控台 显示墙 （电视墙） 客户监控中心 报警探头 报警喇叭 摄像机 多媒体接入单元 （视频服务器） 客户远程副控台 Web 服务器 分发平台 存储平台 报警探头 报警喇叭 摄像机 多媒体接入单元 监控点N 维护业务台AAA 服务器 监控点1 宽视界总体部署 CUCU PUPU 宽视界业务架构 PU 客户侧客户侧 CU 业业 务务 管管 理理 系系 统统 客客 户户 管管 理理 系系 统统 客户控制软件 前端接入前端接入 设备网管模块设备网管模块 通 道 告告 告告 警警 分分 析析 系系 统统 数数 据据 库库 管管 理理 系系 统统 连连 接接 管管 理理 系系 统统 监监 控控 管管 理理 系系 统统 告警分析系统 统计分析系统 智能分析服务引擎集 接入服务器系统 多媒体服务系统 宽视界平台宽视界平台 服服 务务 器器 管管 理理 系系 统统 CU 云台控制信息云台控制信息 音频编码器音频编码器 前端存储前端存储 基础智能模块基础智能模块 DVR/SDVR/S 通通 信信 模模 块块 BOSSBOSS系统系统APIAPI BOSSBOSS系统系统 CUCU 接接 入入 系系 统统 存储服务系统 客客 户户 业业 务务 系系 统统 统计分析系统 告警分析系统 概念 中国网通宽视界业务是基于款待IP网络，采用流媒体技术和视频服 务器系统为行业或公众用户提供图像、声音和各种报警信号远程采集、 传输、存储、处理与转播等方面的视频监控服务，是中国网通宽带业务 体系的重要组成部分。 特点 统一的平台：河北网通建立一个统一的视频监控平台，这个平台是 基于互联网的，客户只要能够接入宽带互联网（除去拨号等窄带方式） ，就能使用； 统一的管理：客户需要监控的地方是在各个不同的地方，能够实现 了跨不同地方的统一管理和视频资源的共同使用； 互联网连接：为客户提供图像和各种报警信号远程采集、传输、储 存和处理； 现场直播：能够把最直观的现场视频、语音实时异地提供给相关的 人员，辅助决策。 多种终端：被监控的地点可以使用计算机、电视墙或目前具有相应 功能的PDA、手机等设备，即可通过互联网实现视频监控的业务。 宽视界业务介绍宽视界业务介绍 宽视界概念和特点 v 视频监控系统的发展简史 v 监控中的相关技术基础 w 监控中的视频压缩技术 w 嵌入式系统 w基于智能化模式识别与行为分析的智能监控技术 w 网络传输协议 w串行接口标准 监控中的相关技术基础监控中的相关技术基础 监控中的相关技术基础监控中的相关技术基础 视频编码的基本原理 视频编码的基本框架 国际音视频标准发展历程 监控中的视频编码技术 监控中视频编码分辨率的选择 监控中实现视频编码的最佳方式 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 视频图像数据有极强的相关性，也就是说有大量的冗余 信息。其中冗余信息可分为空域冗余信息和时域冗余信 息。压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉（去除数据 之间的相关性），压缩技术包含帧内图像数据压缩技术 、帧间图像数据压缩技术和熵编码压缩技术。 去时域冗余信息 使用帧间编码技术可去除时域冗余信息。 去空域冗余信息 主要使用帧间编码技术和熵编码技术。 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 视频编码的基本原理 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 视频编码的基本框架 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 国际音视频标准发展历程 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 H.261 H.261标准是 为ISDN设计，主要针 对实时编码和解码设 计，压缩和解压缩的 信号延时不超过 150ms，码率 px64kbps(p=130)。 H.261标准主 要采用运动补偿的帧 间预测、DCT变换、 自适应量化、熵编码 等压缩技术。 只有I 帧和P帧，没有B帧， 运动估计精度只精确 到像素级。支持两种 图像扫描格式：QCIF 和CIF。 H.263 H.263标准是甚低码 率的图像编码国际标准，它 一方面以H.261为基础，以 混合编码为核心，其基本原 理框图和H.261十分相似， 原始数据和码流组织也相似 ；另一方面，H.263也吸收 了MPEG等其它一些国际标准 中有效、合理的部分，如： 半像素精度的运动估计、PB 帧预测等，使它性能优于 H.261。 H.263使用的位率可 小于64Kb/s,且传输比特率 可不固定（变码率）。 H.263支持多种分辨率： SQCIF(128x96)、 QCIF、 CIF、4CIF、16CIF。 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 JPEG 国际标准化组织于1986年成立了JPEG(Joint Photographic Expert Group)联合图片专家小组，主要致力于制定连续色调、多级 灰度、静态图像的数字图像压缩编码标准。