1、數字視頻監(jiān)控建設不能忽視的問題數字視頻監(jiān)控建設不能忽視的問題模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題 傳輸距離大于傳輸距離大于10001000米時米時, ,信號容易衰減信號容易衰減, ,畸畸變變, ,群延群延, ,易受干擾易受干擾 布線工程量大布線工程量大, ,系統(tǒng)擴展能力差系統(tǒng)擴展能力差 缺少管理手段（權限，帶寬，安全）缺少管理手段（權限，帶寬，安全）數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題 設備兼容性差設備兼容性差, ,維護成本大維護成本大一個典型的傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)一個典型的傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集采集傳輸傳輸管理、控制管理、控制電纜電纜控制鍵盤控制鍵盤存儲存儲顯示顯示

2、 視頻矩陣視頻矩陣DVR硬盤錄像機硬盤錄像機云臺攝像機云臺攝像機固定攝像機固定攝像機顯示器顯示器1.這是一個傳統(tǒng)監(jiān)控方案的基本組網，包含視頻源、傳輸、切換和控制、視頻顯示、視音頻存儲這五這是一個傳統(tǒng)監(jiān)控方案的基本組網，包含視頻源、傳輸、切換和控制、視頻顯示、視音頻存儲這五部分功能模塊，部分功能模塊， 采用了模擬的采集、傳輸和顯示系統(tǒng)，其中監(jiān)控存儲部分已經數字化了，多采用采用了模擬的采集、傳輸和顯示系統(tǒng)，其中監(jiān)控存儲部分已經數字化了，多采用DVR（數字硬盤錄像機）（數字硬盤錄像機） 。2.沒有采用統(tǒng)一的管理平臺，架構封閉，隨著規(guī)模的擴大，擴容、管理、維護和業(yè)務增值非常不方便。沒有采用統(tǒng)一的管理平

3、臺，架構封閉，隨著規(guī)模的擴大，擴容、管理、維護和業(yè)務增值非常不方便。采用數字監(jiān)控或采用數字監(jiān)控或IP監(jiān)控后，這些主要的功能組成和管理方式都將發(fā)生變化。監(jiān)控后，這些主要的功能組成和管理方式都將發(fā)生變化。 光端機光端機 光端機光端機模擬視頻模擬視頻模擬控制模擬控制(RS485)光纖光纖圖例：圖例：一個典型的一個典型的IPIP視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)NVR網絡錄像機網絡錄像機IP-SAN存儲存儲編碼器編碼器解碼器解碼器管理服務器管理服務器應用服務器應用服務器交換機交換機云臺攝像機云臺攝像機固定攝像機固定攝像機編碼器編碼器顯示器顯示器解碼器解碼器采集采集傳輸傳輸管理、控制管理、控制顯示顯示1.在在IP

4、視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻源完成了模數轉化，傳輸交換采用了視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻源完成了模數轉化，傳輸交換采用了IP網絡，本地數字錄像變成了基于標網絡，本地數字錄像變成了基于標準準IPSAN技術的網絡視頻錄像。顯示部分實現了數模轉化。技術的網絡視頻錄像。顯示部分實現了數模轉化。2.增加了統(tǒng)一的管理服務器和平臺軟件，實現了統(tǒng)一管理、維護和增值應用，采用開放的增加了統(tǒng)一的管理服務器和平臺軟件，實現了統(tǒng)一管理、維護和增值應用，采用開放的IP網絡架構，網絡架構，隨著監(jiān)控規(guī)模的擴大，隨著監(jiān)控規(guī)模的擴大，IP監(jiān)控的綜合優(yōu)勢也將更加明顯。監(jiān)控的綜合優(yōu)勢也將更加明顯?？蛻舳丝蛻舳私粨Q機交換機模擬視頻模擬視頻模擬控制模

