边防线电子监控系统 （数字化视频部分）设计方案 电气工程专业

边防线电子监控系统（数字化视频部分）设计方案

目录一、概述 3二、系统设计原则 3三、系统设计方案 51、总体设计思想 52、系统设计方案 63、系统原理图 8四、系统实现功能： 8五、数字化视频远程联网管理系统介绍 91、系统介绍 92、系统特点 103、系统组成 12六、数字化视频远程联网管理系统核心技术介绍 161、压缩技术 162、IP视频组播技术 173、流媒体技术 19公安武警海岸边防线电子监控系统设计方案（数字化视频部分）一、概述我国国土幅员辽阔，拥有着漫长的海岸边防线，现在主要由公安武警边防部队负责我国这些海岸边防线的安全保卫工作，这些海岸边防线作为我国国土的最后一道防线，它直接关系到我国的国家安全。近年来，随着我国国家综合实力的迅速增强以及改革开放力度的进一步加大，我国海岸边防线的安全形势更为严竣，国外的反华势力以及不法份子妄图通过突破我国的海岸边防线，渗透进入国内危害我国的国家安全的事件时有发生；另外，边境沿海地区的偷渡、走私、贩枪、贩毒以及海上抢劫等犯罪活动长期影响边境治安，也不同程度影响内地治安环境。公安武警边防工作作为公安工作的一个重要方面，担负着履行中央事权和边境治安管理的重任。为了保持对各种边防犯罪活动的高压态势，不断加大打击力度，坚决遏制海防线上偷渡、走私和贩枪贩毒增多的势头，保障国家海岸边防线的安全，公安武警边防部队决定建设公安武警海岸边防线电子监控系统,公安武警边防部队，以高科技的手段进一步加强对我国海岸边防线的安全监控管理，最大程度上保障国家海岸边防线的安全。我公司根据公安武警边防部队提出的系统建设要求，从实际情况出发，本着配置合理、技术先进、性价比高、可扩展性强等设计思想，提出了《公安武警海岸边防线电子监控系统（数字化视频部分）系统设计方案》。二、系统设计原则本系统设计方案遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则，综合考虑施工、维护及操作等诸多因素，并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系统的、完整的、全面的；设计方案具有科学性、合理性、可操作性。其具有以下原则：1、先进性与适用性系统的技术性能和质量指标应达到国际领先水平；同时，系统的安装调试、软件编程和操作使用又应简便易行，容易掌握，适合中国国情和本项目的特点。该系统集国际上众多先进技术于一身，体现了当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新发展水平，适应时代发展的要求。同时系统是面向各种管理层次使用的系统，其功能的配置以能给用户提供舒适、安全、方便、快捷为准则，其操作应简便易学。2、经济性与实用性充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势，根据用户现场环境，设计选用功能实用、适合现场情况、符合用户要求的系统配置方案，通过严密、有机的组合，实现最佳的性能价格比，以便节约工程投资，同时保证系统功能实施的需求，经济实用。3、可靠性与安全性系统的设计应具有较高的可靠性，在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能，同时系统具有一整套成熟的系统管理策略，可以保证系统的运行安全。4、开放性以现有成熟的产品为对象设计，同时还考虑到周边信息通信环境的现状和技术的发展趋势，具有标准的网络通讯接口，可以很好的融入到IP网络中。5、可扩充性系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能。并根据今后该项目工程的实际要求扩展系统功能，同时，本方案在设计中留有冗余，以满足今后的发展要求。6、追求最优化的系统设备配置在满足用户对功能、质量、性能、价格和服务等各方面要求的前提下，追求最优化的系统设备配置，以尽量降低系统造价。7、保留足够的扩展容量该项目设备的控制容量上保留一定的余地，以便在系统中改造新的控制点；系统中还保留与其他计算机或自动化系统连接的接口；也尽量考虑未来科学的发展和新技术的应用。8、提高监管力度与综合管理水平本项目系统设备控制需要高效率、准确及可靠。本系统通过中央控制系统对各子系统运行情况进行综合监控，减少设备运行维护人员；另外，系统的综合统筹管理可使设备按最优组合运行，在最佳情况下运行，既可节能，又可大大减少设备损耗，减少设备维修费用，从而提高监管力度与综合管理水平。三、系统设计方案1、总体设计思想我国的海岸边防线绵延数千公里，所跨区域广并且各个地区的地形地貌的变形较大。因此，公安武警海岸边防线电子监控系统设计采取分段建设、分段管理的总体原则，将我国的海岸边防线划分为若干个区，每一个区域分别建立一套电子监控系统，每个区域的电子监控系统分别对本区域内所管辖的海岸边防线进行全方位的电子监控，在本区域电子监控系统的中心控制室可以24小时实时监控本辖区内的海岸边防线的实地视频图像，对于非法闯入海岸边防线的人员可以实现自动的视频锁定跟踪，并可通过视频图像的PTZ控制功能对于海岸边防线的实地情况实现全方位、多角度、局部细节化的监控管理，并可以通过中心控制室的录像服务器实现前端海岸边防线视频图像的数字化存储工作，用户可以随时通过网络调用历史录像资料。公安武警海岸边防线电子监控系统通过在每个海岸边防线辖区前沿的海岸边防线上安装2台超清晰、大焦距、高精度的摄像机用来实现对海岸边防线的实地情况进行视频监视，另外，通过一套安装在海岸边防线前沿的警戒雷达系统与摄像机实现联动，当警戒雷达系统扫描到有非法侵入海岸边防线的人员时，警戒雷达系统将目标人员的坐标信息发送到摄像机的控制系统，由摄像机的控制系统根据警戒雷达反馈过来的坐标数据实现对目标人员的自动视频锁定跟踪，非法入侵人员的一举一动都将在摄像机的全程监控之下。由于每个海岸边防线辖区电子监控系统的中心控制室与前沿的海岸边防线的摄像机物理距离相隔太远，且地理环境较为恶劣，同时也基于系统安全性的考虑，因此前端摄像机到中心控制室不能通过铺设同轴电缆的方式来进行视频图像的传输。系统设计采用无线的方式来进行视频的传输，无线视频传输系统由两个方面组成，一是无线的网络联接设备，设计采用无线网桥作为网络联接设备，通过无线网桥可以建立联接前沿的海岸边至中心控制室的无线网络；另外一部分是视频数字化设备网络视频传输控制主机，网络视频传输控制主机完成前端模拟视频的数字化及压缩工作，并通过无线IP网络进行数字化视频的传输工作。嵌入式网络视频数字化设备可在高压缩、低带宽的情况下传输较好质量的视频图像，对不同网络环境的适应能力也非常强，非常适用本系统这种采用无线网桥建立无线网络联接时受外部环境的影响，网络带宽不稳定的情况。在中心控制室部分，采用数字视频模拟化设备网络视频接收主机，将海岸边防线前沿通过网络视频传输控制主机传输过来的数字化视频还原成模拟的视频信号，通过监视器输出进行监看。