智能网络数字视频系统产品应用及设计要点（上） - 安防知识网

先来看看近几年安防巨头的动作，泰科安防收购TridentTek以加强Tyco/VideoTM视频安防技术和产品；霍尼韦尔宣布收购ActivEye公司——一家优秀的视频分析软件以及安防监控技术供应商；Bosch收购VCS；GE收购VisioWave；Siemens加强智能监控平台IVM；PELCO加强ENDURA数字视频监控系统；神州数码牵手SONY进军安防；中国电信推出全球眼；海康凭借DVR进入全球安防50强…… 所有这些，告诉我们，下一代安防热点是智能数字视频监控系统。

如下图一为网络数字视频系统大家族成员，相对于模拟系统，数字系统显得更为简单，除了前端和末端的摄像机及监视器，模拟系统的核心设备矩阵已经没有了，取而代之的是编解码器、传输网络、虚拟矩阵及具有丰富功能的系统管理软件。视频图象的多画面显示、视频切换、PTZ控制等已经不需要额外的设备，均由软件平台实现完成，存储设备完全由模拟磁带转化为容量大、功能强的通用网络存储系统DAS、NAS、SAN了。在网络数字视频系统中，人们不再讨论模拟矩阵、画面分割器、控制键盘等设备，而是将关注与IT密切相关的压缩编码方式、帧率/码流/分辨率、单播、组播、RAID技术、传输网络带宽、存储方式、病毒防护、视频存储方式及容量计算等。

图一：典型网络数字视频系统结构图

数字视频基础知识

1)压缩视频流的结构

视频压缩的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。由于视频是连续的静态图像，因此其压缩编码算法与静态图像的压缩编码算法有某些共同之处，但是运动的视频还有其自身的特性，因此在压缩时还应考虑其运动特性才能达到高压缩的目标。
帧内（Intraframe）压缩也称为空间压缩（Spatial compression）。当压缩一帧图像时，仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息，这实际上与静态图像压缩类似。

采用帧间（Interframe）压缩是基于许多视频或动画的连续前后两帧具有很大的相关性，或者说前后两帧信息变化很小的特点，也即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息，根据这一特性，压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量，减小压缩比。通常视频流中视频数据分帧传输，帧分三种类型I帧、P帧和B帧。

图二：I P B帧结构

2)帧率、码流与分辨率

帧率是每秒图像的数量，分辨率表示每幅图像的尺寸即像素数量，码流是经过视频压缩后每秒产生的数据量，而压缩是去掉图像的空间冗余和视频的时间冗余，设置帧率表示您要的实时性，设置分辨率是您要看的图像尺寸大小，而码率的设置取决于摄像机及场景的情况（室外还是室内、场景活动繁忙等），码流是影响带宽和存储空间的直接因素。

图三：帧率与码流

3)TCP与UDP机制说明

TCP概念，TCP是“面向连接”且内置“重发机制”的协议，在双方收发数据前，需要建立“握手”连接，之后才开始发送数据，因此可以提供可靠的通信连接；而在对方收到数据后如果发现有损坏的数据包，要求重新发送，因此TCP提供最可靠的连接，但效率不高；UDP概念，UDP是“非面向连接”且无内置“重发机制”的协议，在通信前不需要先与对方建立连接而直接发送，因此不能提供可靠的通信连接，发送到对方的数据即使丢失损坏，也不需要重发，因此传输效率高但可靠性差。

4)单播、组播

单播，单播是指在源主机和目标主机之间进行通信；主机之间一对一的通讯模式，网络中的交换机和路由器对数据只进行转发不进行复制。如果10个客户机需要相同的数据，则服务器需要逐一传送，重复10次相同的工作。但由于其能够针对每个客户的及时响应，所以现在的网页浏览全部都是采用单播模式，具体的说就是IP单播协议。网络中的路由器和交换机根据其目标地址选择传输路径，将IP单播数据传送到其指定的目的地。

组播，组播当信息需要发送到网络上的多个主机时，源主机只发送一份数据信息，组播网络负责拷贝该信息到应该得到该信息地目的主机上。主机之间一对一组的通讯模式，也就是加入了同一个组的主机可以接受到此组内的所有数据，网络中的交换机和路由器只向有需求者复制并转发其所需数据。主机可以向路由器请求加入或退出某个组，网络中的路由器和交换机有选择的复制并传输数据，即只将组内数据传输给那些加入组的主机。这样既能一次将数据传输给多个有需要（加入组）的主机，又能保证不影响其他不需要（未加入组）的主机的其他通讯。

图四：单播与组播示意图

（未完待续，敬请期待）