常用的基于离散余弦变换 (DCT)的编码方法，是JPEG算法的核心内容。 MPEG-1/2 MPEG-1标准用于数字存储体上活动图像及其伴音的编码，其 数码率为1.5Mb/s。 MPEG-1的视频原理框图和H.261的相似。 MPEG-1视频压缩技术的特点：1. 随机存取；2. 快速正向/逆 向搜索；3 .逆向重播；4. 视听同步；5. 容错性；6. 编/解码延迟 。MPEG-1视频压缩策略：为了提高压缩比，帧内/帧间图像数据压缩 技术必须同时使用。帧内压缩算法与JPEG压缩算法大致相同，采用基 于DCT的变换编码技术，用以减少空域冗余信息。帧间压缩算法，采 用预测法和插补法。预测误差可在通过DCT变换编码处理，进一步压 缩。帧间编码技术可减少时间轴方向的冗余信息。 MPEG-2被称为“21世纪的电视标准”，它在MPEG-1的基础上 作了许多重要的扩展和改进，但基本算法和MPEG-1相同。 国际音视频标准发展历程 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 MPEG-4 MPEG-4标准并非是MPEG-2的替代品，它着眼于不同的应用领域 。MPEG-4的制定初衷主要针对视频会议、可视电话超低比特率压缩（ 小于64Kb/s）的需求。在制定过程中，MPEG组织深深感受到人们对媒 体信息，特别是对视频信息的需求由播放型转向基于内容的访问、检 索和操作。 MPEG-4与前面提到的JPEG、MPEG-1/2有很大的不同，它为多媒 体数据压缩编码提供了更为广阔的平台，它定义的是一种格式、一种 框架，而不是具体算法，它希望建立一种更自由的通信与开发环境。 于是MPEG-4新的目标就是定义为：支持多种多媒体的应用，特别是多 媒体信息基于内容的检索和访问，可根据不同的应用需求，现场配置 解码器。编码系统也是开放的，可随时加入新的有效的算法模块。应 用范围包括实时视听通信、多媒体通信、远地监测/监视、VOD、家庭 购物/娱乐等。 JVT：新一代的视频压缩标准 JVT是由ISO/IEC MPEG和ITU-T VCEG成立的联合视频工作组（ Joint Video Team），致力于新一代数字视频压缩标准的制定。 JVT标准在ISO/IEC中的正式名称为：MPEG-4 AVC(part10)标 准；在ITU-T中的名称:H.264（早期被称为H.26L） 国际音视频标准发展历程 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 H264/AVC(Advanced Video Coding) H264集中了以往标准的优点，并吸收了以往标准制定中积累 的经验, 采用简洁设计,使它比MPEG4更容易推广。H.264创造性了多 参考帧、多块类型、整数变换、帧内预测等新的压缩技术，使用了更 精细的分象素运动矢量（1/4、1/8)和新一代的环路滤波器，使得压 缩性能大大提高，系统更加完善。 H.264主要有以下几大优点： 高效压缩：与H.263+和MPEG4 SP相比 ，减小50%比特率 延时约束方面有很好的柔韧性 容错能力 编/解码的复杂性可伸缩性 解码全部细节：没有不匹配 高质量应用 网络友善 国际音视频标准发展历程 目前监控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、 MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC等几种视频 编码技术。对于最终客户来言最为关心的 主要有：清晰度、存储量（带宽）、稳定 性还有价格。采用不同的压缩技术，将很 大程度影响以上几大要素。 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 监控中的视频编码技 术 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 MJPEG MJPEG（Motion JPEG）压缩技术，主要是基于静态视频压缩 发展起来的技术，它的主要特点是基本不考虑视频流中不同帧之间的 变化，只单独对某一帧进行压缩。MJPEG压缩技术可以获取清晰度很 高的视频图像，可以动态调整帧率、分辨率。但由于没有考虑到帧间 变化，造成大量冗余信息被重复存储，因此单帧视频的占用空间较大 ，目前流行的MJPEG技术最好的也只能做到3K字节/帧，通常要820K ！ H.264/AVC H.264集中了以往标准的优点，在许多领域都得到突破性进展，使得它获得 比以往标准好得多整体性能： 和H.263+和MPEG-4 SP (Simple Profile,简单类)相比最多可节省50的码率， 使存储容量大大降低； H.264在不同分辨率、不同码率下都能提供较高的视频质量； 采用“网络友善”的结构和语法，使其更有利于网络传输。 