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视频监控系统的发展简史监控中的相关技术基础 视频监控系统的诞生视频监控中的三个发展阶段视频监控系统各发展阶段的特点宽视界业务介绍 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 视频监控系统的诞生 视频监控系统的诞生视频监控中的三个发展阶段视频监控系统各发展阶段的特点宽视界业务介绍 视频监控系统的发展简史 视频监控系统的发展简史 视频监控中的三个发展阶段 模拟视频监控 数字视频监控 网络视频监控 视频监控系统的三个发展阶段 模拟视频监控 视频监控系统的三个发展阶段 数字视频监控 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 视频监控系统的诞生视频监控中的三个发展阶段视频监控系统各发展阶段的特点宽视界业务介绍 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 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 视频监控系统的诞生视频监控中的三个发展阶段视频监控系统各发展阶段的特点宽视界业务介绍 宽视界业务介绍 宽视界总体部署 CU 宽视界业务架构 客户侧 CU 业务管理系统 客户管理系统 客户控制软件 前端接入 设备网管模块 通道 告告警分析系统 数据库管理系统 连接管理系统 监控管理系统 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 服务器管理系统 云台控制信息 音频编码器 前端存储 基础智能模块 DVR S 通信模块 BOSS系统API BOSS系统 CU接入系统 存储服务系统 客户业务系统 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 宽视界概念和特点 视频监控系统的发展简史监控中的相关技术基础 监控中的视频压缩技术嵌入式系统基于智能化模式识别与行为分析的智能监控技术网络传输协议串行接口标准 监控中的相关技术基础 监控中的相关技术基础 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 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 视频编码的基本原理 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 国际音视频标准发展历程 监控中的视频压缩技术 H 261H 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 1 30 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 263H 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 JPEG国际标准化组织于1986年成立了JPEG JointPhotographicExpertGroup 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 2MPEG 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 MPEG 4MPEG 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 IECMPEG和ITU TVCEG成立的联合视频工作组 JointVideoTeam 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 4AVC 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 H264 AVC AdvancedVideoCoding 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MPEG4SP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 监控中的视频编码技术 监控中的视频压缩技术 MJPEGMJPEG MotionJPEG 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8 20K H 264 AVCH 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 4SP SimpleProfile 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 MPEGLA吸收MPEG 4的高昂专利费而使它难以推广的教训 MPEGLA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 MPEG 4MPEG 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 LA0 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 2MPEG 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 720 x480 次高 1440 x1080 高 1920 x1080 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720 x576 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512Kbps 1Mbps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 监控中视频编码分辨率的选择 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 视频压缩各标准的比较 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 722G 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 1audiolayer3 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 音频编解码技术比较 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 监控中实现视频编码的最佳方式 监控中的视频压缩技术嵌入式系统基于智能化模式识别与行为分析的智能监控技术网络传输协议串行接口标准 监控中的相关技术基础 监控中的相关技术基础 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 FlashMemory 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 监控中的视频压缩技术嵌入式系统基于智能化模式识别与行为分析的智能监控技术网络传输协议串行接口标准 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 监控中的视频压缩技术嵌入式系统基于智能化模式识别与行为分析的智能监控技术网络传输协议串行接口标准 监控中的相关技术基础 网络传输协议 TCP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UDP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 INTERNETTV 视频监视 视频会议 远程教学 交互游戏等 流媒体的技术特征流式传输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 必须经历延迟 对较慢的连接尤其如此 顺序流式文件是放在标准HTTP或FTP服务器上的 所以易于管理 基本上与防火墙无关 严格说来 它只是一种点播技术 实时流式传输支持流媒体传输的网络协议 RTP RTCP 流媒体播放方式 特殊传输 网络视频监控系统中的数据使用TCP协议进行传输 可以保