基于tcpip网络的远程视频监控系统.docx

1、山西煤炭职业技术学院设计用纸1第一章 引言 .31.1 论文的目的及意义： 31.2 论文的目录结构： .3第二章 视频监控系统概述 42.1 视频监控系统的发展现状 .42.1.1 视频监控系统的组成： 52.1.2 本地数字视频监控系统： .52.1.3 远程数字视频监控系统 72.2 视频监控系统的发展趋势 8第三章 TCP/IP 协议 93.1 TCP/IP 协议的概念 .93.2 TCP/IP 整体构架概述 .103.3 TCP/IP 协议的工作过程 11第四章 视频信号压缩技术 .134.1 数字视频图象信号的采集和压缩 134.1.1 压缩的发展及其标准： .134.2 视频信号

2、从模拟到数字的转换 144.3 系统涉及的关键技术及其实现 15第五章 基于 TCP/IP 的小区无线视频监控系统方案设计 195.1 系统的概述 .195.2 系统方案的设计思想 195.3 系统的构成说明 .195.3.1 监控前端 195.3.2 监控中心 195.4 系统综述 20第六章 总结与展望 .226.1 总结 226.2 展望 22致谢 .23参考文献 .24附录 .25山西煤炭职业技术学院设计用纸2摘 要：视频监控系统是在安全防范技术的基础上逐渐发展起来的，但是随着科学技术的发展，它已从单纯用于安全防范系统扩展到越来越多的其它应用领域，它已成为当今大型企业、银行、电力、通信

3、等需要大量信息交流的部门生产和管理的必备系统。进入九十年代后，视频监控技术得到了长足的发展，随着网络传输带宽、计算机处理能力和存储容量的大幅提高，尤其是各种实用视频压缩处理技术以及网络传输技术的发展，促进了远程视频监控系统的产生与发展。本文在现有的视频监控技术基础上，提出了一种基于 TCP/IP 网络的远程视频监控系统实现方案。文中详细阐述了系统的结构以及涉及到的关键技术.关 键 词：TCP/IP，远程视频监控系统，IP 多播，视频采集与压缩。山西煤炭职业技术学院设计用纸3第一章 引言1.1 论文的目的及意义：我写这篇论文的主要目的是了解基于 TCP/IP 网络的远程视频监控系统的基本知识和相

4、关技术，远程视频监控系统代表着监控行业未来的发展方向，它以数字传输网络为载体，以实时或接近实时的方式直接进行远程监控，通过了解现在视频监控系统的发展，可以为以后来改善或提高远程视频监控系统奠定一定的基础。1.2 论文的目录结构：这次的论文主要写的是视频监控系统概述以及发展趋势、TCP/IP 的相关知识、视频信号压缩技术及基于 TCP/IP 的小区无线视频监控系统方案设计等！当然这些都是现在很成熟的技术，虽然是参考的比较多，指导老师也给予我很大的帮助，但是这篇论文有些内容还是有很大的不足，希望老师可以批评指正！我作为一名学生，只有通过不断的学习前人总结的知识，才能为我以后的成长打好坚实的理论基础

5、。以下是我对基于 TCP/IP 网络的远程视频监控系统的简单认识！山西煤炭职业技术学院设计用纸4第二章 视频监控系统概述2.1 视频监控系统的发展现状在国内外市场上，主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。目前，视频监控系统正处在数控模拟系统与数字系统混合应用并将逐渐向数字系统过渡的阶段。下面主要介绍数字控制的模拟视频监控系统:（关于

6、数字视频监控系统在 2.1.2 中会有详细介绍）1、数字信号控制的模拟视频监控系统数字信号控制的模拟视频监控系统分为基于微处理器的视频切换控制加 PC 机的多媒体管理和基于 PC 机实现对矩阵主机的切换控制及对系统的多媒体管理两种类型。1-1、基于微处理器的视频切换控制加 PC 机的多媒体管理类型。80 年代是微处理器的年代，视频监控系统利用微处理器固件发展的矩阵切换器，将原来分散的全硬件视频监控系统微型集中化，如将视频切换、对前端的控制等功能集合一起，一机处理，是技术上的一个突破。自备微处理器的矩阵主机可通过 PC 机的图形管理软件实现以下功能：对单一工作站之中的视频监控、出入口控制、内部通