H.264采用简洁设计,使它比MPEG4更容易推广，更容易在视频会议、视频电 话中实现，更容易实现互连互通，可以简便地和G.729等低比特率语音压缩组成一个 完整的系统。 MPEG LA吸收MPEG-4的高昂专利费而使它难以推广的教训，MPEG LA制定了以 下低廉的H.264收费标准：H.264广播时基本不收费；产品中嵌入H.264编/解码器时 ，年产量10万台以下不收取费，超过10万台每台收取0.2美元，超过500万台每台收 取0.1美元。 监控中的视频编码技术 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 MPEG-4 MPEG-4视频压缩算法相对于MPEG-1/2在低比特率压缩上有着显著提高，在CIF（352*288）或 者更高清晰度（768*576）情况下的视频压缩，无论从清晰度还是从存储量上都比MPEG1具有更大 的优势，也更适合网络传输。另外MPEG-4可以方便地动态调整帧率、比特率，以降低存储量。 MPEG-4由于系统设计过于复杂，使得MPEG-4难以完全实现并且兼容，很难在视频会议、可视 电话等领域实现，这一点有点偏离原来地初衷。另外对于中国企业来说还要面临高昂的专利费问题 ，目前规定： 每台解码设备需要交给MPEG-LA 0.25美元 编码/解码设备还需要按时间交费（4美分/天=1.2美元/月 =14.4美元/年） MPEG-1/2 MPEG-1标准主要针对SIF标准分辨率(NTSC制为352X240；PAL 制为352X288)的图像进行压缩. 压缩位率主要目标为1.5Mb/s.较 MJPEG技术，MPEG1在实时压缩、每帧数据量、处理速度上有显著的提 高。但MPEG1也有较多不利地方:存储容量还是过大、清晰度不够高和 网络传输困难。 MPEG-2在MPEG-1基础上进行了扩充和提升，和MPEG-1向下兼 容，主要针对存储媒体、数字电视、高清晰等应用领域，分辨率为： 低(352x288)，中(720x480)，次高(1440x1080)，高(1920x1080)。 MPEG-2视频相对MPEG-1提升了分辨率，满足了用户高清晰的要求，但 由于压缩性能没有多少提高，使得存储容量还是太大，也不适和网络 传输。 监控中的视频编码技术 目前监控行业中主要使用以下分辨率：QCIF、CIF、4CIF和D1。 QCIF分辨率为176x144。 CIF分辨率为352x288，相当于VCD的清晰度水平。 4CIF分辨率为704x576，相当于DVD的清晰度水平。 D1分辨率为720x576。 CIF是目前监控行业的主流分辨率之一，它的优点是存储量较低，能在普 通宽带网络中传输，价格也相对低廉，它的图像质量较好，被大部分用户 所接受。缺点是图像质量不能满足高清晰的要求。 4CIF和D1是目前和将来的主流分辨率，它的优点是图像清晰。缺点是存储 量高，网络传输带宽要求很高，价格也较高。 随着计算机处理能力的提高、存储设备的发展和网络带宽的扩大，高清晰 度分辨率将称为主流选则。 2CIF（704x288）已被部分产品采用，用来解决CIF清晰度不够高和4CIF存 储量高、价格高昂的缺点。但由于704x288只是水平分辨率的提升，图像 质量提高不是特别明显。另外一种2CIF分辨率528x384，比704x288能更好 解决CIF、4CIF的问题。特别是在512Kbps1Mbps码率之间，能获得稳定 的高质量图像，满足用户较高图像质量的要求。目前这一分辨率已被许多 网络多媒体广播所采用。 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 监控中视频编码分辨率的选择 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 分辨率图示 不同的NTSC分辨率 不同的PAL分辨率 MPEG压缩格式中所使用的分辨率 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 视频压缩各标准的比较 比较项目 H.261/H.263/H.26 3+ MPEG-2MPEG4 H.264(MPEG4 Part10) 分辨率QCIF/CIF 介于2CIF和4CIF之 间 4CIF D1 码率范围Nx64k1.5M15M 64k 8M 64k4M 运动特性半动态全动态全动态全动态 编码效率低较高高高 时延较小较大较小小 处理复杂 度 较小较小较大大 常用的音频编解码技术 PCM编解码 ADPCM(自适应差分PCM) G.711、G.721、G.722 G.723(低码率语音编码算法) G.723.1(双速率语音编码算法) G.728、 G.729、G.729A、 MP3(MPEG-1 audio layer 3) 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 音频编解码技术 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 音频编解码技术比较 比较项 目 PCMG.711G.723G.729MP3 码率 1411.2 Kbps 64 Kbps5.3Kbps/6.3K bps 8 Kbps 128 112kbps 压缩PCM编码，无 压缩 PCM编码，无 压缩 有损压缩有损压缩高保真 频响范 围 2020kHz3003400Hz3003400Hz 300 3400Hz 2020kHz 延时大小小小较大 声音质 量 很好一般一般良好好 G.723和G.729编解码技术占用的带宽小，音质一般，适于在对带宽要求 严格的网络比如internet广域网。