中心控制室的值勤人员也可直接使用PC机调看海岸边防线前沿的实时视频图像，并进行PTZ控制。另外，在中心控制室的录像服务器可以将海岸边防线前沿的实时视频图像直接实现数字化存储。2、系统设计方案公安武警海岸边防线电子监控系统（数字化视频部分）主要是由以下3个方面组成（1）、前端视频采集及数字化部分：在每个海岸边防线辖区前沿的海岸、边防线上安装2台可与警戒雷达实现联动的摄像机用来实现对海岸边防线的实地情况进行视频监视。另外，通过安装在前端的2台网络视频传输控制主机来实现模拟视频的数字化工作，将2台摄像机的视频及控制信号与进行连接，可以将摄像机采集到的模拟视频信号转换成数字信号，进行压缩处理后在无线网络上传输，同时也可以实现对前端摄像机的控制功能。网络视频传输主机硬件采用工业级嵌入式设计标准，稳定性和可靠性较高，非常适用于海岸边防线前沿这种恶劣的使用环境，极大程度上保证了整个系统的稳定性。另外，网络视频传输主机完全建立在开放的采用TCP/IP标准协议基础上，并且融合了视频领域先进的组播技术（Multicast），因此，不仅可以满足多个终端用户监控的需求，还大大节省网络资源的占用，同时设备管理和维护非常简便。（2）、网络传输部分由于海岸边防线前沿到中心控制室有线通信线路的建设受地理环境及安全因素的影响而无法实现，因此从海岸边防线前沿到中心控制室采取无线的通信方式，通过使用无线网桥设备在海岸边防线前沿和中心控制室之间建立无线通信网络，无线网络的最大理论带宽可达54M，但是无线网络普遍存在网络带宽及稳定性易受外界环境的影响的缺点，不过由于本系统设计采用的数字化视频传输设备网络视频传输控制主机具有可在较低的带宽下提供高质量的图像传输、对网络环境的适应能力较强等特点，因此可在较大程度上减少由于无线网络的不稳定对于数字化视频传输的影响，可以为中心控制室提供相对稳定的视频图像传输。（3）、中心控制室部分中心控制室主要进行海岸边防线前沿实时视频图像的监控工作，并且在中心控制室进行视频图像的录像工作。在中心控制室，使用2台网络视频接收主机将通过无线网络传输过来的海岸边防线前沿的实时数字化视频信号转换成模拟视频信号，并显示到中心控制室的监视器上，中心控制室的值勤人员不仅可以在监视器看到海岸边防线前沿的实时视频图像，也可以直接使用PC机查看海岸边防线前沿的实时视频图像，并可以对前端的摄像机实现PTZ控制功能。这样，中心控制室的值勤人员在控制室内即可做到对海岸边防线前沿的实地情况了如指掌。另外，在中心控制室建立一台录像服务器，可以将海岸边防线前沿通过嵌入式网络视频数字化设备传输过来的数字化视频数据直接存诸到中心控制室的录像服务器上，实现数字化存储，拥有授权的用户要调看历史录像资料，可以直接访问录像服务器查看历史录像资料，在回放录像时，可以多种方式检索、查看历史的录像资料，操作十分方便。3、系统原理图四、系统实现功能：1、中心控制室值勤人员可以通过监视器或PC机实时查看来自海岸边防线前沿的实时视频图像，并可以实现对前端摄像机的PTZ控制功能。2、中心控制室值勤人员可以通过PC机调看历史录像资料，可用多种方式检索录像文件，在回放录像文件时，可以多种显示方式及多种回放速度进行录像的回放。3、系统用于视频模拟/数字化、数字/模拟转换及传输的核心设备网络视频传输控制主机及网络视频接收主机均为嵌入式硬件设备，稳定性和安全性非常高，极大程度上保证了整个系统的正常运行。4、中心控制室的录像服务器将前端通过无线网络传输回来的数字化视频信号进行直接进行数字化录像存储，避免了原始视频图像经过多次模/数、数/模转换后造成的极大的图像损耗，保证了录像文件的高质量视频回放效果。5、系统前端的网络视频传输控制主机适应不同网络环境的能力强，它在无线网络带宽不稳定的情况下，仍可以较大程度的保证传输到中心控制室的实时视频图像不受影响，为中心控制室的值勤人员提供高质量的视频监控画面。6、系统功能具有较强的可扩展性，后期无需进行重新投资，直接利用现有设备实现整个公安武警海岸边防线电子监控系统的联网管理功能。五、GNOMO数字化视频远程联网管理系统介绍1、系统介绍数字化视频远程联网管理系统主要由系列IP网络视频传输主机和视频管理平台系统组成。系列IP网络视频传输主机采用当今国际上最先进的MPEG-4标准压缩技术，可以在相对较低带宽下（100K-400K），传输高清晰度（CIF—HALFD1）、全实时25帧/秒(NTSC制式为30帧/秒)的数字化视频图像。系列IP产品遵守TCP/IP协议，可以基于LAN/WAN/Internet构建大规模的分布式数字化网络视频管理系统。数字化视频远程联网管理系统是综合计算机网络技术、视频和音频的压缩及解压处理技术、互联网应用及通讯技术相结合的系统，它是以数字化视频压缩及传输技术为核心，结合IP视频技术、计算机网络技术的一种数字化视频管理系统，是近年来IP网络视频应用发展的一个新的方向。一般情况下，大型的视频监控管理系统需要建立多个分控管理中心，数字化视频远程联网管理系统完善的权限管理机制和设备分组功能很好的满足了这种需求，可以在任何地方建立分控管理中心，并可为各分控中心及用户灵活分配权限及控制摄像机的能力，使视频管理系统完全与日常管理工作相结合。其领先的分布式存储技术（DistributedStorage），可以将录像文件存储在多台服务器上，硬盘空间几乎可以无限扩展，不仅可以为系统进行提供长时间录像功能，还可以非常方便地进行系统扩容。先进的服务器多播（ArchiverMulticast）技术，不仅使得数字化网络视频管理系统可以适应复杂的网络环境，而且可以将视频图像从服务器或设备直接以组播数据流的形式发送给多个用户，大大降低了对网络资源的占用。数字化视频远程联网管理系统还提供软件和硬件同时解码的能力，可以适应各种类型的图像监视设备（如计算机、背投、监视器、电视墙等），并可很好的与传统的模拟系统融合。监视界面不仅支持多种分割显示方式，而且可以根据需要建立多个分割显示画面，各分割显示画面之间可以手动或自动顺序切换，这样即使监视点数很多，也可通过一个工作站来快速查看所有的摄像机图像。数字化视频远程联网管理系统能将监控信息从监控中心释放出来，通过计算机网络使其能够到达桌面的计算机上，从而与信息管理系统融合在一起，更好的为管理服务，提高管理水平和效率，它的强大功能可以满足大多数用户的需求。与传统CCTV系统不同的是，数字化视频远程联网管理系统无须铺设从摄像机到监控中心的视频线缆或控制线缆，视频图像和音频采集均在前端摄像机所在位置完成，然后经由IP网络将其安全地传送到本地或远端的监控中心。数字化视频远程联网管理系统是唯一提供了能够利用企业现有IT平台实现数字化视频联网的整体解决方案，并使得CCTV系统可以和IP设备的维护和管理共同进行，从而大大减少了监视系统的长期运行成本。CCTV系统与数字化网络视频系统的集成之后，还可以利用数字化视频远程联网管理系统不断推出的新功能进行整个系统更新或升级。传统的CCTV系统可能在短短几年内就会变得落后，但数字化视频远程联网管理系统则通过支持整个系统范围的软件升级提供了一个长期的解决方案。