網(wǎng)絡(luò)傳輸開啟高清監(jiān)控新視界

■郭輝

眾所周知，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)化的普及，在監(jiān)控領(lǐng)域中高清化越來越成為人們生活中不可或缺的一部分，而且趨勢非常明顯。高清監(jiān)控因網(wǎng)絡(luò)而生，沒有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的普及就難以實(shí)現(xiàn)高清的圖像存儲(chǔ)和傳輸，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)也賦予高清監(jiān)控系統(tǒng)鮮明的特征。

安防監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展日新月異，高清化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為一種趨勢和潮流。眾所周知，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)化的普及，在監(jiān)控領(lǐng)域中高清化越來越成為人們生活中不可或缺的一部分，而且趨勢非常明顯。高清監(jiān)控因網(wǎng)絡(luò)而生，沒有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的普及就難以實(shí)現(xiàn)高清的圖像存儲(chǔ)和傳輸，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)也賦予高清監(jiān)控系統(tǒng)鮮明的特征。

高清化：網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)從百萬像素到現(xiàn)在的200萬像素，分辨率從720P到1080P，傳感器從CCD到CMOS，高清攝像機(jī)以其監(jiān)控范圍廣，畫質(zhì)清晰，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)極大的推動(dòng)了高清攝像機(jī)在市場的應(yīng)用。

智能化：應(yīng)用于安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以過濾掉圖像中無用的或干擾信息、自動(dòng)分析、抽取視頻源中的關(guān)鍵有用信息，從而使傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像機(jī)不但成為人的眼睛，也使“智能視頻分析”計(jì)算機(jī)成為人的大腦，并具有更為“聰明”的學(xué)習(xí)思考方式，隨著客戶對智能分析功能的理解，以及對智能功能需求的激增，智能技術(shù)在監(jiān)控關(guān)鍵環(huán)節(jié)的應(yīng)用將是大勢所趨。

網(wǎng)絡(luò)化：隨著IT技術(shù)與高清監(jiān)控的融合以及市場需求的不斷變更，單一的高清已經(jīng)不能反映消費(fèi)者的要求和市場趨勢的變化。順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)與高清視頻監(jiān)控的完美組合為安防時(shí)代提供了強(qiáng)勁的動(dòng)力。

高清網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)淖詈笠还?/h2>

最后一公里，原意指完成長途跋涉的最后一段里程，被引申為完成一件事情的時(shí)候最后的而且是關(guān)鍵性的步驟。在通信行業(yè)經(jīng)常使用“最后一公里”來指代從網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐ㄐ欧?wù)提供商的機(jī)房交換機(jī)到用戶計(jì)算機(jī)等終端設(shè)備之間的連接。雖然目前的廣域網(wǎng)帶寬近幾年有非常大的增長，但是依然無法滿足高清視頻的實(shí)時(shí)傳輸，以720P為例，如果要通過網(wǎng)絡(luò)觀看清晰流暢的720P高清視頻，那么一路高清視頻就需要占用4M的上行帶寬，而1080P上行帶寬則需要占用到6M甚至8M，這對廣域網(wǎng)來說是一個(gè)非常大的壓力。即使對無遠(yuǎn)程觀看需求的局域網(wǎng)來說，也面臨不小壓力，因?yàn)橐粋€(gè)百兆交換網(wǎng)絡(luò)理論上只能傳輸20路720P高清，而實(shí)際應(yīng)用中的高清路數(shù)會(huì)更少。如何解決高清對網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的壓力，解決高清網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)淖詈笠还?，?gòu)建一個(gè)系統(tǒng)的高清網(wǎng)絡(luò)傳輸解決方案，成為亟待解決的問題。

NVR-應(yīng)高清而生的網(wǎng)關(guān)設(shè)備

NVR也叫網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)，和DVR相比，NVR最大的不同在于它接入的是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，其功能涵蓋了錄像，存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)發(fā)，控制，解碼，顯示等幾大方面。我們知道，一個(gè)完整的安防監(jiān)控系統(tǒng)包括“采”、“傳”、“存”、“控”、“顯”五大方面，而NVR的最大價(jià)值在于一個(gè)設(shè)備集成了傳輸，存儲(chǔ)，控制，顯示等四大方面可謂是一個(gè)劃時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)解決方案。以天地偉業(yè)的嵌入式NVR（TCNR1002S2-16D）為例，通過一臺(tái)嵌入式NVR可以將多大16路的標(biāo)清或8路720P的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)統(tǒng)一管理起來，合并IP上傳，無需多次端口映射。之所以可以達(dá)到這個(gè)效果，主要是因?yàn)榍度胧絅VR具備轉(zhuǎn)發(fā)功能，用戶可以通過嵌入式NVR把局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)清或者高清攝像機(jī)以視頻通道的形式接入到NVR中，NVR提供C/S和B/S兩種方式進(jìn)行瀏覽，如果用戶需要遠(yuǎn)程觀看局域網(wǎng)的視頻圖像，在公網(wǎng)IP短缺的情況下，只需要將NVR一臺(tái)設(shè)備的IP地址進(jìn)行端口映射，就可以在遠(yuǎn)端通過NVR去調(diào)用其所在通道的視頻圖像，由NVR來充當(dāng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備無需對每個(gè)攝像機(jī)都做端口映射，從而大大方便了網(wǎng)絡(luò)配置。（示意圖如圖1）

