数字视频监控系统PPT

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数字视频的传输
二、ATM（Asynchronous Transfer Mode) 传输速率 E1=2Mbps STM-1=155Mbps STM-4=622Mbps 真正的QOS • 面向连接的传输 • VPVC
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- 由于满帧要求大量带宽，已经慢
慢失去吸引力
- 主要市场是高品质静止图像压缩 部分DVR采用小波压缩
H261 (3): 视频会议的标 准
- 低彼特率，用于- - 通常减少图像码流，或
将图像分辨率缩小到1/2 或1/4。
- 德国Telco公司的电话会议系统中
普遍使用 - H26X标准融合于MPEG-4标准中 (H264编码方式 = MPEG-4-AVC)
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各种压缩标准比较
方式 MPEG-1: 用于CD和 VCD 优势 劣势 标注
： 标准 . 有很好的动态压缩 补偿 - 开放式标准 MPEG-2: - 芯片成本在降低 - 明显的延时 数字电视标准 - 有效的压缩方式 - 已有的高成本 - DVD质量画面 - 按照PAL/NTSC帧率和 分辨率标准: 不适合录 - 标准压缩格式 像和存储较长时间的图 - 软件解码随处可 像 得 MPEG-4 - 非常有效的压缩 - 延时长短完全可以控制 方式 世界标准: - 有效的压缩标准，常用 于D1图像标准 非常灵活的帧率 也用于CCTV 和图像分辨率可 调 - 标准压缩
不同的压缩标准
ITU-T 标准: H.261, H.262, H.263 (H.264) ISO/IEC 标准: MPEG-1, 2, 4 和 JPEG-2000 其他标准: Motion-JPEG 和 Wavelet
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不同压缩标准使用带宽比较
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垂直清晰度:
625*0.75=468TVL
水平清晰度: 2*6M*0.000064*0.75=576TVL
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数字图像的分辨率
像素: 是组成数字图像的最小单元,根据模/数转换器所提供数值的大小 来还原图像的色彩和亮度.
CCIR确定的抽样频率为13.5M
水平像素点:13.5M*0.000052=702 垂直像素点:625-49=576 704/720
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动态压缩
• 帧间预测运动补偿压缩H.26X,MPEG-X
压缩后的视频文件大小动态变化,
传输占用较小的带宽 压缩有一定延时
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不同压缩标准的应用
信息速率 典型应用 图象存储与传输 国际标准 JPEG
<64k
64k-128k 384k-2M 1.5M 3-10M 34-45M <50M <4M
5和RAID 0+1。
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存储设备RAID
几种RAID技术的比较：
• RAID 0 存取速度最快，没有容错 ； • RAID 1 完全容错，成本高 ； • RAID 3 写入性能最好，没有多任务功能 ； • RAID 4 具备多任务及容错功能 Parity 磁盘驱动器造成性 能瓶颈 ； • RAID 5 具备多任务及容错功能 ； • RAID 0+1/RAID 10 速度快、完全容错，成本高。
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压缩原理
• 视频的冗余性 空间冗余 时间冗余 结构冗余
• 压缩去冗余的对应方法 离散余弦变换DCT-------去空间冗余 运动补偿------去时间冗余 可变长度编码------去结构冗余
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压缩原理
视频图像的频谱特性 • 视频图像的频谱是不连续的,在行频整倍数及周围分布 • 视频图像频谱分量幅度随频率增高而衰减 • 高频分量主要集中在占图像比例很小的图像边缘及色彩丰 富的部分
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DVR
什么是DVR（Digital Video Recorder)
• 基本功能：录象保存、画面分割，视频侦测，报警触发 • 具权限密码管理功能，可设定每一位使用者不同的权限 • 可多人同时在LAN (Local Area Network)网络环境下存取或控制此网 络内所有可利用的保全监视设备与功能 • 具备P/T/Z(Pan/Tilt/Zoom)及预览(Pre-set)、群组(Group)、巡弋 (Touring)等控制功能 • 可将资料备份存于「磁盘阵列」设备 • 视频的传输切换
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存储设备RAID
• RAID0+1/RAID10
对RAID0阵列做镜像。这是一种Dual Level RAID，也有人称之为 RAID level 10。是两组硬盘先做RAID0，组成两颗大容量的逻辑硬 盘，再互相为“镜像”。在每次写入数据，磁盘阵列控制器会将资 料同时写入该两组“大容量数组硬盘组”内。
• 如果要保证系统的QoS,有2个选择: - 超/富裕带宽设计 - 在网络内执行QoS 机制 • 全双工/802.3x ，带优先级可交换/802.1p 并结合第三层协议， 比如RSVP - RSVP = Resources Reservation Protocol • Ethernet LAN 带 QoS
存储设备RAID
• RAID1
也被称为磁盘镜像。系统将数据同时重复的写入两个硬盘，但是在操 作系统中表现为一个逻辑盘。所以如果一个硬盘发生了故障，另一 个硬盘中仍然保留了一份完整的数据，系统仍然可以照常工作
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存储设备RAID • RAID5
系统可以对阵列中所有的硬盘同时读写，减少了由硬盘机械系统引起 的时间延迟，提高了磁盘系统的I/O能力；当阵列中的一块硬盘仿生 故障，系统可以使用保存在其它硬盘上的奇偶校验信息恢复故障硬 盘的数据，继续进行正常工作。
数字视频的传输 三、以太网TCP/IP
类型 以太网 千兆网 FDDI 速率 10M/100Mbps 1000Mbps 100Mbps
单播和组播
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数字视频的传输
