银行安防体系中数字监控的设计

北京工业大学

硕士学位论文

银行安防体系中数字监控的设计

姓名:邓晓鹏

申请学位级别:硕士

专业:计算机技术

指导教师:张书杰;洪卫军

20040401

摘要

摘要

在我国进入WTO之后,银行系统面临着国外银行业强有力的竞争,因此带来银行职能的转变和管理方式的变革。这就为建立强有力的安防体系提出期望。在本文中主要针对银行安防体系进行阐述,并着重分析其中的重要组成部分(防入侵报警、电视监控、出入口控制等子系统)。

电视监控系统是安全技术防范体系中的一个重要组成部分,是一种先进的、防范能力极强的综合系统。在银行体系中视频监控占重要地位。现今视频监控技术正在从经典的模拟视频向数字化转变。尤其现在计算机技术的迅猛发展,存储技术的改进,以及视频压缩技术的发展,更加推动了安防系统向数字化转化的进程。

本系统运用计算机分布式理论,设计出一套应用于银行系统的视频监控系统。它主要采用多CPU协同工作,分别控制A/D转换、视频捕捉、矩阵切换、多画面分割、大屏幕显示、视频压缩、录像写/放及联动报警等监控报警过程中的各个技术环节,并采用先进的MPEG(MovingPicturesExpertsGroup)视频压缩技术,以及流行的流媒体(StreamingMedia)技术,实现了视频信息的海量存储和信息的网络传输浏览。

关键词银行;数字视频监控:数字视频压缩;流媒体

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ABSTRACT

AfterourcountryenteredtheWTO,thebanksystemhavebeenfacedofthepowerfulcompetitionoftheforeignbanking,andallofthisbringthechangeofthebankworkingtalentandthemanageway.Thisjustbringsuptheexpectationforestablishingpowerfulsecurity&protectionsystem.Thistextisprimarilyprecedingtheelaborationaimingatthebanksecurityprotectionsystem,andputgreatemphasisonanalyzingtheimportantcomponentsfsomesub—systeme.g.:defendinginvading

andentrancecontrollingetc.

alarming,TVmonitor,exit

TheTVmonitorsystemisanimportantcomponentofthesecurity&

protectionsystem,andit’Salsoanadvancedcomprehensivesystemofpowerfuldefendingcapability.InthebanksystemthevideomonitortakesanimportantpositionAtpresentthetechniqueofthevideomonitorischangingfromtheclassicanaloguevideotothedigitaldirection.Particularlynow,thegreatdevelopmentofthecomputer

andthedevelopmentofthevideotechnique,theameliorationofthestoragetechnique

compressiontechnique.pushesthedigitalconversionprocessofthesecurity&protectionsystem.

Thistextusesthecomputerdistributiontheories,designsavideomonitorsystemthatisappliedinthebanksystem.hmainlyusesmulti-CPU’scoordinatedworking,

matrixcutover,therespectivelycontrolstheA/Dconversion,thevideocatching,the

videocompression,thevideotapemulti-picturespartition,thebigplatedisplay,the

thetechniquelinkofthevideowrite/playandthecombinedalarmingetc.,theseare

advancedMPEG(MovingPicturesExpertsGroup)alarmingprocess.Italsoadopts

videocompresstechniqueandpopulartechniqueofStreamingMedia,SOastorealize

thesea-quantitystorageofthevideoinformationandthenettransmissionviewoftheinformation.

KEYWORDSBank;DigitalVideoMonitor;TeohniqueOfTheCompressedDigitaIVideo:StreamingMedia

.Ⅱ.

独创性声明

本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

签名:经盛邋日期

石向手日

关于论文使用授权的说明

本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅:学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

(保密的论文在解密后应遵守此规定)

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第1章绪论

第1章绪论

1.1银行安全技术防范工作现状及发展趋势

1.1.1银行安防工作的重要-陛

银行安全技术防范系统在预防和打击犯罪上发挥了积极有效的作用,确保了国家财产和职工的生命安全,是社会公共安全的重要组成部分,对它的现状及发展趋势的了解将有助于我们进一步加强银行安全防范工作。

