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視頻聯網

日期: 2017-05-26
瀏覽次數: 191

一、 前言


? ? ? ?安防行業是一個朝陽行業,視頻監控行業作為安防行業的一個重要分支,伴隨著多媒體技術、編解碼技術、網絡技術等IT技術的發展而成熟起來。視頻監控的發展經歷了模擬視頻監控、數字視頻監控、網絡視頻監控、高清視頻監控的演進,產品的功能、形態和視頻監控的組成架構等各方面都發生了巨大的變化。

? ? ? ?視頻監控行業的快速發展源于用戶對視頻監控需求的不斷變換。過去,視頻監控只是為了滿足基本監控需求,譬如監視、控制、錄像、回放、報警等;隨著互聯網的普及,視頻監控需要滿足聯網監控一般需求,譬如遠程監視、控制,遠程錄像、檢索,遠程報警、管理;如今,人們對視頻監控又有了新需求,譬如更高清晰度、與用戶業務的結合(非安防需求)、讓視頻創造價值等。聯網監控是新安防時代視頻監控建設的重點,本文主要解析聯網監控系統的主要要素。



?二、 聯網監控要素


? ? ? ?聯網監控系統主要包括前端采集與編碼壓縮、網絡接入與傳輸、管理中心、存儲、控制中心、第三方系統集成等部分,如圖所示。




視頻聯網

圖1 聯網監控要素



三、 前端采集與編碼壓縮


? ? ? ?前端采集與編碼壓縮主要包括前端視頻采集設備和視頻編碼設備,重點關注信號類型、信號采集方式、壓縮方式。

? ? ? ?目前,視頻采集設備主要包括模擬攝像機網絡攝像機、數字攝像機。模擬攝像機輸出信號為CVBS信號,圖像分辨力取決于圖像傳感器,目前最高可達700線以上,信號通過同軸電纜傳輸,圖像延時極小。網絡攝像機輸出信號為IP數據包,經過H.264等壓縮算法壓縮到較低碼率后傳輸,圖像分辨率取決于圖像傳感器,目前主流分辨率為720P、1080P,最高分辨率可達500萬像素以上,信號通過以太網傳輸,圖像延時由所跨過的網關數量決定,一般延遲較大,傳輸帶寬在8Mbps以內。數字攝像機輸出信號為未經過壓縮的數字信號,圖像分辨率取決于圖像傳感器,需要通過專用的SDI線纜或光纖線纜傳輸,圖像延時極小,傳輸帶寬在1.5Gbps左右。

? ? ? ?編碼壓縮設備主要包括硬盤錄像機(DVR)和視頻服務器(DVS),兩者的功能類似,包括連接CVBS系統和IP系統、編碼壓縮,DVR還可以提供本地存儲、錄像檢索和回放,DVS更多用于將模擬攝像機輸出的CVBS信號轉換為IP數字信號后接入到以太網,因此DVS更多放置在系統前端。

? ? ? ?DVR的發展歷經了VR、PC-DVR、E-DVR、H-DVR的演變。VR表示磁帶式錄像機,采用磁帶作為存儲介質,一機一路,錄放不能同時進行,檢索及長期保存有困難,曾用于早期模擬監控時代,目前已淘汰。PC-DVR表示PC式硬盤錄像機,采用硬盤作為記錄介質,主要部件為視頻采集卡視頻壓縮卡,支持聯網監控。E-DVR表示嵌入式硬盤錄像機,采用嵌入式架構,記錄介質為硬盤,支持聯網監控。H-DVR表示混合式硬盤錄像機,采用嵌入式架構,可接入模擬攝像機和網絡攝像機,支持聯網監控。



四、 網絡接入與傳輸


? ? ? ?網絡接入與傳輸主要包括網絡接入、有效傳輸、網絡延遲。

? ? ? ?網絡接入方面可分為固定IP環境下接入、動態IP環境下接入、移動環境下接入。固定IP環境下接入需要考慮網絡承載性能,包括網絡帶寬、網絡穩定性等。動態IP環境下接入除了網絡承載能力外,還要考慮尋址,可以通過DNS、DDNS隨機分配IP,系統規模較大的情況下,編碼器要采取主動注冊的方式分配IP,移動環境下的接入需要編碼器主動向平臺注冊分配IP。

