數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1、數(shù)字化視頻基礎(chǔ)知識Honeywell Security數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第1頁目錄 成像原理數(shù)字化壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮原理存放傳輸DVR介紹數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第2頁模擬圖像清楚度625行768列PAL視頻垂直清楚度: 625*0.75=468TVL水平清楚度: 2*6M*0.000064*0.75=576TVL25幀電視線:在水平或垂直方向能夠區(qū)分掃描線數(shù).數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第3頁數(shù)字圖像分辨率CCIR確定抽樣頻率為13.5M水平像素點(diǎn):13.5M*0.000052=702垂直像素點(diǎn):625-49=576704/720像素: 是組成數(shù)字圖像最小單元,依據(jù)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器所提供數(shù)值大小來還原圖像色彩和

2、亮度.數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第4頁數(shù)字圖象分辨率100753550320240640480數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第5頁為何要壓縮非壓縮數(shù)字視頻帶寬 (720*576*8+352*576*8*2)*25=166Mbit占用存放空間約80GB/路小時兩個單位:bit位: 在傳輸中普通用位來表示傳輸速率或傳輸帶寬,單位bByte字節(jié): 在存放中用字節(jié)來表示空間或文件大小,單位B1B=8bit 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第6頁視頻壓縮壓縮模/數(shù)轉(zhuǎn)換001101011101011001010110101001110101011001011010101101010101100010101082KB低壓縮3KB高度壓縮6KB中度

3、壓縮數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第7頁不一樣壓縮標(biāo)準(zhǔn)ITU-T 標(biāo)準(zhǔn): H.261, H.262, H.263 (H.264)ISO/IEC 標(biāo)準(zhǔn): MPEG-1, 2, 4 和 JPEG-其它標(biāo)準(zhǔn): Motion-JPEG 和 Wavelet數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第8頁不一樣壓縮標(biāo)準(zhǔn)使用帶寬比較數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第9頁壓縮原理人眼視覺心理光強(qiáng)感知特征視覺閾:在給定光強(qiáng)下,人眼能分辨兩個區(qū)域光強(qiáng)差異最小值.依據(jù)韋伯定律,視覺閾隨光強(qiáng)呈線性改變,即背景亮度越高,人眼對亮度區(qū)分能力越弱人眼結(jié)構(gòu):感知光強(qiáng)柱壯細(xì)胞1.8億個,感知色彩椎狀細(xì)胞0.08億個 人眼對光亮度敏感性遠(yuǎn)大于對光色彩敏感性人眼對靜態(tài)物體敏感性大于對運(yùn)

4、動物體敏感性人眼對圖像中心敏感性大于對圖像邊緣敏感性數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第10頁壓縮原理視頻冗余性 空間冗余 時間冗余 結(jié)構(gòu)冗余壓縮去冗余對應(yīng)方法離散余弦變換DCT-去空間冗余運(yùn)動賠償-去時間冗余可變長度編碼-去結(jié)構(gòu)冗余數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第11頁壓縮原理視頻圖像頻譜特征視頻圖像頻譜是不連續(xù),在行頻整倍數(shù)及周圍分布視頻圖像頻譜分量幅度隨頻率增高而衰減高頻分量主要集中在占圖像百分比很小圖像邊緣及色彩豐富部分?jǐn)?shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第12頁壓縮原理DCT (discrete cosine transform)離散余弦變換每個方塊代表圖中像素?cái)?shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第13頁靜態(tài)壓縮全幀壓縮,M-JPEG,WAVELET壓縮

5、延時小圖像完整性好壓縮后占用存放空間較大傳輸需要更多帶寬數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第14頁動態(tài)壓縮幀間預(yù)測運(yùn)動賠償壓縮H.26X,MPEG-X壓縮后視頻文件大小動態(tài)改變,傳輸占用較小帶寬壓縮有一定延時數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第15頁不一樣壓縮標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用信息速率經(jīng)典應(yīng)用國際標(biāo)準(zhǔn)圖象存放與傳輸JPEG64k基于電話線可視通信H.26364k-128k可視電話H.261384k-2M會議電視H.2611.5M圖象存放（VCD）MPEG-13-10M數(shù)字電視MPEG-234-45MTV制作CCIR50MHDTVMPEG-24M低速率可視通信,交互應(yīng)用MPEG-4數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第16頁各種壓縮標(biāo)準(zhǔn)比較傳輸方式優(yōu)勢劣勢標(biāo)注

