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1、数字化视频基础知识,Honeywell Security,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,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=576TVL,25帧,电视线:在水平或垂直方向可以辨别的扫描线数.,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=576,704/720,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.,数字图象的分辨率,为什么要
2、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,视频的压缩,压缩,82KB低压缩,3KB高度压缩,6KB中度压缩,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,不同压缩标准使用带宽比较,压缩原理,人眼视觉心理光强感知特性视觉阈:
3、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,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,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
4、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,压缩原理,DCT(discrete cosine transform)离散余弦变换,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,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,不同压缩标准的应用,各种压缩标准比较,各种压缩标准比较,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
5、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,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
6、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。,存储设备RAID,几种RAID技术的比较：RAID0存取速度最快，没有容错；RAID1完全容错，成本高；RAID3写入性能最好，没有多任务功能；RAID4具备多任务及容错功能Parity磁盘驱动器造成性能瓶颈；RAID5具备多任务及容错功能；RAID0+1/RAID10速度快、完全容错，成本高。,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
7、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,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,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。,存储设备RAID,RAID0+1/RAID10 对RAID0阵列
8、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。,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),数字视频的传输,二、ATM（Asynchronous Transfer
9、Mode)传输速率 E1=2MbpsSTM-1=155MbpsSTM-4=622Mbps 真正的QOS面向连接的传输VPVC,数字视频的传输,三、以太网TCP/IP,单播和组播,数字视频的传输,TCP与UDP比较（传输视频通常用UDP）,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,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
10、交换/802.1p 并结合第三层协议，比如RSVPRSVP=Resources Reservation ProtocolEthernet LAN 带 QoS,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
11、的传输切换,DVR,DVR分类PC Base DVR 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Standalone DVR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,DVR,DVR的压缩技术M-JPEG-MPEG-1-MPEG4-H.264WaveLet MPEG-2,数字视频网络,数字视频网络的组成,数字视频网络,建立连接的编解码器,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,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?,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,Honeywell,