7、讯、报警等进行综合全面控制（注：只能提供一个简单的、可增强系统控制功能的用户界面，但不能代替矩阵主机的安防配置和编程能力） ；任意一台工作站可通过网络，控制其它工作站所连接的矩阵主机、报警设备，完成视频切换、云台、镜头控制及报警联动等；可通过软件实现对众多矩阵主机和报警接口软件模块的控制。1-2、基于 PC 机实现对矩阵主机的切换、控制和对系统的多媒体管理基于 PC 机的视频监控系统采用软件设计，实现摄像机到监视器的视频矩阵切换，云台和镜头的控制，通过串口连接报警设备的报警信息，并通过程序编程自动完成视频切换、云台控制、报警联动、报警录像等各项控制功能。系统能充分利用 PC 机的资源，使视频监

8、控系统随电脑技术的发展而不断进步，同时其开放性的结构特性更可使之与其它多种系统如与消防报警系统、出入口管理系统等实现互动集成。1-3、数控模拟视频监控系统的优缺点随着微处理器、微机的功能、性能的增强和提高，多媒体技术的应用，系统在功能、性能、可靠性、结构方式等方面都发生了很大的变化，视频监控系统的构成更加方便灵活、与其它技术系统的接口趋于规范，人机交互界面更为友好。但由于视频监控系统中信息流的形态没有变，山西煤炭职业技术学院设计用纸5仍为模拟的视频信号，系统的网络结构主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络，介质专用的特点，因此系统尽管已发展到很高的水平，已无太多潜力可挖，其局限性依然存

9、在，要满足更高的要求，数字化是必由之路。2.1.1 视频监控系统的组成：系统主要由前端信号采集部分、主控台部分和远端分控台部分组成，其中主控台部分是整个系统的核心，包括信号采集模块、显示模块、压缩模块、记录模块、网络传输模块、前端控制模块以及警情处理模块组成。远端分控台主要包括视频信号接收模块与控制信号发送模块。2.1.2 本地数字视频监控系统： 90 年代末，随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展、数字视频监控系统迅速崛起，现今市场上有两种数字视频监控系统类型，一种是以数字录像设备为核心的视频监控系统，另一种是以嵌入式视频 Web 服务器为核心的视频监控系统。1、 数字视频监控

10、系统 1-1、数字监控录像系统数字监控录像系统通常分为两类：一类是基于 PC 机组合的计算机多媒体工作方式；另一类是嵌入式数字监控录像系统。 计算机多媒体方式的数字监控录像系统数字视频压缩编码技术日益成熟，计算机的普及化，为基于 PC 机的多媒体监控创造了条件。这种新型视频监控系统的迅速崛起，部分地取代了以视频矩阵图像分割器、录像机为核心，辅以其它传送器的模拟视频监控模式，其优越性主要表现在：a、PC 机的多媒体监控主机综合了视频矩阵、图像分割器、录像机等的众多功能，使系统结构大为简化。b、由于采用计算机网络技术，数字多媒体远程网络监控不受距离限制；c、由于采用大容量磁盘阵列存盘器或光盘存储器

11、，可以节省大量的磁带介质，同时有利于系统实现多媒体信息查询。但随着基于 PC 机的视频监控录像系统的发展，在实际工程使用过程中，也暴露出一些不足，主要是系统工作的不稳定性。基于 PC 的视频监控录像系统的组成结构为：兼容/ 工控 PC 机+视频采集卡+普通/ 较可靠的操作平台+应用软件。从系统的组成结构来分析：PC 机兼容 PC 机用于 24 小时不间断工作时，其性能是不很稳定的，工控 PC 机相对兼容 PC 机的稳定性有一个档次上的提高，适用于较复杂的工作环境；山西煤炭职业技术学院设计用纸6操作系统以 Windows 98 为操作平台的系统， Win98 的稳定性是有一定问题的，如果同时应用

12、软件又不是很规范，这样就容易在使用过程中出现工作不稳定、死机等问题，而基于 PC 机的视频监控录像系统其软件的实现是在 Windows 95/98/NT、 、Linux 等通用操作系统上，同时系统文件、应用软件和图像文件都存储在硬盘上，视频处理必须高密度输入大量数据，同时硬盘要进行多工工作，普通的硬盘逻辑（如 Windows 的 FAT32）已无法适应，以致极易产生系统的不稳定性，造成死机现象；应用软件采用简易应用软件的系统是不能够用于安防领域的，视频监控系统的应用软件能力上应支持多任务并发处理，如监视、录像、回放、备份、报警、控制、远程连接等的多工处理能力；视频采集卡视频监控录像系统通常均为