5、擬控制(RS485)IP網絡網絡圖例：圖例：數字視頻監(jiān)控涉及的技術數字視頻監(jiān)控涉及的技術 數字視頻圖像編碼及壓縮數字視頻圖像編碼及壓縮 數字視頻圖像格式數字視頻圖像格式 D1 CIF 720P 1080PD1 CIF 720P 1080P 數字視頻壓縮算法數字視頻壓縮算法 MPEG2 MPEG4 H.264MPEG2 MPEG4 H.264 數字視頻傳輸網絡數字視頻傳輸網絡 Ethernet Ethernet EponEpon xDSLxDSL 數字視頻顯示數字視頻顯示 CRT LCD PDP DLPCRT LCD PDP DLP 數字視頻存儲數字視頻存儲 DVR NVR FCSAN IPSA

6、N RAIDDVR NVR FCSAN IPSAN RAID 數字視頻管理數字視頻管理 權限權限 帶寬帶寬 安全安全 圖像圖像 視頻編碼基本知識視頻編碼基本知識 視頻視頻編碼的編碼的原因原因 視頻視頻未經編碼（壓縮）時未經編碼（壓縮）時具有極具有極大數據量大數據量， 不利于存儲不利于存儲，傳輸，實時應用。，傳輸，實時應用。 視頻視頻編碼的原理：編碼的原理： 空間冗余空間冗余 同同一幅圖像的相鄰像素點具有連貫性。一幅圖像的相鄰像素點具有連貫性。 時間冗余時間冗余 一一組連續(xù)的畫面之間存在著關聯性組連續(xù)的畫面之間存在著關聯性。 結構冗余結構冗余 某些場景中存在著明顯的圖像分布模式，某些場景中存在著

7、明顯的圖像分布模式， 有規(guī)律可循。比如：方格地板，蜂窩。有規(guī)律可循。比如：方格地板，蜂窩。視覺冗余視覺冗余 人眼對圖像細節(jié)的分辨率有限，對亮度人眼對圖像細節(jié)的分辨率有限，對亮度 比對色度更敏感。比對色度更敏感。知識冗余知識冗余 許多圖像的理解和某些知識有關聯。比許多圖像的理解和某些知識有關聯。比 如人類面部的固定結構。如人類面部的固定結構。視頻編碼的原則視頻編碼的原則 在保證視覺效果的前提下盡可能減少視在保證視覺效果的前提下盡可能減少視 頻的數據量。頻的數據量。視頻編碼（壓縮）方式視頻編碼（壓縮）方式有損壓縮與無損壓縮有損壓縮與無損壓縮 有有損：解壓后與壓縮前相比數據有丟失，丟失不損：解壓后與

8、壓縮前相比數據有丟失，丟失不可恢復，壓縮比高?？苫謴停瑝嚎s比高。 無損無損：解壓后與壓縮前數據完全一致，壓縮比低。：解壓后與壓縮前數據完全一致，壓縮比低。注：高效壓縮算法往往使用有損壓縮來減少數據量注：高效壓縮算法往往使用有損壓縮來減少數據量。幀內壓縮與幀間壓縮幀內壓縮與幀間壓縮 幀幀內：一幅幀的相鄰像素點具有空間連續(xù)性。不內：一幅幀的相鄰像素點具有空間連續(xù)性。不考慮相鄰幀，減少本幀冗余信息，也稱空間壓縮?？紤]相鄰幀，減少本幀冗余信息，也稱空間壓縮。 幀幀間：視頻具有時間連續(xù)性，只記錄相鄰幀之間間：視頻具有時間連續(xù)性，只記錄相鄰幀之間的差異來減少數據量，也稱時間壓縮。的差異來減少數據量，也稱時

9、間壓縮。視頻編碼發(fā)展視頻編碼發(fā)展1989,CCITT,H.2611991,ISO/IEC,MPEG-11994,ISO/IEC,MPEG-21995,ITU-T,H.2631999,ISO/IEC,MPEG-42003,ISO/IEC,ITU-T,H.264CCITT:國際電話和電報咨詢委員會，ITU-T的前身ITU-T:國際電信聯盟下屬的協(xié)調制定電信標準的部門ISO:國際標準化組織IEC:國際電工委員會H.264/AVCH.264/AVC簡介簡介ITU-T視頻編碼專家組（VCEG）ISO/IEC運動圖像專家組（MPEG）H.264MPEG4 Part 10/AVCH.264H.264編碼的特