2、系统特点数字化视频远程联网管理系统完全基于IP网络进行设计，整个系统的管理、软件功能、界面友好性等方面相对于其它产品都更显出色，其优势体现如下：先进的多播（Multicast）技术：多播技术可以在占用一条视频流带宽的情况下，为多个用户提供实时视频数据，非常适合于多个用户同时监视或建立多个分控中心的系统。此外，通过多播（Multicast）、单播(SingleCast)及服务器多播(ArchiverMulticast)的组合应用，可以适合各种网络环境。系统模块化结构:系统软件与硬件全部采用模块化结构进行设计，硬件的模块化可以使得任何一个设备发生故障都不会影响到系统运行，软件的模块化则可以根据不同用户权限配置不同的功能模块。各功能模块又集成在一个界面上，可以方便地从一个功能模块切换到另一个功能模块。高可靠性与稳定性:前端设备采用嵌入式结构,其内嵌的固件（Firmware）可以独立运行。设备内部均配置有散热块和散热胶，可以在较高温度下长时间稳定运行。高品质图像：采用高速的CPU，可以提供CIF(352*288)-4CIF(704*576)的高清晰度的视频图像。其先进的MPEG-4硬件压缩技术使得其在提供高品质视频图像的同时，仍然保持相对较低的带宽及存储空间占用。网络兼容性强：系统前端主机提供10/100Base-T端口，可以直接接入以太网。视频传输是基于TCP/IP、UDP/IP协议，可以跨越网关及路由，适应不同的网络。此外，其多种视频流传输技术（单播、多播及存储服务器多播）的组合可以确保适应各种网络环境，从而对任何有IP网络连通的任何地方都可以实现监控。可调节传输带宽：各路视频流占用的带宽可根据需要限定，通过调整传输速率、帧率及画面质量等参数，来达到最佳的图像效果。其中通过调整传输速率可以严格控制视频流带宽占用不超过某一上限。该功能可以避免因视频数据流量过大而影响其它网络数据的传输。系统中的某一路视频在没有被查看或存储时，并不占用网络带宽。远程管理：设备支持远程登录，可以通过网络进行远程配置，另外，也可通过nDVS系统管理平台对远程对设备的参数进行配置，设备运行信息亦可以日志文件的形式存储在中心数据库中，便于远程诊断设备故障。维护升级：所有设备均可以通过专门配置软件进行参数的配置管理，并可方便的实现对设备的系统升级。软、硬件同时解码显示：产品支持软、硬件同时对视频流进行解码显示，可以很好地兼容数字（显示器、背投、大屏幕）设备与模拟监视设备（监视器），从而非常方便地建立集中监控中心与多个分散的分控中心。实现了软硬结合，实时性、可靠性与灵活性、实用性并存。界面友好：图形化中文界面，实时监控、系统配置、录像回放、录像查询等多个功能模块之间可以迅速的相互切换。系统资源（包括设备及登录用户）均以资源列表的形式来进行管理，风格与操作系统的风格相同。高度集成：产品提供RS-232/422/485串口及I/O端口，串口可以接云台解码器及控制键盘等外部设备，I/O口用于连接报警设备等。音视频同步：产品可以集成全双工语音通信功能，实现音视频同步监控及双向通话功能。支持IE浏览：视频管理服务器与服务器管理软件组合应用，用户可以直接通过IE浏览器登录网络视频管理系统，通过直接点击某个设备以查看视频图像或控制摄像机云台，也可在网络视频管理系统中方便的进行系统参数的配置。强大的电子地图功能：网络视频管理系统支持电子地图，可以将各摄像机位置映射在电子地图上，当点击电子地图上的摄像机图标时，该摄像机图像自动弹出。3、系统组成数字化网络视频管理系统是通过软、硬件结合的方式来实现系统的所有功能的。它的主要由以下两个部分组成：（1）、网络视频传输主机网络视频传输主机是加拿大ATCInformationTechnologiesInc最新研制的新一代嵌入式网络视频传输设备。全部采用MPEG-4硬件压缩技术，可以在相对较低带宽下通过Lan/Wan/Internet、无线网络、或xDSL线路，传输高清晰度高质量（CIF~4CIF）的视频图像，通常情况下30K-400K即可实现25帧/秒(NTSC制式为30帧/秒)的全实时图像传输。网络视频传输主机还融合了先进的组播技术（Multicast），不仅可以满足多用户监控的需求，还大大节省网络资源的占用，并可以非常方便地进行系统扩容。网络视频传输主机完全建立在开放的采用TCP/IP标准协议基础上，系统管理软件采用B/S结构设计，支持IE浏览，可通过网络使用专用配置工具进行配置、启动或硬件升级，设备管理和维护非常方便。网络视频传输主机分为视频输入终端和视频输出终端。视频输入终端设备具有视频输入、音频输入和数据接口，它将输入的视频、音频和数据进行混合压缩，打包成符合IEEE802.3标准的IP包，通过RJ-45接口连接网络设备在局域网或广域网进行图像传输；视频输出终端具有视频输出、音频输出和数据输出接口，它将接收到的数据进行还原处理。视频输入终端可以配接各种工业监控摄像机和普通模拟摄像机，也可以配接监控系统矩阵控制切换主机或高速智能球。产品还提供软件和硬件同时解码显示的能力，系统可以适应各种类型的图像监视设备（如计算机、背投、监视器、电视墙等），并可很好的与传统的模拟系统融合，用网络视频传输主机与监控设备连接构成局域网或广域网远程监控系统是一件非常简单和容易的事情！系列产品采用嵌入式结构，内置高速CPU处理芯片，可独立运行。通过10/100Base-T以太网络接口直接联入网络，并提供RS4-85/422自适应口、RS-232及多个I/O端口，用于集成其它外围设备，如云台解码器、报警、灯光控制、门禁控制等设备。可支持全双工/半双工的语音通信，可以实现对讲或双方通话功能技术指标如下：网络视频传输主机的主要功能:工业级的嵌入式数字化网络视频专用传输设备，提高了系统的安全性和稳定性。基于Lan/Wan/Internet的数字化网络视频嵌入式传输设备。采用国际标准的MPEG-4图像压缩编码技术，可以在较低的带宽下提供相对高质量的数字化视频传输，能充分满足低带宽条件下对实时视频监视及控制的要求。。实现了低带宽情况下每秒达到25帧（PAL）的高质量传输速率。图像的分辨率从CIF~CIF4可调。可以与任意监控设备连接，支持硬压硬解，可以直接输出到屏幕墙。可连接多种控制设备（例：门禁控制、视频切换矩阵等），兼容性较强。可以同时传输1-16路彩色视频图像及双向音频信号。具有防火墙穿透能力，可以保证实时视频数据顺利通过网络上的各级防火墙。双向传输2路异步串行数据，同时还可以传送现场报警信号及控制指令。系统管理软件采用B/S结构设计，用户可以通过IE浏览器操作使用。系统设备支持视频组播技术，支持多用户同时使用，大大节省网络资源的占用。标准的1U(19英寸)机箱设备，便于网络环境的安装使用。网络视频传输主机的性能参数：视频：压缩方式：MPEG-4传输帧率：PAL制1-25fps；NTSC制1-30fps(可设置)视频输入(GN-V100-T)：1路输入，1Vpp—75ohms视频输出(GN-V100-R)：1路输出，1Vpp—75ohms视频制式：PAL或NTSC接口：BNC音频：双向：输入：-46—-3dBV，1K欧姆

