网络监控的基本知识及IP高清摄像机的发展应用.docx
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网络监控的基本知识及IP高清摄像机的发展应用
网络监控的基本知识及IP高清摄像机的发展应用
（二）
内容
一、网络传输的基本概念
二、几种存储设备的概念与区别
三、ONVIF协议
四、流媒体
五、云计算及云存储
六、POE供电技术
一、网络传输的基本概念
1、基本单位
网络带宽单位是：
位/每秒（即：
bit/s）,
内存等带宽单位却是：
字节/每秒（即byte/s）。
两者换算：
1byte=8bit。
通常所说宽带的1M是
1Mbps=1Mb（字节）/8=1024Kb/8=128KB/S
（Mbps（兆比特每秒）,b即Bit（位）.）
也就是说所谓每秒1兆（1Mbps）的网络流量换算成本地电脑上的文件大小单位后实际上只有每秒128KB而已。
2、各个速度单位之间的关系
1Byte（字节）=8bits（位）
1Kb=1024bits（位）
1KB=1024bytes（字节）
1Mb=1024Kb
1MB=1024KB
B和b分别代表Bytes和bits，两者的定义是不同的,否则差距可是8倍.
真正的速度单位应为MB/s
1MB/s=8Mbps
3、平时所说的带宽概念
1、正确的计算ADSL网络“理论最大”的下载速度，应该使用这个公式：
理论最大下载速度=[1024X带宽数]/8（若不足1M，比如512K就直接/8）。
例如常见的1M带宽最大的下载速度也就是每秒128k而已。
所以不要误以为2M带宽下载速度就是2M。
2、如果是1MADSL上网，那么理论上下载的速度最高只能达到128K字节/秒。
我们平时所说的带宽是多少多少，它的单位其实是“比特/秒"，而我们所说的下载速度多少多少，它的单位是“字节/秒”。
在计算机里，1字节=8比特，1K字节=1024字节，所以，1M的网络带宽的下载速度最多就是1024×1024/8=131072字节/秒，也就是131072/1024=128K字节/秒。
这样你就可以根据你自己的网络带宽算出你下载的理论上的最大速度，当然实际的速度肯定会比这个值低一些，因为系统和其他程序还要用一些。
4、码流
1）码流（DataRate）是指视频文件在单位时间内使用的数据流量，也叫码率，是视频编码中画面质量控制中最重要的部分。
同样分辨率下，视频文件的码流越大，压缩比就越小，画面质量就越好。
数字信道传送数字信号的速率称为数据传输速率或比特率.
例如：
以500Kbps来编码音视频。
其中1KB/秒=1024*8bps，
b就是比特位（bit）
s就是秒（second）
p就是每（per）
所以，以500kbps来编码表示经过编码后的音视频数据每秒钟需要用500K的比特来表示。
主次码流是指硬件逻辑单元在启动一次后同时产生2路码流，即一路主码流和一路次码流。
主码流和次码流可以为不同的编码协议。
次码流不能单独存在。
一般情况下，主码流较之次码流，码流大，压缩比小，图像质量高。
例如，在应用中，主码流一般用于本地存储，次码流用于网传。
2）多码流
■多码流技术是通过在编码过程中同时产生多种不同码流及分辨率的流媒体数据，根据用户实际网络带宽条件为之自动分配相对最佳解码画质的解决方案。
在实际网络直播应用中，由于位于不同网络位置的访问者所在网络环境存在差异，而仅以某种固定码流分辨率进行网络直播流媒体传送往往会导致网速较高的用户看到的画质仍不够清晰，网速较低的用户解码时间过长而使得画面不够流畅，为解决二者的矛盾使访问者浏览到尽可能看到兼顾清晰和流畅的直播内容，采用多码流技术成为了一个最简单最有效的办法。
■一天录像计算公式：
码流/8*3600秒*24小时*1台=一天占用的空间/0.9=一天实际占用的空间
3）计算硬盘容量的公式
例题：
一台NVR要接入12路130万像素高清摄像机，24小时录像，保存时间1个月，需要2T的硬盘多少块？
码流按3M/秒计。
1路/天的所需空间3/8*3600*24=32400M
总共所需空间32400*12*30=11664000M
所需2T硬盘数量11664000/1024/1024/2/0.9=12.36
需要2T硬盘13块。
如果是CVR录像，又需要几块？
如果是200万的摄像机，又需要几块？
4）主次码流
主次码流是指硬件逻辑单元在启动一次后同时产生2路码流，即一路主码流和一路次码流。
主码流和次码流可以为不同的编码协议。
次码流不能单独存在。
一般情况下，主码流较之次码流，码流大，压缩比小，图像质量高。
例如，在应用中，主码流一般用于本地存储，次码流用于网传
5）分辨率
普通模拟摄像机1CIF352*2884CIF（D1）704*576
网络摄像机
标清：
704*576
130万高清：
130W的分辨率理论上应该是1280X960，但是市场上很多厂家把720P说成是130W的，其实只有1280X720，也就是通常的720P.200万高清：
分辨率为1920*1080，也就是通常的1080P.
