网络视频传输与交换(一)

口。应用层协议 的代表包括Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。该层是OSI模型的最高层。应用 层向应用进程展示所有的网络服务，当一个应用进程访问网络时，通过该层执 行所有的动作。
3. 数据之间的传输过程
数据在各层之同的单位都是不一样的，在物理层，数据的单位称为比特 （Bit）；在数据链路层，数据的单位称为帧（Frame）；在网络层，数据的 单位称为数据包（Packet）；在传输层，数据的单位称为数据段（Segment） 或数据报文（Data）
应用层的任务是确定进程之间通信的性质以满足用户的需求，是上层编程的 任务，通常具有协议无关性。
在网络视频传输系统中，传输层协议的选择是整个系统涉及的关键，关系到 视频传输的效率和质量。
4.主要网络协议
在流媒体传输控制领域及网络视频监控应用中，经常涉及到如下几个协议， 即实时数据传输协议RTP(Real-Time Transport Protocol),实时传输控制协议 RTCP(Real-Time TranspotControl Protocol), 实时流协议RTSP(Real-Time Streaming Protocol)及 资源预留协议RSTP(Resorce Reservation Protocol)。
图3 OSI的7层网络结构
物理层、数据链路层和网络层属于OSI模型的低3层，负责创建网络通信 连接的链路、传输层、会话层、表示层和应用层是OSI模型的高4层，具体负 责端到端的数据通信。
每层完成一定的功能， 每层都直接为其上层提供服务，并且所有层次都 互相支持，而网络道信则可以自上而下或者自下而上双向进行。当然，并不是 所有通信都是要经过OSI 的全部7层，如物理接口之间的转接，只需要在物理 层中进行即可:而路由器与路由器之间的连接则只需要网络层以下的3层。
传输层的任务是为主机间可建立传输连接，合理利用网络资源，以“透明” 的方式传送报文，在传输层，Windows采用TCP/UDP协议，Unix采用TCP 协议，而Netware采用SPX协议。
会话层的任务是确定相互连接的主机间信息传输的方式。
表示层的任务是进行传输数据格式化和代码转换，通常用于异构机之间的通 信。
这里，鸽子（背景）、草地（背景）、狗（前景）都是VO单元。
（三）系统中的视频传输
在网络视频监控系统中，虽然视频图像经过编码压缩，但是其数据量还 是很大的，当网络中同时有多路视频信号传输时，并发的大量数据传输对网 络的压力非常大，从而可能导致数据的延时或丢包，而网络视频监控系统与 普通数据业务的区别在于其对数据（视频）的实时性要求比较高，网络延时 必须在一定限度内才可以接受。
物理层实现透明地传输“比特流”，数据链路层实现节点间无差销传输以 “帧”为单位的数据，物理层与链路层属于底层基本传输，其功能基本上由传 输介质及网卡固化，是不可改变的。
网络层的任务是完成数据的打包和传输，期向需要进行适 当的路由选择， 在网络层，Windows和Unix采用IP协议而Netware采用IPX协议。
VO与VOP概念
传统的视频编码方式是将整个视频信号作为一个内容整体来进行处理，其 本身不可再分割，而这与人类对视觉信息的识别习惯是不同的。传统的编码方 式（MPEG-1、MPEG-2）不能将一个视频信息完整地从视频信号中提取出来， 比如将加有电视台台标和字幕的视频恢复成无台标、无字幕的视频。
解决此类问题的办法就是在编码时将不同的视频信息载体，即视频对象 VO区分对待，分别独立地进行编码与传输，将图像序列中的每一帧看成是由 不同的VO加上活动的背景所组成。VO可以是人、车、动物、其他物类，也可 以是计算机生成的图形。VO具有音频属性，但音频的具体内容是独立于视频 编码传输的。
网络视频监控系统的数据流架构如图1所示。
图1中主要包括两种类型的数据流，一种是视频监控系统中主要的、占据大 量宽带资源的流媒体（视频流），另外一种式视频监控系统中比例很小、占用 资源很少但非常重要的控制流（命令流）。视频流的特点是对实时性要求（体 现在延时和抖动上），而控制命令的要求是高可靠性（不允许有丢包现象）。
在网络视频监控系统中，传输的关键技术体现如下: 高效的编码压缩方式以保证对带宽资源的低占用； 良好的QoS机制以自动调整相关参数，保证降低传输延时、丢包 可用组播技术实现对网络资源的节约； 良好的拥塞控制机制，要求IPC、DVR及DVS具有码流自适能力； 良好的差错控制，IPC及DVS要具有错误恢复能力；
在TCP/IP协议分层模型中，包含两种传输协议，即传输控制协议TCP和 用户数据协议UDP。TCP是面向连接的传输协议，具有重传机制和拥塞控制机 制，能提供可靠服务；而UDP是无连接的数据传输，没有重发机制，所以是不 可靠的服务，但是传输效率比较高。
通常，在网络视频监控系统中，根据具体情况，两种协议都有不同的应用， 如TCP用来进行设备的控制信息、视频的回放流传输等，以发挥其可靠性特点， 而UD、用来传输实时的音、视频图像，以发挥其高效性。
(3)网络层