输出：-46—-3dBV，最小16欧姆接口：单声道输入和输出RCA（莲花）插座接口网络：物理接口：以太网10/100Base-T接口类型：RJ-45接口传输控制协议：RTP,UDP/IP,TCP/IP,IGMP(Multicast)其它：DNS和DHCPclient安全：基于SSL鉴定和IP地址过滤电源电压及功耗：电源电压：220V50Hz，功耗：最大6W物理参数：尺寸:长43*宽25.5*高4.5cm环境：0°C—50°C湿度：50°C时95%不冷凝（2）、视频管理平台视频管理平台是专业的网络视频管理系统，基于目前最流行的Browser/Server构架，完全基于IP网络（Unicast/Multicast）进行设计，通过进行IP网络数字视频/音频的传输和管理，与GN-V100系列网络视频传输主机相结合，使视频监控与企业局域网或广域网实现真正的结合，所以整个系统的管理、软件功能、界面友好性等方面相对于其它产品都更显出色。视频管理平台的主要功能提供单画面、4画面、9画面及全屏视频实时显示功能，双向语音传输。提供多种接口可控制云台解码器(球机)、DI（报警）输出和DO（控制）输出、PTZ辅助开关等。系统可连接多种控制设备（例：门禁主机、视频切换矩阵等），兼容性较强。系统提供强大的设备管理功能，可对方便的所有设备实现配置管理。可对前端摄像机进行分组管理，便于监控管理。可简单的实现计划、手动和报警录像功能。提供多种录像查询和报警查询方式，方便录像文件及报警信息的查询工作。提供强大的日志管理功能，可记录下用户对系统所做的所有操作，便于查询历史操作。提供完善的报警联动功能，可联动录像、弹出视频、发送消息等6种操作。提供强大的用户管理功能，可设置4种用户类型、64级控制权，并可根据用户的优先级分配控制云台和球机的权力。基于B/S架构，客户端用户无安装任何软件，只需在初次使用nDVS系统时由系统自动下载一个插件即可。系统管理和实时监控界面友好，人性化设计，操作简单。系统组成灵活，可充分满足各种用户的不同需求视频管理平台的运行环境网络（Networks）系统可在各种IP网络运行，包括局域网、城域网和Internet设备和客户端可支持ISDN、xDSL、小区宽带网络等多种网络接入方式在Internet上使用只需要nDVS服务器具有公网的IP地址服务器（Server）MSWindows2000server操作系统MicrosoftSQLServer2000数据库MicrosoftWindowsIIS组件P4/1.5G/128M/40G以上配置电脑客户端（Client）MSWindows98/2000/XP操作系统InternetExplorer6.0版本以上的浏览器计算机显卡兼容DirectX8.0,支持图解六、数字化视频远程联网管理系统核心技术介绍1、压缩技术当我们将视频和音频模拟信号进行采样并分别进行模—数转换，将视频、音频信号转化成为数字化的信息流，但这些数据流是不能直接进行传送和存储，因为未经压缩的视频和音频数据需要非常大的存储容量和带宽。例如：用PAL制式采集的视频信号在一般清晰度（CIF格式）时要求25帧/秒、352×288像素/帧，彩色图像每像素占用空间24bit，则该数据流速度为352×288×25×24=60825kbit/s。显然这样庞大的数据流对大多数传输线路来说是无法承受的，而且也是难以存储的，为此科研人员开始专门研究将这些视频、音频数据流进行压缩，很多压缩编码标准相继推出，主要有JPEG/M-JPEG、H.261/H.263和MPEG等标准。其中JPEG标准主要是用在静止图像的压缩，M-JPEG是将JPEG改进后用到运动图像上，在压缩比不高时，有较好的复现图像质量，但占用存储空间大，在压缩比高的情况下，复现图像质量差。H.261/H.263标准是专门为用于图像质量要求不高的可视电话等设计。MPEG（MovingPictureExpertGroup即活动图像专家组），它是由ISO（国际标准化组织）和IEC（国际电工委员会）于1988年联合成立的，专门致力于运动图像及伴音编码标准化工作，推出了MPEG编码标准，即MPEG视频及MPEG音频。到现在为止，专家组已制定了MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4三种标准，不同的标准具有不同的质量和用途，视频压缩技术是数字化视频传输的关键。（1）、Mpeg-1