13、多路输入系统，视频采集卡可采用多卡方式，也可采用单卡方式。一般说，单卡方式集成度高，稳定性会优于多卡方式，很多采用一路一卡的方式很容易形成硬件冲突，其稳定性会有较大的影响。目前市场上也有部分为追求高帧数而设计采用多卡进行迭加的多路单卡设备，但其仍在计算机的总线上进行传输、处理，不可能会有质的飞跃。嵌入方式的视频监控系统嵌入式系统嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积等综合性严格要求的专用计算机系统，亦即为监控系统量体裁衣的专用计算机系统。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器

14、件” 。嵌入式操作系统是一种实时的，支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依靠性、软件固态化及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。嵌入式系统的优缺点a、 系统为专用系统，所以系统小，指令精简，处理速度快；b、 调用速度快，不会被改变，稳定性好；c、 系统处理实时性好，性能稳定；d、 文件管理系统更适合于大量的视频数据；e、 该类系统目前四路以上机型还较为少见；f、 在网络功能、音视频同步等方面也难令人满意。1-2、嵌入式视频 W

15、eb 服务器方式嵌入式视频 Web 服务器的主要原理视频服务器内置一个嵌入式 Web 服务器，采用嵌入式山西煤炭职业技术学院设计用纸7实时多任务操作系统。摄像机送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过内部总线送到内置的 Web 服务器，网络上用户可以直接用浏览器观看 Web 服务器上的摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机、云台、镜头的动作或对系统配置进行操作。由于把视频压缩和 Web 功能集中到一个体积很小的设备内，可以直接连入局域网，达到即插即看，省掉多种复杂的电缆，安装方便（仅需设置一个 IP 地址） ，用户也无需安装任何硬件设备，仅用浏览器即可观看。嵌入式视频 Web 服务器监控系

16、统与其它监控系统的比较有如下特点：a、布控区域广阔 嵌入式视频 Web 服务器监控系统的 Web 服务器直接连入网络，没有线缆长度和信号衰减的限制，同时网络是没有距离概念的，彻底抛弃了地域的概念，扩展布控区域。b、系统具有几乎无限的无缝扩展能力 所有设备都以 IP 地址进行标识，增加设备只是意味着 IP 地址的扩充。c、可组成非常复杂的监控网络 采用基于嵌入式 Web 服务器为核心的监控系统，在组网方式上与传统的模拟监控和基于 PC 平台的监控方式有极大的不同，由于 Web 服务器输出已完成模拟到数字的转换并压缩，采用统一的协议在网络上传输，支持跨网关、跨路由器的远程视频传输。d、性能稳定可靠

17、，无需专人管理 嵌入式 Web 服务器实际上基于嵌入式电脑技术，采用嵌入式实时多任务操作系统，又由于视频压缩和 Web 功能集中到一个体积很小的设备内，直接连入局域网或广域网，即插即看，系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高，也无需专人管理，非常适合于无人值守的环境。e、当监控中心需要同时观看较多个摄像机图像时，对网络带宽就会有一定的要求。2.1.3 远程数字视频监控系统视频监控系统是在安全防范技术的基础上逐渐发展起来的，但是随着科学技术的发展，它已从单纯用于安全防范系统扩展到越来越多的其它应用领域。现在，视频监控系统在各个领域都有着广泛的应用，进入九十年代后，视频监控技术得到了长足的发展，随着

18、网络传输带宽、计算机处理能力和存储容量的大幅提高，尤其是各种实用视频压缩处理技术以及网络传输技术的发展，促进了远程视频监控系统的产生与发展。 远程视频监控系统代表着监控行业未来的发展方向，它以数字传输网络为载体，以实时或接近实时的方式直接进行远程监控。与本地监控系统相比，远程视频监控系统具有如下优点： （1）利用计算机和现代通信网络，极大的扩展了监控范围，并且在远程监控的基础上进行了扩充，可以实现多个监控中心对同一监控点进行同步监控。 （2）监控系统的智能化程度增强，在现实应用中更加方便实用，能控制其他设备，能自动山西煤炭职业技术学院设计用纸8检测各种特定的与设备运行有关的事件，如报警事件等。