高性能壓縮算法2M碼流傳輸720P高清

高清監(jiān)控目前主流算法包括H.264和M-jpeg和MPEG4等幾種，其中H.264以壓縮比高，壓縮質(zhì)量好而被各大廠商廣泛采用，相同碼流下，H.264的畫質(zhì)比MJPEG和MPEG4要高30%或者40%；同等畫質(zhì)下，H.264所占帶寬比MJPEG和MPEG4要低30%。（三種不同壓縮格式的比較表如表1所示）

目前主流的H.264壓縮算法又分為Base Line和Mian Profile和High Profile三種，其中以High Profile效果最好，但是對后端解碼壓力也最大。Base Line的效果最差，但是處理速度最快。以天地偉業(yè)最新研發(fā)的第三代壓縮編碼技術(shù)為例，可以實(shí)現(xiàn)在2M的碼流下傳輸720P的高清圖像，而且對后端PC解碼壓力要求也比較低，并且對網(wǎng)絡(luò)延時(shí)也做了專門的優(yōu)化，可以控制延時(shí)在300ms之內(nèi)。（實(shí)測效果如圖2所示）

雙碼流突破網(wǎng)絡(luò)瓶頸

■圖1

■表1

■圖2

目前視頻監(jiān)控領(lǐng)域的雙碼流技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了高清雙碼流。支持720P(1280×720，30fps)+CIF(480×320，25fps)的雙碼流技術(shù)已經(jīng)成為主流技術(shù)，被用于很多廠商的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和高清網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器中。同時(shí)有的Hybrid網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，它在輸出720P網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的同時(shí)，可以選擇第二碼流輸出YPbPr的模擬高清視頻。作為第二碼流，通?？梢赃x擇H.264和MJPEG等不同的壓縮方式。H.264常用于實(shí)時(shí)視頻流的預(yù)覽，而MJPEG壓縮方式通常用于高清圖片抓拍。高清實(shí)時(shí)雙碼流可以滿足不同的應(yīng)用需求。同時(shí)獨(dú)立傳輸一路25幀/秒的720P（1280×720）和一路25幀/秒CIF（480×320）實(shí)時(shí)視頻圖像，同時(shí)兼顧本地存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸。雙碼流能實(shí)現(xiàn)本地傳輸和遠(yuǎn)程傳輸兩種不同的帶寬碼流需要，本地傳輸采用高碼流可以獲得更高的高清錄像存儲(chǔ)，遠(yuǎn)程傳輸采用較低的碼流以適應(yīng)公網(wǎng)等各種網(wǎng)絡(luò)而獲得更高的圖像流暢度。雙碼流在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)瓶頸下兼顧了圖象質(zhì)量和傳輸質(zhì)量,可以突破網(wǎng)絡(luò)瓶頸，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬靈活選擇碼流格式，達(dá)到本地高清存儲(chǔ)，同時(shí)后端低碼流網(wǎng)絡(luò)傳輸。實(shí)際上，雙碼流是對網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的一次提速，這種創(chuàng)造性地將雙碼流拓寬應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)任意碼流格式選擇編碼技術(shù)，使大規(guī)模的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中成百上千臺(tái)攝像機(jī)產(chǎn)生海量的視頻、音頻、存儲(chǔ)、報(bào)警以及管理數(shù)據(jù)，能在用戶所能獲得的網(wǎng)絡(luò)資源有限的情況下，得已確保傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

■圖3

3G推動(dòng)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，4G實(shí)現(xiàn)高清監(jiān)控