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，它可针对Cif标准分辨率（对于NTSC制为352×240；对于PAL制为352×288）的图像进行压缩，传输速率为1.5mbits/s，最高可达4-5mbits/s,每秒播放25帧，具有CD（指激光唱盘）音质，图像质量级别基本与VCD相当。

（2）、Mpeg-2

制定于1994年，设计目标是高级工业标准的图像质量以及更高的传输率。Mpeg-2所能提供的传输率在3-15mbits/sec间，其分辨率可达704×576，Mpeg-2能够提供广播级的图像和CD级的音质。

（3）、Mpeg-4

就在Mpeg-1、Mpeg-2进入广泛的实际应用时，Mpeg小组又于1998年发布了Mpeg-4标准的草稿。该标准对压缩算法进行了改进：Mpeg-1和Mpeg-2的压缩率大概在20到30倍之间。Mpeg-1和Mpeg-2的压缩率用在储存媒体上是足够了。但是运用在网络传输上还是太低，尤其是无线通讯方面。于是Mpeg-4在订定标准时，为了达到更好的压缩效果，采用了许多新的技术与观念。Mpeg-4里是采用了物件的观念，压缩之前先将图像中各个主要物件区分开来，可以针对不同的物件特性采取不同的压缩编码技巧，以得到最好的压缩效果。Mpeg-4引进了许多新的压缩技术来应用于各种不同的物件。对于声音部份，可以分成自然音、语音和合成音。针对不同发声原理采用不同演算法。可以根据对音质的要求，而得到2kbits/s到64kbits/s之间的资料量。在影像方面，则可细分为自然物体、2D影像、3D影像、人脸、背景等不同特性物件。根据不同影像特性可以有5kbits/s到10Mbits/s