10、點編碼的特點更高的視頻壓縮比與其他視頻編碼標準相比，比特率平均降低50%1良好的網絡親和性低延時，高容錯能力2H.264H.264的檔次的檔次基本檔次（Baseline Profile） 視頻電話 視頻會議 無線通信主要檔次（Main Profile） 電視廣播 視頻存儲擴展檔次（Extended Profile） 流媒體H.264H.264的檔次的檔次CAVLC: CAVLC: 基于上下文的自適基于上下文的自適應邊長編碼應邊長編碼CABAC: CABAC: 基于上下文的自適基于上下文的自適應二進制算術編碼應二進制算術編碼Redundant Slices:Redundant Slices:冗余

11、片冗余片ASO:ASO:任意片次序任意片次序Interlace:Interlace:隔行隔行H.264H.264編碼系統(tǒng)結構編碼系統(tǒng)結構VCL實現視頻數據的編解碼；NAL定義了數據封裝格式，為VCL提供與網絡無關的統(tǒng)一接口存儲模式的選擇存儲模式的選擇外部存儲直連存儲（DAS）Direct Attached Storage網絡存儲（FAS）Fabric Attached Storage網絡接入存儲（NAS）Network Attached Storage存儲區(qū)域網絡（SAN）Storage Area Network存儲模型 Storage Model媒體服務器IP 交換機NAS采用NAS存儲視頻

12、流編碼器FC/IP 交換機FC/IP SAN采用 SAN存儲視頻流DAS 存儲方便簡單不容易擴容，共享困難存儲和轉發(fā)未分開，對服務器性能要求高存儲和轉發(fā)服務器部署距離短NAS 便宜，簡單擴容簡單，共享簡單存儲和轉發(fā)分離，性能要求降低基于文件存儲，下效率較低SAN 性能最好。IPSAN更靈活擴容簡單，共享簡單空間利用率大存儲和轉發(fā)分離，性能要求降低支持塊存儲，效率高，適合監(jiān)控業(yè)務媒體服務器DAS磁盤陣列采用DAS存儲視頻流SCSI/FCSCSI/FCNFSCIFSiSCSI/FC視頻信號數字化標準視頻信號數字化標準 CCIR-601/ITU-601-1982CCIR-601/ITU-601-19

13、82視頻信號數字化傳輸碼率視頻信號數字化傳輸碼率R R R=13.5MHx8bit+(6.75MHx8bit)x2=216Mbit/sR=13.5MHx8bit+(6.75MHx8bit)x2=216Mbit/s視頻信號每數字行取樣點數視頻信號每數字行取樣點數 每秒的取樣點數每秒的取樣點數 ( 取樣頻率取樣頻率13.5MH 13.5MH ) x x 每行掃描時間每行掃描時間( 64us 64us ) = = 每行取樣點數每行取樣點數 PALPAL制每行取樣點數制每行取樣點數 13500kH x 64us = 86413500kH x 64us = 864 每幀有效行數每幀有效行數 PALPAL

14、制圖像分辨率制圖像分辨率/ /像素像素 亮度信號亮度信號 720 x576720 x576 色度信號色度信號 360 x576360 x576 H.263H.263標準圖像格式標準圖像格式圖像格式圖像格式 亮度信號分量亮度信號分量 色度信號分量色度信號分量 CbCb/Cr/Cr Sub-QCIF 128x96 64x48 Sub-QCIF 128x96 64x48 QCIF 176x144 88x72 QCIF 176x144 88x72 CIF 352x288 176x144 CIF 352x288 176x144 DCIF 582x384 DCIF 582x384 4CIF 704x576

15、 352x288 4CIF 704x576 352x288 16CIF 1408x1152 704x576 16CIF 1408x1152 704x576數字視頻監(jiān)控實施要點數字視頻監(jiān)控實施要點 傳輸帶寬傳輸帶寬 2Mbit/s 4Mbit/s 6Mbit/s 8Mbit/s2Mbit/s 4Mbit/s 6Mbit/s 8Mbit/s 傳輸距離傳輸距離90m 90m 傳輸介質傳輸介質 SYV UTP FiberSYV UTP Fiber 網絡設計背板帶寬交換容量包交換率網絡設計背板帶寬交換容量包交換率 核心匯聚接入核心匯聚接入 專用專用/ /共用共用 容量設計容量設計 天數天數 實時效果實時