隨著3G無線網(wǎng)絡(luò)的商用，無線網(wǎng)絡(luò)帶寬得到大幅提升，3G監(jiān)控的應(yīng)用環(huán)境越來越成熟。3G在高速公路，森林防火，環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域有著非常多的應(yīng)用；另一方面，IPHONE/Andriod等智能手機(jī)的興起，手機(jī)性能進(jìn)一步提升，為適應(yīng)社會(huì)針對手機(jī)視頻監(jiān)控的市場需求，專門針對手機(jī)視頻傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，對原有監(jiān)控軟件進(jìn)行了功能升級，使之擁有理想的手機(jī)監(jiān)控效果。因此一些廠商開始把3G無線視頻監(jiān)控和手機(jī)應(yīng)用結(jié)合起來，如天地偉業(yè)開發(fā)的EasyMobile手機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是把遠(yuǎn)程現(xiàn)場攝像機(jī)的視頻圖像通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到下載并安裝有Easy Mobile 系統(tǒng)軟件的手機(jī)上。從而實(shí)現(xiàn)手機(jī)實(shí)時(shí)在線收看到遠(yuǎn)程的視頻圖像。無論用戶在何時(shí)何地，只要手機(jī)有信號都能實(shí)時(shí)監(jiān)控和云臺(tái)控制。EasyMobile手機(jī)監(jiān)控支持GPRS、CDMA、3G、WIFI等各種制式，支持IPHONE4、IPAD、Android、Windows Mobile等手機(jī)操作系統(tǒng)。3G技術(shù)促使安防監(jiān)控領(lǐng)域發(fā)生了質(zhì)的變化--從模擬監(jiān)控、有線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控向無線視頻監(jiān)控發(fā)展。在3G技術(shù)的推動(dòng)下，移動(dòng)監(jiān)控業(yè)務(wù)開始實(shí)至名歸，其商用市場空間也將得到擴(kuò)展。目前基于網(wǎng)絡(luò)帶寬因素的考慮，網(wǎng)絡(luò)傳輸，特別是3G技術(shù)能否滿足高清監(jiān)控傳輸?shù)囊笫且粋€(gè)有待商榷的問題。可以預(yù)見的是：隨著4G網(wǎng)絡(luò)的推出將會(huì)彌補(bǔ)3G網(wǎng)絡(luò)資源以及解決帶寬問題，為實(shí)現(xiàn)高清監(jiān)控提供更有力的保障。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載且能夠?qū)崿F(xiàn)20Mbps的上傳速度。

光纖傳輸讓帶寬不再是問題

目前網(wǎng)絡(luò)傳輸在大規(guī)模、遠(yuǎn)距離的項(xiàng)目中如：平安城市，其傳輸性能經(jīng)常會(huì)捉襟見肘，以目前基礎(chǔ)的百萬像素高清720P規(guī)格計(jì)算，碼流約是D1的2倍，帶寬達(dá)到2-4M左右，而采取1080P計(jì)算，碼流更是D1的4倍，所用帶寬約為8-10M。以100M以太網(wǎng)為例，在確保流暢的前提下，實(shí)際上同時(shí)只能承載5路左右的高清圖像，但如果同一視頻源有多個(gè)用戶訪問，占用的帶寬會(huì)更大。面對高清應(yīng)用的超大數(shù)據(jù)量帶寬以及實(shí)時(shí)性的要求，光纖傳輸系統(tǒng)由于具有容量大，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)勢，通常會(huì)成為首選的傳輸方式，雖然價(jià)格昂貴，但是不受帶寬約束，甚至可以使帶寬達(dá)到數(shù)G以上，這樣高清監(jiān)控才能得到淋漓盡致的發(fā)揮。高清視頻在網(wǎng)絡(luò)傳輸中，主要限制來自帶寬，光纖技術(shù)是解決帶寬問題的最好方案，但是無論成本還是維護(hù)，價(jià)格都過于高昂，因此加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)帶寬建依舊是解決傳輸高清和網(wǎng)絡(luò)帶寬問題的必然途徑。目前很多運(yùn)營商提供的EPON或者GPON等服務(wù)提供FTTH或者FTTB接入方式，大幅度降低了高清帶寬的準(zhǔn)入門檻，為高清的普及和大規(guī)模應(yīng)用掃清了障礙。

總結(jié)

視頻監(jiān)控已經(jīng)進(jìn)入高清時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)高清代表著視頻監(jiān)控新時(shí)代主題。網(wǎng)絡(luò)傳輸對高清監(jiān)控的影響 可以形象的比喻：一部性能優(yōu)良的跑車，行走在高速公路上，速度可以達(dá)到每小時(shí)300公里，假如讓跑車行走在崎嶇的道路上，它的速度立即降到每小時(shí)120公里。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)與跑車行路有很多相似之處。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控不是獨(dú)立使用的，需要與之匹配的“高速公路”，這個(gè)公路就是網(wǎng)絡(luò)傳輸所涉及的方方面面。隨著網(wǎng)絡(luò)高清新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)傳輸能力的不斷擴(kuò)容，IT技術(shù)的不斷發(fā)展，都將加速促進(jìn)傳輸系統(tǒng)的完善和優(yōu)化，為高清視頻監(jiān)控帶來更廣闊的發(fā)展空間。