第十章 网络视频传输与交换
网络视频监控系统特点 305
网络视频监控系统结构 305
MPEG-4技术说明
系统中的视频传输
网络传输协议介绍
305
306
307
OSI模型介绍
传输层介绍
307
310
TCP与UDP协议
312
RTP与RTCP协议
314
RTSP与RTVP简介
网管协议SNMP 318
317
智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件
第十章 网络视频传输与交换
网络视频监控系统特点 305
网络视频监控系统结构 305
MPEG-4技术说明
系统中的视频传输
网络传输协议介绍
305
306
307
OSI模型介绍
传输层介绍
307
310
TCP与UDP协议
312
RTP与RTCP协议
314
RTSP与RTVP简介
网管协议SNMP 318
317
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第十章 网络视频传输与交换
流媒体概念 330
流媒体在视频监控的应用 331
SIP协议介绍 333
信道分离技术 333
SIP架构下数据传输
视频互联互通 335
视频互联互通的意义
视频互联互通的方式
ONVIF及PSIA介绍
334
335
335
336
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网络视频监控架构
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。
网络视频监控系统的数据流架构如图所示。
图 网络视频监控系统数据结流示意图
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MPEG-4技术说
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。
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系统中的视频传输
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
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OSI模型介绍
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所示。
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传输层介绍
OSI所定义的传输层正好是7层网络的中间一层，是通信子网(下3层)
和资源子网(上3层)的分界线，它屏蔽通信子网的不同，从端到端经
网络透明地传送报文，完成端到端通信链路的建立、维护和释放，
实现通信子网中端到端的透明传输。传输层在7层网络传输层次中的
角色如图所示。
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传输层介绍
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TCP与UDP
TCP采用“三次握手”建立连接的基本思想是：信源机发一个带本
次连接序号的请求（第一次握手）；信宿机收到请求后如同意连接
则发回一个带本次连接序号的确认应答，应答还包含信源机连接序
号（第二次握手）；信源机收到应答（含两个初始序号）后再向信
宿机发一个含两个序号的确认（第三次握手），信宿机收到后确认，
则双方连接建立。只有在TCP建立端到端连接后，才能进入真正数
据传输阶段，图是TCP协议示意图。
图 TCP传输协议示意图
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RTP与RTCP
实时传输协议（RTP，Real-Time Transport Protocol）是用于多媒体
数据流在网络上传输的一种传输协议。传送音视频数据通常都会采
用基于UDP的RTP协议传输，RTP为数据流提供时间信息和实现流同
步。RTP协议位于UDP协议之上，在功能上独立于下面的传输层
（UDP）和网络层，但不能单独作为一个层次存在，通常是利用低
层的UDP协议对实时视音频数据进行组播（Multicast）或单播
（Unicast），从而实现多点或单点视音频数据的传输。
图 RTP数据流结构示意图
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RTP与RTCP
图 RTP数据流结构示意图
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视频监控系统中数据流
典型的IP视频监控系统结构如下图所示，主要包括视频编码压
缩及传输设备(即编码器及IP摄像机)，视频存储与转发设备（NVR
服务器），系统数据与管理设备（中央服务器）。客户端软件可以
部署在任何位置，实现系统配置、视频浏览、视频回放等操作。
图 典型IP监控系统构成示意图
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视频流的编码
在网络视频监控系统中，主要硬件构成是视频编码设备、传输系统
及解码显示设备，其中，视频流的编码压缩是视频传输的前提条件，
编码的目的是对视频数据进行压缩以使得视频在网络上进行传输成
为可能，压缩的视频流数据量太大导致目前的带宽条件无法承
受。目前，视频压缩标准主要有两个系列，一个是由ITU-T制定的H.