300万高清：
分辨率为2048X1536
720P是720线逐行扫描的意思，是普通高清，1080P是1080线逐行扫描，是全高清
二、几种存储设备的概念与区别
1、DVR
DVR是数字硬盘录像机（DigitalVideoRecorder）的简称，属于模拟监控系统时磁带录像机的换代产品。
它是一套进行图像存储处理的计算机系统，具有对图像/语音进行长时间录像、录音、远程监视和控制的功能，DVR集合了录像机、画面分割器、云台镜头控制、报警控制、网络传输等五种功能于一身，用一台设备就能取代模拟监控系统一大堆设备的功能。
DVR的诞生，标志着整个安防行业进入了数字革命时代。
它是半数字半模拟的录像机，之所以说是半模拟就是因为它的输入信号和主要输出信号都是模拟的，半数字是指存储方式和网络输出方式都是数字的；
2、NVR
NVR是（NetworkVideoRecorder即网络硬盘录像机）的缩写。
NVR最主要的功能是通过网络接收IPC（网络摄像机）设备传输的数字视频码流，并进行存储、管理，从而实现网络化带来的分布式架构优势。
简单来说，通过NVR，可以同时观看、浏览、回放、管理、存储多个网络摄像机。
摆脱了电脑硬件的牵绊，再也不用面临安装软件的繁琐。
如果所有摄像机网络化，那么必由之路就是有一个集中管理核心出现。
3、CVR（CentralVideoRecorder）中心级视频网络存储设备
1）CVR由标准的IPSAN/NAS网络存储设备，结合视频监控应用发展而来。
IPSAN/NAS网络存储设备，原来是标准的IT设备没有视频监控功能，需要挂接在服务器（服务器安装视频监控软件）后面使用。
随着技术的发展、监控与IT的融合，业界通过去掉中间的服务器直接把各种安防视频监控软件模块安装到IPSAN/NAS网络存储设备上逐步形成了不同功能的CVR。
2）通过安装不同的安防视频监控软件CVR可以实现：
视频流直写（又称流媒体直写，可支持RTSP/ONVIF/PSIA/
SIP（GB/T28181）等流协议）、iSCSI数据块直写（又称IPSAN直写）、标准存储服务器+IP
SAN模式、标准NAS协议（NFS、CIFS）等多种模式，还可以增配管理服务器组成网络视频监控云存储系统。
3）CVR是TCP/IP上的视频流改写成流数据结构直接写到磁盘里，所以磁盘里存的不是文件，没有碎片。
IPSAN也是存储设备，但它用的是TCP/IP上的iSCSI封装数据块，写磁盘的时候把网络协议扒掉存里面的数据块。
所以叫做“块存”。
另外，IPSAN不仅可以用在安防监控，IPSAN在计算机领域做存储的应用也十分广泛，而CVR是安防监控专用的视频存储设备。
4、NVR与CVR的比较
三、ONVIF协议
ONVIF：
原意为 开放型网络视频接口论坛，即 OpenNetworkVideoInterfaceForum ，是安讯士、博世、索尼等三家公司在2008年共同成立的一个国际性开放型网络视频产品标准网络接口的开发论坛，后来由这个技术开发论坛共同制定的开放性行业标准，就用该论坛的大写字母命名，即ONVIF网络视频标准规范，习惯简称为：
ONVIF协议。
ONVIF致力于通过全球性的开放接口标准来推进网络视频在安防市场的应用，这一接口标准将确保不同厂商生产的网络视频产品具有互通性。
SDK（SoftwareDevelopmentKit,即软件开发工具包）一般是一些被软件工程师用于为特定的软件包、软件框架、硬件平台、操作系统等建立应用软件的开发工具的集合。
四、流媒体
1、概念
所谓流媒体是指采用流式传输的方式在Internet播放的媒体格式。
流媒体又叫流式媒体，它是指厂商用一个视频传送服务器把节目当成数据包发出，传送到网络上。
用户通过解压设备对这些数据进行解压后，节目就会像发送前那样显示出来。
定义
流媒体是指以流的方式在网络中传输音频、视频和多媒体文件的形式。
流媒体文件格式是支持采用流式传输及播放的媒体格式。
流式传输方式是将视频和音频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由服务器向用户计算机连续、实时传送。
在采用流式传输方式的系统中，用户不必像非流式播放那样等到整个文件全部下载完毕后才能看到当中的内容，而是只需要经过几秒钟或几十秒的启动延时即可在用户计算机上利用相应的播放器对压缩的视频或音频等流式媒体文件进行播放，剩余的部分将继续进行下载，直至播放完毕。