随着计算机和互联网技术高速发展,传统的安全技术防范产业正逐步融合到高新技术产业中,同时银行也面临着我国加入WTO后,银行职能的转变和管理方式的变革。如何在变化的形势下制定银行安全技术防范工作的指导思想和发展规划,构架基于银行自身特色的技术标准和管理方式,优化配置设施资源,加强对项目的监理,培养专业化队伍,是我们应该进行认真研究和探讨的问题。

1.1.2银行安全技术防范工作的发展历程

银行安全技术防范工作的发展大致经历了两个阶段。

第一阶段是80年代末期和90年代初期。针对严峻的治安形势,银行在当时的省分行和大部分二级分行及发达地区的部分支行的金库、点钞室等重点要害部位安装了电视监控报警系统,并在全国绝大部分支行的金库等重点部位安装了报警系统。另外,还有部分一级行为确保运钞车途中安全,在全省范围内组建了短波通信网,利用短波信道与运钞车进行途中通信。

当时中国的安全技术防范行业还处于起步阶段,国内主流市场基本上被同本、美国和台湾安防产品所垄断。限于当时资金、技术等客观原因,大部分系统功能单一,故障率较高。同时在系统方案的设计论证、安防工作管理等上面都明显存在不足,缺乏统一的技术标准,工程质量得不到保证,更没有形成规模效益。

第二阶段是90年代中后期。银行在专项资金投入、规范性管理上,都有了

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极大的提高。全国基本上形成了省分行集中管理的格局,大部分省分行根据实际情况,制定了相应的技术及管理标准,并对辖内各级行进行了电视监控报警系统更新和改造,在部分行的金库、计算机机房等重点要害部位安装了出入口控制系统。但由于缺乏科学系统的整体规划和研究,在项目的可行性论证与规范化操作、工程监理和验收、技术队伍的培养和安全防范新技术的学习应用上,都还存在一些不足之处。

随着社会需求的增加和技术的进步,安防行业迅速成为~个急剧增长的热点市场,跨国公司大举进入中国市场,民族产业经过近十年的发展,在产品技术、品种和质量上都获得了全面提高,已逐步接近和赶上国际水平,此时的市场和产品可谓“百家争鸣,百花齐放”。在激烈的市场竞争中,高端市场仍是国际上几家著名企业占优势。

1.1.3安全防范技术发展趋势

随着信息技术和互联网的高速发展,传统的安防系统将与各种信息网络(电话网、综合数据网、无线数据网)结合起来,成为一种开放的、灵活的系统。

由于数字信号具有频谱效率高、抗干扰性能力强、失真少等模拟信号无法比拟的优点,传统的安全防范系统将在图像数字化技术的基础上,逐步转为以图像探测和图像处理为核心。计算机多媒体技术在安防系统中开始从前台管理向后台处理发展,在数字图像的层面上提取有用信息,进行传送和存贮及相关的处理,在出入口控制系统中的特征识别装置将从定义识别变为以模式识别为主,从编码数据的提取变为图像、图形的提取,使其更具智能化,利用图像压缩技术和调制解调技术传输动态图像,是目前远程监控报警技术的发展趋势。

可以看到,随着视频技术、图像压缩技术和计算机技术的发展及相应标准的完善,各种专用芯片的研制成功,将把报警探测、出入口控制和电视监控整和为一体,成为全新概念的安防技术系统。

另外一种趋势是采用现场总线控制系统,也就是FCS(FieldbusControlSystem)。FCS系统以其网络化、标准化、开放性和可以互操作等诸多技术优势带来的控制系统的技术更新和工程设计方法的革命。具有代表性的是LonWorks控制网络技术。

第1章绪论

短波通信高频自适应技术得到了快速发展,短波设备的性能有了进一步提高,主要采用了实时信道估值(RTCE)技术。还有全球移动卫星通信系统也进一步完善,GPS接收机性价比的不断提高,在很大程度上改进了通信质量和服务。

1.2采用防范产品与系统(工程)的基本特征和技术要求

以维护社会公共安全和预防灾害事故为目的的安全防范产品和系统(工程),其基本特征是要有高安全性、高可靠性和高性能/价格比,其相应的技术要求必须满足这些基本特征的要求。

1.2.1高安全-性(Safety/Security)