26x系列，另一个是由ISO制定的MPEG-x系列。
目前比较主流的国际标准是和MPEG-4，MPEG-4是目前的主流，
而代表了视频编码的方向。MPEG-4标准定义了Profile（类）
及Level（等级）来针对不同的应用，其中，Profile主要涉及一个码
流中采用了哪些技术，包括压缩和处理方法的一个集合，较高的类
意味着采用较多的编码工具集，进行更精细的处理，达到更好的图
像质量，同时实现的代价也更大，而Level主要涉及输入格式如图像
大小、需要的缓存量等。如之前所介绍，MPEG-4采用了基于对象的
编码理念，更加考虑了人眼视觉的特点，提出了运动信息、纹理、
轮廓编码概念。
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RTP的打包过程
视频流完成编码压缩后，在传输之前需要进行打包(RTP数据包由RT
P包头和不定长的连续媒体数据载荷组成)，给MPEG-4视频流打包的
目的是更好地适应网络传输，让解码显示端能够恢复MPEG-4数据流
并进行回放。
MPEG-4的视频流是以VOP为单位编码的，在传输前，将视频流加上
包头信息，然后进行RTP打包封装，MPEG-4视频流是RTP数据包中
的载荷(Payload)部分。RTP数据包的结构如图所示。
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RTP的打包过程
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视频流的封装
视频流完成编码压缩、RTP打包后，需要进行封装，即将RTP协议数
据封装在UDP的消息字段，然后进行IP数据封装，才能发送到网络
上进行传输。如图所示，MPEG-4数据流分别被封装上RTP报
头、UDP报头和IP报头，然后IP数据包通过网络发送。
图 RTP视频流的封装
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视频封装格式
视频的编码标准与视频文件的封装格式无必然关系。如同样都是采
用MPEG-2标准的视频流，有的可能采用PS流(节目流)，PS流的后
缀
是VOB及EVO等；有的可能采用TS流(传输流)，PS流的后缀是TS。
不同的封装格式一般为了适应不同的传输需求。另外，即使采用同
一编码标准，如MPEG-2标准，由于数据包封装格式不同，不同厂商
的视频流一般无法直接兼容(互编互解)。目前主流的视频封装格式如下：
I
WMV
MPEG
Real Video
Quick Time
Video
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视频传输过程
视频流首先以RTP协议进行封装, 再用UDP协议对RTP数据包进行封
装, 最后由IP网络层封装为IP数据包, 经网络进行传输。RTP本身也不
提供可靠的传送机制以及流量控制或拥塞控制, 它依靠RTCP提供这
些服务。在RTP会话期间, 各接收端地传送RTCP。RTCP中含
有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料。基于
RTCP 的反馈机制, 发送端可以评估网络状态和接收端情况, 及时调整
传送方式, 尽可能地解决网络实时数据传输中出现的不可预测的延迟、
抖动等问题。
图 RTP视频流的传输过程
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单播、组播与广播
通常，在传统的网络通讯中，有两种方式，一种是源主机和目标主
机两台主机之间进行的“一对一”的通讯方式，即单播 （Unicast），
第二种是一台源主机与网络中所有其他主机之间进行通讯，即广播
（Broadcast）。那么，如果需要将信息从源主机发送到网络中的多
个目标主机，要么广播方式，这样网络中所有主机（当然包括目标
主机）都会收到该信息，要么采用单播方式，由源主机分别向各个
不同目标主机发送信息。
可以看出来，广播方式下，信息会发送到不需要该信息的主机（非
目标主机）从而浪费带宽资源，甚至引起广播风暴；而单播方式下，
会因为数据包的多次重发而浪费带宽资源，同时，源主机的负荷和
会因为多次的数据复制而加大。所以，单播与广播对于多点发送问
题有缺陷。
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单播、组播与广播
在此情况下，组播技术产生了。组播技术的初衷：在IP网络中，以
“尽力而为“的形式发送信息到某个目标组，这个目标组称为组播
组（Multicast Group），这样在有源主机向多点目标主机发送信息
的需求时，源主机只发一份数据，数据的目标地址是组播组地址，
这样，凡是属于该组成员，都可以接收到一份源主机发送的数据的