16、效果 可靠性可靠性 顯示設計顯示設計 視角視角 亮度亮度 清晰度清晰度 拼接控制器性能拼接控制器性能 管理設計管理設計 （權限，帶寬，安全，圖像）（權限，帶寬，安全，圖像） 性能評估時延性能評估時延 吞吐量吞吐量 差錯率差錯率 監(jiān)控平臺負載監(jiān)控平臺負載 兼容需求兼容需求 ONVIFONVIF PSIAPSIA 高清的定義高清的定義 ( High Definition )( High Definition )720p 720p 格式格式 720 720條可見垂直掃描線條可見垂直掃描線 分辨率分辨率 1280 x7201280 x720 逐行掃描逐行掃描/60HZ /60HZ 行頻行頻 45HZ4

17、5HZ1080i 1080i 格式格式 1080 1080條可見垂直掃描線條可見垂直掃描線 分辨率分辨率 1920 x10801920 x1080 隔行掃描隔行掃描/60HZ /60HZ 行頻行頻 33.75HZ33.75HZ1080p 1080p 格式格式 1080 1080條可見垂直掃描線條可見垂直掃描線 分辨率分辨率 1920 x10801920 x1080 逐行掃描逐行掃描/60HZ /60HZ 行頻行頻 33.75HZ33.75HZ i interlace scan ( i interlace scan (隔行掃描隔行掃描) ) p progressive scan ( p prog

18、ressive scan (逐行掃描逐行掃描) ) Y-Pb-Pr DVI HD-SDI HDMI Y-Pb-Pr DVI HD-SDI HDMI端口數量端口數量 3 1 1 13 1 1 1傳輸格式傳輸格式 720p 720p 720p 720p720p 720p 720p 720p 1080i 1080i 1080i 1080i 1080i 1080i 1080i 1080i 1080p 1080p 1080p 1080p 1080p 1080p 1080p 1080p傳輸模式傳輸模式 模擬信號模擬信號 數字信號數字信號 數字信號數字信號 數字信號數字信號音頻傳輸音頻傳輸 不支持不支持 不

19、支持不支持 支持支持 支持支持傳輸帶寬傳輸帶寬 30MHz 80Gbps 1.45Gbps 50Gbps30MHz 80Gbps 1.45Gbps 50Gbps傳輸距離傳輸距離 50M 5M 100M 20M50M 5M 100M 20M 視頻存儲設備容量速查表視頻存儲設備容量速查表存儲容量存儲容量(GB)=(GB)=(碼流碼流/1024/1024/8)/1024/1024/8) xCBR xCBR影響系數影響系數x3600sx24hx3600sx24h碼流碼流(Kbps) (Kbps) 每小時容量每小時容量(GB) (GB) 每天容量每天容量(GB)(GB) 256 0.121 2.900

20、256 0.121 2.900 512 0.242 5.801 512 0.242 5.801 768 0.363 8.701 768 0.363 8.701 1024 0.483 11.602 1024 0.483 11.602 1536 0.725 17.402 1536 0.725 17.402 2048 0.967 23.203 2048 0.967 23.203 3072 1.450 34.805 3072 1.450 34.805 4096 1.934 46.406 4096 1.934 46.406RAIDRAID級別級別 0 1 3 5 100 1 3 5 10 別名別名 條帶

21、條帶 鏡像鏡像 專用專用 分布分布 鏡像鏡像 奇偶位條帶奇偶位條帶 奇偶位條帶奇偶位條帶容錯性容錯性 沒有沒有 有有 有有 有有 有有冗余類型冗余類型 沒有復制奇偶校驗奇偶校驗復制沒有復制奇偶校驗奇偶校驗復制讀性能讀性能 高高 低低 高高 高高 中間中間隨機寫性能高隨機寫性能高 低低 最低最低 低低 中間中間連續(xù)寫性能高連續(xù)寫性能高 低低 低低 低低 中間中間可用容量可用容量 100% 50% n-1/n 100% 50% n-1/n n n-1/n 50%-1/n 50%什么是ONVIF? 2008 2008年年5 5月，由安訊士月，由安訊士(AXIS)(AXIS)聯合博世聯合博世(BOSC

