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//视频监控概述：================================================================

三个阶段的核心设备：
    模拟监控阶段 的 核心设备: 视频切换矩阵;
    数字监控阶段 的 核心设备: 硬盘录像机（DVR）;
    智能监控阶段 没有核心设备;

IVS : 智能网络视频监控系统 Intelligent Video Surverillance.
VCA : 视频内容分析技术 Video Content Analysis.

三个时代的主要产品：
    模拟视频监控时代：闭路电视 CCTV Closed Circuit Television;

    数字视频监控时代：DVR( 硬盘录像机 Digital Video Recorder );
        DVR的关键技术是编码压缩算法，主要的编码方式如下：MJPEG,MPEG-2,MPEG-4,H.264;

    智能网络视监时代：
    IVS : 智能网络视频监控系统 Intelligent Video Surverillance.
    主要构成：
        IPC : 网络摄像机 Internet Protocol Camera.
        DVS : 视频编码器 Digital Video Server.
        NVR : 网络录像机 Network Video Recorder.
            功能：视频存储、转发、回放;
            区别：DVR = NVR + (IPC / DVS);

        VCA : 视频内容分析技术  Video Content Analysis.

        CMS : 中央管理平台 Center Management System.
            功能：资源管理、媒体分发、存储设备、告警服务、用户服务;

        Decoder: 解码设备

视频监控的核心技术：
    光学成像器件：
        CCD  : Charge Coupled Device, 电荷耦合器件,含大量感光元素,每元素称为像素;
        CMOS : Complementary Metal Oxide Semiconductor, 集成电路制造原料;
    视频编压算法：
        例如：标清D1图像, 25帧/秒, 带宽要求16MB/s的数据量(720*576*12/8*25=15.5MB)
            MPEG-4压缩后码流为2Mbps，图像质量还可接受;
    视频编压芯片：
        DSP : 通用媒体处理芯片, 以DSP为核心集成视频单元和外围接口,通过软件编程实
                现视频编解码和扩展多种特色化功能;
        ASIC: 专用视频编码芯片, 集成外围接口,通过硬件实现视频编解码;
    视频管理平台：

//IPC技术：============================================================================================

定义：支持网络协议的摄像机, IPC = 模拟摄像机 + 视频编码器(DVS);
IPC主要功能：
    视频编码 : 编压码;
    音频功能 : 编压码;
    网络功能 : 编压码的视音频信号通过网络传输;
    云台、镜头控制功能 : 通过网络控制云台、镜头的各种动作;
    缓存功能 : 可以吧压缩的视音频数据临时存储在本地的存储介质中;
    输入输出报警 : 接受、处理报警输入/输出信号,具有报警联动的功能;
    移动检测报警 : 检测场景内的移动并产生告警;
    视频分析 : 自动对视频场景进行分析,比对预设原则并触发报警;
    视觉参数调节 : 色调、亮度、对比度、饱和度等视觉参数;
    编码参数调节 : 帧率、分辨率、码率等编程参数可以调整;
    系统集成 : 可以与视频管理平台集成,实现大规模系统监控;

IPC的分类：
    半球：固定聚焦/收到变焦, 视场FOV(Field Of View)固定，难于调整;
    枪机：固定/手动可变焦, 视场FOV(Field Of View)可手动进行调整;
    PTZ + 球机：可变焦距 + 可变角度,
    百万像素摄像机：>= 2 * 模拟摄像机最大分辨率

IPC的优势：
    IP摄像机与模拟摄像机的比较：==> 模拟信号; --> 数字信号;
        模拟Camera ==> CCD      --> (A/D) --> 信号处理 --> 数/模    ==模拟输出==> DVS DVR
        IP Camera   -> CCD/CMOS  -> (A/D)  -> 信号处理  -> 编码压缩 ---IP输出---> NVR

    1) 模拟使用DSP芯片多次A/D转换,牺牲图像质量;
    2) 模拟使用隔行扫描,IP使用逐行扫描;
    3) 模拟 : 分辨率 <= D1(PAL = 720*576; NTSC = 720*480); 像素 <= 40万;
    4) IP : 双向音频支持,具有音频输入/输出接口：输入：用于监听;输出,发送广播;

IPC的硬件构成：
    独立芯片 + CPU 架构：
        Camera --> 图像传感器 --> 信号处理 --> 编码压缩 --> (CPU + Flash + RAM) --> 网络接口 ==>
    SOC架构：
        Camera --> 图像传感器 --> 信号处理 --> (SOC(编码压缩) + Flash + RAM) --> 网络接口 ==>