网络层负责对子网间的数据包进行路由选择，还可以实现拥塞控制、网际 互联等功能。网络层协议的代表包括IP、IPX、RIP、OSPF等。网络层的主要 工作是数据信息交换，网络层把数据包发送到目的路径。我们经常用到的IP地 址，就是网络层的范畴。在网络层，涉及的是“数据包”，地址解析和路由是 网络层的主要任务。常见设备是路由器、网关等。
比如: “写信、寄信、读信”.我们写信给朋友，通常的过程是将心中要表达的 东面以文字形式写在信纸上，再装入信封，投入邮筒，之后经过火车成飞机(师 局传输系统)最后异到达朋友的邮筒。朋友收到信件，打开信封后取出信纸，读 到信的内容，然后将信的内容信息传输到大脑。整个过程中，信息(信件内容) 经过了一 -系列的传输和包装、解包装过程后，其内容始终没有改变。
网络视频传输与交换（一）
一、网络视频监控系统的特点
（一）网络视频监控架构
图 1 网络视频监控系统数据结流示意图
典型的网络视频监控系统的主要构成是编码器、媒体服务器、录像机 、解码器、核心管理软件、客户工作站等。编码器对视频图像进行编码压 缩并发送到网络，客户工作站对视频进行解码显示，操作人员可以发送控 制命令，实现对前端的设备进行PTZ控制等操作。
比如：“包裹、快递公司、陆海空”。我们发送包裹给朋友，通常会找一 家快递公司(传输层)，将打包好的包裹交给他们后，我们就等朋友收到包里的 确认信息了。至于快递公司如何传输包裹，走公路、海运或空运等，是我们看 不到的（通信细节屏蔽)。这里的航空公公司、铁路系统等可以看做是传输层的 下3层，快递公司是连接下3层与上层（用户）的中间层（传输层）。
因此，在网络视频监控系统的视频流传输中，在UDP之上，通常采用实时 传输协议（RTP）加传输控制协议（RTCP），两者配合使用以实现网络视频 数据流传输的要求；而采用TCP进行控制命令的传输。
（二）MPEG-4技术说明
视频编码压缩技术是网络视频监控系统的基础，没有经过编码压缩的海 量数据对网络传输系统来说是无法承受的。视频编码压缩技术目前的主流 是MPEG-4方式，而H.264编码方式近年来发展迅速，并具有更好的特质。 相对于以往的编码方式(MPEG-1/2)，MPEG-4编码方式最大的不同是采 用“基于对象”的编码方式，打破了以往的基于“宏块”为编码单位的限 制，引入了“视频对象”的概念，在编码时充分考虑了“人眼”的视觉特 征因素。
2.传输层的意义
如先前所述，传输层是OS1 网络模型中介于网络层与会话是之间的“中 间层”，之所以网络之层与会话层之间增加了“传输层”这个中间层，是因为 网络层提供的从源网络到目标网络之间的网络通信服务，其本身的服务质量没 有保证，不可靠的IP协议提供的是尽力而为(Best Effort）的服务， 不保证端 对端数据传输的可靠性，IP分组在传输过程中可能出现乱序、丢包等情况。
视频对象平面（VOP）是视频对象（VO）在某一时刻的采样，VOP是 MPEG-4编码的核心概念。
VOP的编码主要有两部分组成：一个是形状编码，另一个是纹理和运动信 息编码。
VOP纹理编码和运动信息的预测、补偿在原理上同MPEG-2标准基本 一致，而形状编码技术则是首次应用在视频编码领域。MEPG-4是以VOP 为单位进行编解码，MPEG-4的VO概念原理如图2所示：
二、网络传输协议介绍
（一）OSI模型介绍
1.OSI的7层网络模型
OSI模型是由国际标准化组织(ISO)制定的。OSI模型将网络通信工作分为7层 ，由低到高依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应 用层。各层的功能相互独立，每一层所实现的功能对上面一层来说都是透明的， 每一层都只关心下一层所提供的服务。OSI的7层网络模型结构如图3所示。
RTP:提供时间戳标志、序列号及其他能够保证实时数据传输处理时间的方法。
RTCP: RTCP是RTP的控制部分，用来保证服务质量和成员管理。
RTSP:提供远程的控制，具体的数据传输由RTP完成。RSVP:是Internet 上的 资源预订协议，使用RSVP预留一 部分网络资源，能在一定程度上为流媒体的 传输提供QoS。
2. OSI模型分层介绍
(1）物理层
物理层规定了激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功 能特性以及过于物理层定义的典型规范包程特性。物理层为上层协议提供了一 个传输数据连接的物理媒体。属于物理层定义的典型规范EIA/TIA RS-232、 EIA/TIA RS-449 V.35、RJ-45等。顾名思义，物理层就是网络设备的物括 理连接，如发送器、接收器、网线、光纤，连接器等构件都是物理层设备，是 整个网络信息高速公路的基础，它透明地传输比特流，常说的“综合布线”系 统主要就是物理层工作，注意我们经常见到的集线器(Hub)就属于物理层设备。
（5）会话层
会话层管理主机之间的会话进程，即负责建立、管理、终止进程之间的会 话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。