数字视频监控系统数字化视屏基础知识.pptx

模拟图像的清晰度模拟图像的清晰度625行768列PAL视频垂直清晰度:625*0.75=468TVL水平清晰度:2*6M*0.000064*0.75=576TVL25帧电视线:在水平或垂直方向可以辨别的扫描线数.第1页/共39页数字图像的分辨率数字图像的分辨率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=576704/720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.第2页/共39页数字图象的分辨率数字图象的分辨率100753550320240640480第3页/共39页为什么要压缩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bByte字节:在存储中用字节来表示空间或文件大小,单位B1B=8bit第4页/共39页视频的压缩视频的压缩压缩模/数转换001101011101011001010110101001110101011001011010101101010101100010101082KB低压缩3KB高度压缩6KB中度压缩第5页/共39页不同的压缩标准不同的压缩标准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第6页/共39页不同压缩标准使用带宽比较不同压缩标准使用带宽比较第7页/共39页压缩原理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第8页/共39页压缩原理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-去结构冗余第9页/共39页压缩原理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第10页/共39页压缩原理压缩原理DCT(discretecosinetransform)离散余弦变换每个方块代表图中的像素第11页/共39页静态压缩静态压缩全帧压缩,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第12页/共39页动态压缩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第13页/共39页不同压缩标准的应用不同压缩标准的应用信息速率信息速率典型应用典型应用国际标准国际标准图象存储与传输图象存储与传输JPEG64k基于电话线的可视通基于电话线的可视通信信H.26364k-128k可视电话可视电话H.261384k-2M会议电视会议电视H.2611.5M图象存储（图象存储（VCD）MPEG-13-10M数字电视数字电视MPEG-234-45MTV制作制作CCIR50MHDTVMPEG-24M低速率低速率可视通信可视通信,交互交互应用应用MPEG-4第14页/共39页各种压缩标准比较各种压缩标准比较传输方式优势劣势标注M-JPEG 移动/静止图像 压缩-满帧(无预测)-单帧插入-低延时-带宽的低效应用-非开放技术-由于满帧要求大量带宽，已经慢慢失去吸引力小波(JPEG2000+非开放标准)-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-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-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-n*64 或128kb/s H263或上至2兆带宽-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)第15页/共39页各种压缩标准比较各种压缩标准比较方式优势劣势标注MPEG-1:用于CD和VCD-有效的压缩方式：有很好的动态压缩补偿-开放式标准-延时-仅适于低分辨率图像标准.-由于MPEG-4/DivX压缩软件的兴起，而渐失宠幸MPEG-2:数字电视标准-芯片成本在降低-有效的压缩方式-DVD质量画面-标准压缩格式-软件解码随处可得-明显的延时-已有的高成本-按照PAL/NTSC帧率和分辨率标准:不适合录像和存储较长时间的图像-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世界标准:也用于CCTV-非常有效的压缩方式-非常灵活的帧率和图像分辨率可调-标准压缩-延时长短完全可以控制-有效的压缩标准，常用于D1图像标准-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)第16页/共39页压缩手段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 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第17页/共39页存储设备存储设备RAIDRAID的全称是廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks）或独立性磁盘冗余阵列（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 5和RAID 0+1。第18页/共39页存储设备存储设备RAID几种几种RAIDRAID技术的比较：技术的比较：RAID0RAID0存取速度最快，没有容错存取速度最快，没有容错；RAID1RAID1完全容错，成本高完全容错，成本高；RAID3RAID3写入性能最好，没有多任务功能写入性能最好，没有多任务功能；RAID4RAID4具备多任务及容错功能具备多任务及容错功能 ParityParity磁盘驱动器造成性能瓶颈磁盘驱动器造成性能瓶颈；RAID5RAID5具备多任务及容错功能具备多任务及容错功能；RAID0+1/RAID10RAID0+1/RAID10速度快、完全容错，成本高。速度快、完全容错，成本高。第19页/共39页存储设备存储设备RAIDRAID0RAID0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第20页/共39页存储设备存储设备RAIDRAID1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第21页/共39页存储设备存储设备RAIDRAID5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。第22页/共39页存储设备存储设备RAIDRAID0+1/RAID10对RAID0阵列做镜像。这是一种DualLevelRAID，也有人称之为RAIDlevel10。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。第23页/共39页数字视频的传输数字视频的传输 一、点对点传输1、PSTN（Public Service Telephone Network)2、ISDN（Integrated Service Data Network)窄带2B+D=128K+16K 宽带 30B+D3、DDN（Digital Data Network)第24页/共39页数字视频的传输数字视频的传输二、ATM（AsynchronousTransferMode)传输速率E1=2MbpsSTM-1=155MbpsSTM-4=622Mbps真正的QOS面向连接的传输VPVC第25页/共39页数字视频的传输数字视频的传输三、以太网TCP/IP类型类型速率速率以太网以太网10M/100Mbps千兆网千兆网1000MbpsFDDI100Mbps单播和组播第26页/共39页数字视频的传输数字视频的传输TCP与UDP比较（传输视频通常用UDP）TCPUDP协议协议传输控制协议传输控制协议用户数据包协议用户数据包协议连接连接面向连接面向连接无连接无连接传输可靠请传输可靠请高高低低传输速度传输速度较慢较慢较快较快包重组包重组有有无无错误侦测错误侦测强大的错误侦测强大的错误侦测及恢复功能及恢复功能完整性侦测完整性侦测适合传输内容适合传输内容高准确性的内容高准确性的内容广播及大流量内容广播及大流量内容第27页/共39页数字视频的传输数字视频的传输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第28页/共39页数字视频的传输数字视频的传输QoS(QualityofService)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RSVPRSVP=Resources Reservation ProtocolEthernet LAN 带 QoS 第29页/共39页DVR什么是DVR（DigitalVideoRecorder)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(LocalAreaNetwork)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第30页/共39页DVRDVR分类PCBaseDVR操作系统为WINDOWS，功能强大，操作灵活，网络功能强大，稳定性较差StandaloneDVR操作系统：RTOS，可靠，界面单调，操作麻烦操作系统：LINUX，较可靠，操作较灵活，完整的网络功能第31页/共39页DVRDVR的压缩技术M-JPEG-MPEG-1-MPEG4-H.264WaveLetMPEG-2第32页/共39页数字视频网络数字视频网络数字视频网络的组成第33页/共39页数字视频网络数字视频网络建立连接的编解码器第34页/共39页数字视频网络数字视频网络数字视频网络实现的功能实时图像、音频PTZ控制虚拟矩阵功能序列，巡视，报警管理网络录象、查看录象视频侦测系统设备管理第35页/共39页数字视频网络数字视频网络数字视频网络设计需要考虑的问题视频图像质量的要求带宽要求QoS达到或超过预期管理多个观察点是否需要多个观察点?技术上是否可以实现?标准网络被提议的网络解决方案和几个主要的组成部分是基于标准的吗？兼容性是否要与现存的网络平台兼容？成本及预算预算够吗?第36页/共39页数字视频网络数字视频网络NVR与DVRDVR有视频采集与编码压缩功能，NVR没有NVR保存网络中传输的视频流，可以安装在网络中的任何位置DVR必须安装在模拟视频集中的地方NVR回放快进时，图像是连续的，DVR快进时图像是跳帧的。NVR保存的是视频流，因此回放时可以切换到任何解码器进行回放第37页/共39页第38页/共39页感谢您的观看！第39页/共39页