视频监控知识

CIF分辨率

CIF分辨率

CIF	common intermediate format
DCIF	double intermediate format
QCIF	quarter common intermediate format

图象格式	亮度取样的象素个数(dx)	亮度取样的行数 (dy)	色度取样的象素个数(dx/2)	色度取样的行数(dy/2)
sub-QCIF	128	96	64	48
QCIF	176	144	88	72
CIF	352	288	176	144
4CIF (D1)	704	576	352	288
16CIF	1408	1152	704	576

分辨率——数字监控产品中一项重要的技术指标，它在很大程度上决定了产品的性能（清晰度、存储量、带宽）和价格。能够在不增加成本和数据容量的情况下，提高录像的回放图像画质，这样的分辨率是我们所需要的。


目前监控行业中主要使用 QCIF （ 176*144 ）、 CIF （ 352*288 ）、 HALF D1 （ 704*288 ）、 D1 （ 704*576 ）等几种分辨率， CIF 录像分辨率是主流分辨率，绝大部分产品都采用 CIF 分辨率。目前市场接受 CIF 分辨率，主要理由有四点：
         
1 、目前数码监控要求视频码流不能太高；
         
2 、视频传输带宽也有限制；
         
3 、使用 HALF D1 、 D1 分辨率可以提高清晰度，满足高质量的要求，但是以高码流为代价的。
         
在现阶段，出现了众多 D1 的产品，但市场份额非常小；
         
4 、采用 CIF 分辨率，信噪比在 32db 以上，一般用户是可以接受的，但不是理想的视频图像质量。
         
目前业内人士正在尝试用 HALF D1 来寻求 CIF 、 D1 之间的平衡。





什么是 QCIF ？ CIF ？ 2CIF ？ 4CIF ？ DCIF ？


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QCIF 全称 Quarter common intermediate format 。 QCIF 是常用的标准化图像格式。在 H.323 协议簇中，规定了视频采集设备的标准采集分辨率。 QCIF = 176×144 像素。


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CIF 是常用的标准化图像格式（ Common Intermediate Format ）。在 H.323 协议簇中，规定了视频采集设备的标准采集分辨率。 CIF = 352×288 像素。


CIF格式具有如下特性：
(1) 电视图像的空间分辨率为家用录像系统(Video Home System，VHS)的分辨率，即352×288。
(2) 使用非隔行扫描(non-interlaced scan)。
(3) 使用NTSC帧速率，电视图像的最大帧速率为30 000/1001≈29.97幅/秒。
(4) 使用1/2的PAL水平分辨率，即288线。
(5) 对亮度和两个色差信号(Y、Cb和Cr)分量分别进行编码，它们的取值范围同ITU-R BT.601。
即黑色=16，白色=235，色差的最大值等于240，最小值等于16。


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DCIF 分辨率是什么？


经过研究发现一种更为有效的监控视频编码分辨率（ DCIF ），其像素为 528*384 。 DCIF 分辨率的是视频图像来历是将奇、偶两个 HALF D1 ，经反隔行变换，组成一个 D1 （ 720*576 ）， D1 作边界处理，变成 4CIF （ 704*576 ）， 4CIF 经水平 3/4 缩小、垂直 2/3 缩小，转换成 528*384 。 528*384 的像素数正好是 CIF 像素数的两倍，为了与常说的 2CIF （ 704*288 ）区分，我们称之为 DOUBLE CIF ，简称 DCIF 。显然， DCIF 在水平和垂直两个方向上，比 Half D1 更加均衡。


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为什么选用 DCIF 分辨率？


　　数字化监控行业对数字监控产品提出两项要求：首先要求数据量低，保证系统能够长时间录像和稳定实时的网络传输；其次要求回放图像清晰度高，满足对细节的要求。而 DCIF 分辨率在目前的软硬件平台上，能很好的满足以上两项要求。
　　 Half D1 分辨率已被部分产品采用，用来解决 CIF 清晰度不够高和 D1 存储量高、价格高昂的缺点。但由于他相对于 CIF 只是水平分辨率的提升，图像质量提高不是特别明显，但码流增加很大。
　　经过对大量视频信号进行测试，基于目前的视频压缩算法， DCIF 分辨率比 Half D1 能更好解决 CIF 清晰度不够高和 D1 存储量高、价格高昂的缺点，用来解决 CIF 和 4CIF ，特别是在 512Kbps 码率之间，能获得稳定的高质量图像，满足用户对较高图像质量的要求，为视频编码提供更好的选择。
　　 CIF 清晰度不够高和 D1 存储量高、价格高昂的缺点分辨率，静态回放分辨率理论上最高可达 360TVline 的图像质量，超过模拟监控中标准 VHS 磁带录像机 280TVline 的图像水平，达到公安部安防行业视频标准二级和三级项目的清晰度要求，满足绝大部分视频监控的要求。

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一般ADSL 2M 指的是  上行512Kbps，下行（下载的带宽）2Mbit每秒（2Mbps）

