网络视频监控关键技术
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解决模拟视频信号数字化后数据量庞大的有效办法就 是采用 ，压缩数字视频中的冗余信息，减少视频数据量。 数据冗余的情况包括空间、时间、结构、知识、视觉、图 像区域的相同性等冗余信息。
根据解码后是否能够完全无丢失地恢复原始数据，可 分为无损压缩和有损压缩。无损压缩是指压缩后的数据解 压时得到的重现图像与原始图像完全相同的压缩方法。无 损压缩不丢失任何信息，但其压缩率很小。典型的算法有 Huffman编码、Shannon-Fano编码、算数编码等。有 损压缩是指解压后得到的图像与原始图像产生误差、去除 一定信息的压缩方法。
目前，有损ຫໍສະໝຸດ Baidu缩在视频处理中得到广泛应用。在选择 视频压缩标准时需要参考以下因素：
（1）压缩类别：有损压缩会导致数据损失，过大的压 缩比会导致图像质量的下降。
（2）压缩比比例：各种压缩方案支持不同的压缩比例， 压缩比例越大，压缩和还原需要的时间越多，采用有损压 缩时图像的还原效果也越差。
（3）压缩时间：压缩算法通常需要较长时间才能完成， 有些压缩方案可以通过专用硬件提高压缩速度。
如果说，MPEG-1“文件小，但质量差”；而MPEG-2“质 量好，但更占空间”的话，那么MPEG-4则很好的结合了两者 的优点。MPEG-4是超低码率运动图像和语言的压缩标准，它 不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码，而且更加注重多 媒体系统的交互性和灵活性。MPEG-4标准主要应用于视频电 话、视频电子邮件和电子新闻等，其传输速率要求低.MPEG-4 利用很窄的带宽，通过帧重建技术压缩和传输数据，以求以最 少的数据获得最佳的图像质量。与MPEG-1和MPEG-2相比， MPEG-4为多媒体数据压缩提供了一个更为广阔的平台。 一
1 影响视频质量的关键指标 2 视频压缩技术 3 固定码率和可变码率编解码 4 视频封装格式 5 视频传输协议 6 云台控制协议 7 芯片技术与压缩板卡 8 图像传感器技术
1 影响视频质量的关键指标
在模拟CCTV系统中，画面质量取决于分辨率，即人 眼所能分辨的黑白条纹数，单位是电视线（TV 线）。公 安部于2002年6月1日开始实施的《视频安防监控系统技 术要求》GA/T-367-2001国家标准，对安防行业视频标 准提出要求：一级（甲级）项目录像回放清晰度要 ≥350TV线；二级、三级项目录像回放清晰度要≥300TV。
MPEG-4的特点是其更适合于交互服务以及远程监控。 MPEG-4是第一个使观众由被动变为主动（不再只是观看，而 且允许观众加入其中，即有交互性）的动态图像标准；它的另 特点是其综合性，从根源上说， MPEG-4试图将自然物体与人 造物体相融合（视觉效果意义上的）。MPEG-4的设计目标还 有更广的适应性和可扩展性。MPEG-4标准的占用带宽可调， 由占用带宽与图像的清晰度成正比。以目前的技术，一般占用 带宽大致在几百kbit/s左右。
AVS标准是《信息技术：先进音视频编码》系列标准的简 约，AVS标准包括系统、视频、音频、数字版权管理4个主要 技术标准和一致性测试等支撑标准，是我国具有自主知识产权 的第二代信源编码标准。为了保障信息产业的健康发展，原信 息产业部科学技术司早就在2002年12月正式发文成立“数字 音视频编解码技术标准AVS工作组”，负责数字音视频等多媒 体设备与产品中的压缩、解压缩、处理和表示等技术标准的制 定工作。
网络和数字监控系统的图像质量需要考虑下列因素： （1）分辨率。 （2）压缩算法。 （3）帧率。 （4）视频延时。
2 视频压缩技术
通过CCD或CMOS感光及BNC输出后的视频称为“模 拟视频”，但事实上此时视频信号已经是由一帧帧连续的 图像构成了。这种图像的每一幅图像都是由许许多多个像 素点组成，其中每个像素点通常具有R、G、B(即红、绿、 蓝）三种色彩的分量量化数值。因此，从根本上说，“模 拟视频”事实上也是数字化的，只不过这种数字化保留了 原始现场所有的光影信息，信息冗余度极大。
