?？低暵?lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)解析
來源：數(shù)字音視工程網(wǎng) 作者：文/田振華 編輯：ann 2013-12-06 14:05:36 加入收藏
一、 前言
安防行業(yè)是一個朝陽行業(yè)，視頻監(jiān)控行業(yè)作為安防行業(yè)的一個重要分支，伴隨著多媒體技術(shù)、編解碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等IT技術(shù)的發(fā)展而成熟起來。視頻監(jiān)控的發(fā)展經(jīng)歷了模擬視頻監(jiān)控、數(shù)字視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控、高清視頻監(jiān)控的演進，產(chǎn)品的功能、形態(tài)和視頻監(jiān)控的組成架構(gòu)等各方面都發(fā)生了巨大的變化。
視頻監(jiān)控行業(yè)的快速發(fā)展源于用戶對視頻監(jiān)控需求的不斷變換。過去，視頻監(jiān)控只是為了滿足基本監(jiān)控需求，譬如監(jiān)視、控制、錄像、回放、報警等;隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，視頻監(jiān)控需要滿足聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控一般需求，譬如遠程監(jiān)視、控制，遠程錄像、檢索，遠程報警、管理;如今，人們對視頻監(jiān)控又有了新需求，譬如更高清晰度、與用戶業(yè)務(wù)的結(jié)合(非安防需求)、讓視頻創(chuàng)造價值等。聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控是新安防時代視頻監(jiān)控建設(shè)的重點，本文主要解析聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的主要要素。
二、 聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控要素
聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括前端采集與編碼壓縮、網(wǎng)絡(luò)接入與傳輸、管理中心、存儲、控制中心、第三方系統(tǒng)集成等部分，如圖所示。
圖1 聯(lián)網(wǎng)監(jiān)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(shè)備和視頻編碼設(shè)備，重點關(guān)注信號類型、信號采集方式、壓縮方式。
目前，視頻采集設(shè)備主要包括模擬攝像機、網(wǎng)絡(luò)攝像機、數(shù)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(wǎng)絡(luò)攝像機輸出信號為IP數(shù)據(jù)包，經(jīng)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(wǎng)傳輸，圖像延時由所跨過的網(wǎng)關(guān)數(shù)量決定，一般延遲較大，傳輸帶寬在8Mbps以內(nèi)。數(shù)字攝像機輸出信號為未經(jīng)過壓縮的數(shù)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(shè)備主要包括硬盤錄像機(DVR)和視頻服務(wù)器(DVS)，兩者的功能類似，包括連接CVBS系統(tǒng)和IP系統(tǒng)、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(zhuǎn)換為IP數(shù)字信號后接入到以太網(wǎng)，因此DVS更多放置在系統(tǒng)前端。
DVR的發(fā)展歷經(jīng)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(zhì)，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(jiān)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(zhì)，主要部件為視頻采集卡或視頻壓縮卡，支持聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。E-DVR表示嵌入式硬盤錄像機，采用嵌入式架構(gòu)，記錄介質(zhì)為硬盤，支持聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。H-DVR表示混合式硬盤錄像機，采用嵌入式架構(gòu)，可接入模擬攝像機和網(wǎng)絡(luò)攝像機，支持聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。
四、 網(wǎng)絡(luò)接入與傳輸
網(wǎng)絡(luò)接入與傳輸主要包括網(wǎng)絡(luò)接入、有效傳輸、網(wǎng)絡(luò)延遲。
網(wǎng)絡(luò)接入方面可分為固定IP環(huán)境下接入、動態(tài)IP環(huán)境下接入、移動環(huán)境下接入。固定IP環(huán)境下接入需要考慮網(wǎng)絡(luò)承載性能，包括網(wǎng)絡(luò)帶寬、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性等。動態(tài)IP環(huán)境下接入除了網(wǎng)絡(luò)承載能力外，還要考慮尋址，可以通過DNS、DDNS隨機分配IP，系統(tǒng)規(guī)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(huán)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(xié)議支持，包括TCP/UDP等，但目前IPv4的傳輸協(xié)議主要針對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，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(xié)議給予適當(dāng)補助，RTP用于在單播或多播情況下傳輸實時數(shù)據(jù)，通常工作在UDP上。但RTP協(xié)議本身不提供數(shù)據(jù)包的可靠傳送和擁塞控制，必須依靠RTCP提供這些服務(wù)。RTCP的主要功能是為應(yīng)用程序提供媒體質(zhì)量信息。在RTP會話期間，每個參與者周期性地彼此發(fā)送RTCP控制包，包中封裝了發(fā)送端或接收端的統(tǒng)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(lián)網(wǎng)監(jiān)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(qū)調(diào)度、流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)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(jiān)控中，不采用流媒體轉(zhuǎn)發(fā)，300ms是一個合理的延時，一般是500ms。在模擬監(jiān)控中，從模擬攝像機到矩陣再到監(jiān)視器，一般延時小于100ms。在數(shù)字監(jiān)控中，采用數(shù)字攝像機直接發(fā)送非壓縮的數(shù)字信號，再到數(shù)字矩陣，經(jīng)高速總線送到顯示模塊輸出到數(shù)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(qū),采用高性能DSP,減少流媒體轉(zhuǎn)發(fā)層級等。