TCP与UDP比较（传输视频通常用UDP）
TCP 协议 传输控制协议 连接 面向连接 传输可靠请 高 传输速度 较慢 包重组 有 错误侦测 强大的错误侦测 及恢复功能 适合传输内容 高准确性的内容 UDP 用户数据包协议 无连接 低 较快 无 完整性侦测
磁盘冗余阵列（Redundant Array of Independent Disks）
RAID技术: 1、数据条带化，减少硬盘寻道时间，提高存取速度 2、通过对几块硬盘同时读取，来提高存取速度 3、通过镜像或存储奇偶校验实现数据的冗余保护
经常应用的RAID阵列主要分为RAID
0，RAID 1，RAID
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数字图象的分辨率
640
50 35
100 75
320 480
240
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为什么要压缩
• 非压缩的数字视频带宽 (720*576*8+352*576*8*2)*25=166Mbit 占用存储空间约80GB/路小时 两个单位: bit位: 在传输中一般用位来表示传输速率或传输带宽,单位b Byte字节: 在存储中用字节来表示空间或文件大小,单位B
- 满帧 (无预测) - 单帧插入 - 低延时 - 满足有损或无损
压缩 - 静止图像最佳 - 可升级的 - 没有图像块效应 n*64 或128kb/s – H263或上至2兆 带宽
- 带宽的低效应用 - 非开放技术 - JPEG2000 是静止图像
级的压缩标准 – 对实时 监控没有优势 (非开放 的预测扩展方法) - 对处理器要求高
基于电话线的可视通 信
可视电话 会议电视 图象存储（VCD） 数字电视 TV制作 HDTV 低速率可视通信,交互 应用
H.263
H.261 H.261 MPEG-1 MPEG-2 CCIR MPEG-2 MPEG-4
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各种压缩标准比较
传输方式 M-JPEG 移动 / 静止 图像 压缩 小波 (JPEG2000+ 非开放标准) 优势 劣势 标注
压缩原理
人眼视觉心理
光强感知特性
视觉阈:在给定光强下,人眼能分辨的两个区域光强差别的最小值. 根据韦伯定律,视觉阈随光强呈线性变化,即背景亮度越高,人眼对亮度的辨别能力越弱
人眼结构:感知光强的柱壮细胞1.8亿个,感知色彩的椎状细胞0.08亿个
人眼对光亮度的敏感性远大于对光色彩的敏感性 人眼对静态物体的敏感性大于对运动物体的敏感性 人眼对图像中心的敏感性大于对图像边缘的敏感性
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存储设备RAID
• RAID0
RAID 0 也叫条带化，它将数据象条带一样写到多个磁盘上，这些条 带也叫做“块”。条带化实现了可以同时访问多个磁盘上的数据， 平衡I/O负载，加大了数据存储空间和加快了数据访问速度
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数字视频的传输 一、点对点传输 1、PSTN（Public Service Telephone Network) 2、ISDN（Integ百度文库ated Service Data Network)
窄带2B+D=128K+16K 宽带 30B+D 3、DDN（Digital Data Network)
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压缩手段
•软件压缩
硬件只完成视频图像的采集,压缩及处理由电脑的CPU来完成
压缩速度较低,成本最低,DVR采用此方式
•硬件压缩
视频的采集压缩及处理全部通过电路来实现
DSP芯片
DSP(Digital Signal Processor)是目前CCTV行业最常用的信号处理器件 DRV及低端编解码器采用此方式
数字化视频基础知识
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目录
• 成像原理 • 数字化 • 压缩标准 • 压缩原理 • 存储 • 传输 • DVR介绍 • 数字视频网络
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模拟图像的清晰度
电视线:在水平或垂直方向可以辨别的扫描线数.
768列
625行
25帧
PAL视频
广播及大流量内容
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数字视频的传输
• VLAN = 虚拟的局域网 • 在一个物理的网络内可存在多个虚拟的 LANs
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数字视频的传输
QoS(Quality of Service )机制
• QoS 在繁忙的带宽又不富裕的网络中必须执行 • QoS对于要求实时传输的应用中尤其重要，比如实时视频和音频等
ASIC芯片
ASIC(Application Specific Integrated Circuits，专用集成电路) 高端编解码器采用此方式,压缩速度比DSP高40倍
•压缩速度对视频图像的影响
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存储设备RAID
RAID的全称是廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks）或独立性
1B=8bit
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视频的压缩
模/数转换
00110101110101 10010101101010 01110101011001 01101010110101 01011000101010
压缩
82KB 低压缩
6KB 中度压缩
3KB 高度压缩
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压缩原理
• DCT (discrete cosine transform)离散余弦变换
每个方块代表 图中的像素
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静态压缩
• 全帧压缩,M-JPEG,WAVELET
压缩延时小 图像完整性好 压缩后占用存储空间较大 传输需要更多带宽
- 有效的压缩方式
- 延时 - 仅适于低分辨率图像
- 由于MPEG-4/DivX压缩软件的
兴起， 而渐失宠幸
- 将继续满足高端市场的应用需
求, 但是不适合于有长时间录像
- MPEG-4 将成为CCTV系统中的
压缩标准 - H26X标准融于MPEG-4之中 (H264 标准= MPEG-4 AVC)
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