安防产品和系统是用来保护人、保护财产安全的,它本身必须安全,因此这罩所说的高安全性一方面是指产品或系统的自然属性或准自然属性应该保证设备、系统运行的安全和操作者安全,例如:设备和系统本身要能防高温、低温、湿热、烟雾、霉菌、雨淋、防(宇宙)射线辐射、防电磁干扰(电磁兼容性)、防冲击、碰撞、跌落等设备、系统的运行安全。防火、防雷击、防爆、防触电设备、系统的运行安全和操作人员的安全。

另一方面,产品或系统还应具有防人为破坏的功能,如:具有防破坏的保护壳体,具有防拆报警、防短路、开路、并接假负载、防内部人员作案的软件等。

为此,产品与系统除应满足有关的产品标准和系统的技术要求以及气候环境适应性要求、电磁兼容性要求外,还应特别注意防人为破坏的技术要求。这是安防产品与系统和其它产品(系统)的不同之处。是设计、制造、安装安防产品和系统时必须首先要考虑的问题。

1.2.2高可靠性(ReliabiIity)

安防产品和安防系统以预防损失、预防犯罪为主要目的,它是常备不懈的哨兵。俗话说”养兵千日,用兵一时”不怕一万,就怕万一”这两句话可以形象地说明安防产品和系统的高可靠性的重要意义。一个报警系统在其有效寿命期

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的大多数或绝大多数时间内可能是没有警情发生因而不需要报警的,出现警情需要报警的概率一般是很小的,而如果在多少万分之一或更小的概率内报警系统失灵,就意味着灾难的降临。因此,任何一种安防产品,任何一个安防系统(工程),在它设计、施工、使用的各个阶段,必须实施可靠性设计(冗余设计)和可靠性管理,以保证产品和系统的高可靠性。

在理论上,所谓可靠性,就是产品(或系统)在规定条件(使用条件=工作条件+环境条件)下和规定时间内完成规定功能的能力。定量表示可靠性的数学特征量有可靠度、累积失效概率、失效率、平均无故障工作时间(MTBF:Meantimebetweenfailures)、有效度等。对电子设备和系统(安防产品和系统也基本上是电子产品与系统)而言,衡量可靠性最常用的指标就是MTBF一产品(系统)无故障工作时间的平均值。它实际上表示的是产品(或系统)的可修复性的技术指标。

要保证系统的可靠性,必须首先提高系统所用设备的可靠性,这是因为:系统的可靠度

其中:Ri是系统所用第i种设备的可靠度,pi是其对应的加权因子。

因此,理论上讲,系统越是复杂,它所用的设备越多,系统的可靠性就越低,所以在设计安防系统时,为保证系统的高可靠性,通常采取以下措施:

●提高设备(或系统)的平均无故障工作时间(有较高的MTBF值)。

?提高设各系统的易维修性(组件、插板的易更换)。

●提高设备系统的冗余度:关键设备要有备份(热备份)。备份不能只是摆设,

而是要在设备真正出问题时能做到自动转接。

一般的产品或系统,也要求高可靠性。比如一台电视机,如果在它的使用寿命之内失效,不看电视就是了。但对于安防产品和安防系统(工程)来说,如果在规定条件和规定时间内,不能完成规定的功能,就是说,该报警的时候不报警(漏报)或者误报警,就会导致财产和生命的损失,就不能预防损失和扼制犯罪。所以安防产品和系统必须做到高可靠性。

1.2.3高?性能/价格比

安防产品与系统的设计,要根据被保护对象的风险等级和防护级别的要求

第1章绪论

综合考虑,选择与风险等级和防护级别相适应的高性能/价格比的产品和系统。?所谓风险等级是指存在于人或财产周围的对他(它)们构成严重威胁的程度(Levelofrisk)。

●所谓防护级别是指对人和财产安全所采取的防范(技术的和组织的)措施的

水平(Levelofprotection)。

●安全防护水平是指风险等级被防护级别所覆盖的程度(Levelof

security)。

风险等级和防护级别的划分不是绝对的,只有相对的意义。一般来说风险等级与防护级别的划分应有一定的对应关系:高风险的对象应采取高级别的防护措施,才能获得高水平的安全防护。如果高风险的对象采取低级别的防护,安全性必然差,必然发生事故,这当然是要避免的,但如果低风险的对象采用高级别的防护,安全性当然高,但这种系统的性能/价格比一定会降低,造成浪费。这也是不可取的。