MP3技术的音质好，但占用带宽较大，时 延稍大，适于宽度局域网使用。 目前视频编码正处于一个技术日新月异的时期 ，视频编码的压缩性能在不断得到提升。 在监控中主要使用ASCI和DSP两种方案。由于 ASIC芯片的设计、生产周期过长，使它已跟不 上视频编码的发展速度。而DSP芯片，由于它的 通用设计，使它能实现各种视频编码算法，并 且可以及时更新视频编码器，紧跟视频编码的 发展速度。另外使用DSP芯片可以比ASIC更灵 活的配置编码器，使编码器达到最佳性能。 监控中的视频压缩技术监控中的视频压缩技术 监控中实现视频编码的最佳方式 w 监控中的视频压缩技术 w 嵌入式系统 w基于智能化模式识别与行为分析的智能监控技术 w 网络传输协议 w串行接口标准 监控中的相关技术基础监控中的相关技术基础 监控中的相关技术基础监控中的相关技术基础 嵌入式系统一般指非 PC 系统，有计算机功能但又不称之为计算 机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应 用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的 专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬 件于一体，类似于 PC 中 BIOS 的工作方式，具有软件代码小、 高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务 的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入 式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件” 。 嵌入式系统嵌入式系统 嵌入式系统几乎包括了生活 中的所有电器设备，如掌上 PDA 、移动计算设备、电视 机顶盒、手机上网、数字电 视、多媒体、汽车、微波炉 、数字相机、家庭自动化系 统、电梯、空调、安全系统 、自动售货机、蜂窝式电话 、消费电子设备、工业自动 化仪表与医疗仪器等。 嵌入式系统的硬件部分，包括处理器 /微处理器、存储器及外设器件和 I/O 端口、图形控制器等。嵌入式系 统有别于一般的计算机处理系统，它 不具备像硬盘那样大容量的存储介质 ，而大多使用 EPROM 、 EEPROM 或 闪存 (Flash Memory) 作为存储介质 。软件部分包括操作系统软件 ( 要 求实时和多任务操作 ) 和应用程序 编程。应用程序控制着系统的运作和 行为；而操作系统控制着应用程序编 程与硬件的交互作用。 w 监控中的视频压缩技术 w 嵌入式系统 w基于智能化模式识别与行为分析的智能监控技术 w 网络传输协议 w串行接口标准 监控中的相关技术基础监控中的相关技术基础 基于智能化模式识别与行为分析的智能监控技术 在视频监控系统中，采用基于图像的算法自动的分析和抽取视频源中的关键信 息，就是智能视频技术。 通过智能监控技术可实现丰富的监控使用功能，实现在不同监控点可选择配置 的图像分析能力，例如： 敏感区域的活动目标进入； 活动目标的异常行为； 新出现的可疑静止目标； 火情预警； 特定地点的人员流量统计； 交通流量统计与车号识别等。 如果结合传感器技术，则实际应用范围会更广，方案会更灵活。 w 监控中的视频压缩技术 w 嵌入式系统 w基于智能化模式识别与行为分析的智能监控技术 w 网络传输协议 w串行接口标准 监控中的相关技术基础监控中的相关技术基础 网络传输协议 nTCP协议 TCP通过序列确认以及包重发机制，提供可靠的数据流 发送和到应用程序的虚拟连接服务。与 IP 协议相结合， TCP 组成了因特网协议的核心 nUDP协议 UDP是一个无连接协议，传输数据之前源端和终端不建立 连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据， 并尽可能快地把它扔到网络上 流媒体技术 流媒体技术能够按照特定的顺序将文件发送出去，而播放程序则可以边接收数 据边播放他们。流媒体应用可以根据传输模式、实时性、交互性粗略地分为多 种类型，如： 视频点播(VOD)、视频广播、INTERNET TV 、视频监视、视频 会议、远程教学、交互游戏等。 n流媒体的技术特征 o流式传输 o顺序流式传输 可在传输期间根据用户连接的速度做调整.顺序流式传输比较适合高质量的短片 段；能保证电影播放的最终质量。这意味着用户在观看前，必