6、M-JPEG 移動 / 靜止圖像 壓縮 滿幀 (無預(yù)測)單幀插入低延時帶寬低效應(yīng)用非開放技術(shù)因?yàn)闈M幀要求大量帶寬，已經(jīng)慢慢失去吸引力小波(JPEG+非開放標(biāo)準(zhǔn)) 滿足有損或無損壓縮靜止圖像最正確可升級 沒有圖像塊效應(yīng)JPEG 是靜止圖像級壓縮標(biāo)準(zhǔn) 對實(shí)時監(jiān)控沒有優(yōu)勢 (非開放預(yù)測擴(kuò)展方法)對處理器要求高主要市場是高品質(zhì)靜止圖像壓縮 部分DVR采取小波壓縮H261 (3): 視頻會議標(biāo)準(zhǔn)低彼特率，用于- n*64 或128kb/s H263或上至2兆帶寬通常降低圖像碼流，或?qū)D像分辨率縮小到1/2 或1/4。德國Telco企業(yè)電話會議系統(tǒng)中普遍使用H26X標(biāo)準(zhǔn)融合于MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)中 (H264

7、編碼方式 = MPEG-4-AVC)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第17頁各種壓縮標(biāo)準(zhǔn)比較方式優(yōu)勢劣勢標(biāo)注MPEG-1: 用于CD和VCD有效壓縮方式：有很好動態(tài)壓縮賠償 開放式標(biāo)準(zhǔn)延時僅適于低分辨率圖像標(biāo)準(zhǔn) .因?yàn)镸PEG-4/DivX壓縮軟件興起， 而漸失寵幸MPEG-2: 數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)芯片成本在降低有效壓縮方式DVD質(zhì)量畫面標(biāo)準(zhǔn)壓縮格式軟件解碼隨地可得顯著延時已經(jīng)有高成本按照PAL/NTSC幀率和分辨率標(biāo)準(zhǔn): 不適合錄像和存放較長時間圖像將繼續(xù)滿足高端市場應(yīng)用需求, 不過不適合于有長時間錄像MPEG-4世界標(biāo)準(zhǔn):也用于CCTV非常有效壓縮方式非常靈活幀率和圖像分辨率可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)壓縮延時長短完全能夠控制有效

8、壓縮標(biāo)準(zhǔn)，慣用于D1圖像標(biāo)準(zhǔn)MPEG-4 將成為CCTV系統(tǒng)中壓縮標(biāo)準(zhǔn)H26X標(biāo)準(zhǔn)融于MPEG-4之中 (H264 標(biāo)準(zhǔn)= MPEG-4 AVC)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第18頁壓縮伎倆軟件壓縮硬件只完成視頻圖像采集,壓縮及處理由電腦CPU來完成壓縮速度較低,成本最低,DVR采取此方式硬件壓縮視頻采集壓縮及處理全部經(jīng)過電路來實(shí)現(xiàn) DSP芯片 DSP(Digital Signal Processor)是當(dāng)前CCTV行業(yè)最慣用信號處理器件 DRV及低端編解碼器采取此方式 ASIC芯片 ASIC(Application Specific Integrated Circuits，專用集成電路) 高端編解碼器采

9、取此方式,壓縮速度比DSP高40倍壓縮速度對視頻圖像影響數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第19頁存放設(shè)備RAIDRAID全稱是廉價磁盤冗余陣列（Redundant Array of Inexpensive Disks）或獨(dú)立性磁盤冗余陣列（Redundant Array of Independent Disks）RAID技術(shù):1、數(shù)據(jù)條帶化，降低硬盤尋道時間，提升存取速度2、經(jīng)過對幾塊硬盤同時讀取，來提升存取速度3、經(jīng)過鏡像或存放奇偶校驗(yàn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余保護(hù)經(jīng)常應(yīng)用RAID陣列主要分為RAID 0，RAID 1，RAID 5和RAID 0+1。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第20頁存放設(shè)備RAID幾個RAID技術(shù)比較：RAID

10、0存取速度最快，沒有容錯；RAID1完全容錯，成本高；RAID3寫入性能最好，沒有多任務(wù)功效；RAID4具備多任務(wù)及容錯功效Parity磁盤驅(qū)動器造成性能瓶頸；RAID5具備多任務(wù)及容錯功效；RAID0+1/RAID10速度快、完全容錯，成本高。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第21頁存放設(shè)備RAIDRAID0 RAID 0 也叫條帶化，它將數(shù)據(jù)象條帶一樣寫到多個磁盤上，這些條帶也叫做“塊”。條帶化實(shí)現(xiàn)了能夠同時訪問多個磁盤上數(shù)據(jù)，平衡I/O負(fù)載，加大了數(shù)據(jù)存放空間和加緊了數(shù)據(jù)訪問速度 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第22頁存放設(shè)備RAIDRAID1 也被稱為磁盤鏡像。系統(tǒng)將數(shù)據(jù)同時重復(fù)寫入兩個硬盤，不過在操作系統(tǒng)中表現(xiàn)為