因此,在保证系统安全防护水平的前提下,保证高性能/价格比是考核系统设计的重要指标。高性能价格比就是系统的经济性、实用性。

1.3智能安防系统的结构式及其主要子系统

智能安防系统的结构模式可粗略地分为组合式和(准)集成两大类。前者的特点是系统的各子系统分别单独设置,集中管理;后者的特点是通过统一的通信平台和管理软件将各子系统联网,从而实现对全系统的集中管理、集中监视和集中控制‘…。

目前,智能安防系统所包括的主要子系统是:防盗(劫)报警子系统、电视监视报警子系统、出入口控制报警子系统、保安人员巡更报警子系统、访客报警子系统、汽车库综合管理系统、与110报警中心联网的报警信号传输系统以及其它子系统。这些子系统可以单独设置、独立运行,也可以由中央控制室进行集中监控,还可以与其它综合系统进行系统集成和集中监控。现对智能安防系统的各主要子系统简介如下;

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1.3.1防盗(劫)报警子系统

一般分为周界防护、建筑物内区域/空间防护和对实物目标的防护。系统的前端设备为各种类型的报警探测器(传感器);传输方式可采用有线和无线,有线传输又可采用专线传输和电话线传输等方式;系统的服务器端是显示/控制/通信设备,可采用独立的报警控制器,也可以采用报警中心控制台。不管采用何种方式,都要求实现对设防区域的非法入侵进行实时、可靠和正确无误的报警和复核。漏报警是绝对不允许的,误报警应降低到可以接受的限度。为预防抢劫(或人员受到威胁),系统应设置紧急报警装置和留有与110接警中心联网的接口。

1.3.2电视监视报警子系统

闭路电视监视报警系统一般用于对建筑物内的主要公共场所和重要部位进行实时监视、录像和报警时的图像复核。系统的前端设备是各种类型的摄像机(或视频报警器)及其附属设备;传输方式一般采用同轴电缆或光缆传输;系统的服务器端设备是显示/记录/控制设备,一般采用独立的视频监控中心控制台或监控报警中心控制台。

安全防范用的闭路电视监视系统一般应与防盗报警系统、出入口控制系统等联动,由智能安防系统中央控制室进行集中管理和监控。

独立运行的闭路电视监视系统,画面显示应能任意编程、自动或手动切换,画面上应有摄像机的编号、地址、时间、日期等信息显示,并能将现场画面自动切换到指定的监视器上显示,对重要监视部位应能进行长时间录像。这种系统应设置紧急报警装置和留有与110接警中心联网的通信接口。

报警发生时,系统应能对报警现场进行图像(和声音)的复核,这是对安全防范电视监视系统的一项基本要求,不管是独立运行的系统,还是联动的系统,或是与其它系统联网实施集中管理、集中监控的系统,都要求做到这一点,才能保证不发生漏报警和少发生误报警。

第l章绪论

1.3.3出入口控制报警子系统

所谓出入口控制报警系统,是指采用现代电子与信息技术,在建筑物内外的出入1:3对人(或物)的进、出,实施放行、拒绝、记录和报警等操作的一种电子自动化系统。它一般由出入口目标识别予系统、出入13信息管理子系统、出入口控制执行机构三部分组成。

系统的前端设备为各种出入1:3目标的识别装置和门锁启闭装置(执行机构);传输方式一般采用专线或网络传输;系统的服务器端为显示/控制/通信设备,可采用独立的门禁控制器,也可以通过计算机网络对各门禁控制器实施集中监控。出入口控制系统一般要与防盗(劫)报警系统、闭路电视监视系统和消防系统联动,才能有效地实现安全防范。