五、 管理中心
管理中心主要包括設(shè)備管理、接入管理、用戶授權(quán)管理、流媒體服務(wù)。
設(shè)備管理包括心跳注冊,設(shè)備類型注冊,硬件狀態(tài)上傳,工作狀態(tài)上傳,參數(shù)腳本上傳/下發(fā)，需要了解設(shè)備的在線保活及實施狀態(tài)信息。
接入管理包括前端設(shè)備的接入，譬如多種類型前端設(shè)備的接入、不同品牌前端設(shè)備的接入，也包括異構(gòu)平臺的接入。需要考慮通過SDK或者標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如ONVIF/PSIA接入。
用戶授權(quán)管理包括面對不同的機構(gòu)角色設(shè)定權(quán)限范圍和優(yōu)先級。
流媒體服務(wù)包括流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)和流媒體網(wǎng)關(guān)服務(wù)，流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)主要負責(zé)對前端傳回到中心的數(shù)據(jù)流的分發(fā)，從而節(jié)約遠程網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬，同時規(guī)范數(shù)據(jù)流傳輸路徑。流媒體網(wǎng)關(guān)服務(wù)主要指在不同的網(wǎng)絡(luò)區(qū)間之間進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，譬如A網(wǎng)中的前端視頻數(shù)據(jù)通過流媒體轉(zhuǎn)發(fā)到B網(wǎng)中的客戶端。轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)亦可通過組播方式實現(xiàn)，但是相對于組播方式需要昂貴的專用交換機實現(xiàn)，流媒體轉(zhuǎn)換性價比更高。
六、 存儲
按照存儲架構(gòu)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(guī)模和成本相關(guān)。
DAS是指總線擴展存儲，存在形式包括編碼設(shè)備外掛硬盤存儲和存儲服務(wù)器外掛硬盤存儲。編碼器直接管理存儲譬如DVR內(nèi)置硬盤存儲、IPC內(nèi)置SD卡存儲等，成本低，本地存儲可有效規(guī)避網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定帶來的風(fēng)險。
NAS是指網(wǎng)絡(luò)擴展存儲，編碼器通過NFS/CIFS等協(xié)議共享NAS存儲空間，擴展性好，可在多個網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備中分布存儲。由于NAS存儲設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)件連入局域網(wǎng)中，采用IT業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議TCP/IP進行傳輸，本身具有文件系統(tǒng)，直接為服務(wù)器提供文件級存儲服務(wù)，不同廠商的產(chǎn)品(服務(wù)器、交換機、NAS存儲)只要滿足協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)就能夠?qū)崿F(xiàn)互連互通，無兼容性的要求。
SAN是指存儲局域網(wǎng)絡(luò)，海量數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)，是建立在服務(wù)器集群和存儲設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)，給服務(wù)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(tǒng)分部在各個應(yīng)用服務(wù)器上，這是SAN和NAS的最本質(zhì)區(qū)別。SAN可分為IP-SAN和FC-SAN，構(gòu)建IP-SAN相對FC-SAN成本更低，因此IP-SAN應(yīng)用更為廣泛。IP-SAN集中存儲方式采用iSCSI協(xié)議，基于數(shù)據(jù)塊級的訪問和管理，適于較大規(guī)模的集中存儲管理。
七、 控制中心
控制中心主要包括對監(jiān)控資源的集中顯示與控制，主要表現(xiàn)形式是操控系統(tǒng)和電視墻。
操控系統(tǒng)包括模擬矩陣、網(wǎng)絡(luò)矩陣、數(shù)字矩陣。模擬矩陣可實現(xiàn)對CVBS信號、報警信號、RS-485信號等進行綜合管理。網(wǎng)絡(luò)矩陣包括嵌入式解碼器、解碼主機(軟解碼、硬解碼)，可實現(xiàn)對IP信號的綜合管理。數(shù)字矩陣可實現(xiàn)對SDI信號、光纖信號進行綜合管理。
?？低暼蚴准彝瞥隽嘶旌暇仃?mdash;—視頻綜合平臺，如下圖所示:
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(xiàn)多系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)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(yīng)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(jiān)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(jiān)控要與門禁、消防及周界防范系統(tǒng)集成，主要采用開關(guān)量信號極差，集成的目標(biāo)包括聯(lián)動、控制及記錄。聯(lián)動包括聯(lián)動錄像、抓拍、報警、電子地圖;控制包括控制開關(guān)、PTZ;記錄主要通過日志記錄信息。
視頻監(jiān)控還需要與用戶業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，比如公安行業(yè)關(guān)注報警聯(lián)動、行為分析、案件管理;金融行業(yè)關(guān)注報警(110)聯(lián)動、信息疊加、行為分析;交通行業(yè)關(guān)注信息疊加、識別與統(tǒng)計、行為分析;環(huán)保行業(yè)關(guān)注信息采集與傳遞;安監(jiān)行業(yè)關(guān)注報警聯(lián)動、信息疊加、信息傳遞;網(wǎng)絡(luò)運營商行業(yè)關(guān)注跨平臺、網(wǎng)管、視音頻質(zhì)量監(jiān)測、計費等。
九、 結(jié)束語
聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控從高端行業(yè)用戶自建專網(wǎng)的時代，到普通行業(yè)用戶基于公用專網(wǎng)的時代，再到如今普通用戶基于互聯(lián)網(wǎng)的時代，其發(fā)展是非常迅速的。如今在視頻監(jiān)控行業(yè) “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(biāo)志。高清為“智能可視化管理”提供可能，在新安防時代聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的重點是滿足用戶復(fù)雜、個性化的高清應(yīng)用需求，?？低暵氏忍岢隽烁咔灞O(jiān)控HDIY理念：不同行業(yè)、不同場合，全高清方案自由選擇;民用安防、微視頻應(yīng)用，全高清服務(wù)隨心所欲。我的高清我做主，用戶自主DIY。
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