19、 （3）采用先进的图像语音压缩技术。压缩方法附合国际标准，便于系统间互操作。 （4）可以与无线通信网络互联，警情可以通过无线网络发送给值班人员，真正实现无人值守。2.2 视频监控系统的发展趋势当前在国内外市场上，前端设备一体化、视频图像处理数字化和智能化、监控传输网络化、系统集成化是视频监控系统的主要发展方向。而数字化和智能化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，系统集成化的发展将赋予视频监控系统更为广阔的应用空间。数字化是 21 世纪的特征，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然，数字化是迈向成长的通行证，随着时代的发展，我们的生存环境将变得越来越数字化。视频监控系统的数字化首先应该是

20、系统中信息流（包括视频、音频、控制等）从模拟状态转为数字状态，根本上改变视频监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制，这也是系统集成化的含义。视频监控系统的网络化意味着系统的结构将由集总式向集散式系统过渡。 集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应。组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功

21、能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份，容错可靠等优点。监控系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源的共享以及任务和负载的共享，这也是系统集成的一个重要概念。系统的网络化在某种程度上打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限。系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源的共享以及任务和负载的共享，这也是系统集成的一个重要概念。山西煤炭职业技术学院设计用纸9第三章 TCP/IP 协议3.1 TCP/IP 协议的概念TCP/IP 协议叫做传输控制 /网际协议，它是 Internet 国际互联网络的基础。TCP/IP 是网络中使用的基本的通信协议。虽然从名字上

22、看 TCP/IP 包括两个协议，传输控制协议（TCP）和网际协议（IP） ，但TCP/IP 实际上是一组协议，它包括上百个各种功能的协议，如：远程登录、文件传输和电子邮件等，而 TCP 协议和 IP 协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。通常说 TCP/IP 是Internet 协议族，而不单单是 TCP 和 IP。以下主要介绍 IP 协议和 TCP 协议：1.1 网间协议 IP Internet 上使用的一个关键的底层协议是网际协议，通常称 IP 协议。我们利用一个共同遵守的通信协议，从而使 Internet 成为一个允许连接不同类型的计算机和不同操作系统的网络。要使两台计算机彼此之间

23、进行通信，必须使两台计算机使用同一种“语言“。通信协议正像两台计算机交换信息所使用的共同语言，它规定了通信双方在通信中所应共同遵守的约定。 计算机的通信协议精确地定义了计算机在彼此通信过程的所有细节。例如，每台计算机发送的信息格式和含义，在什么情况下应发送规定的特殊信息，以及接收方的计算机应做出哪些应答等等。 网际协议 IP 协议提供了能适应各种各样网络硬件的灵活性，对底层网络硬件几乎没有任何要求，任何一个网络只要可以从一个地点向另一个地点传送二进制数据，就可以使用 IP 协议加入 Internet 了。 如果希望能在 Internet 上进行交流和通信，则每台连上 Internet 的计算机

24、都必须遵守 IP 协议。为此使用 Internet 的每台计算机都必须运行 IP 软件，以便时刻准备发送或接收信息。 IP 协议对于网络通信有着重要的意义：网络中的计算机通过安装 IP 软件，使许许多多的局域网络构成了一个庞大而又严密的通信系统。从而使 Internet 看起来好像是真实存在的，但实际上它是一种并不存在的虚拟网络，只不过是利用 IP 协议把全世界上所有愿意接入 Internet 的计算机局域网络连接起来，使得它们彼此之间都能够通信。 1.2 传输控制协议 TCP 尽管计算机通过安装 IP 软件，从而保证了计算机之间可以发送和接收资料，但 IP 协议还不能解决资料分组在传输过程中

25、可能出现的问题。因此，若要解决可能出现的问题，连上 Internet 的计算机还需要安装 TCP 协议来提供可靠的并且无差错的通信服务。 TCP 协议被称作一种端对端协议。这是因为它为两台计算机之间的连接起了重要作用：当一台计算机需要与另一台远程计算机连接时，TCP 协议会让它们建立一个连接、发送和接收资料以及终止连接。 山西煤炭职业技术学院设计用纸10传输控制协议 TCP 协议利用重发技术和拥塞控制机制，向应用程序提供可靠的通信连接，使它能够自动适应网上的各种变化。即使在 Internet 暂时出现堵塞的情况下， TCP 也能够保证通信的可靠。 众所周知， Internet 是一个庞大的国际

