本應用筆記介紹了當前視頻監控系統所采用的不同壓縮技術以及一些視頻壓縮標準的優勢，討論了利用傳統CCTV和IP攝像機輸入實現數字錄像的基本原理，即采用H.264視頻壓縮標準能夠有效提供數據存儲容量，即使采用低比特率傳輸速率也能夠獲得較高的網絡傳輸圖像質量。

引言

模擬CCTV安全監控系統正在向數字技術過渡，對于錄像的需求是引領這一趨勢的重要因素。在需要視頻監控和錄像的安全監控系統中，模擬VCR已經被數字錄像機(DVR)取代。安全監控應用中，相對于模擬VCR，DVR具有壓倒性的優勢。連續的視頻圖像按照數字形式記錄、處理，并通過數字網絡傳輸，幾乎可以滿足包括高清(HD)在內的任何等級的圖像質量需求。用戶可以采用數字處理技術，例如實時分析、現場搜索、移動和活動檢測報警，通過IP網絡進行遠程訪問。物理載體的存儲成本，例如硬盤(HDD)、數字通用光盤(DVD)或網絡存儲(NAS)器，僅僅是模擬錄像帶成本的幾分之一。利用數字錄像和存檔技術還有助于永久保存視頻錄像，不會隨著時間的推移而損失影像質量。所有這些因素都驅使安全監控領域將DVR作為視頻記錄的標準。

DVR類型

安全監控市場經歷過多個不同的DVR發展階段。嵌入式、混合式以及基于PC的DVR，這些系統都需要基本的視頻和音頻采集單元：模/數轉換、壓縮、回放和網絡流處理。嵌入式DVR是一種獨立設備，可接受模擬CCTV攝像機輸入，壓縮并存儲在本地HDD；混合式DVR能夠接受模擬CCTV和IP攝像機輸入，將其作為視頻源；基于PC的DVR則隨硬件壓縮卡或PC機運行的軟件壓縮程序集成在安全監測站。不同模塊的關鍵特性包括：視頻輸入通道數、所支持的壓縮標準、錄像質量、流處理和播放模式、存儲容量以及系統能夠同時執行的功能數量。


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視頻壓縮技術

H.264是針對安全監控DVR視頻壓縮的新行業標準。相比上一代MPEG-4，甚至是MJPEG標準錄像技術，H.264的優勢在于具有更高的壓縮比，能夠為安全監控系統提供高品質圖像。H.264較高的壓縮比(可以達到上一代壓縮技術的兩倍)能夠使容量擴充100%，所生成的文件尺寸更小，從而能夠在固定容量的存儲裝置上記錄更長時間的圖像。此外，采用H.264壓縮技術能夠以非常低的碼率通過網絡傳輸高品質影像。如果沒有經過高效壓縮，一個多攝像機安全監控系統很快就會超出網絡的可用帶寬。為了延長錄像時間、降低視頻碼率，沒有采用H.264壓縮技術的DVR系統不得不降低錄像幀率或清晰度，從而降低了圖像質量。為了保證產品的后向兼容性，許多系統仍然采用了傳統的編解碼格式(MPEG-4和MJPEG)，但是，從當前的發展趨勢看，H.264已經成為業內DVR的首選編解碼技術。Maxim的H.264系列處理器能夠支持MJPEG錄像和回放，與上一代設備保持后向兼容。

DVR系統需求

視頻安全監控系統對于錄像和顯示清晰圖像的要求越來越高。早期DVR的錄像清晰度大多采用CIF (NTSC 360 x 240)，數字視頻質量與其所取代的模擬VCR相當。低清CIF也比較適合第一代編解碼技術(MJPEG/MPEG-4)，但這種技術的圖像壓縮比已經無法勝任高清系統的要求。當前的市場需求和發展趨勢是標清(D1 NTSC 720 x 480)或“DVD質量”的視頻錄像。與CIF相比，標清(SD)系統每個通道的處理能力提高了4倍。代表最新技術水平的H.264編解碼技術被廣泛用于D1清晰度或更高清晰度的系統，以確保高效壓縮比。Maxim的H.264系列處理器能夠靈活設置視頻清晰度，以滿足不同錄像系統的視頻質量要求。

視頻安全和監控領域的另一個發展趨勢是全幀率錄像和存儲。模擬CCTV攝像機的全幀速率在NTSC制式下為30幀/秒(fps)，PAL制式下為25fps。相對于降低幀率后的DVR設計，例如7.5fps (NTSC制式的25%)或15fps (NTSC制式的50%)，實時視頻錄像系統每個通道的處理能力要求提高2至4倍。為了滿足新型DVR設計的處理需求，需要一種功能強大的可升級系統架構。

隨著時間的推移，當前市場上的多數視頻安全監控系統采用的是模擬CCTV設備和數字式網絡技術的混合架構。傳統的數字設備基于早期的編解碼技術(MJPEG/MPEG-4)，這就要求新設備能夠支持兩種格式的轉換。例如，采用當前MJPEG壓縮算法的IP攝像機所采集的視頻信號必須在DVR中重新編碼為H.264格式，從而實現高效存儲并充分利用網絡帶寬。當前的DVR設計必須能夠接受多格式數字視頻輸入(MJPEG/MPEG-4/H.264)，以保護早期設備的投資。Maxim的H.264系列處理器能夠在重新編碼為H.264格式之前進行MJPEG和MPEG2解碼，支持新系統的錄像和數據流處理。