的资料量。Mpeg-4的压缩率可以超过100倍，而仍然保有极佳的音质和画质。可以用最少的数据获得最佳的图像质量,因此满足了低码率应用的需求；另外，Mpeg-4还把提高多媒体系统的交互性和灵活性作为一项重要的目标，因此它更适合于交互式AV服务以及远程监控。为了满足各种应用的需求，Mpeg-4标准实际上相当庞大，它具有广泛的适应性和可扩展性。

就其应用前景而言，Mpeg-4未来将在多个应用领域大显身手，如internet/intranet上的多媒体流服务、视频点播、可视游戏、低码率的移动多媒体通信（视频手机等）、交互式多媒体应用、实时多媒体监控、数字电视与视频拟会议等等。Mpeg-4可以达到两个目标：

低比特率下的多媒体通信和多工业的多媒体通信的综合。2、IP视频组播技术IP组播（multicast）是利用一种协议将IP数据包从一个源传送到多个目的地，将信息的拷贝发送到一组地址，到达所有想要接收它的接收者处。IP组播是将IP数据包“尽最大努力”传输到一个构成组播群组的主机集合，群组的各个成员可以分布于各个独立的物理网络上。IP组播群组中成员的关系是动态的，主机可以随时加入和退出群组，群组的成员关系决定了主机是否接收送给该群组的组播数据包，不是某群组的成员主机也能向该群组发送组播数据包。

同单播（unicast）和广播（broadcast）相比，组播效率非常高，因为任何给定的链路至多用一次，可以节省网络带宽和资源。

在一个单播（unicast）环境里，视频服务器依次送出n个信息流，由网络中的用户接收，共需要nx1.5Mbit/s的带宽；如果服务器处于10Mbit/s的以太网内，6~7个信息流就占满了带宽；若在一个高速的以太网里，最多只能容纳250~300个1.5Mbit/s的视频流，所以服务器与主机接口间的容量是一个巨大的瓶颈（以mpeg1为例）。

在一个组播（multicast）环境里，不论网络中的用户数目有多少，服务器发出的一个视频流，由网络中的路由器或交换机同时复制出n个视频流，发送到每个用户，仅需1.5Mbit/s的带宽。

可见，IP组播能够有效地节省网络带宽和资源，管理网络的增容和控制开销，大大减轻发送服务器的负荷，从而高性能地发送信息。

另外，组播传送的信息能同时到达用户端，时延小，且网络中的服务器不需要知道每个客户机的地址。所有的接收者使用一个网络组播地址，可实现匿名服务，并且IP组播具有可升级性，与新的IP和业务能相兼容。

（1）、IP组播技术的特点

①.群地址

在组播网中，每个组播群组拥有惟一的组播地址（D类地址），一部分IP组播地址是由Internet管理机构分配的，其他的组播地址作为暂时地址被用户使用；组播数据包可以送到标识目的组机的组地址，发送者不必知道有哪些组成员，它自己不必是组成员，对组成员中主机的数目和位置也没有限制。主机不需要和组成员以及发送者商量，可以任意加入和离开组播组；使用组地址，不必知道主机指定的位置，可以找到具有此组播地址的任何资源和服务器，在动态变化的信息提供者中搜寻到需要的信息，或者发布信息到任意大小的可选用户群。

②.规模可扩展性

如果网络速率提高，广域组播网络的容量需要扩大，后来产生的组播路由算法和协议如PIM-DM、PIM-SM、CBT等都支持网络规模的扩展，而上述的群地址和动态性也是适应规模可扩展性的另一方面。

③.健壮性

IP组播网络使用的路由协议和算法能适应网络路由动态变化，它采用软件状态刷新机制，制作路由备份等方法，来维护群组成员之间的连接，加强网络的健壮性。

④.路由算法的独立性

组播路由算法和协议独立于单播路由使用的协议，但又依靠现存的单播路由表，在域内适应网络拓扑的变化，动态生成组播树。

⑤.组播生成树的灵活性

组播生成树的形成与发送者和接收者的分布、网络的流量状况以及组成员的动态性有关，且组播生成树也反映了不同的组播路由算法和组播应用。灵活的组播生成树有利于数据包的传送，不容易造成网络的拥塞。

（2）、IP组播技术在视频网络传输中的应用

如果要将组播通信应用在视频网络中，网络里的发送和接收主机、网络路由器以及它们之间的网络结构必须支持组播，防火墙设置成允许组播通过。

①.主机送出一条IGMP加入消息到相邻路由器，主机的MAC地址映射为将要加入的D类组地址，并包含在IGMP数据报中，路由器知道主机想加入组播组。

②.相邻路由器接收加入消息后，动态跟踪这些组播组，使用组播路由协议，在源端和接收端各个路由器之间建立组播生成树，从每个发送者伸展到所有接收者。

③.在源端和接收端建立组播路由后，源就开始沿着组播路由发送数据给各个接收者。

主机接收到了源发送来的数据，网络接口卡滤出组播群组的MAC地址，网络驱动器对此地址做出反应后，把数据传递到TCP/IP协议栈，进入用户的应用层，就可以进行视频通信了。IP组播技术有效地解决了单点发送到多点、多点发送到多点的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送，能够有效地节约网络带宽、降低网络负载，基于IP组播技术可以很好地开展数字化视频网络管理系统的应用。3、流媒体技术

随着网络迅猛普及、多媒体技术广泛应用，音频、视频等的实时传输问题尤为突出。分析表明：影响在线音频、视频等传输实时性主要因为频带宽度限制、传输品质不稳。通常，网络服务商ISP所提供的频宽只是理论最大值。实际上，网络固有的互联而不互管特性导致用户使用频宽并不固定，如标称56Kbps的调制解调器Modem，拥塞时传输速度可能仅28Kbps，即使正常情况下也会有10-30%差异。这样，必然影响媒体播放实时性。

