视频监控系统基础知识要点

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◇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◇网络视频监控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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POWERFAULTDATAALARM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POWERFAULTDATAALARM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CUPU宽视界业务架构PU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CU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APIBOSS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