26、性网络，网络上的拥挤和空闲时间总是交替不定的，加上传送的距离也远近不同，所以传输资料所用时间也会变化不定。TCP 协议具有自动调整“超时值“ 的功能，能很好地适应 Internet 上各种各样的变化，确保传输数值的正确。 因此，从上面我们可以了解到：IP 协议只保证计算机能发送和接收分组资料，而 TCP 协议则可提供一个可靠的、可流控的、全双工的信息流传输服务。 综上所述，虽然 IP 和 TCP 这两个协议的功能不尽相同，也可以分开单独使用，但它们是在同一时期作为一个协议来设计的，并且在功能上也是互补的。只有两者的结合，才能保证 Internet 在复杂的环境下正常运行。凡是要连接到 Inte

27、rnet 的计算机，都必须同时安装和使用这两个协议，因此在实际中常把这两个协议统称作 TCP/IP 协议。3.2 TCP/IP 整体构架概述TCP/IP 协议并不完全符合 OSI 的七层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的 7 层抽象的参考模型,其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这 7 层是:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。而 TCP/IP 通讯协议采用了 4 层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。这 4 层分别为： 应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP ）

28、 、文件传输协议（FTP ） 、网络远程访问协议（Telnet）等。 传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP） 、用户数据报协议（UDP ）等， TCP 和 UDP 给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。 互连网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收） ，如网际协议（IP） 。 网络接口层：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络来传送数据。 3.3 TCP/IP 协议的工作过程1：IP网际协议 IP 是 TCP/IP 的心脏，也是网络层中最重要的协议

29、。 山西煤炭职业技术学院设计用纸11IP 层接收由更低层（网络接口层例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层 TCP 或 UDP 层；相反，IP 层也把从 TCP 或 UDP 层接收来的数据包传送到更低层。2：TCP如果 IP 数据包中有已经封好的 TCP 数据包，那么 IP 将把它们向 上传送到 TCP 层。TCP 将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。 TCP 数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。3：UDP UDP 与 TCP 位于同一层，但对于数据包的顺序错误或重发。因此，UDP 不被应用于那些使用虚电路的面向连

30、接的服务，UDP 主要用于那些面向查询- 应答的服务，这些服务需要交换的信息量较小。使用 UDP 的服务包括 NTP（网落时间协议）和 DNS（DNS 也使用 TCP） 。 欺骗 UDP 包比欺骗 TCP 包更容易，因为 UDP 没有建立初始化连接，也就是说，与 UDP 相关的服务面临着更大的危险。4：ICMP ICMP 与 IP 位于同一层，它被用来传送 IP 的的控制信息。它主要是用来提供有关通向目的地址的路径信息。ICMP 的 Redirect信息通知主机通向其他系统的更准确的路径，Unreachable信息则指出路径有问题。另外，如果路径不可用了，ICMP 可以使 TCP 连接体面地终

31、止。PING 是最常用的基于 ICMP 的服务5. TCP 和 UDP 的端口结构 TCP 和 UDP 服务通常有一个客户/服务器的关系，例如，一个 Telnet 服务进程开始在系统上处于空闲状态，等待着连接。用户使用 Telnet 客户程序与服务进程建立一个连接。客户程序向服务进程写入信息，服务进程读出信息并发出响应，客户程序读出响应并向用户报告。因而，这个连接是双工的，可以用来进行读写。两个系统间的多重 Telnet 连接是如何相互确认并协调一致呢？TCP 或 UDP 连接唯一地使用每个信息中的如下四项进行确认： 源 IP 地址 发送包的 IP 地址。 目的 IP 地址 接收包的 IP 地

32、址。 源端口 源系统上的连接的端口。 目的端口 目的系统上的连接的端口。 端口是一个软件结构，被客户程序或服务进程用来发送和接收信息。一个端口对应一个 16比特的数。服务进程通常使用一个固定的端口，因为在建立与特定的主机或服务的连接时，需要这些地址和目的地址进行通讯。 山西煤炭职业技术学院设计用纸12山西煤炭职业技术学院设计用纸13第四章 视频信号压缩技术4.1 数字视频图象信号的采集和压缩 由摄象机、录象机、激光视盘机采集的视频信号或接收电视台发射的视频信号, 经过视频采集卡( 视卡 )的数字化处理和硬件压缩后存储在硬盘或光盘上 , 形成数字视频信号. 视频图象数据压缩是根据两个基本事实来实