    图像传感器:
        CCD : 集成在硅晶半导体上,  工艺复杂,灵敏度、信噪处理强;
        CMOS: 集成在"金属氧化物"上,低成本、低功耗、高整合度;

    编码压缩的架构：
        硬件编码压缩：编压算法固化到芯片上;
        软件编码压缩：软件运行在处理器上进行编压;
        编码压缩芯片 = 编码芯片 + 相关RAM(作用 : 存储压缩原始数据 及 中间处理数据;需要16/32MB的 SDRAM);

    主控制器部分：一般为独立部件;若为软件解码,其可能就是运行压缩算法的DSP,即主控 + 编码;
        CPU   : 主控芯片;
        Flash : 固化OS内核、文件系统、应用软件和系统配置文件;
        SDRAM : 系统内存;由于系统优化和裁剪,一般为4MB的SDRAM;

IPC的软件构成：
    操作系统：嵌入式Linux系统;

    编码算法：MPEG-4(主流), H.264;

    软件架构层次：
        应用软件层  : 应用软件
        媒体层      : 自由开源软件(多媒体库ffmpeg) + 音频编码库 + 视频编码库 + 网络协议RTP/RTCP
        系统内核层  : 嵌入式Linux OS + 网络协议TCP/UDP/IP
        驱动程序层  : 设备驱动程序
        硬件层      : 底层硬件系统

    软件架构详解：
        设备驱动程序 : 802.3以太网MAC控制器、通用I/O、I2S、AC97、SD/MMC卡、LCD显示控制器、视频捕获设备、
            硬件控制器、高速USB控制器等;
        编码程序 : 支持MJPEG, MPEG-4, H.264, MP3, WMA, AAC, G.711, G.723, G.729等;
            ffmpge提供录制、转换、流化音视频完整方案;
        传输协议：RTP(实时传输协议) RTCP(实时传输控制协议)

IPC的工作原理：
    IPC启动过程：
        主控模块将Linux内核转入系统内存SDRAM中,系统从SDRAM启动.启动后,主控模块通过串行接口/主机接口等
        控制编码模块、网络模块、串行接口,实现视频的编码压缩、网络传输及辅助控制。IPC加点启动后的过程
        包括装载启动代码、设备驱动程序、网络协议处理等。

    IPC工作过程：
        图像/声音信号 --> 图像/声音传感器 -<电信号>-> (A/D) -<数字信号>-> 编码器 --> 发送到网络上

IPC数据的网络传输：
    传输协议的介绍：
        UDP  : User Datagram Protocol 数据报协议;
            利用IP协议提供面向无连接的服务。
            常用来封装实时性强的音视频数据,即使丢包,也不影响浏览。

        TCP  : Transumission Control Protocol 传输控制协议;
            利用IP协议提供面向连接网络的服务，为在不可靠的网络上提供可靠的端到端传输。
            传输实时性较强的音视频流时开销很大,如网络不问,音视频抖动现象明显。
            常用来传输网络摄像机的控制命令,如PTZ控制，I/O设备控制等。

        HTTP : HyperText Transfer Protocol 超文本传输协议;
            主要是为网站上运行的多媒体文件(文本、图形、声音、视频等)设定规则。
            常用其来提供Web访问功能，方便将音视频数据经过复杂网络传输，实时音视频支持不很理想。

        RTP  : Real-time Transport Protocol 实时传输协议;
            情况：一对一 或 一对多。
            目的：提供时间信息 实现流同步。
            时间戳机制，减少了抖动影响，允许多个数据流间相互同步。
            常用在UDP来传输,也可在TCP上工作。
            当应用程序开始一个RTP会话时使用两个端口：一个给RTP，另一个给RTCP。
            不能按顺序传送数据包提供可靠的传送机制,不提供流量控制/拥塞控制,它依靠RTCP提供这些服务。
            通常RTP算法并不作为一个独立的网络层来实现,而是作为应用程序代码的一部分。

        RTCP : Real-time Transport Control Protocol 实时传输控制协议;
            RTCP 和 RTP 一起提供流量控制/拥塞控制。RTCP 不传输任何数据。
            功能 : 向源端提供有关延迟、抖动、带宽、拥塞等网络特性反馈信息,发送端可用此进行速率调整。