出入1:3目标识别子系统可分为对人的识别和对物的识别。以对人的识别为例,可分为生物特征识别系统和编码识别系统两类。

生物特征识别(由目标自身特性决定)如:指纹识别、掌纹识别、眼纹识别、面部特征识别、语音特征识别等。

编码识别(由目标自己记忆或携带)如:普通编码键盘、乱序编码键盘、条码卡识别、磁条卡识别、接触式Ic卡识别、非接触式IC卡识别等。

1.3.4智能安防系统的其它子系统

除了上述三个主要子系统外,一个完整的智能安防系统综合系统,通常还包括保安人员巡更报警子系统,访客报警子系统以及其它安防子系统。巡更报警子系统通过预先编制的保安巡逻软件,应用通行卡读出器对保安人员巡逻的运动状态(是否准时、遵守顺序等)进行监督,做出记录,并对意外情况及时报警。访客报警子系统是使楼内居住的人员与访客可双向通话或可视通话,楼内居住人员可对楼内入口门或单元门实施遥控开启或关闭,并在意外情况发生时能向保安中心报警。

其它安防子系统是根据安全防范管理工作的需要而设置的。如汽车库综合管理系统,要对车库(场)内车辆通行道13实施出入控制、监视、行车信号的指示以及停车计费等综合管理;重要仓储库安防系统,要对建筑物内的重要仓储库,实施有效的出入口控制、防盗、监视控制和管理等。在在地享受到高科技

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的恩惠,这是我国科技工作者的责任。作为一名公安科技工作者,愿和大家共同努力,做出我们应有的贡献。

第2章技术分析

第2章技术分析

2.1视频监控系统的发展现状及趋势

2.1.1视频监控系统简介

视频监控系统亦称电视监控系统是安全技术防范体系中的~个重要组成部分,是一种先进的、防范能力极强的综合系统。它可以直接通过摄像机观察现场的情况,将监控区域的图像、声音内容采集下来同时传送至监控中心,获取第一手的资料,同时可与其它的报警系统联动运行,组成强大的防范体系【1J。模拟电视监控系统发展到今天,技术水平已相当成熟,当然也暴露出一些弊病,如信号抗干扰性能差、失真率高、图像实时性差等,证明经典的模拟电视监控系统已不再适应现今高速发展的社会。

随着,计算机技术的迅猛发展,存储技术的改进,为传统的安防系统向数字性转化提供了契机。与经典的电视监控系统相比,数字信号具有频谱效率高、抗干扰能力强、失真少等特点,能更好地向公安机关提供有力的证据,更适合国家的许多重要保卫目标、政府机关、金融机构、重点文化保护部门等多个领域.

2。1.2视频监控系统发展的历史

视频监控系统是随着电视和摄像机的出现发展壮大起来的。在这短短的几十年的发展里程中,伴随着新技术革命的不断冲击,经历了如下几个阶段:

2.1.2.1一对一监视系统

最早期的产品,多以摄像机与监视器(电视)为主,连接方式是靠视频电缆一对一直接连接,有多少个摄像机就有多少个监视器,没有任何技术含量,是闭路监控系统发展的初级阶段。

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2.1.2.2控制电路系统

人们在实践中慢慢的发现,这一模式对监视器是~种极大的浪费,随之逐渐出现了视频切换器,来弥补这一不足。对监视范围要求进一步的扩大,和对变倍镜头及云台的引入,必然导致控制器的出现。此时的切换控制电路系统因受技术的限制,只是简单的硬件电路组合,视频切换和控制是独立的,控制多路是采用多路开关,配合多心电缆一对一直接连接的线控方式。传输距离近,布线复杂,操作烦琐,难以实现多中心控制,系统容量小,扩展困难,不能实现区域连网。

2.1.2.3处理器监控系统

二十世纪七八十年代,随着新技术革命的兴起,微处理器进一步普及和发展起来,闭路监控系统真正拥有了一颗自己的“芯”,将切换和控制合二为一,是一个不小地进步。但随着时代的变迁,这一系统满足不了现代化的需要。因采用非标系统,缺乏良好的人机界面,无法与标准的计算机连网,兼容性差,系统升级困难。

2.1.2.4外挂多媒体的监控系统

九十年代,随着计算机多媒体技术的萌芽和发展,人们慢慢地利用简单的计算机编译和控制方式,向计算机多媒体化过度,利用计算机显示器的高解析度,将一路视频传输近来,通过视频捕捉卡采集到计算机显示。但是,控制及切换主机仍为传统的非标设备,只是通过串口与计算机相连,完成简单的控制工作,这一模式我们称为“外挂多媒体的监控系统”。