这个过程的一系列相关的包称为“流”。
流媒体实际指的是一种新的媒体传送方式，而非一种新的媒体。
流媒体技术全面应用后，人们在网上聊天可直接语音输入；如果想彼此看见对方的容貌、表情，只要双方各有一个摄像头就可以了；在网上看到感兴趣的商品，点击以后，讲解员和商品的影像就会跳出来；更有真实感的影像新闻也会出现。
2、流媒体服务器在监控平台上的功能需求
流媒体服务器需要提供视频转发、用户认证、权限认证，在此基础上提供优化负载均衡的功能，降低网络带宽需求，提高整个视频分发部分的可靠性。
（一） 视频转发实现复杂均衡
流媒体服务器需支持监控网内外的视频转发。
当有多个局域网客户端、外网多个客户需要访问同一远程画面时，可通过流媒体服务器从前端DVR中抽取视频进行多路转发，从而在广域网上只占用一个通道的资源。
转发服务可以有效地减轻广域网的带宽压力，节省网络资源，不影响视频预览实际效果。
系统通过流媒体服务器来分担网络的负载提供百人数量级的用户同时直接对前端监控主机进行访问，提高了系统的整体可靠性，使整体网络的负载较为均衡，不会在局部产生传输瓶颈。
（二）安全认证
流媒体服务器因涉及到对外网的视频专访，尤其在政府和公安等涉及部分重点机密区域的监控上，需要从用户、权限等多个方面进行安全认证：
1）对外
网访问用户进行认证，只接受流媒体服务器授权的用户访问；
2）可根据时间段
对授权用户访问前端主机进行限制，拒绝非授权时间访问；
3）通过访问通道限
制，实现部分通道的开放。
通过多重访问限制能有效保证监控中心视频数据的安全性，达到不合权限、非法时间的、不在控制列表中的用户无法访问前端主机。
此外，流媒体服务器需根据访问用户的重要性给予不同的级别，实现高级用户占据优势带宽，实现优先访问；根据网络环境情况能对流媒体服务器出口总带宽、前端网络上传视频带宽、前端主机上传通道的路数等多个方面进行限制。
3、流媒体服务器在高清监控中的应用
监控网络发展的趋势已经朝着全数字、全高清IP摄像机的存储，流媒体服务器开始担当高清视频的存储、转发的责任，逐步转化为视频服务器，并随着视频容量的加大，逐步和存储网络（SAN）协作发挥存储转发作用，以更好的满足视频存储转发的需求。
4、流媒体原理图
5、流媒体结构分布图
五、云计算及云存储
1、云计算定义（长定义与短定义）
1）长定义：
“云计算是一种商业计算模型。
它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和信息服务。
”
2）短定义：
“云计算是通过网络按需提供可动态伸缩的廉价计算服务。
”
2、云计算原理
云计算（CloudComputing）是分布式处理（DistributedComputing）、并行处理（ParallelComputing）和网格计算（GridComputing）的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。
云计算的基本原理是，通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将更与互联网相似。
这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。
这是一种革命性的举措，打个比方，这就好比是从古老的单台发电机模式转向了电厂集中供电的模式。
它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉。
最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。
云计算的蓝图已经呼之欲出：
在未来，只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现我们需要的一切，甚至包括超级计算这样的任务。
从这个角度而言，最终用户才是云计算的真正拥有者。
云计算的应用包含这样的一种思想，把力量联合起来，给其中的每一个成员使用。
3、云存储
1）定义：
云存储是在云计算（cloudcomputing）概念上延伸和发展出来的一个新的概念，是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。
2）介绍