? ? ? ?有效傳輸方面需要傳輸協議支持,包括TCP/UDP等,但目前IPv4的傳輸協議主要針對數據業務,對于流媒體的傳輸在有效性和實時性上有些勉強,需要RTP/RTCP協議給予適當補助,RTP用于在單播或多播情況下傳輸實時數據,通常工作在UDP上。但RTP協議本身不提供數據包的可靠傳送和擁塞控制,必須依靠RTCP提供這些服務。RTCP的主要功能是為應用程序提供媒體質量信息。在RTP會話期間,每個參與者周期性地彼此發送RTCP控制包,包中封裝了發送端或接收端的統計信息。另外在選型傳輸載體時還要考慮帶寬、距離和成本的因素。

? ? ? ?圖像傳輸延遲方面,聯網監控圖像傳輸延時不可避免,是影響操控感受的主要原因。端到端延遲包括編碼時間、IP鏈路上的傳輸時延、傳輸過程中的緩沖區調度、流媒體服務器轉發時間、終端解碼時間。150ms是一個分水嶺,延時小于等于150ms,可認為是幾乎“無延時”,延時大于150ms,則認為是存在明顯延時。在IP監控中,不采用流媒體轉發,300ms是一個合理的延時,一般是500ms。在模擬監控中,從模擬攝像機到矩陣再到監視器,一般延時小于100ms。在數字監控中,采用數字攝像機直接發送非壓縮的數字信號,再到數字矩陣,經高速總線送到顯示模塊輸出到數字大屏顯示,其延時小于150ms,因此也可以認為是無延時。減少延遲的方法主要包括去掉B幀(單P幀編碼),減小編碼器和客戶端緩沖區,采用高性能DSP,減少流媒體轉發層級等。



五、 管理中心


? ? ? ?管理中心主要包括設備管理、接入管理、用戶授權管理、流媒體服務。

設備管理包括心跳注冊,設備類型注冊,硬件狀態上傳,工作狀態上傳,參數腳本上傳/下發,需要了解設備的在線保活及實施狀態信息。

接入管理包括前端設備的接入,譬如多種類型前端設備的接入、不同品牌前端設備的接入,也包括異構平臺的接入。需要考慮通過SDK或者標準網絡協議如ONVIF/PSIA接入。

用戶授權管理包括面對不同的機構角色設定權限范圍和優先級。

流媒體服務包括流媒體轉發服務和流媒體網關服務,流媒體轉發服務主要負責對前端傳回到中心的數據流的分發,從而節約遠程網絡的傳輸帶寬,同時規范數據流傳輸路徑。流媒體網關服務主要指在不同的網絡區間之間進行數據轉發,譬如A網中的前端視頻數據通過流媒體轉發到B網中的客戶端。轉發服務亦可通過組播方式實現,但是相對于組播方式需要昂貴的專用交換機實現,流媒體轉換性價比更高。



六、 存儲


? ? ? ?按照存儲架構可分為DAS、NAS、SAN、CVR,按照分布方式可分為前端存儲、分布式存儲和中心存儲,跟規模和成本相關。

DAS是指總線擴展存儲,存在形式包括編碼設備外掛硬盤存儲和存儲服務器外掛硬盤存儲。編碼器直接管理存儲譬如DVR內置硬盤存儲、IPC內置SD卡存儲等,成本低,本地存儲可有效規避網絡不穩定帶來的風險。

? ? ? ?NAS是指網絡擴展存儲,編碼器通過NFS/CIFS等協議共享NAS存儲空間,擴展性好,可在多個網絡存儲設備中分布存儲。由于NAS存儲設備作為網絡標準件連入局域網中,采用IT業界標準協議TCP/IP進行傳輸,本身具有文件系統,直接為服務器提供文件級存儲服務,不同廠商的產品(服務器、交換機、NAS存儲)只要滿足協議標準就能夠實現互連互通,無兼容性的要求。