33、现的. 一个是图象数据中有许多重复的数据, 使用数学方法来表示这些数据, 就可以减少存储空间, 基于这个事实的压缩就是无损压缩. 第二个事实是人的眼睛对图象细节和颜色的分辨能力有限, 把超过人的分辨力的信息去掉, 也能达到数据压缩的目的, 基于这个事实的压缩就是有损压缩.4.1.1 压缩的发展及其标准：传统的压缩编码是建立在香农（Shannon）信息论基础上的，它以经典的集合论为基础，用统计概率模型来描述信源，但它未考虑信息接受者的主观特性及事件本身的具体含义、重要程度和引起的后果。因此，压缩编码的发展历程实际上是以香农信息论未出发点，不断完善的过程。从不同角度考虑，数据压缩缩码具有不同的分类

34、方式。1 按信源的统计特性可分为预测编码、变换编码、矢量量化编码、子带小波编码、神经网络编码方法等；2 数眼的视觉特性可能基于方向滤波的图像编码、基于图像轮廓纹理的编码方法等；3 按图像传递的景物特性可分为分形编码、基于内容的编码方法等。为了更好的促进互操作性，视频压缩编解码开始进入标准化阶段。目前，制定标准的组织包括国际电信联盟（ITU） 、美国 AMSI 委员会电信委员会、电信工业联合会（TIA） 、欧洲电信标准机构（ETSI） 、日本电信技术委员会（TIC） 、美国电器电子工程师学会（IEEE）和国际标准化组织（ISO）等。随着产业化活动的进一步开展，国际标准化组织于 1986 年、19

35、98 年先后成立了联合图片专家组 JPEG 和运动图像压缩编码组织 MPEG。GPEG 专家组主要致力于静态图像的帧内压缩编码标准 ISO/IEC 10918 的制定； MPEG 专家组主要致力于运动图像压缩编码标准的制定。经过专家组不懈的努力，基于第一代压缩编码方法（如预测编码、变换编码、熵编码及运动补偿等）的三种压缩编码国际标准正式编辑出版了：1 JPEG， 即静态图像压缩编码标准；2 MPEG-1，即数字声像储存压缩编码标准；3 MPEG-2，即通用视频图像压缩编码标准。随后，MPEG 专家组于 1999 年 2 月正式公布了 MPEG-4（ISO/IEC14496）V1.0 版本。同年

36、山西煤炭职业技术学院设计用纸14底 MPEG-4 V2.0 版本亦告底定，且于 2000 年年初正式成为国际标准。MPEG-4 标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具，从而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用普通采用的统一数据格式，并根据不同的应用需求，现场配置解码器，开放的编码系统也可随时加入新的有效的算法模块。为了支持对视频内容的访问，MPEG-4 提出了“视频对象”的概念， 目前，又推出了专门支持多媒体信息基于内容检索的编码方案 MPEG-7，以及多媒体框架标准 MPEG-21另外，由 ITU-T 和 MPEG 联合开发的新标准

37、 H.264 是最新的视频编码算法。为了降低码率，获得尽可能更好图像质量，H.264 标准吸取了 MPEG-4 的长处，克服了以前标准的弱点的视频编码算法，具有更高的压缩比、更好的信道适应性，必将在数字视频的通信和存储领域得到越来越广泛的应用，其发展潜力不可限量。 4.2 视频信号从模拟到数字的转换模拟信号是一种振幅随时间连续变化的信号，它的特点是能真实地反映自然界的本质问题，但不易控制，一对导线只能传输一种信号。把模拟变化的信号转换为不连续的数字信号（或称脉冲信号）是多路传输的技术基础 。因此首先要解决的问题是把模拟转换到数字（简称 A/D 变换） ，A/D 转换有三个步骤：采样、量化和编码

38、。1：采样根据信息论原理，一个频率为 fs 的正弦波连续信号的信息量完全包含在频率为其2 倍的不连续的脉冲信号中，即 fp（脉冲频率）=2fs 。如果要把 20Hz20KHz 范围的模拟音频信号变换为不连续的脉冲信号（二进制数字信号），那么脉冲采样频率至少应为 40KHz（模拟信号中最高频率的 2 倍2：量化模拟信号采样后需解决采样点信号幅度的读出问题。把连续变化的信号振幅按一定的级差精度读出采样点信号振幅的数据称为“量化”。为适应数字电路的需要，读出方法一般采用二进制方法。3：编码编码是对每一量级分配唯一的数字码，并确定与输入信号相对应的代码。最普通的码制是二进制，它有 2n 个量级（n 为