当云计算系统运算和处理的核心是大量数据的存储和管理时，云计算系统中就需要配置大量的存储设备，那么云计算系统就转变成为一个云存储系统，所以云存储是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统。
简单来说，云存储就是将储存资源放到云上供人存取的一种新兴方案。
使用者可以在任何时间、任何地方，透过任何可连网的装置连接到云上方便地存取数据。
3）网络结构
虽然这个云图中包含了许许多多的交换机、路由器、防火墙和服务器，但对具体的广域网、互联网用户来讲，这些都是不需要知道的。
这个云状图形代表的是广域网和互联网带给大家的互联互通的网络服务，无论我们在任何地方，都可以通过一个网络接入线缆和一个用户、密码，就可以接入广域网和互联网，享受网络带给我们的服务。
4）另外的衍生的结构图
5）云存储的定位
云存储不是存储，而是服务。
就如同云状的广域网和互联网一样，云存储对使用者来讲，不是指某一个具体的设备，而是指一个由许许多多个存储设备和服务器所构成的集合体。
使用者使用云存储，并不是使用某一个存储设备，而是使用整个云存储系统带来的一种数据访问服务。
所以严格来讲，云存储不是存储，而是一种服务。
云存储的核心是应用软件与存储设备相结合，通过应用软件来实现存储设备向存储服务的转变。
6）云存储发展的前提
宽带网络的发展;
WEB2.0技术;
应用存储的发展;
集群技术、网格技术和分布式文件系统;
CDN内容分发、P2P技术、数据压缩技术;
存储虚拟化技术、存储网络化管理技术.
六、POE供电技术
1、定义
POE （PowerOverEthernet）指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端（如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等）传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。
2、介绍
■POE也被称为基于局域网的供电系统（POL,PoweroverLAN）或有源以太网（ActiveEthernet），有时也被简称为以太网供电，这是利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率的最新标准规范，并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性。
■POE技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本。
IEEE802.3af标准是基于以太网供电系统POE的新标准，它在IEEE802.3的基础上增加了通过网线直接供电的相关标准，是现有以太网标准的扩展，也是第一个关于电源分配的国际标准。
3、具体的引脚及原理图
6、最新发展
■以太网供电芯片厂商PowerDsine将召开一个IEEE会议，正式提交“大功率以太网供电”标准，该标准将支持为笔记本电脑等设备供电。
PowerDsine将提交一份白皮书，建议把802.3af标准的48v输入、13w的可用功率极限提高1倍。
除笔记本电脑外，新标准还有可能为液晶显示器和视频电话等供电。
■最近IEEE出了一个最新的802.3AT，其中规定了POE可以提供更高的功率，超过了13W，可以达到30W！
七、结语
网络高清监控正以成熟的技术和合理的价格逐渐进入增长期和普及阶段，已经被越来越多的用户所接受，目前也出现了不少成功应用的案例。
这充分表明了市场对高清图像是认可的，对高清摄像机整体的表现是接受的。
我们从电视中经常能看到很多案件的录像画面，清晰度不高，对细节特别是人脸看得不够清楚；摄像机的安装数量越来越多，如何有效的监视、管理；管理人员对系统联网、远程管理的要求越来越多；很多关联系统希望能够调用摄像机的图像资源，等等。
这些因素说明了模拟摄像机的局限越来越大，而网络摄像机特别是高清网路摄像机的市场需求将越来越多。
从清晰度来说，模拟摄像机已经接近极限，而网络摄像机在清晰度方面可以说没有上限。
网络高清摄像机代表着监控摄像机的未来。
我们有理由相信，随着技术的发展和用户对高清晰图像的需求，网络高清摄像机将在中国市场上呈现出超乎想象的发展前景。
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