网络视频监控系统设计方案

　　根据多数用户对网络视频监控系统的普遍需求，我们制订了一套标准参考方案，本着“专业、实效和用户至上”的原则为用户提供远程网络视频监控系统设计及工程服务。

　　一、视频监控系统概述

　　视频监控系统的发展经历了三个不同阶段：

　　模拟视频监控

　　多媒体微机平台(嵌入式系统)的数字视频监控

　　基于嵌入式网络视频服务器技术的数字化网络视频监控

　　1. 模拟视频监控系统

　　模拟监控系统发展较早，目前常称为第一代监控系统，系统特点：

　　A. 视频、音频信号的采集、传输、存储均为模拟形式，质量最高

　　B. 经过几十年的发展，技术成熟，系统功能强大、完善

　　模拟视频系统存在的问题：

　　A. 只适用于较小的地理范围

　　B. 与信息系统无法交换数据

　　C. 监控仅限于监控中心，应用的灵活性较差

　　D. 不易扩展

　　2. 基于微机平台的数字视频监控(DVR)

　　DVR是近几年迅速发展的第二代监控系统，采用微机和Windows平台，在计算机中安装视频压缩卡和相应的DVR软件，不同型号视频卡可连接1/2/4路视频，支持实时视频和音频，是第一代模拟监控系统升级实现数字化的可选方案，适合传统监控系统的改造，不适合新建的监控系统、又要求实现远程视频传输(超过1-2公里)的系统。

　　DVR系统特点：

　　A. 视频、音频信号的采集、存储主要为数字形式，质量较高

　　B. 系统功能较为强大、完善

　　C. 与信息系统可以交换数据

　　D. 应用的灵活性较好

　　DVR系统从监控点到监控中心为模拟方式传输，与第一代系统相似存在许多缺陷，要实现远距离视频传输需铺设(租用)光缆、在光缆两端安装视频光端机设备，系统建设成本高，不易维护、且维护费用较大。

　　随着信息处理技术的不断发展，嵌入式DVR系统近几年异军突起，由于其可靠性高、使用安装方便在银行系统应用特别广泛，我们通常称嵌入式DVR为2.5代监控系统。

　　3. 基于嵌入式视频服务器的网络化数字视频监控

　　3.1 什么是网络数字监控

　　简单的说，网络数字监控就是将传统的模拟视频信号转换为数字信号，通过计算机网络来传输，通过智能化的计算机软件来处理。

　　系统将传统的视频、音频及控制信号数字化，以IP包的形式在网络上传输，实现了视频/音频的数字化、系统的网络化、应用的多媒体化以及管理的智能化。

　　3.2 几种视频压缩标准简介

　　1) MJPEG

　　MJPEG 是指 Motion JPEG，即动态JPEG，按照25帧/秒速度使用JPEG 算法压缩视频信号，完成动态视频的压缩。是由JPEG专家组制订的，其图像格式是对每一帧进行压缩，通常可达到6：1的压缩率，但这个比率相对来说仍然不足。就像每一帧都是独立的图像一样。MJPEG图象流的单元就是一帧一帧的JPEG画片。因为每帧都可任意存取，所以MJPEG常被用于视频编辑系统。动态JPEG能产生高质量、全屏、全运动的视频，但是，它需要依赖附加的硬件。而且，由于MJPEG不是一个标准化的格式，各厂家都有自己版本的MJPEG，双方的文件无法互相识别。

　　MJPEG的优点是画质还比较清晰，缺点是压缩率低，占用带宽很大。一般单路占用带宽2M左右。

　　2) H.263

　　H.263 视频编码标准是专为中高质量运动图像压缩所设计的低码率图像压缩标准。H.263 采用运动视频编码中常见的编码方法，将编码过程分为帧内编码和帧间编码两个部分。埃帧内用改进的DCT 变换并量化，在帧间采用1/2 象素运动矢量预测补偿技术，使运动补偿更加精确，量化后适用改进的变长编码表(VLC)地量化数据进行熵编码，得到最终的编码系数。

　　H.263标准压缩率较高，CIF格式全实时模式下单路占用带宽一般在几百左右，具体占用带宽视画面运动量多少而不同。缺点是画质相对差一些，占用带宽随画面运动的复杂度而大幅变化。

　　3) MPEG-1

　　VCD标准。

　　制定于1992年，为工业级标准而设计，可适用于不同带宽的设备，如CD-ROM,Video-CD、CD-i。它用于传输1.5Mbps数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码，经过MPEG-1标准压缩后，视频数据压缩率为1/100～1/200，影视图像的分辩率为360×240×30(NTSC制)或360×288×25(PAL制)，它的质量要比家用录像系统(VHS-Video Home System)的质量略高。音频压缩率为1/6.5，声音接近于CD-DA的质量。MPEG-1允许超过70分钟的高质量的视频和音频存储在一张CD-ROM盘上。VCD采用的就是MPEG-1的标准，该标准是一个面向家庭电视质量级的视频、音频压缩标准。MPEG-1的编码速率最高可达4-5Mbits/sec，但随着速率的提高，其解码后的图象质量有所降低。MPEG-1也被用于数字电话网络上的视频传输，如非对称数字用户线路(ADSL)，视频点播(VOD)，以及教育网络等。同时，MPEG-1也可被用做记录媒体或是在INTERNET上传输音频。MPEG1标准占用的网络带宽在1.5M左右。