39、位数）,可依次逐个编号。模数转换的方法很多，从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类。 4.3 系统涉及的关键技术及其实现系统涉及到的关键技术有 IP 多播技术、图像压缩技术、串口通信技术等，在此主要介绍图象压缩技术和 IP 多播技术（IP 多播技术一并给出其编程实现（详见附录） ） 。山西煤炭职业技术学院设计用纸151: 图象压缩技术图像压缩是指以较少的比特有损或无损地表示原来的像素矩阵的技术,也称图像编码.图像数据之所以能被压缩，就是因为数据中存在着冗余。图像数据的冗余主要表现为：图像中相邻像素间的相关性引起的空间冗余；图像序列中不同帧之间存在相关性引起的时间冗余；不同彩色平面或频谱带的相

40、关性引起的频谱冗余。数据压缩的目的就是通过去除这些数据冗余来减少表示数据所需的比特数。由于图像数据量的庞大,在存储、传输、处理时非常困难,因此图像数据的压缩就显得非常重要。信息时代带来了“信息爆炸” ，使数据量大整，因此，无论传输或存储都需要对数据进行有效的压缩图像压缩是数据压缩技术在数字图像上的应用，它的目的是减少图像数据中的冗余信息从而用更加高效的格式存储和传输数据。图像压缩可以是有损数据压缩也可以是无损数据压缩。对于如绘制的技术图、图表或者漫画优先使用无损压缩，这是因为有损压缩方法，尤其是在低的位速条件下将会带来压缩失真。如医疗图像或者用于存档的扫描图像等这些有价值的内容的压缩也尽量选择

41、无损压缩方法。有损方法非常适合于自然的图像，例如一些应用中图像的微小损失是可以接受的（有时是无法感知的） ，这样就可以大幅度地减小位速。图像压缩编码技术可以追溯到 1948 年提出的电视信号数字化，到今天已经有 50 多年的历史了1。在此期间出现了很多种图像压缩编码方法，特别是到了 80 年代后期以后，由于小波变换理论，分形理论，人工神经网络理论，视觉仿真理论的建立，图像压缩技术得到了前所未有的发展，其中分形图像压缩和小波图像压缩是当前研究的热点。以下主要介绍图像压缩和小波图像压缩:(1) 分形图像压缩的原理分形压缩主要利用自相似的特点，通过迭代函数系统实现。其理论基础是迭代函数系统定理和拼贴

42、定理。分形图像压缩把原始图像分割成若干个子图像，然后每一个子图像对应一个迭代函数，子图像以迭代函数存储，迭代函数越简单，压缩比也就越大。同样解码时只要调出每一个子图像对应的迭代函数反复迭代，就可以恢复出原来的子图像，从而得到原始图像。(2)几种主要分形图像编码技术 随着分形图像压缩技术的发展，越来越多的算法被提出，基于分形的不同特征，可以分成以下几种主要的分形图像编码方法。a:尺码编码方法尺码编码方法是基于分形几何中利用小尺度度量不规则曲线长度的方法，类似于传统的亚取样和内插方法，其主要不同之处在于尺度编码方法中引入了分形的思想，尺度 随着图像各个组成部分复杂性的不同而改变。山西煤炭职业技术学

43、院设计用纸16b:迭代函数系统方法迭代函数系统方法是目前研究最多、应用最广泛的一种分形压缩技术，它是一种人机交互的拼贴技术，它基于自然界图像中普遍存在的整体和局部自相关的特点，寻找这种自相关映射关系的表达式，即仿射变换，并通过存储比原图像数据量小的仿射系数，来达到压缩的目的。如果寻得的仿射变换简单而有效，那么迭代函数系统就可以达到极高的压缩比。(3)分形图像压缩的前景虽然分形图像压缩在图像压缩领域还不占主导地位，但是分形图像压缩既考虑局部与局部，又考虑局部与整体的相关性，适合于自相似或自仿射的图像压缩，而自然界中存在大量的自相似或自仿射的几何形状，因此它的适用范围很广。2: 小波变换图像压缩(

44、1) 小波变换图像压缩原理小波变换用于图像编码的基本思想就是把图像根据 Mallat 塔式快速小波变换算法进行多分辨率分解。其具体过程为：首先对图像进行多级小波分解，然后对每层的小波系数进行量化，再对量化后的系数进行编码。小波图像压缩是当前图像压缩的热点之一，已经形成了基于小波变换的国际压缩标准，如 MPEG-4 标准，及如上所述的 JPEG2000 标准。 (2)小波变换图像压缩的发展现状及前景目前 3 个最高等级的小波图像编码分别是嵌入式小波零树图像编码（EZW） ，分层树中分配样本图像编码（SPIHT）和可扩展图像压缩编码（EBCOT） 。a: EZW 编码器 1993 年，Shapir