为解决信息传输实时性问题，开发了流式传输及流媒体（Streaming

Media）。前者主要指通过网络传输媒体（如音频、视频等）的技术总称，其特定含义为通过网络将音频、视频等传输到用户终端播放时，无需等全部文件下载完毕才可播放，而是将连续的音频、视频信息压缩后放于网站服务器，用户终端播放时只要将开始部分的内容存入其内存，其余数据流由用户终端在后台继续接收并播放，直至播放完毕或用户中止操作。这样，只在开始时有几秒延迟，而用户播放媒体的等待时间将显著减少，且无须太大缓存；后者指使用流式传输技术的连续时基媒体，如音频、视频、多媒体文件，其实现关键技术是流式传输。

采用流媒体技术，无需将全部信息下载再播放，因而等待时间大为缩短；流文件小于原始文件数据量，且用户无需将全部流文件下载到硬盘，从而节省大量磁盘空间；采用实时传输协议，更适合音频、视频等网络实时传输。（1）、流媒体技术原理

流媒体技术具有上述诸多优点主要因为采用流式传输和合适的传输协议。前者先在用户终端创造一个缓冲区，每次播放前，预先下载部分信息资料作为缓冲，当网路实际连线速度小于播放所耗用信息速度时，播放程序会自动取用该缓冲区的信息，避免播放中断，并使播放品质得以保证。具体而言，流式传输的实现需要缓存。因为网络以包传输为基础进行断续的异步传输，对实时AV源或存储的AV文件，传输时被分解为许多数据包，网络的动态变化导致各个包选择的路由不尽相同，故到达客户端时间延迟亦不等，甚至先发的数据包还可能后到。为此，使用缓存系统弥补传输延迟、抖动影响，并保证数据包顺序正确，从而使媒体数据能连续输出，而不会因网络暂时拥塞导致播放停顿。通常高速缓存所需容量较小，因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据，即通过丢弃已播放的内容，流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容；后者指采用实时流控制协议。因TCP开销较多，故不太适合传输实时数据。实现流式传输技术方案时，常用HTTP/TCP来传输控制信息、用RTP/UDP来传输实时音视频数据。由于使用专属串流伺服器Server来替代使用HTTP通道的WEB

Server，因而播放音频、视频等信息时，效果显著优于WEB

Server。

流式传输过程：终端用户选择某一流媒体服务后，WEB浏览器与WEB服务器间使用HTTP/TCP交换控制信息，以便将需传输的实时数据从原始信息中检索出来；然后客户端上的WEB浏览器启动A/Vhelper程序，使用HTTP从WEB服务器检索相关参数并对Helper程序初始化。这些参数包括目录信息、AV数据编码类型、与AV检索相关的服务器地址等；A/Vhelper程序及AV服务器运行RTSP实现AV传输所需控制信息的交换；AV服务器使用RTP/UDP协议将AV数据传输给AV客户程序，一旦AV数据抵达用户终端即可播放。

（2）、流媒体系统组成

完整的流媒体系统包括：流媒体数据；播放器，即供客户端浏览流媒体文件；服务器，即存放、控制流媒数据；网络，即适合多媒体传输协议或实时传输协议的网络；编码工具，即用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式，这可以由带视音频硬件接口的计算机和运行其上的制作软件共同完成。具体而言，可分为：

①.媒体服务器硬件平台。多媒体服务器通过网络把存储系统中的信息以流媒体形式传输给相应用户，响应客户交互请求，保证流媒体连续输出。特别是视频流具有同步性要求，即须以恒定速率播放，否则引起画面抖动，如MPEG1要求1.5kbps速度播放；同时，视频流包含的多种信号亦须保持同步，如画面配音必须和口型相一致等。此外，视频信号固有的数据量极大的特点及信号存放方式等均直接影响服务器的交互服务。因此，多媒体服务器的系统资源如存储I/O带宽、网络带宽、内存大小、CPU主频等适应传输相应媒体的各种要求。

②.媒体服务器软件平台。软件平台包括媒体内容制作、发行与管理模块、用户管理模块、相应服务器。内容制作涉及信息采集、处理、传输。发行模块负责将节目提交到网页，或将视频流地址邮寄给用户。内容管理主要完成视频存储、查寻；用户管理包括用户登记、授权；服务器将内容通过点播、直播方式播放。

（3）、流媒体传输方式

网络传输音频、视频等多媒体信息有下载和流式传输两种方案。前者由于A/V文件较大，所需存储容量也较大，且网络带宽的限制导致下载费时甚久，延迟亦较大；后者避免了用户须等待整个文件全部下载后才能播放的缺点。实现流式传输有顺序流式传输（Progressive

Streaming）和实时流式传输（Realtime

Streaming）两种方法。

①.顺序流式传输即顺序下载，媒体下载的同时用户可在线播放。某给定时刻，用户只能播放已下载部分，而不能跳到还未下载的部分。它不象实时流式传输方式能在传输期间根据用户连接速度自动调整。由于顺序流式文件放于标准HTTP服务器，无需其他协议，故又称HTTP流式传输。因文件播放前无损下载，最终播放质量较好，特别适合质量较高、数据量较小、通过Modem发布的短片段，如片头、片尾、广告等。此外，该方式易于管理，且与防火墙基本无关。但用户播放前须经历数秒的延迟，传输速度较慢时尤为明显。同时，顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的视频，如讲座、演说、演示，也不支持现场广播，本质上是一种点播技术。