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所谓视频传输就是将图片一张张传到屏幕，由于传输速度很快，所以可以让大家看到连续动态的画面，就像放电影一样。一般当画面的传输数量达到每秒24帧时，画面就有了连续性。在进行这种图片的传输时，必须将图片进行压缩，一般压缩方式有如H.261、JPEG、MPEG等，否则传输所需的带宽会变得很大。大家用RealPlayer不知是否留意，当播放电影的时候，在播放器的下方会有一个传输速度250kbps、400kbps、1000kbps…画面的质量越高，这个速度也就越大。而摄像头进行视频传输也是这个原理，如果将摄像头的分辨率调到640*480，捕捉到的图片每张大小约为50kb左右，每秒30帧，那么摄像头传输视频所需的速度为50*30kb/s＝1500kbps＝ 1.5Mbps。而在实际生活中，人们一般用于网络视频聊天时的分辨率为320*240甚至更低，传输的帧数为每秒24帧。换言之，此时视频传输速率将不到300kbps，人们就可以进行较为流畅的视频传输聊天。如果采用更高的压缩视频方式，如MPEG-1等等，可以将传输速率降低到200kbps不到。这个就是一般视频聊天时，摄像头所需的网络传输速度。 宽带网络： 视频压缩上已经可以满足应用的标准，但视频聊天的实现，还需要互联网条件的认可。一般来说，在国内我们可以通过以下几种方式上网： 可以看出，除了56K Modem，ISDN以外，一般的宽带网络都可以满足用户进行视频传输的需求。而根据不同上网方式给用户提供的带宽，还可以自己调节摄像头传输画面的质量，如分辨率、真彩色级别、画面捕捉传输速度等等。比如，当带宽达到2Mbps时，我们就可以采用分辨率为640*480，每秒30帧来进行视频聊天，这时不论是画面的质量还是流畅性都是相当高的，如同两个人面对面交流一样。
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在视频监控系统中，对存储空间容量的大小需求是与画面质量的高低、及视频线路等都有很大关系。下面对视频存储空间大小与传输带宽的之间的计算方法做以介绍。

比特率是指每秒传送的比特(bit)数。单位为 bps(Bit Per Second)，比特率越高，传送的数据越大。比特率表示经过编码（压缩）后的音、视频数据每秒钟需要用多少个比特来表示，而比特就是二进制里面最小的单位，要么是0，要么是1。比特率与音、视频压缩的关系，简单的说就是比特率越高，音、视频的质量就越好，但编码后的文件就越大；如果比特率越少则情况刚好相反。

码流（Data Rate）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，画面质量就越高。  

上行带宽就是本地上传信息到网络上的带宽。上行速率是指用户电脑向网络发送信息时的数据传输速率，比如用FTP上传文件到网上去，影响上传速度的就是“上行速率”。

下行带宽就是从网络上下载信息的带宽。下行速率是指用户电脑从网络下载信息时的数据传输速率，比如从FTP服务器上文件下载到用户电脑，影响下传速度的就是“下行速率”。

不同的格式的比特率和码流的大小定义表：

    

格式类型	CIF	D1	720P	1080P
比特率大小	512Kbps	1.5Mbps	2Mbps	4Mbps
码流大小	64kB/s	192kB/s	256kB/s	512kB/s

传输带宽计算：

    比特率大小 × 摄像机的路数 = 网络带宽至少大小；

    注：监控点的带宽是要求上行的最小限度带宽（监控点将视频信息上传到监控中心）；监控中心的带宽是要求下行的最小限度带宽（将监控点的视频信息下载到监控中心）；例：电信2Mbps的ADSL宽带，理论上其上行带宽是512kbps = 64kB/s  ，其下行带宽是2Mbps = 256kB/s

例：监控分布在5个不同的地方，各地方的摄像机的路数：n = 10（20路）1个监控中心，远程监看及存储视频信息，存储时间为30天。不同视频格式的带宽及存储空间大小计算如下：

地方监控点：

CIF视频格式每路摄像头的比特率为512Kbps，即每路摄像头所需的数据传输带宽为512Kbps，10路摄像机所需的数据传输带宽为：
　　512Kbps（视频格式的比特率）×10（摄像机的路数）≈ 5120Kbps = 5Mbps（上行带宽）
　　即：采用CIF视频格式各地方监控所需的网络上行带宽至少为5Mbps；

D1视频格式每路摄像头的比特率为1.5Mbps，即每路摄像头所需的数据传输带宽为1.5Mbps，10路摄像机所需的数据传输带宽为：
　1.5Mbps（视频格式的比特率）×10（摄像机的路数）= 15Mbps（上行带宽）
　　即：采用D1视频格式各地方监控所需的网络上行带宽至少为15Mbps；

720P（100万像素）的视频格式每路摄像头的比特率为2Mbps，即每路摄像头所需的数据传输带宽为2Mbps，10路摄像机所需的数据传输带宽为：
　2Mbps（视频格式的比特率）×10（摄像机的路数）= 20Mbps（上行带宽）
　　即：采用720P的视频格式各地方监控所需的网络上行带宽至少为20Mbps；

