先來(lái)看看近幾年安防巨頭的動(dòng)作,泰科安防收購(gòu)TridentTek以加強(qiáng)Tyco/VideoTM視頻安防技術(shù)和產(chǎn)品;霍尼韋爾宣布收購(gòu)ActivEye公司——一家優(yōu)秀的視頻分析軟件以及安防監(jiān)控技術(shù)供應(yīng)商;Bosch收購(gòu)VCS;GE收購(gòu)VisioWave;Siemens加強(qiáng)智能監(jiān)控平臺(tái)IVM;PELCO加強(qiáng)ENDURA數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng);神州數(shù)碼牽手SONY進(jìn)軍安防;中國(guó)電信推出全球眼;??祽{借DVR進(jìn)入全球安防50強(qiáng)…… 所有這些,告訴我們,下一代安防熱點(diǎn)是智能數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。
如下圖一為網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻系統(tǒng)大家族成員,相對(duì)于模擬系統(tǒng),數(shù)字系統(tǒng)顯得更為簡(jiǎn)單,除了前端和末端的攝像機(jī)及監(jiān)視器,模擬系統(tǒng)的核心設(shè)備矩陣已經(jīng)沒(méi)有了,取而代之的是編解碼器、傳輸網(wǎng)絡(luò)、虛擬矩陣及具有豐富功能的系統(tǒng)管理軟件。視頻圖象的多畫(huà)面顯示、視頻切換、PTZ控制等已經(jīng)不需要額外的設(shè)備,均由軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)完成,存儲(chǔ)設(shè)備完全由模擬磁帶轉(zhuǎn)化為容量大、功能強(qiáng)的通用網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)DAS、NAS、SAN了。在網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻系統(tǒng)中,人們不再討論模擬矩陣、畫(huà)面分割器、控制鍵盤(pán)等設(shè)備,而是將關(guān)注與IT密切相關(guān)的壓縮編碼方式、 幀率/碼流/分辨率、單播、組播、RAID技術(shù)、傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬、存儲(chǔ)方式、病毒防護(hù)、視頻存儲(chǔ)方式及容量計(jì)算等。
圖一:典型網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
數(shù)字視頻基礎(chǔ)知識(shí)
1)壓縮視頻流的結(jié)構(gòu)
視頻壓縮的目標(biāo)是在盡可能保證視覺(jué)效果的前提下減少視頻數(shù)據(jù)率。視頻壓縮比一般指壓縮后的數(shù)據(jù)量與壓縮前的數(shù)據(jù)量之比。由于視頻是連續(xù)的靜態(tài)圖像,因此其壓縮編碼算法與靜態(tài)圖像的壓縮編碼算法有某些共同之處,但是運(yùn)動(dòng)的視頻還有其自身的特性,因此在壓縮時(shí)還應(yīng)考慮其運(yùn)動(dòng)特性才能達(dá)到高壓縮的目標(biāo)。
幀內(nèi)(Intraframe)壓縮也稱(chēng)為空間壓縮(Spatial compression)。當(dāng)壓縮一幀圖像時(shí),僅考慮本幀的數(shù)據(jù)而不考慮相鄰幀之間的冗余信息,這實(shí)際上與靜態(tài)圖像壓縮類(lèi)似。
采用幀間(Interframe)壓縮是基于許多視頻或動(dòng)畫(huà)的連續(xù)前后兩幀具有很大的相關(guān)性,或者說(shuō)前后兩幀信息變化很小的特點(diǎn),也即連續(xù)的視頻其相鄰幀之間具有冗余信息,根據(jù)這一特性,壓縮相鄰幀之間的冗余量就可以進(jìn)一步提高壓縮量,減小壓縮比。通常視頻流中視頻數(shù)據(jù)分幀傳輸,幀分三種類(lèi)型I幀、P幀和B幀。
圖二:I P B幀結(jié)構(gòu)
2)幀率、碼流與分辨率
幀率是每秒圖像的數(shù)量,分辨率表示每幅圖像的尺寸即像素?cái)?shù)量,碼流是經(jīng)過(guò)視頻壓縮后每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量,而壓縮是去掉圖像的空間冗余和視頻的時(shí)間冗余,設(shè)置幀率表示您要的實(shí)時(shí)性,設(shè)置分辨率是您要看的圖像尺寸大小,而碼率的設(shè)置取決于攝像機(jī)及場(chǎng)景的情況(室外還是室內(nèi)、場(chǎng)景活動(dòng)繁忙等),碼流是影響帶寬和存儲(chǔ)空間的直接因素。
圖三:幀率與碼流
3)TCP與UDP機(jī)制說(shuō)明
TCP概念,TCP是“面向連接”且內(nèi)置“重發(fā)機(jī)制”的協(xié)議,在雙方收發(fā)數(shù)據(jù)前,需要建立“握手”連接,之后才開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù),因此可以提供可靠的通信連接;而在對(duì)方收到數(shù)據(jù)后如果發(fā)現(xiàn)有損壞的數(shù)據(jù)包,要求重新發(fā)送,因此TCP提供最可靠的連接,但效率不高;UDP概念,UDP是“非面向連接”且無(wú)內(nèi)置“重發(fā)機(jī)制”的協(xié)議,在通信前不需要先與對(duì)方建立連接而直接發(fā)送,因此不能提供可靠的通信連接,發(fā)送到對(duì)方的數(shù)據(jù)即使丟失損壞,也不需要重發(fā),因此傳輸效率高但可靠性差。
4)單播、組播
單播,單播是指在源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)之間進(jìn)行通信;主機(jī)之間一對(duì)一的通訊模式,網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)和路由器對(duì)數(shù)據(jù)只進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)不進(jìn)行復(fù)制。如果10個(gè)客戶(hù)機(jī)需要相同的數(shù)據(jù),則服務(wù)器需要逐一傳送,重復(fù)10次相同的工作。但由于其能夠針對(duì)每個(gè)客戶(hù)的及時(shí)響應(yīng),所以現(xiàn)在的網(wǎng)頁(yè)瀏覽全部都是采用單播模式,具體的說(shuō)就是IP單播協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)中的路由器和交換機(jī)根據(jù)其目標(biāo)地址選擇傳輸路徑,將IP單播數(shù)據(jù)傳送到其指定的目的地。
組播,組播當(dāng)信息需要發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)主機(jī)時(shí),源主機(jī)只發(fā)送一份數(shù)據(jù)信息,組播網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)拷貝該信息到應(yīng)該得到該信息地目的主機(jī)上。主機(jī)之間一對(duì)一組的通訊模式,也就是加入了同一個(gè)組的主機(jī)可以接受到此組內(nèi)的所有數(shù)據(jù),網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)和路由器只向有需求者復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)其所需數(shù)據(jù)。主機(jī)可以向路由器請(qǐng)求加入或退出某個(gè)組,網(wǎng)絡(luò)中的路由器和交換機(jī)有選擇的復(fù)制并傳輸數(shù)據(jù),即只將組內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸給那些加入組的主機(jī)。這樣既能一次將數(shù)據(jù)傳輸給多個(gè)有需要(加入組)的主機(jī),又能保證不影響其他不需要(未加入組)的主機(jī)的其他通訊。
圖四:?jiǎn)尾ヅc組播示意圖
(未完待續(xù),敬請(qǐng)期待)