22、H)(BOSCH)及及索尼索尼(SONY)(SONY)公司三方宣布將攜手共同成立一個國公司三方宣布將攜手共同成立一個國際開放型網絡視頻產品標準網絡接口開發(fā)論壇，際開放型網絡視頻產品標準網絡接口開發(fā)論壇，取名為取名為ONVIFONVIF（Open Network Video Interface Open Network Video Interface ForumForum），并以公開、開放的原則共同制定開放性），并以公開、開放的原則共同制定開放性行業(yè)標準。是一個提供開放網絡視頻接口的論壇行業(yè)標準。是一個提供開放網絡視頻接口的論壇組織。截止到組織。截止到20112011年年3 3月，已有月，已有2

23、79279個公司加入個公司加入ONVIFONVIF成為會員。成為會員。 2008 2008年年1111月，論壇正式發(fā)布了月，論壇正式發(fā)布了ONVIFONVIF第一版規(guī)范。第一版規(guī)范。 2010 2010年年1111月，論壇發(fā)布了月，論壇發(fā)布了ONVIFONVIF第二版規(guī)范。規(guī)第二版規(guī)范。規(guī)范涉及設備發(fā)現、實時音視頻、攝像頭范涉及設備發(fā)現、實時音視頻、攝像頭PTZPTZ控制、控制、錄像控制、視頻分析等方面。錄像控制、視頻分析等方面。ONVIF規(guī)范作用 ONVIF ONVIF規(guī)范描述了網絡視頻的模型、接口、數據規(guī)范描述了網絡視頻的模型、接口、數據類型以及數據交互的模式。并復用了一些現有的類型以及數

24、據交互的模式。并復用了一些現有的標準，如標準，如WSWS系列標準等。系列標準等。 ONVIF ONVIF規(guī)范的目標是實現一個網絡視頻框架協(xié)議，規(guī)范的目標是實現一個網絡視頻框架協(xié)議，使不同廠商所生產的網絡視頻產品（包括攝錄前使不同廠商所生產的網絡視頻產品（包括攝錄前端、錄像設備等）完全互通。端、錄像設備等）完全互通。ONVIF規(guī)范的實現 ONVIFONVIF規(guī)范中設備管理和控制部分所定義的規(guī)范中設備管理和控制部分所定義的接口接口 均均以以Web ServicesWeb Services的形式提供。的形式提供。ONVIFONVIF規(guī)范涵蓋規(guī)范涵蓋了完全的了完全的XMLXML及及WSDLWSDL的定

25、義。每一個的定義。每一個支持支持 ONVIFONVIF 規(guī)范規(guī)范的終端設備均須提供與功能相應的的終端設備均須提供與功能相應的Web Web ServiceService。服務端與客戶端的數據交互。服務端與客戶端的數據交互采用采用 SOAPSOAP協(xié)議。協(xié)議。 ONVIF ONVIF中的其他部分比如音視頻流則中的其他部分比如音視頻流則通通 RTP/RTSPRTP/RTSP進行進行 。ONVIF規(guī)范的優(yōu)勢 協(xié)同性協(xié)同性：不同廠商所提供的產品，均可以通過一：不同廠商所提供的產品，均可以通過一個統(tǒng)一的個統(tǒng)一的“語言語言”來進行交流。方便了系統(tǒng)的集來進行交流。方便了系統(tǒng)的集成。成。 靈活性靈活性：終端用戶和集成用戶不需要被某些設備：終端用戶和集成用戶不需要被某些設備的固有解決方案所束縛。大大降低了開發(fā)成本。的固有解決方案所束縛。大大降低了開發(fā)成本。 質量保證質量保證：不斷擴展的規(guī)范將由市場來導向，遵：不斷擴展的規(guī)范將由市場來導向，遵循規(guī)范的同時也滿足主流的用戶需求。循規(guī)范的同時也滿足主流的用戶需求。Web Service與視頻監(jiān)控 ONVIF ONVIF規(guī)范向視頻監(jiān)規(guī)范向視頻監(jiān)控引入了控引入了Web Web ServiceService的