新一代压缩技术编码思想由基于像素和像素块转变为基于内 容。它突破了仙农信息论框架的束缚，充分考虑了人眼视觉特性 及信源特性，通过去除内容冗余来实现数据压缩，可分为基于对 象和基于语义两种，前者属于中层压缩编码，后者属于高层压缩 编码。以MPEG-4/H.264为代表的基于模型/对象的第二代压缩 编码技术，除了继承第一代视频编码的核心技术，如变换编码、 运动估计与运动补偿、量化、熵编码外，还充分利用了人眼视觉 特行，抓住了图像信息传输的本质，从轮廓、纹理思路出发，支 持基于视觉内容的交互功能，这适应了多媒体信息的应用由播放 型转向基于内容的访问、检索及操作的发展趋势。H.264标准的 推出，是视频编码标准的一次重要进步，它与现有的MPEG-2、 MPEG-4及H.263相比，具有明显的优越性，特别是在编码效率 上的提高，使之能用许多新的领域。尽管H.264的算法复杂度是 现有编码压缩标准的4倍以上，但随着集成电路的快速发展， H.264的应用已成为现实。
2.1MPEG-4标准
MPEG-4是ISO/IEC MPEG 制定的标准，它与1998年10 月定案，在1999年正式成为国际标准，随后为扩展用途又进行 了第二版的开发，于1999年底结束。MPEG-4标准最大的特点 是编码是基于对象的，对一帧中的对象进行分割，然后再进行 编码，这样就便于操作和控制对象，也可以利用码率分配方法， 对于用户感兴趣的对象多分配一些比特率，得到更好的主观图 像质量。
目前视频监控中采用的视频压缩编码技术主要为MJPEG、 MPEG-1/2、MPEG-4(SP/ASP)、H.264/AVC等几种，其中， MPEG-4和H.264是现在国内流行的两种视频压缩标准，市场上 多数的数字视频录像机、视频服务器和网络摄像机都已经能够支 持MPEG-4/H.264的压缩方法。另外我国也在积极推进AVS标 准。
为达到低数据率的目标，几乎所有高压缩的算法都采 用有损压缩。其中传统压缩编码建立在仙农信息论基础之 上的，以经典集合论为工具，用概率统计模型来描述信源， 其压缩思想基于数据统计，只能去除数据冗余，属于低层 压缩编码的范畴。MPEG-1、MPEG-2、H.261、H.263 都是第一代压缩编码技术，着眼于图像信号的统计特性来 设计编码器，属于波形编码的范畴。这种编码方案把视频 序列按时间先后分为一系列帧，每一帧图像又分成宏块以 进行运动补偿和编码。
根据解码后是否能够完全无丢失地恢复原始数据，可 分为无损压缩和有损压缩。无损压缩是指压缩后的数据解 压时得到的重现图像与原始图像完全相同的压缩方法。无 损压缩不丢失任何信息，但其压缩率很小。典型的算法有 Huffman编码、Shannon-Fano编码、算数编码等。有 损压缩是指解压后得到的图像与原始图像产生误差、去除 一定信息的压缩方法。
目前，有损ຫໍສະໝຸດ Baidu缩在视频处理中得到广泛应用。在选择 视频压缩标准时需要参考以下因素：
（1）压缩类别：有损压缩会导致数据损失，过大的压 缩比会导致图像质量的下降。
（2）压缩比比例：各种压缩方案支持不同的压缩比例， 压缩比例越大，压缩和还原需要的时间越多，采用有损压 缩时图像的还原效果也越差。
（3）压缩时间：压缩算法通常需要较长时间才能完成， 有些压缩方案可以通过专用硬件提高压缩速度。
如果说，MPEG-1“文件小，但质量差”；而MPEG-2“质 量好，但更占空间”的话，那么MPEG-4则很好的结合了两者 的优点。MPEG-4是超低码率运动图像和语言的压缩标准，它 不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码，而且更加注重多 媒体系统的交互性和灵活性。MPEG-4标准主要应用于视频电 话、视频电子邮件和电子新闻等，其传输速率要求低.MPEG-4 利用很窄的带宽，通过帧重建技术压缩和传输数据，以求以最 少的数据获得最佳的图像质量。与MPEG-1和MPEG-2相比， MPEG-4为多媒体数据压缩提供了一个更为广阔的平台。 一
1 影响视频质量的关键指标 2 视频压缩技术 3 固定码率和可变码率编解码 4 视频封装格式 5 视频传输协议 6 云台控制协议 7 芯片技术与压缩板卡 8 图像传感器技术
1 影响视频质量的关键指标