2.1.2.5过度型数字视频监控系统

九十年代末,随着数字视频技术的发展,数字化的概念逐渐被人们接受,一些从事视频的厂商看到这一领域有利可图,便将民用的视频技术转化后推出自己的视频系统用于监控领域。但是,这些厂商的非标准性,存在一定的安全隐患,往往不符和公安部安防标准的要求,不能作到可持续发展的要求,同时

第2章技术分析

售后服务很难保证,所以只能是“过度型”。

2.1.2.6数字多媒体监控管理系统

何谓真正意义上的“数字多媒体监控系统”。就是完全基于计算机的技术,结合安防监控的标准,运用最新的数字视频技术,网络通讯技术建立一套软硬件相互结合的安防体系产品。优化内部结构,提高整体性能和反映速度,适应新技术不断发展的需要,并向用户提供全面的增殖服务,并对不同行业不同需求提供全面的解决方案。

今天,监控系统在安全防范行业中的数字化趋势越来越明显,数字信号具有频谱效率高、抗干扰能力强、失帧少等特点,这都是模拟信号无法比拟的。

数字化多媒体网络监控系统通过对目标范围进行实时监控,所捕捉图像可以存贮在硬盘上回放,还可以作到报警连动,报警时自动录像,作到实时记录现场情况。便于查询和检索,可以打印、转储、输出等。利用数字化网络优势,利用IP技术,通过LAN/WAN,实现远程传输,它是随着计算机、多媒体、数字压缩以及网络技术等发展而应运而生的。

多媒体数字监控系统,采用高性能工控机取代了传统的“模拟”方式监控系统。取代了以前模拟所需的大量监视器、录像机、画面分割器、解码器、视频切换器及矩阵系统等设备。数字监控系统的出现,不仅降低了系统造价、而且使得系统简单化,易于操作,而且数字处理的图像清晰度高,性能领先,稳定性强,综合造价低,管理费用低,还可以进行远程传输,适用无人值守等。

数字化带来了压缩技术的进步,使得大量资料得以压缩,通过传输线路,通过计算机技术并对图像进行解压缩显现原始的画面。由于数字化技术强大的纠错的功能,使资料得以修正,画面品质高,同时减少硬件设备的投入,节省投资。’

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2.2数字视频技术发展现状及趋势

2.2.1DVR视频压缩技术与应用最新动态

从市场应用来看,目前从DVR的应用对象来看主要分为两大类,即环境保安监控,银行柜员制监控,尤其是通过两年来的市场培养,技术宣传,实际应用,数字硬盘技术的优越性已经逐步被国内银行系统所认可,众多的省份的各大银行也逐步在柜员制上引入硬盘录像系统,单从这点来看DVR系统具有广阔的市场应用前景,将来在电信,电力,公安,海关,司法等部门还将得到更大的应用。

从视频压缩角度来看,两种应用场合对DVR的技术要求水准不一样。保安监控要求路数多,不要求实时录像,而银行柜员制要求路数不多,但要求清晰度高,能够实时录像。综合目前的DVR产品来看,MJPEG压缩标准的DVR主要应用于保安领域,MPEG一1压缩标准主要应用于银行柜员制领域。

2.2.2MJPEG、MPEG一1技术分析及缺陷

无论采取任何压缩技术,对最终用户来言他最为关心的无非几大要素:清晰度、存储量、稳定性还有价格。采用不同的压缩技术,在很大程度影响以上几大要素。

MJPEO(MotionJPEG)压缩技术,主要是基于静态视频压缩发展起来的技术,它的主要特点是基本不考虑视频流中不同帧之间的变化,只单独对某一帧进行压缩。目前的基于该技术的视频卡也主要是完成数字视频捕获功能,在后台由CPU或专门的JPEG芯片完成压缩工作。

MJPEG压缩技术可以获取清晰度很高的视频图像,而且可以灵活设置每路视频清晰度,压缩帧数,但付出的代价是在保证每路都高清晰度的条件下,受处理速度所限,无法完成实时压缩,有很强的丢帧现象,同时由于没有考虑到帧间变化,造成大量冗余信息被重复存储,因此单帧视频的占用空间较大,目前流行的MJPEG技术最好的也只能做到3K,帧,通常要8-20K!简单计算可