        RTSP : Real-time Streaming Protocol 实时流协议;
            情况：一对多应用程序如何有效通过IP网络传送多媒体数据。
            体系：在RTP 和 RTCP之上,使用TCP/RTP完成数据传输。
            原理：利用推式服务器方法，让浏览器发出请求,IPC向浏览器端推送封装成RTP分组的音视频编码数据。
            比较：  HTTP : 传送HTML;        客户机发出,服务器响应;
                    RTSP : 传送多媒体数据   双向发出请求;

        RSVP : Resource Reservation Protocol 资源预订协议;
            为Internet开发的,通过在路由器上预留一定带宽,一定程度上为流媒体的传输提高服务质量。
            音视频数据比传统数据对网络的延迟更敏感,在网络中传输高质量的音视频信息,除带宽外,还需其他条件。

IPC的本地缓存：
通过在IPC内采用闪存/DRAM作为缓冲器,或在外部采用CF、SD卡作为缓存器,可实现本地临时存储(On Board Storage)。

IPC的安全通信：
1)SSL/TLS   : Secure Sockets Layer. 加密源端 + 客户端
    实现数据的加密、防篡改、防伪造,TLS基于SSL之上更好的安全保障。
    主要服务：加密数据(防中途被劫),维护完整性(数据传输中不被改变),认证用户和服务器(确保发送到正确的对端);
    源端         客户
      | <--申请-- |
      | ---Key--> | :Key供客户端加密所用,加密后数据仅供源端使用

2)HTTPS     : Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer.
    HTTPS = HTTP + SSL

3)IPSec VPN : (VPN = Virtual Private Network 虚拟专用网络,核心：利用公共网络建立虚拟专用网)。

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    *   ~~~~           *                #   ~~~~           #
    *   数据~>  《===》*                #   数据~>  《===》#
    *   ~~~~           *                #   ~~~~           #
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    SSL/HTTPS                           VPN隧道

**********      ##########
* 不安全 *      #  安全  #
**********      ##########

4)报警改变帧率技术：
分辨率&帧率：  低 ----报警/时间发生----> 高

5)IPC的多码流技术：同一时间满足不同的用户需求的不同画质的要求。
注意：有些双码流/多码流系统中，视频的存储和实显都可能需要NVR的转发处理。这种情况下，多码流的需求可能会
    导致IPC与NVR间码流的增加引起带宽占用增加。因此，需考虑IPC、NVR及码流请求者间的网络位置关系。

6)视频质量控制 QoS: Quality of Service 是 802.1p网络协议的一部分，用于优化网络带宽应用。
    有Qos：确保带宽的稳定、有效利用 ==> 保证传输质量；优先分配传输需求 ==> 平滑传输；
    无Qos：带宽被数据传输全部消耗 ==> 传输抖动。
必要条件：所有的交换机、路由器和网络视频产品都要支持QoS。

视频移动探测 VMD(Video Motion Detection) ：
    功能单一，低智能；适合室内，还可进行视频录像的回防检索，以快速对录像资源进行查索引。
    技术算法简短，对芯片要求低。稍高级的支持“多防区”、“方向性”防区、入侵目标过滤等。

IPC系统架构：
                                              v--设备管理、控制，报警管理，录像存储，视频转发、回放--|
    [IPC前端设备]----(RJ-45接口)--->[网络]--> [NVR服务器] <--(SCSI/FC通路)--> [磁盘阵列]
    ^--视频采集、编码、压缩、传输--|          ^--支持30~50路4CIF实时存储--|

IPC带宽与存储设计：
1>存储空间 = 30通道 * 2Mbps * 3600 * 24 * 7 /8 / 1000 / 1000 = 5TB;
降低存储空间的方法：
    1) 降低录像帧率 : 图像流畅的下降;
    2) 报警触发录像 : 无法得到非报警时段录像;
    3) 时间表录像方式;

2>带宽需求：
    网络路径1 : 16通道 * 2Mbps = 32Mbps [IPC]--1-->[NVR]
    网络路径2 : 9通道 * 2Mbps = 18Mbps  [NVR]--2-->[解码器]--2-->[电视墙]
    网络路径3 : 1通道 * 2Mbps = 2Mbps   [NVR]--3-->[工作台]
    存储路径4+5 : 32通道 * 2Mbps + 2Mbps = 66Mbps = 8MB/s [NVR]--(-4-> & <-5-)--[磁盘阵列]

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