1080P（200万像素）的视频格式每路摄像头的比特率为4Mbps，即每路摄像头所需的数据传输带宽为4Mbps，10路摄像机所需的数据传输带宽为：
　4Mbps（视频格式的比特率）×10（摄像机的路数）= 40Mbps（上行带宽）
　　即：采用1080P的视频格式各地方监控所需的网络上行带宽至少为40Mbps；

监控中心：

CIF视频格式的所需带宽：

512Kbps（视频格式的比特率）×50（监控点的摄像机的总路数之和）=25600Kbps = 25Mbps（下行带宽）

即：采用CIF视频格式监控中心所需的网络下行带宽至少25Mbps

D1视频格式的所需带宽：

1.5Mbps（视频格式的比特率）×50（监控点的摄像机的总路数之和）= 75Mbps（下行带宽）

即：采用D1视频格式监控中心所需的网络下行带宽至少75Mbps

720P（100万像素）的视频格式的所需带宽：

2Mbps（视频格式的比特率）×50（监控点的摄像机的总路数之和） = 100Mbps（下行带宽）

即：采用720P的视频格式监控中心所需的网络下行带宽至少100Mbps

1080P（200万像素）的视频格式的所需带宽：

4Mbps（视频格式的比特率）×50（监控点的摄像机的总路数之和） = 200Mbps（下行带宽）

即：采用1080P的视频格式监控中心所需的网络下行带宽至少200Mbps

存储空间计算：

    码流大小（单位：kB/s；即：比特率÷8）×3600（单位：秒；1小时的秒数）×24（单位：小时；一天的时间长）×30（保存的天数）×50（监控点要保存摄像机录像的总数）÷0.9（磁盘格式化的损失10%空间）=所需存储空间的大小（注：存储单位换算1TB=1024GB; 1GB=1024MB; 1MB=1024KB）

    50路存储30天的CIF视频格式录像信息的存储空间所需大小为：

64×3600×24×30×50÷0.9 = 8789.1GB≈9TB

50路存储30天的D1视频格式录像信息的存储空间所需大小为：

192×3600×24×30×50÷0.9 = 26367.2GB≈26TB

 

50路存储30天的720P（100万像素）视频格式录像信息的存储空间所需大小为：

256×3600×24×30×50÷0.9 = 35156.3GB≈35TB

50路存储30天的1080P（200万像素）视频格式录像信息的存储空间所需大小为：

512×3600×24×30×50÷0.9 = 70312.5GB≈69TB

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单路CIF视频编码器:

　　技术规格：
　　支持PAL或NTSC格式
　　视频码率32Kbps-4Mbps连续可调，帧率1-30　（1-25）连续可调
　　视频流占用平均带宽200kbps（分辨率352x288，25帧）
　　画面延迟小于200毫秒（局域网）
　　嵌入式Web服务，支持IE浏览、配置、升级
　　支持动态域名、局域网、广域网
　　支持双向语音对讲
　　报警预录功能　5　秒　-30　秒　，　支持报警上传
　　支持图像抓拍、录像
　　支持网络断线自动连接功能
　　支持异常情况自动重启恢复功能
　　
　　项目　规格　　与　　参数　
　　视频制式　NTSC／PAL　
　　视频编码　MPEG-4　
　　帧率　25fps（PAL），30fps（NTSC），向下可调　
　　音频编码　MP3　
　　视频编码尺寸　PAL：　352×288
　　NTSC：352×240　
　　带宽占用　200　kbps（分辨率352×288，25帧）　
　　画面延迟　小于200毫秒（局域网）　
　　图像调节　亮度、对比度、色度、饱和度，图像质量级别调节　
　　分辨率　PAL：　352×288
　　NTSC：352×240　
　　性能　输出帧率最大为30fps，网络带宽占用最小为32Kbps　
　　触发事件及行动　触发条件：时间／报警输入／视频移动侦测／视频丢失
　　动作：继电器输出控制外围设备　
　　建议访问用户数　10　
　　IO及控制接口　RS485透明通道　
　　嵌入式WEB服务　支持IE浏览、配置、升级　
　　视频输入　复合视频：1.0V　p-p／75Ω，BNC连接器×1　
　　音频输入（可选）　BNC接口　麦克风输入或线性输入　
　　音频输出　BNC接口　线性输出　
　　硬件　音视频处理芯片：高性能DSP处理器
　　主CPU：高性能嵌入式MIPS处理器
　　操作系统：实时嵌入式LINUX操作系统
　　ROM：8M　Bytes　Flash　ROM
　　RAM：　64M　Bytes　SDRAM　
　　网络接口　10／100M　
　　报警输入　4个开关量输入　
　　报警输出　4个继电器输出　
　　音频　双向语音对讲　
　　系统要求　CPU：PⅢ或者更高
　　内存：96M或者更高
　　显示器：17寸＠1024×768以获得最佳显示效果　
　　安全性　3层密码保护　
　　工作温度　5　～　60　℃　
　　工作湿度　20　～　80％　
　　输入电压　DC12V　／3A　
　　功率　小于5　瓦　
　　整机尺寸　263mm（W）＊44mm（H）＊140mm（D）