11、一個邏輯盤。所以假如一個硬盤發(fā)生了故障，另一個硬盤中依然保留了一份完整數(shù)據(jù)，系統(tǒng)依然能夠照常工作 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第23頁存放設(shè)備RAIDRAID5 系統(tǒng)能夠?qū)﹃嚵兄腥坑脖P同時讀寫，降低了由硬盤機(jī)械系統(tǒng)引發(fā)時間延遲，提升了磁盤系統(tǒng)I/O能力；當(dāng)陣列中一塊硬盤仿生故障，系統(tǒng)能夠使用保留在其它硬盤上奇偶校驗(yàn)信息恢復(fù)故障硬盤數(shù)據(jù)，繼續(xù)進(jìn)行正常工作。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第24頁存放設(shè)備RAIDRAID0+1/RAID10 對RAID0陣列做鏡像。這是一個Dual Level RAID，也有些人稱之為RAID level 10。是兩組硬盤先做RAID0，組成兩顆大容量邏輯硬盤，再相互為“鏡像”。在每次寫入

12、數(shù)據(jù)，磁盤陣列控制器會將資料同時寫入該兩組“大容量數(shù)組硬盤組”內(nèi)。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第25頁數(shù)字視頻傳輸 一、點(diǎn)對點(diǎn)傳輸1、PSTN（Public Service Telephone Network)2、ISDN（Integrated Service Data Network) 窄帶2B+D=128K+16K 寬帶 30B+D3、DDN（Digital Data Network)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第26頁數(shù)字視頻傳輸二、ATM（Asynchronous Transfer Mode)傳輸速率 E1=2MbpsSTM-1=155MbpsSTM-4=622Mbps 真正QOS面向連接傳輸VPVC數(shù)字視頻

13、監(jiān)控系統(tǒng)第27頁數(shù)字視頻傳輸三、以太網(wǎng)TCP/IP類型速率以太網(wǎng)10M/100Mbps千兆網(wǎng)1000MbpsFDDI100Mbps單播和組播數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第28頁數(shù)字視頻傳輸TCP與UDP比較（傳輸視頻通慣用UDP）TCPUDP協(xié)議傳輸控制協(xié)議用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議連接面向連接無連接傳輸可靠請高低傳輸速度較慢較快包重組有無錯誤偵測強(qiáng)大錯誤偵測及恢復(fù)功效完整性偵測適合傳輸內(nèi)容高準(zhǔn)確性內(nèi)容廣播及大流量內(nèi)容數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第29頁數(shù)字視頻傳輸VLAN = 虛擬局域網(wǎng)在一個物理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可存在多個虛擬 LANs數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第30頁數(shù)字視頻傳輸QoS(Quality of Service )機(jī)制QoS 在繁忙

14、帶寬又不富裕網(wǎng)絡(luò)中必須執(zhí)行QoS對于要求實(shí)時傳輸應(yīng)用中尤其主要，比如實(shí)時視頻和音頻等假如要確保系統(tǒng)QoS,有2個選擇:超/富裕帶寬設(shè)計(jì)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)執(zhí)行QoS 機(jī)制全雙工/802.3x ，帶優(yōu)先級可交換/802.1p 并結(jié)合第三層協(xié)議，比如RSVPRSVP = Resources Reservation ProtocolEthernet LAN 帶 QoS 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第31頁DVR什么是DVR（Digital Video Recorder) 基本功效：錄象保留、畫面分割，視頻偵測，報(bào)警觸發(fā)具權(quán)限密碼管理功效，可設(shè)定每一位使用者不一樣權(quán)限 可多人同時在LAN (Local Area Networ

15、k)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下存取或控制此網(wǎng)絡(luò)內(nèi)全部可利用保全監(jiān)視設(shè)備與功效 具備P/T/Z(Pan/Tilt/Zoom)及預(yù)覽(Pre-set)、群組(Group)、巡弋(Touring)等控制功效 可將資料備份存于磁盤陣列設(shè)備 視頻傳輸切換數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第32頁DVRDVR分類PC Base DVR 操作系統(tǒng)為WINDOWS，功效強(qiáng)大，操作靈活，網(wǎng)絡(luò)功效強(qiáng)大，穩(wěn)定性較差Standalone DVR操作系統(tǒng)：RTOS，可靠，界面單調(diào)，操作麻煩操作系統(tǒng)：LINUX，較可靠，操作較靈活，完整網(wǎng)絡(luò)功效數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第33頁DVRDVR壓縮技術(shù)M-JPEG-MPEG-1-MPEG4-H.264WaveLet MPEG-2數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第34頁數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)組成數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第35頁數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)建立連接編解碼器數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第36頁數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)功效實(shí)時圖像、音頻PTZ控制虛擬矩陣功效序列，巡視，報(bào)警管理網(wǎng)絡(luò)錄象、查看錄象視頻偵測系統(tǒng)設(shè)備管理數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)第37頁數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需要考慮問題視頻圖像質(zhì)量要求帶寬要求QoS到達(dá)或超出預(yù)期管理多個觀察點(diǎn)是否需要多