安防知识大全之网络视频服务器篇

安防知识大全之网络视频服务器篇网络视频服务器介绍...........................1网络视频编码器...............................3H.264：视频压缩编码新发展....................4监控中的视频压缩技术.........................6视频压缩技术比较.............................7MPEG-4标准及其优点.........................14揭开H.264的面纱............................15网络视频服务器(DVS)与硬盘录像机(DVR)及视频采集卡的区别....................................17网络视频服务器和硬盘录像机的比较............18如何选购网络视频服务器......................21网络视频服务器选型前必须弄明白的13个问题...23网络视频服务器介绍在人类文明里，陆续出现了三种电子网络，最早出现的是电话网络，大约在一百年前，电话的发明改变了人类沟通的方式，之后，电话网络陆续建成，目前已是地球上最大最方便的电子网络，而且持续在扩张中。第二种电子网络是有限电视网，随着电视的普及与有线电视的蓬勃发展，网络的涵盖率也逐年的升高，最后一种网络就是电脑网际网络。本来三种网络各不相干，但自从人们透过MODEM利用电话网络来传送电脑资料，透过CABLEMODEM经由有线电视网络连接网际网络后，这三种电子网络已互相有些交互影响了，这些演变，也悄悄的在监视系统中产生了一些冲击。网络视频服务器，即是在这个冲击产出的产品。本文仅就可以在网际网络上传输图像的网络视频服务起做一番探讨。一、数字化传统的视频图像是模拟的讯号，而且各国的视频标准各有不同，例如台湾地区是使用美规的NTSC，大陆及欧洲地区则是使用PAL系统，我们就我们较熟悉的NTSC系统而言，它每秒有60个FIELD，其中单数的FIELD与双数的FIELD合成一个Frame，每个Frame有525条扫描线，诚如大家熟知的，网际网络传输的资料均为数字式，所以，如果我们要在网际网络上传输视频图像则必须先将图像数字化。图像数字化分为两个步骤：一为取样（Sampling）,二为量化（Quantization）。图像的取样是二维的，通常是每个Frame的长与宽，例如640*480，800*600等等，量化则是将已取样的Pixel，设定适当的值，例如0-255，0-65535等等，假设我们以640*480来取样，以16bits来加以量化，则一秒钟视频图像的资料长度为：640*480*16bits/8bits*30frames/seconds=18432kbytes/second=18MB一分钟视频图像的资料长度为：18MB*60=1080MB一小时视频图像的资料长度为：1080MB*60=64800MB想象一下这个资料量的巨大，我们一般拨接上网的频宽33.6kbps，大约每秒只能传3KB的资料，如果以这样的频宽来传送一分钟的图像资料大约需要4.2天才能完成，计算如下：1080MB*1024/3/60/24=4.2666因此，不将数据压缩而直接传送，确定是不可行的，于是，图像压缩的技术在图像传输的应用上，便更突显其重要性。二、数据压缩数据压缩的演绎法众多，有的着重执行速度、有的着重压缩比，标准格式，或特殊功能等等不一而足，其中使用于图像压缩的演绎法可粗分为两类，第一类是losslessimagecompession,是一种压缩再解压缩后不会产生任何误差的演绎法。例如运用于传真机的JBIG（JointBi-levelImageExpertsGroup）就是losslessimagecompression,第二类则为lossycompression是一种压缩再解压缩后产生误差的演绎法。如JPEG（JointPictureExpertGroup）,ITU-TH.263等等演绎法就是lossycompression,由于人类对于诸如声音或图像等连续讯号源之些微的误差，无法在有限的时间内有效的察觉。于是乎运用lossycompression来做图像压缩不但可以获得不错的压缩比，也可以兼顾不错的品质，一般而言，利用JPEG压缩只须利用100KB/second的频宽就可以实时地传送图像，如果利用H.263压缩更可以只利用5KB/second就可以实时传送图像，100KB的频宽对于LocalAreaNetwork而言，尚可承受；而5KB的频宽对于Internet的环境也相对的变为可行。因此，我们可以运用适当的压缩演绎法将图像资料先加以压缩，再透过LAN或Internet来传送，即可达到在网络上传输图像的目的。三、传输与浏览接下来是如何将从网络上传输来的图像资料接受及显示。浏览器几乎是目前连上网际网络最常用的软件，那么，如果能使用浏览器来接收由服务器传来的实时图像再加以显示出来，岂不妙哉！下述三钟方式即可实现。1．透过电话网络传输任何PC以拨接方式，联机网络视频服务器后，以浏览器观看远方实时图像。这种方式的联机，网络视频服务器随时待机等待PC拨入，只允许一个使用者上线。2．透过电脑网络传输任何PC以浏览器观看在同一电脑局域网络上的网络视频服务器的实时图像。这种方式的联机，网络视频服务器固定联机在网络上，可允许多个使用者上线。3．透过网际网络传输任何PC都可以连上网际网络以浏览器观看网络上的网络视频服务器的实时图像。这种方式的联机，网络视频服务器以Modem,CableModem或ADSL联机网际网络，可允许多个使用者上线。要达成上述功能，可以使用PC搭配图像撷取卡，及适当的软件，理论上，即可完全实现。不过，必须具备相当的多媒体电脑知识。当然在系统安装，操作及维护上，需要花费一些工夫。另外，也可以选择单一功能的网络视频服务器。大部分的网络视频服务器都是嵌入式系统设计，接上电源即可使用。