②.实时流式传输指保证媒体信号带宽与网络连接匹配，使媒体可被实时播放。由于该方式总是实时传输，因而特别适合现场事件播放，且支持随机访问，用户可通过快进、后退等播放前面、后面的内容。但由于出错丢失的信息被忽略，因此，当网络拥挤或出现问题时，视频质量一般。导致图像质量较差另一方面原因是以Modem速度连接时，因实时流式传输须匹配连接的带宽而产生的。理论上，实时流一经播放就可不停止，但实际使用时可能周期性暂停。与HTTP流式传输不同，实时流式传输需流媒体服务器和特定传输协议。前者如Windows

Media

Server、Realserver、Quicktime

Streaming

Server等，这些服务器允许用户对媒体发送进行更多级别的控制，因而系统设置、管理比标准HTTP服务器复杂；后者如MMS（Microsoft

Media

Server）、RTSP等。这些协议在有防火墙时可能出现问题，导致用户不能实时播发一些地点的内容。当然，实际应用时具体采用哪种传输方式可根据需要确定，且流式传输也支持在播放前完全下载到硬盘。③.二者比较

（a）从视频质量上讲，实时流式传输必须匹配连接带宽，由于出错丢失的信息被忽略掉，网络拥挤或出现问题时，视频质量会很差；如欲保证视频质量，顺序流式传输更好。

（b）实时流式传输需要特定服务器，如QuickTimeStreamingServer、RealServer与WindowsMediaServer，这些服务器允许对媒体发送进行更多级别的控制，因而系统设置、管理比标准HTTP服务器更复杂。

（c）实时流式传输还需要特殊网络协议，如：RTSP(Real-timeStreamingProtocol)，这些协议在有防火墙时有时会出现问题，导致用户不能看到一些地点的实时内容；而顺序流与传输与防火墙无关。（4）、流媒体播放方式

①.单播即客户端与媒体服务器间建立单独传输通道，某服务器传输的数据包只能发送到一个客户端的传输方式。采用该方式时，客户端须单独向媒体服务器发送查询信息,媒体服务器同样须向各终端发送所申请数据包的拷贝。这种巨大冗余既造成沉重的服务器负担，又导致所需响应时间较长、甚至可能停播，特别是管理方需配置相应硬件和带宽才能保证一定的服务质量。

②.组播即利用IP组播技术构建具有组播能力的网络，允许路由器一次将数据包拷到多个通道的播放方式。采用该方式，各媒体服务器只需要发送一个数据、而不是多个，就能同时对若干客户端发送连续数据流而无延时，所有发出请求的客户端共享同一信息包，并且信息可发送任意地址客户端，从而显著减少网络传输数据量。这样，网络利用率显著提高，成本明显下降。

③.点播与广播。前者是客户端与服务器间的主动连接方式，用户通过选择内容项目来初始化客户端连接，可选择开始、停止、后退、快进、暂停流等，该连接方式实现对流的最大控制，但由于各客户端独立连接服务器，因而网络带宽难以保证；后者指用户被动接收流的连接方式，该方式中数据包将发送给网络上的所有用户，客户端只能接收但不能控制流，例如，用户端不能暂停、快进、后退数据流等。

上述几种播放方式中，单播方式需复制多个数据包，并以多个点对点的方式分别传输给所需用户；广播方式的数据包则传输给网络上的所有用户，不管其是否需要，这两种传输方式显然非常浪费网络带宽。而组播方式取上述两种方式之长处，克服其弱点，仅将数据包传输给需要的那些客户。由于该方式不需传输大量数据包，亦不将数据包发送给并非需要用户，有效保证媒体传输仅占用最小带宽。（5）、流媒体系统的关键技术

流媒体系统中，影响流媒体播放质量的3个最关键的因素是：编码和压缩的性能与效率、媒体服务器的性能、媒体流传输的质量控制。

①.编码/压缩技术流媒体系统中的编码用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式。

影响音/视频流的编码性能的因素很多：首先是编码效率，要求在保证一定音/视频质量的前提下，媒体流的码流速率尽量低，以达到压缩流媒体文件的目的。其次是编码的冗余性和可靠性，与普通多媒体文件压缩/编码不同的是，流媒体文件需要在网络上实时传输，因此必须考虑传输中数据丢失对解码质量的影响。在Internet环境下，最典型的方法是多描述编码(MDC)。MDC把原始的视频序列压缩成多位流，每个流对应一种描述，都可以提供可接受的视觉质量，多个描述结合起来提供更好的质量。最后需要考虑速率调节的能力，一种方法是采用可扩展的层次编码，生成多个子位流（Substream），其中一个位流是基本位流，它可以独立解码，输出粗糙质量的视频序列，其他的子位流则起质量增强的作用，所有的子位流一起还原出最好质量的视频序列。当网络速率变化时，可以通过调节流输出的层次来控制码流的速率，从而适应网络速率的变化。

②.媒体服务器

流媒体系统中的媒体服务器用于存放和控制流媒体的数据。

随着流媒体规模的扩大，流媒体服务器的性能成为制约流媒体服务扩展能力的重要因素。流媒体服务器性能的关键指标是流输出能力和能同时支持的并发请求数量。影响流媒体服务器性能的因素很多，包括CPU能力、I/O总线、存储带宽等。通常单个流媒体服务器的并发数都在几百以内，因此为了具有更好的性能，目前的高性能流媒体服务器都采用大规模并行处理的结构，例如采用超立方体的结构将各个流媒体服务单元连接起来。还有一种方法是采用简单的PC集群的方式，这种方式下多个PC流媒体服务器用局域网连接，前端采用内容交换/负载均衡器将流媒体服务的请求分布到各个PC媒体服务单元。后一种方式的性能不如前一种方式，但是成本低，容易实现。③.流媒体传输网络流媒体传输网络是适合多