第2章技术分析

以发现即使是丢帧录像,也将耗费大量的硬盘空间,尤其在保安监控领域,由于监控摄像机较多(16路通常),同时进行高清晰度录像,保证一个月的录像存储量是十分惊人的,甚至远远超过采用MPEG--1实时录像技术产品。相信使用过该技术产品的用户对此有深刻印象。

MPEG一1实时视频压缩技术是目前市场DVR产品主流。

MPEG一1压缩标准制定于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—CI)、CD—I。他可针对CIF标准分辨率(对于NTSC制为352X240;对于PAL制为352X288)的图像进行压缩,传输速率为1.5Mbits/sec(最低192Kbits/sec),每秒播放30帧,具有CD(指激光唱盘)音质,质量级别基本与VHS相当。MPEGl的编码速率最高可达4-5Mbits/sec,但速率的提高,其解码后的图像质量有所降低。

较MJPEG技术,MPEG一1在实时压缩、每帧数据量、处理速度上有显著的提高。例如在国内PAL制式下,MPEGl可以满足多路25帧/秒(>16路)速度,在500Kbit/sec压缩码流(352*288)下,每帧大小仅为2K…。简单计算可以表明,MPEG一1产品的录像容量是目前硬盘容量可以忍受的(8路以下)。

目前国内DVR厂商MPEG-1产品基本都采用以色列或台湾公司的压缩芯片,通过硬件压缩技术可以有效降低计算机负担,解决多路视频同时录像计算机资源有限的问题。

但MPEG一1也有较多不利地方,其一是存储容量还是过大,尤其当DVR主机超过路数时,为了保存一个月的存储量,通常需要10个80G硬盘,或更多,硬盘投资大,而由此引起的硬盘故障和维护更是叫人头疼;其二是清晰度不够高。由于MPEG一1最大清晰度仅为352*288,考虑到容量、模拟转换成数字量化损失等其他因素,回放清晰度不高,这也是市场反应的主要问题;其三是不够灵活,只能25帧/秒,不能够丢帧录像,从目前广泛采用的压缩芯片来看,也缺乏有效的调控手段,例如关键帧设定、取样区域设定等等,造成在保安监控领域应用不适合,造价也高。其四MPEG-1由于数据量大,不适合网络传输。其实单单从民用市场上来看就知道,尽管MPEG—l曾经是VCD的主要压缩标准,但目前MPEG一2(DVD)、MPEG一4等先进的压缩标准大有取而代之的趋势。

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2.2.3MPEG-4技术剖析

2.2.3.1MPEG-4---压缩技术的革命

MPEG一4与MPEG一1、MPEG一2不l司。

)hPEG一4于1998年11月公布,原预计1999年1月投入使用的国际标准MPEG一4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专家组的专家们正在为MPEG一4的制定努力工作。MPEG一4标准主要应用于视像电话(VideoPhone),视像电子邮件(VideoEmail)和电子新闻(ElectronicNews)等,其传输速率要求较低,在4800—64000bits/sec之间,分辨率为176X144叫。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像质量。

与^/PEG一1和MPEG一2相比,MPEG-4的特点是其更适合环境交互AV服务以及远程监控。MPEG一4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一4试图将自然物体与人造物体相溶合(视觉效果意义上的)。MPEG一4的设计目标还有更广的适应性和可扩展性。MPEG一4试图达到两个目标:低比特率下的多媒体通信;多工业的多媒体通信的综合。

据此目标MPEG一4引入Av对象(Audio/'/isualObjects),使得更多的交互操作成为可能。

可见MPEG一4压缩技术原本是一种适用在低带宽下进行信息交换的音视频处理技术,它的特点是可以动态的侦测图像各个区域变化,基于对象的而调整压缩方法可以获得比MPEG-1更大的压缩比,压缩码流更低。尽管MPEG一4并不是专为视频监控压缩领域而设计,但同样也适合CIF(352*288)或者更高清晰度(768*576)情况下的视频压缩,无论从清晰度还是从存储量上都比MPEGI具有更大的优势。

2.2.3.2MPEG一4压缩标准构成

MPEG一4引入了对象基表达(object—basedrepresentation)的概念,用来表达视听对象AVO(audio/visualobjects);MPEG一4扩充了编码的数据类型,