45、o 引入了小波“零树”的概念，通过定义 POS、NEG、IZ 和 ZTR 四种符号进行空间小波树递归编码，有效地剔除了对高频系数的编码，极大地提高了小波系数的编码效率。此算法采用渐进式量化和嵌入式编码模式，算法复杂度低。EZW 算法打破了信息处理领域长期笃信的准则：高效的压缩编码器必须通过高复杂度的算法才能获得，因此 EZW 编码器在数据压缩史上具有里程碑意义。b: EBCOT 编码器 优化截断点的嵌入块编码方法（EBCOT ）首先将小波分解的每个子带分成一个个相对独立的码块，然后使用优化的分层截断算法对这些码块进行编码，产生压缩码流，结果图像的压缩码流不仅具有 SNR 可扩展而且具有分辨率可

46、扩展，还可以支持图像的随机存储。比较而言，EBCOT 算法的复杂度较 EZW 和 SPIHT 有所提高，其压缩性能比 SPIHT 略有提高。小波图像压缩被认为是当前最有发展前途的图像压缩算法之一。小波图像压缩的研究集中在对小波系数的编码问题上。在以后的工作中，应充分考虑人眼视觉特性，进一步提高压缩比，改善图像质量。并且考虑将小波变换与其他压缩方法相结合。例如与分形图像压缩相结合是当前的一个研究热点。c: SPIHT 编码器 山西煤炭职业技术学院设计用纸17由 Said 和 Pearlman 提出的分层小波树集合分割算法（SPIHT）则利用空间树分层分割方法，有效地减小比特面上编码符号集的规模。

47、同 EZW 相比，SPIHT 算法构造了两种不同类型的空间零树，更好地利用了小波系数的幅值衰减规律。同 EZW 编码器一样，SPIHT 编码器的算法复杂度低，产生的也是嵌入式比特流，但编码器的性能较 EZW 有很大的提高。2： IP 多播技术 传统的数字视频监控系统都是点对点通信，如果监控方有多台主机希望同时接收到监控数据，则只能通过系统前端向监控方主机逐一发送监控数据，这就对网络带宽提出了更高的要求。采用广播（Broadcasting）又极易造成网络带宽的大幅占用，使原本不足的带宽资源更加匮乏，影响了整个网络的通信效率。IP 多播技术是目前能最大限度的利用带宽资源的一种有效方法，并且已经得到

48、了诸如 IBM、Microsoft、HP、AT （2）设置目标地址 ： stDestAddr.sin_family=AF_INET; /地址家族 nRet=WSAStringToAddress( szTemp， /目标地址，为合法的多播地址 AF_INET，NULL， （LPSOCKADDR） （3）建立套接字： hSock=WSASocket（AF_INET，SOCK_DGRAM， /套接字的类型 0，/协议类型 （LPWSAPROTOCOL_INFO）NULL,/协议内容 0， /保留 WSA_FLAG_MULTIPOINT_C_LEAF /控制面层无根 WSA_FLAG_MULTIPOI

49、NT_D_LEAF /数据面层无根） ； （4）绑定： stSrcAddr.sin_family=PF_INET； stSrcAddr.sin_port=htons(nDestPort)； /端口号 stSrcAddr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY；/本地地址 nRet=bind(hSock， /套接字 （struct sockaddr FAR *） nRet=WSAloctl(hSock，SIO_MULTICAST_SCOPE， /设置数据报生存时间 &nIP_TTL， /生存时间大小 sizeof(nIP_TTL)，NULL，0，&cbRet，NULL，NULL)； 还可以通过 setsockopt（）函数设置套接字的属性。如允许地址重用、缓冲区是接收还山西煤炭职业技术学院设计用纸25是发送等。接收方只需完成发送方 1-4 后，调用 WSAJoinLeaf（）来加入多播组。其设置如下： hNewSock= WSAJoinLeaf（hSock， /*socket 套接字，必须以多播标志进行 创建的，否则调用失败*/ (PSOCKADDR)&stDestAddr，/*多播地 址，与发送方的目的地址相同*/ sizeof(stDestAddr)，/多播地址长度 NULL， /