安装操作都十分简便。这类产品都具备有Ethernet及Comport可连接到各式的网络，可外接4支摄像头，并内建WebServer,允许使用者直接已浏览器观看图像。有些产品甚至具备控制摄像头摇摆，放大。图像动态侦测及报警等监控功能。另外，也有带摄像头镜头的网络视频服务器或称NetworkCamera.•DynamicIPorFixedIP如同其他网络服务器一般，网络视频服务器也需要一个固定的PublicIP，就象话机需要一个电话号码，别人才能打电话给你。IPAddress可分为DynamicIP及FixedIP。一般提供拨接上网的ISP（InternetServerProvider）通常会在客户上网时，才提供IP，而且每次客户上网时获得的IP不一定相同，是为DynamicIP。而固接上网的客户，通常会有固定的IP。但是租用费用比较高。网络视频服务器必须有一个固定的IP，才能使任何人以浏览器观看图像。网络视频编码器网络视频编码是一种压缩、处理音视频数据的专业网络传输设备，由音视频压缩编解码器芯片、输入输出通道、网络接口、音视频接口、RS485串行接口控制、协议接口控制、系统软件管理等构成，主要是提供视频压缩或解压功能，完成图象数据的采集或复原等,目前比较流行的基于MPEG-4或H.264的图像数据压缩通过Internet网络传输数据以及音频数据的处理。经过近几年的发展，目前已经由单功能的视频传输,逐渐发展成为带WIFI网络，带本地SD卡存储，或USB存储或IDE硬盘存储等；传输通道也从原来单路逐渐发展成为：单路D1，两路HD1，四路CIF和多路兼容的多菜单操作与管理的集成系统。目前，网络视频服务器的通讯方式也由原来单纯的有线网络，逐渐发展成为：有线与无线WIFI（802.11abg通讯协议）兼容,无线的传输距离也由原来的几十米（30-100米），发展成为目前的几十公里（30-50公里）。H.264：视频压缩编码新发展JVT（JointVideoTeam，视频联合工作组）于2001年12月在泰国Pattaya成立。它由ITU-T和ISO两个国际标准化组织的有关视频编码的专家联合组成。JVT的工作目标是制定一个新的视频编码标准，以实现视频的高压缩比、高图像质量、良好的网络适应性等目标。目前JVT的工作已被ITU-T接纳，新的视频压缩编码标准称为H.264标准，该标准也被ISO接纳，称为AVC（AdvancedVideoCoding）标准，是MPEG-4的第10部分。H.264标准可分为三档：1.基本档次（其简单版本，应用面广）；2.主要档次（采用了多项提高图像质量和增加压缩比的技术措施，可用于SDTV、HDTV和DVD等）；3.扩展档次（可用于各种网络的视频流传输）。H.264不仅比H.263和MPEG-4节约了50％的码率，而且对网络传输具有更好的支持功能。它引入了面向IP包的编码机制，有利于网络中的分组传输，支持网络中视频的流媒体传输。H.264具有较强的抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输。H.264支持不同网络资源下的分级编码传输，从而获得平稳的图像质量。H.264能适应于不同网络中的视频传输，网络亲和性好。（一）、H.264视频压缩系统H.264标准压缩系统由视频编码层（VCL）和网络提取层（NetworkAbstractionLayer，NAL）两部分组成。VCL中包括VCL编码器与VCL解码器，主要功能是视频数据压缩编码和解码，它包括运动补偿、变换编码、熵编码等压缩单元。NAL则用于为VCL提供一个与网络无关的统一接口，它负责对视频数据进行封装打包后使其在网络中传送，它采用统一的数据格式，包括单个字节的包头信息、多个字节的视频数据与组帧、逻辑信道信令、定时信息、序列结束信号等。包头中包含存储标志和类型标志。存储标志用于指示当前数据不属于被参考的帧。类型标志用于指示图像数据的类型。VCL可以传输按当前的网络情况调整的编码参数。（二）、H.264的特点H.264和H.261、H.263一样，也是采用DCT变换编码加DPCM的差分编码，即混合编码结构。同时，H.264在混合编码的框架下引入了新的编码方式，提高了编码效率，更贴近实际应用。H.264没有繁琐的选项，而是力求简洁的“回归基本”，它具有比H.263++更好的压缩性能，又具有适应多种信道的能力。H.264的应用目标广泛，可满足各种不同速率、不同场合的视频应用，具有较好的抗误码和抗丢包的处理能力。H.264的基本系统无需使用版权，具有开放的性质，能很好地适应IP和无线网络的使用，这对目前因特网传输多媒体信息、移动网中传输宽带信息等都具有重要意义。尽管H.264编码基本结构与H.261、H.263是类似的，但它在很多环节做了改进，现列举如下。1．多种更好的运动估计高精度估计在H.263中采用了半像素估计，在H.264中则进一步采用1/4像素甚至1/8像素的运动估计。即真正的运动矢量的位移可能是以1/4甚至1/8像素为基本单位的。显然，运动矢量位移的精度越高，则帧间剩余误差越小，传输码率越低，即压缩比越高。在H.264中采用了6阶FIR滤波器的内插获得1/2像素位置的值。当1/2像素值获得后，1/4像素值可通过线性内插获得。对于4:1:1的视频格式，亮度信号的1/4像素精度对应于色度部分的1/8像素的运动矢量，因此需要对色度信号进行1/8像素的内插运算。理论上，如果将运动补偿的精度增加一倍（例如从整像素精度提高到1/2像素精度），可有0.5bit/Sample的编码增益，但实际验证发现在运动矢量精度超过1/8像素后，系统基本上就没有明显增益了，因此，在H.264中，只采用了1/4像素精度的运动矢量模式，而不是采用1/8像素的精度。多宏块划分模式估计在H.264的预测模式中，一个宏块（MB）可划分成7种不同模式的尺寸，这种多模式的灵活、细微的宏块划分，更切合图像中的实际运动物体的形状，于是，在每个宏块中可包含有1、2、4