第2章技术分析

由自然数据对象扩展到计算机生成的合成数据对象,采用合成对象/自然对象混合编码SNHC(Synthetic/NaturalHybridCoding)算法;在实现交互功能和重用对象中引入了组合、合成和编排等重要概念。MPEG一4中制定了一个称为传输多媒体集成框架DMIF(DeliveryMultimediaIntegrationFramework)的会话协议,它用来管理多媒体数据流““。该协议在原则上与文件传输协议FTP(FileTransferProtoc01)类似,其差别是:FTP返回的是数据,而DMIF返回的是指向到何处获取数据流的指针。

DMIF覆盖了三种主要技术:广播技术,交互网络技术和光盘技术。MPEG一4将应用在移动通信和公用电话交换网PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)上,并支持可视电话(Videophone)、电视邮件VideoMail)、电子报纸(ElectronicNewspapers)和其他低数据传输速率场合下的应用。

MPEG一4的标准名是Very—lowbitrateaudio—visualcoding(甚低速率视听编码)。截止到1998年9月,已作为国际标准草案DIS(DraftInternationalStandard)的MPEG一4文件有5个部分,它们是:

(1)MPEG-4系统标准,标准名是ISO/IECDIS14496—1Very—lowbitrateaudio—visualcoding—Partl:Systems。

(2)MPEG一4电视图像标准,标准名是ISO/IECDIS14496—2Verylowbitrateaudio—visumcoding—Part2:Video。

(3)MPEG一4声音标准,标准名是IsO/IEcDIS14496—3Verylowbitrateaudio-visualcoding—Part3:Audio。

(4)MPEG一4一致性测试标准,标准名是ISO/IECDIS14496—4Very—lowbitrateaudio—visualcoding—Part4:ConformanceTesting。

(5)MPEG一4参考软件,标准名是Iso/IECDIS14496—5Very—lowbitrateaudio—visualcoding—Part5:Referencesoftware。

(6)MPEG一4传输多媒体集成框架,标准名是ISO/IECDIS14496—6Very一10wbitrateaudio—visualcoding—Part6:DeliveryMultimediaIntegrationFramework(DMIF)‘”3。

北京工业大学工程硕士学位论文

2.2.3.3MPEG-4标准的技术细节

显示了从网络(或存储设备)来的流作为TransMux流,复用为FlexMux流并传给适当的获取基本流的FlexMux解复器的。基本流(ES)被解析并传递给适当的解码器。解码是从编码形式中恢复出AV对象中的数据并进行必要的操作以重建初始的AV对象以备在适当设备上演示。重建的AV对象可为影像演示中的潜在需要组合成层。解码的AV对象和影像描述信息都被用来组合作者所描述的影像。用户可在作者允许的程度上与最终演示展现的影像交互。

(1)传输多媒体集成框架DMIF

传输多媒体集成框架DMIF(DeliveryMultimediaIntegrationFramework)是在通用传输技术上的管理多媒体流的会话协议。原理上与FTP相似,唯一也是基本的差别是FTP返回数据,DMIF返回获取(流)数据的指针。类似地,当DMIF运行时,第一个动作是和远端建立会话。

MPEG-4服务器端(接收侧)的主要部分与FTP相比,DMIF既是框架又是协议。DMIF提供的功能是由称为DMIF应用接口(DAI)的接口来表达,并翻译为协议消息。这些协议消息可能基于运行的网络而不同。服务质量同样为DMIF设计所考虑,DAI允许DMIF用户为所需的流指定要求。这样就要求DMIF执行时保证要求得以实现。DMIF规格提供了在几个新网络类型,例如Internet上实现该任务的线索。

DAI也用来访问广播介质和本地文件,这意味着在多传输技术上定义访问多媒体内容的单一、统一的接口。

因此,我们适合这样说,DMIF的集成框架涵盖了三种主要技术,交互网络技术、广播技术和磁盘技术。DMIF如此以至依赖于DMIF通信的应用不必关心底层的通信方法。DMIF执行以处理关于简单应用接口的传输技术细节。应用通过DMIF应用接I=1访问数据,无论该数据来自广播源、本地存储器或远端服务器。在所有的情况下本地应用只通过统一接口(DAI)交互。不同的DMIF实例考虑到采用传输技术的特性把本地应用翻译为送至远端应用的特定消息。类似地,

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