拷贝（拷贝工作由路由设备完成，而不是源主机完成），此组播方
式下，只有有真正信息需要的成员（即组播组内的成员）会收到信
息，其他主机不会收到。
因此，组播方式解决了单播情况下数据的重复拷贝及带宽的重复占
用，也解决了广播方式下，带宽资源的浪费。
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组播在视频监控中的应用
如先前所述，单播方式是一对一的传送，即每次传送的数据只能被
一台主机接收。在实时的监控系统中，由于视频数据量很大，若以
单播方式进行通信，发送信息的主机必须向每个希望接收此数据包
的用户(客户工作站)发送一份单独的数据包拷贝，这种巨大的冗余
会给发送数据的源主机(IPC/DVS/DVR/NVR)带来沉重的负担，因为
它必须对每个要求都做出响应，这使得负担过于沉重，主机的响应
时间会大大延长，并且同时只是用户连接数有限。
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组播在视频监控中的应用
组播技术在数字视频监控系统当中主要用于多用户实时共同观看同
一个通道的实时图像时，采用“一对组”的方式传输，从而节约带
宽并减轻视频源负担。并且，视频流支持从编码器发送到网络中去，
利用网络实现多个并发流的复制与分发，IPC/DVS/DVR/NVR设备不
再是系统并发访问的瓶颈。
同时，网络带宽资源也得到有效利用，并且，实时视频的组播浏览
功能是点对点的，而不像单播的那样故障点多。
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视频监控需求分析
图中，是以DVR为例(在NVR架构下，实质是编码压缩工作迁移到前端
的视频编码器，而NVR主要做存储与转发用，因此视频流类型及结构与DVR
类似)，在此架构中，主要有三种视频流，即直接写入磁盘进行存储的视频
流、经过网络发送的实时浏览视频流及远程客户调用的录像回放视频流。
在大型系统中，通常三种视频流同时存在，并且因为众多用户的实时浏览、
回放浏览、实时存储等需求，使得DVR设备需要并发支持多个用户请求，
这对DVR的CPU、内存资源、I/O总线以及网络带宽、存储吞吐率等都带来
严竣的考验。
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流媒体概念
早期的流媒体(Streaming Media)技术主要应用在网络视频点播中，
用户可以实现边下载边播放多媒体数据的功能。
通常，系统建立连接后，需要在用户侧开辟缓冲存储，实现对起始
阶段数据的下载，之后开始播放，这样，用户不需要下载完整的多
媒体数据，而媒体数据会源源不断地进入本地缓冲进行播放。流媒
体技术是多媒体编解码与网络视频传输技术的融合，能够保证在复
杂的网络环境下，实现超多用户并发支持，并保证播放质量。
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SIP协议介绍
视频监控系统在向网络化、分布化、集成化发展的过程中，对系统
之间的互联互通的需求越来越明显，视频监控系统的互联互通需要
网络控制协议的支持。会话初始协议SIP，(Session Initiation
Protoco1)作为基于互联网环境中的一种信令控制协议，具有可扩展、
灵活、可重用的特质，因此，在大规模的IP视频监控系统中，可以
满足联网、分布部署等需求。SIP是应用层的信令控制协议，用于创
建、修改和释放一个或多个参与者的会话，各个成员之间可以通过
单播、组播或两者结合的方式进行交互。
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交换机相关技术
交换机主要参数
监控系统网络拓扑
前端设备接入
监控系统网络规划
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无线相关技术
无线通信(Wirelessmunication)是利用电磁波信号可以在自由
空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，其距离可很短
（如电视遥控范围数米）或很长（数千或数百万公里的无线电通
信）。近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线
通信技术。在某著名企业中实现的无线通信又通称为某著名企业
通信，人们把
二者合称为无线某著名企业通信。
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几种无线通信技术对比
近距离：蓝牙、WiFi、UWB、ZigBee、红外、HomeRF、RFID（射频识别）
远距离：WiMax、GSM（2G）、GPRS（）、WCDMA/CDMA2000/TD-