SAN是指存儲局域網絡,海量數據存儲架構,是建立在服務器集群和存儲設備之間的網絡,給服務器集群提供集中式的共享的存儲空間,便于管理。SAN存儲模式中,磁盤陣列只提供塊級裸盤存儲空間,文件系統分部在各個應用服務器上,這是SAN和NAS的最本質區別。SAN可分為IP-SAN和FC-SAN,構建IP-SAN相對FC-SAN成本更低,因此IP-SAN應用更為廣泛。IP-SAN集中存儲方式采用iSCSI協議,基于數據塊級的訪問和管理,適于較大規模的集中存儲管理。

? ? ? ?CVR是指流媒體直寫存儲,海康威視在業內率先提出的中心流媒體直寫,是基于TCP/IP或UDP網絡傳輸協議,前端IPC/DVR/DVS/NVR等編碼設備以流媒體協議(常見的流媒體協議有RTSP/SIP(GB/T28181)/ONVIF/PSIA等標準流媒體協議或私有SDK流媒體協議),通過網絡直接寫入存儲設備的技術。存儲設備集成前端設備管理,視頻存儲,實時流轉發、預覽,歷史視頻查詢、檢索、回放、下載等功能,可獨立構建小規模視頻管理平臺,亦可結合視頻管理服務平臺(海康威視iVMS或第三方管理平臺)組建大中型視頻綜合管理系統。



七、 控制中心


? ? ? ?控制中心主要包括對監控資源的集中顯示與控制,主要表現形式是操控系統和電視墻

操控系統包括模擬矩陣、網絡矩陣、數字矩陣。模擬矩陣可實現對CVBS信號、報警信號、RS-485信號等進行綜合管理。網絡矩陣包括嵌入式解碼器、解碼主機(軟解碼、硬解碼),可實現對IP信號的綜合管理。數字矩陣可實現對SDI信號、光纖信號進行綜合

高通科技推出了混合矩陣——視頻綜合平臺,如下圖所示:



視頻聯網

圖2集成解決方案——視頻綜合平臺



? ? ? ?視頻綜合平臺支持CVBS信號、IP信號、SDI信號、FC信號等不同視頻源接入,可實現多系統集成解決方案。

電視墻包括CRT(模擬)、LCD(液晶)、DLP(背投)、PDP(等離子)。CRT電視墻多用于模擬監控系統中,無法支持高清分辨率顯示。LCD電視墻支持高清分辨率顯示,因其性價比高、易維護,應用比較廣泛。DLP電視墻拼縫極小,多用于“無縫拼接”顯示的大型監控項目,維護成本較高。PDP電視墻色彩還原度高,對比度高,維護成本較高。



八、 第三方集成


? ? ? ?在新安防時代,視頻監控要與門禁、消防及周界防范系統集成,主要采用開關量信號極差,集成的目標包括聯動、控制及記錄。聯動包括聯動錄像、抓拍、報警、電子地圖;控制包括控制開關、PTZ;記錄主要通過日志記錄信息。

? ? ? ?視頻監控還需要與用戶業務結構,比如公安行業關注報警聯動、行為分析、案件管理;金融行業關注報警(110)聯動、信息疊加、行為分析;交通行業關注信息疊加、識別與統計、行為分析;環保行業關注信息采集與傳遞;安監行業關注報警聯動、信息疊加、信息傳遞;網絡運營商行業關注跨平臺、網管、視音頻質量監測、計費等。



九、 結束語


? ? ? ?聯網監控從高端行業用戶自建專網的時代,到普通行業用戶基于公用專網的時代,再到如今普通用戶基于互聯網的時代,其發展是非常迅速的。如今在視頻監控行業 “高清”是最為炙手可熱的話題,無處不高清成為新安防時代的標志。高清為“智能可視化管理”提供可能,在新安防時代聯網監控的重點是滿足用戶復雜、個性化的高清應用需求,海康威視率先提出了高清監控HDIY理念:不同行業、不同場合,全高清方案自由選擇;民用安防、微視頻應用,全高清服務隨心所欲。我的高清我做主,用戶自主DIY。


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