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1、视频监控基础知识 目 录前言2一、视频监控的基本认识3二、视频编码的基本原理4三、视频监控技术的基本原理7四、嵌入式硬盘录像机技术84.1 基本概念：嵌入式、实时与多任务84.2 嵌入式硬盘录像机的特点84.3 嵌入式硬盘录像机硬件体系结构8五、嵌入式硬盘录像机技术难点n8六、嵌入式硬盘录像机现状n9七、嵌入式硬盘录像机发展趋势9八、视频监控在局域网中的应用108.1监控现场组网方案108.2监控中心组网方案188.3 网络视频监控的种类18九、视频监控在局域网中的传输19十、参考文献.22十一、结束语.22前 言随着社会经济和科学技术的飞速发展，人们对安全技术防范的要求也越来越高。二十世纪八
2、十年代末到九十年代中期，随着各种新型安保观念的引入，社会各部门、各行业及居民小区纷纷建立起了各自独立的闭路电视监控系统。然而，传统的视频监控受到当时技术发展水平的限制，监控系统大多只能在现场进行模拟电视监视，视频信息存储到录像带上，如果是监控的地点比较多，要求录像的数据保存时间长，录像带的数量就会变的惊人，整个查询、检索工作变的很复杂，管理运营成本增加，而且还会出现录像带时间长了或转录次数多了时图像质量变差的问题。 随着编解码技术的发展，特别是MPEG4/H264编解码技术的成熟，越来越多的用户采用了数字视频监控系统，实时压缩多路视频，并存储到硬盘上，录像信息以数字形式存放在硬盘上。由于计算机
3、屏幕尺寸有限，在同时显示多路视频时每一路预览的画面都比较小，这一点不利于工作人员及时发现一些细小的隐蔽的安全隐患问题；而且智能化在数字安全防范领域也得到越来越多的应用，在某些监控的场所对安全性要求比较高，需要对运动的物体进行及时的检测和跟踪，因此我们需要一些精确的图像检测技术来提供自动报警和目标检测。运动检测作为在安防智能化应用最早的领域，它的技术发展和应用前景都受到关注。一、视频监控的基本认识 伴随着计算机及网络技术的飞速发展，尤其视频编解码技术的日益成熟、计算机处理能力的快速提高、以及宽带的逐渐普及，基于Internet的视频网络实时应用在许多行业和政府部门被大范围采用。提到基于Inter
4、net的视频网络实时应用，我们可能更多地会想到可视电话及视频会议系统、电视网络实况转播、远程教育等。这些Internet视频实时应用对软硬件的性能要求很高，要求既达到较高的帧率，又达到较低的码率，所以需要足够强大的处理能力（包括算法及芯片处理能力）。而要具备这种处理能力，往往需要昂贵的专用设备。对于安防所涉及的数字视频网络监控系统，由于行业特性所决定，数据采集点较多，需要相应配置大量的编码设备，因此，与其他视频网络实时应用相比，价格成为一个相对比较敏感的因素。以往的数字视频网络监控系统，基本上都是基于局域网或者专网。但是实际应用环境却很难保证这样的网络条件，因此系统集成商无法给用户提供一个完整
5、的解决方案。例如银行的ATM机数字集中式监控系统，就可能需要提供基于Internet的解决方案：宽带为主，窄带为辅。首先ATM机原来预留的专网入口需要传输业务数据，考虑到ATM机24小时在线的业务服务和24小时视频监控的要求，我们很难提供一种解决方式，在同一个专网上，既保证业务数据传输稳定，又保证监控画面流畅，因此，我们需要考虑从宽带运营商租用线路，通过宽带传输视频数据。而且，从运行模式和成本上考虑，很多ATM机并不需要随时传输视频数据，往往只在异常发生的情况下，主动要求监控中心切换监控点；或者在监控中心定时巡查各监控点的时候才需要在线。这种情况下，就不需要为ATM机常年租用线路，只需要开通A
6、DSL、ISDN、甚至通过电话线连接的方式。近两年，国内厂商不断推出高性能、高性价比的视音频压缩卡和网络监控设备，使得基于Internet的数字视频网络监控系统成为可能，如上述ATM机数字集中式监控系统。 但是作为一个完善的解决方案，我们不得不考虑这样一个问题：如何处理动态IP地址。无论是普通电话线拨号，还是ISDN、ADSL，只要采用了动态IP接入方式，都会遇到这个问题。所谓动态IP接入方式是指用户通过虚拟拨号技术动态获得IP地址来开展上网业务。每次用户通过普通MODEM或者通过ISDN、ADSL拨号连接Internet时，ISP通常会分配给用户一个公共IP地址，这时候Internet上的其
7、他用户就可以通过这个IP地址访问该计算机。但是，因为这个IP地址是动态的，也就是说一旦断线，下次再连接Internet的时候，ISP将会分配另一个不同的公共IP地址。如果仅仅是编码端（如ATM机）或者解码端（如监控中心）的一方采用了动态IP接入方式，问题比较容易解决。在点对点通信的时候，只要有一方能够预先知道IP地址，就能够在双方之间建立握手，并获取对方的IP地址，进行通信。但是如果双方都采用动态IP接入方式，就麻烦了。一个用户拨号连接后，不知道监控中心的IP地址，也就无法通知对方自己的IP地址，后续操作根本无法进行。 视频监控能给您和您的机构带来直观、方便的视觉效果。它广泛用在各种场合，比如
8、仓库的监控、重要交通要道的监控以及其它重要位置的视频监控。您可以坐在自己的办公室里，就可以看到您的机构各个重要场合的实时图像情况；您还可以不离开办公室就能处理各现场的突发事件，监视事件处理的全过程，并能看到处理后的现场图像效果。 二、视频编码的基本原理 视频编码标准简介 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视频编码的基本原理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。
9、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 网络友善监控中的视频编码技术目前监控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/A
10、VC等几种视频编码技术。对于最终用户来言他最为关心的主要有：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。 MJPEGMJPEG（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！MPEG-1/2MPEG-1标准主要针对SIF标准分辨率
11、(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
12、还是太大，也不适和网络传输。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：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
13、得它获得比以往标准好得多整体性能： 和H.263+和MPEG-4 SP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，
14、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。低廉的专利费使得中国H.264监控产品更容易走向世界。 监控中视频编码分辨率的选择目前监控行业中主要使用以下分辨率：SQCIF、QCIF、CIF、4CIF。SQCIF和QCIF的优点是存储量低，可以在窄带中使用，使用这种分辨率的产品价格低廉；缺点是图像质量往往很差、不被用户所接受。CIF是目前监控行业的主流分辨率，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是标清分辨率，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
15、格也较高。监控中实现视频编码的最佳方式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。三、视频监控技术的基本原理1、 模拟图像监控：由摄象机、模拟编解码器、视频矩阵系统、监视器、控制键盘以及录象机等组成。在构建这样的一套系统的时候，需要铺设专门的视频线、电源线以及控制线。因此，其缺点也很明显：传输距离近，一般只在一两公里；只能在本地控制中心监视，不能让重要人员在自己的办公室就能监视；若采用光纤，可以远传，但造价太高。 2、多媒体视频监控：由摄象机、编解码器、工控机（或嵌入式设备）、视频编解码卡、监控软件等组成。在构建这样的一套系统的时候，也需要铺设专门的视频线、电源线以及控制线，用计算机（或嵌入式设备）取代了模拟监控系统的视频矩阵、监视器，用硬盘取