SCDMA（3G）
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无线视频监控系统图
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EPON技术介绍
EPON概念
基于EPON的视频传输
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EPON的概念
无源光网络（PON）是一种采用点到多点（P2MP）结构特征的单
纤双向光接入网络，其典型拓扑结构为树型。PON系统包括三个组
件：由局侧的光线路终端（OLT，Optical Line Terminal）、用户侧
的光网络单元（ONU ，Optical Network Unit ）和光分配网络
（ODN，Optical Distribution Network）组成，为单纤双向系统。
在下行方向（OLT到ONU），OLT发送的信号通过ODN到达各个
ONU；在上行方向（ONU到OLT），ONU发送的信号只会到达OLT
，
而不会到达其他ONU。ODN在OLT和ONU间提供光通道，ODN中的
无源光分路器可以是一个或多个光分路器的级联。
EPON 无 源 光 网 络 是 一 种 点 到 多 点 (Point-to-Multipoint
Optical
Access Network )的光接入网络，是二层采用以太网帧来承载
业务的PON系统。EPON=Ethernet+PON.
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视频互联互通
视频互联互通的意义
视频互联互通的方式
ONVIF及PSIA介绍
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互联互通的意义
从模拟矩阵到DVR，再到现在的NVR，视频监控系统从模拟走向数
字，从封闭走向开放，开放性、兼容性、集成性是目前对视频监
控系统的一个基本需求。在大型项目建设中、在旧项目的升级改
造扩容中，不同厂商、不同系统之间的互联互通变得必需而迫切。
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互联互通的方式
目前网络视频监控系统行业没有统一的标准，各个厂商按照自己
的思路去开发编码算法和通信协议，这样导致的问题是在大型的
系统中，多个不同厂家之间的编码设备(IPC、DVS)、录像设备
(DVR/NVR)、解码播放设备之间无法互联互通。在目前的形势下，
通常采用API的方式实现系统间集成和互联互通。
API集成方式中，从编码设备(IPC、DVS)到录像设备(DVR、NVR)
，
可以利用编码设备厂商提供的API接口实现视频流的捕获，如RTP
封装的MPEG-4流，然后录像设备(DVR/NVR)或视频转发设备可以
直接打包生成视频文件进行存储，或转发到下级节点去(RTP封装
的MPEG-4流)。需要解码播放时，一般需要编码设备厂家提供的播
放插件，实现对该厂商的视频流的解码显示，如果该MPEG-4流是
标准的，即符合ffMPEG开源解码库标准，那么可以采用标准播放
器如VLC进行解码播放。
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ONVIF及PSIA
为统一标准、规范行业，目前国际上已有两个团体(ONVIF及PSIA)
分别于2008年成立，针对网络视频监控标准提出建议草案，来制
定前后端设备的接口(Interface)共同标准，期望经由共同规范的订
立，为未来建构可互通的网络视频监控系统预作。ONVIF采取定义
平台、指令及需求方式，以Web Service的SOAP(Simple Object
Access Protocol)为主要结构；PSIA虽然也架构在Web Service之下，
却采用API(Application Programming Interface)方式，并以
HTTP(Hypertext Transfer Protocol)来支持互通性的实施。
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本章小结
网络视频监控技术与网络传输技术关系紧密，如何利用当前的基础
网络或新建的网络承载进行高效、实时的视频传输是视频监控厂商
重点考虑的问题。对于视频监控设备，其对网络带宽的需求、对网
络质量（抖动、延时）的适应性，对视频实时显示及回放效果有很
大影响。本章介绍了网络基础结构、视频传输的特点、传输的模式、
基本需求及视频互联互通实现方式，核心在于如何将视频与网络进
行有效融合应用。
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