　　4) MPEG-2

　　DVD标准。

　　制定于1994年，设计目标是高级工业标准的图象质量以及更高的传输率，主要针对高清晰度电视(HDTV)的需要，传输速率在3-10Mbits/sec间，与MPEG-1兼容，适用于1.5～60Mbps甚至更高的编码范围。分辩率为720×480×30(NTSC制)或720×576×25(PAL制)。影视图像的质量是广播级的质量,声音也是接近于CD-DA的质量。MPEG-2是家用视频制式(VHS)录像带分辩率的两倍。MPEG-2的音频编码可提供左右中及两个环绕声道,以及一个加重低音声道，和多达7个伴音声道(DVD可有8种语言配音的原因)。由于MPEG-2在设计时的巧妙处理，使得大多数MPEG-2解码器也可播放MPEG-1格式的数据，如VCD。除了做为DVD的指定标准外，MPEG-2还可用于为广播，有线电视网，电缆网络以及多级多点的直播 (Direct Broadcast Satellite) 提供广播级的数字视频。MPEG-2的另一特点是，其可提供一个较广的范围改变压缩比，以适应不同画面质量，存储容量，以及带宽的要求。对于最终用户来说，由于现存电视机分辨率限制，MPEG-2所带来的高清晰度画面质量(如DVD画面)在电视上效果并不明显，到是其音频特性(如加重低音，多伴音声道等)更引人注目。

　　MPEG-2的画质质量最好，但同时占用带宽也非常大，在4M~15M之间，不太适于远程传输。

　　5) MPEG-4

　　如果说，MPEG-1“文件小，但质量差”;而MPEG-2则“质量好，但更占空间”的话，那么MPEG-4则很好的结合了前两者的优点。它于1998年10月定案，在1999年1月成为一个国际性标准，随后为扩展用途又进行了第二版的开发，于1999年底结束。MPEG-4是超低码率运动图像和语言的压缩标准，它不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG-4标准主要应用于视像电话(Video Phone)，视像电子邮件(Video Email)和电子新闻(Electronic News)等，其传输速率要求较低，在4800-64Kbits/sec之间，分辨率为176X144。MPEG-4利用很窄的带宽，通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求以最少的数据获得最佳的图象质量。与MPEG-1和MPEG-2相比，MPEG-4为多媒体数据压缩提供了一个更为广阔的平台。它更多定义的是一种格式、一种架构，而不是具体的算法。它可以将各种各样的多媒体技术充分用进来，包括压缩本身的一些工具、算法，也包括图像合成、语音合成等技术。 MPEG-4的特点是其更适于交互AV服务以及远程监控。MPEG-4是第一个使你由被动变为主动(不再只是观看，允许你加入其中，即有交互性)的动态图象标准;它的另一个特点是其综合性;从根源上说，MPEG-4试图将自然物体与人造物体相溶合(视觉效果意义上的)。MPEG-4的设计目标还有更广的适应性和可扩展性。

　　MPEG4标准的占用带宽可调，占用带宽与图像的清晰度成正比。以目前的技术，一般占用带宽大致在几百K左右。

　　3.3 网络数字视频监控的应用

　　当前，随着经济发展水平的提高和技术的成熟，宽带接入及通讯已经成为电信领域最有潜力的广阔市场。据预测到2004年全球Internet用户将突破10亿，其中约有4.7亿用户将通过宽带接入方式。

　　在中国，总理在“两会”的工作报告中也首次提到：重点支持建设高速宽带信息业务。2001年中国电信的目标用户是全年发展180万宽带用户，其中ADSL用户30万，以太网接入用户150万;背靠上市的长城宽带网络服务公司2001年要在全国建成完工宽带社区用户300万，预计投资25亿元人民币;还有联通、网通、吉通、铁通等各路人马大搞“圈地运动”。

　　随着Internet和宽带网络技术的日益发展，传统的以文字和图片为主的内容服务已不能满足用户的需求，具有视频和音频的多媒体内容服务即将成为主流，这是互联网技术发展的必然趋势。近两年来一种崭新的全数字化网络视频监控系统正在得到广泛应用。

　　网络视频监控系统使用现有的网络系统，采用嵌入式的“网络视频服务器”，实现从监控点前端、监控中心、监控工作站的数字化处理，是监控系统发展的必然趋势。

　　网络数字视频系统与上述第一、二代系统相比具有明显的优势：

　　A. 利用现有的网络资源，不需要为新建监控系统铺设光缆、增加设备，轻而易举地实现远程视频监控。

　　B. 系统扩展能力强，只要有网络的地方增加监控点设备就可扩展新的监控点。

　　C. 维护费用低，网络维护由网络提供商维护，前端设备是即插即用、免维护系统。

　　D. 系统功能强大、利用灵活、全数字化录像方便于保存和检索。

　　E. 在网络中的每一台计算机，只要安装了客户端的软件，给予相应的权限就可成为监控工作站。