在模拟CCTV系统中，画面质量取决于分辨率，即人 眼所能分辨的黑白条纹数，单位是电视线（TV 线）。公 安部于2002年6月1日开始实施的《视频安防监控系统技 术要求》GA/T-367-2001国家标准，对安防行业视频标 准提出要求：一级（甲级）项目录像回放清晰度要 ≥350TV线；二级、三级项目录像回放清晰度要≥300TV。
MPEG-4的特点是其更适合于交互服务以及远程监控。 MPEG-4是第一个使观众由被动变为主动（不再只是观看，而 且允许观众加入其中，即有交互性）的动态图像标准；它的另 特点是其综合性，从根源上说， MPEG-4试图将自然物体与人 造物体相融合（视觉效果意义上的）。MPEG-4的设计目标还 有更广的适应性和可扩展性。MPEG-4标准的占用带宽可调， 由占用带宽与图像的清晰度成正比。以目前的技术，一般占用 带宽大致在几百kbit/s左右。
AVS标准是《信息技术：先进音视频编码》系列标准的简 约，AVS标准包括系统、视频、音频、数字版权管理4个主要 技术标准和一致性测试等支撑标准，是我国具有自主知识产权 的第二代信源编码标准。为了保障信息产业的健康发展，原信 息产业部科学技术司早就在2002年12月正式发文成立“数字 音视频编解码技术标准AVS工作组”，负责数字音视频等多媒 体设备与产品中的压缩、解压缩、处理和表示等技术标准的制 定工作。
网络和数字监控系统的图像质量需要考虑下列因素： （1）分辨率。 （2）压缩算法。 （3）帧率。 （4）视频延时。
2 视频压缩技术
通过CCD或CMOS感光及BNC输出后的视频称为“模 拟视频”，但事实上此时视频信号已经是由一帧帧连续的 图像构成了。这种图像的每一幅图像都是由许许多多个像 素点组成，其中每个像素点通常具有R、G、B(即红、绿、 蓝）三种色彩的分量量化数值。因此，从根本上说，“模 拟视频”事实上也是数字化的，只不过这种数字化保留了 原始现场所有的光影信息，信息冗余度极大。
新一代压缩技术编码思想由基于像素和像素块转变为基于内 容。它突破了仙农信息论框架的束缚，充分考虑了人眼视觉特性 及信源特性，通过去除内容冗余来实现数据压缩，可分为基于对 象和基于语义两种，前者属于中层压缩编码，后者属于高层压缩 编码。以MPEG-4/H.264为代表的基于模型/对象的第二代压缩 编码技术，除了继承第一代视频编码的核心技术，如变换编码、 运动估计与运动补偿、量化、熵编码外，还充分利用了人眼视觉 特行，抓住了图像信息传输的本质，从轮廓、纹理思路出发，支 持基于视觉内容的交互功能，这适应了多媒体信息的应用由播放 型转向基于内容的访问、检索及操作的发展趋势。H.264标准的 推出，是视频编码标准的一次重要进步，它与现有的MPEG-2、 MPEG-4及H.263相比，具有明显的优越性，特别是在编码效率 上的提高，使之能用许多新的领域。尽管H.264的算法复杂度是 现有编码压缩标准的4倍以上，但随着集成电路的快速发展， H.264的应用已成为现实。
2.1MPEG-4标准
MPEG-4是ISO/IEC MPEG 制定的标准，它与1998年10 月定案，在1999年正式成为国际标准，随后为扩展用途又进行 了第二版的开发，于1999年底结束。MPEG-4标准最大的特点 是编码是基于对象的，对一帧中的对象进行分割，然后再进行 编码，这样就便于操作和控制对象，也可以利用码率分配方法， 对于用户感兴趣的对象多分配一些比特率，得到更好的主观图 像质量。
目前视频监控中采用的视频压缩编码技术主要为MJPEG、 MPEG-1/2、MPEG-4(SP/ASP)、H.264/AVC等几种，其中， MPEG-4和H.264是现在国内流行的两种视频压缩标准，市场上 多数的数字视频录像机、视频服务器和网络摄像机都已经能够支 持MPEG-4/H.264的压缩方法。另外我国也在积极推进AVS标 准。
为达到低数据率的目标，几乎所有高压缩的算法都采 用有损压缩。其中传统压缩编码建立在仙农信息论基础之 上的，以经典集合论为工具，用概率统计模型来描述信源， 其压缩思想基于数据统计，只能去除数据冗余，属于低层 压缩编码的范畴。MPEG-1、MPEG-2、H.261、H.263 都是第一代压缩编码技术，着眼于图像信号的统计特性来 设计编码器，属于波形编码的范畴。这种编码方案把视频 序列按时间先后分为一系列帧，每一帧图像又分成宏块以 进行运动补偿和编码。