淺談視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量檢測(cè)

何振釗

（廣州市盛通建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司　510075）

前言

視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)具有悠久的歷史，以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而被廣泛應(yīng)用于公安系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、金融系統(tǒng)和教育等眾多領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，傳統(tǒng)的采用模擬方式傳輸?shù)拈]路電視監(jiān)控技術(shù)已不再適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，而以網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)字圖像處理、大數(shù)據(jù)處理、視音頻處理、軟件管理等技術(shù)，以智能圖像分析為特色的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)逐漸成為監(jiān)控領(lǐng)域的發(fā)展方向。在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，無論是前端傳輸視頻信號(hào)回后臺(tái)，還是后臺(tái)各子系統(tǒng)中的相互通信，確保整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量，就是保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在。在國家推薦標(biāo)準(zhǔn)《公共安全視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》（GB/T28181-2016）中，規(guī)定網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量應(yīng)符合以下要求：網(wǎng)絡(luò)時(shí)延上限值為400ms；時(shí)延抖動(dòng)上限值為50ms；丟包率上限值為0.1%；包誤差率上限值為0.01%。

1　網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)

1.1　視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)集數(shù)字圖像處理、大數(shù)據(jù)處理、視音頻處理、軟件管理等多種技術(shù)與一身，可以實(shí)現(xiàn)將視頻的模擬信號(hào)和語音轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)等途徑實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)視音頻信號(hào)數(shù)字化，控制多媒體化，管理智能化。為了解決了視頻流在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸問題，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)一開始就將采集到的圖像進(jìn)行數(shù)字化處理，這樣使得該系統(tǒng)得數(shù)據(jù)能通過多種渠道進(jìn)行傳輸，使整個(gè)系統(tǒng)趨向智能化和平臺(tái)化。在整個(gè)系統(tǒng)中存在多個(gè)雙向通信，有前端網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和后臺(tái)存儲(chǔ)服務(wù)器之間的通信、有管理客戶端和應(yīng)用服務(wù)器之間的通信、有各應(yīng)用服務(wù)器之間的通信，也有各監(jiān)控中心管理客戶端之間的通信。這些通信既有音、視頻等數(shù)據(jù)量大的數(shù)據(jù)，也有控制命令、請(qǐng)求消息等小的數(shù)據(jù)。在目前的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，主要通過線纜和交換機(jī)等設(shè)備組成轉(zhuǎn)發(fā)視頻圖像數(shù)據(jù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)，將圖像數(shù)據(jù)從前端監(jiān)控設(shè)備傳送到后端的監(jiān)控主機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備上，傳輸端的主要設(shè)備和線材包括：雙絞線、光纖、光纖收發(fā)器、交換機(jī)等。

1.2　網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

由于目前越來越成熟的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在諸多不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，符合信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向，使得網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)取代模擬監(jiān)控系統(tǒng)和DVR系統(tǒng)成為必然，更多地應(yīng)用于大型項(xiàng)目建設(shè)中。其優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：

（1）適合遠(yuǎn)距離傳輸，數(shù)字信息抗干擾能力強(qiáng)

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)字信息抗干擾能力強(qiáng)，不易受傳輸線路信號(hào)衰減的影響，可以完美的解決跨地域的監(jiān)控需求。

（2）具有良好的擴(kuò)展能力

監(jiān)控點(diǎn)需要增加時(shí)，只需要增加網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，而不需對(duì)布線系統(tǒng)做改動(dòng)；不但可隨時(shí)增加前端設(shè)備，而且根據(jù)需要還能增加分控站，以滿足其他部門圖像遠(yuǎn)程監(jiān)視的要求。

（3）可靠性、安全性高

系統(tǒng)的主要設(shè)備網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采用了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，而圖像的傳輸是通過光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)的可靠性高；系統(tǒng)能設(shè)置不同等級(jí)的使用者權(quán)限，僅有最高級(jí)權(quán)限的用戶才可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置或更改。

（4）易于管理和維護(hù)

系統(tǒng)主要由電子設(shè)備組成，集成度高，系統(tǒng)的安裝、接線十分簡潔，設(shè)備的可靠性很高，維護(hù)性能好，且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)管理。

2　Y.1564測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)簡介

Y.1564與RFC2544都是進(jìn)行以太網(wǎng)性能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有些區(qū)別。

RFC2544出現(xiàn)時(shí)間比較早，是RFC組織制定用于評(píng)測(cè)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備的國際標(biāo)準(zhǔn)，主要用來測(cè)試設(shè)備的極限性能。也可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)方面的測(cè)試，但是測(cè)試時(shí)間比較長，而且不能并行操作。

Y.1564是由國際電信聯(lián)盟批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)，是全新一代的以太網(wǎng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。是針對(duì)以太網(wǎng)測(cè)試而設(shè)計(jì)的，因此Y.1564具有很多專為電信運(yùn)營商測(cè)試網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的內(nèi)容。使用Y.1564進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，可以多項(xiàng)測(cè)試任務(wù)并行進(jìn)行，測(cè)試時(shí)間較使用RFC2544要短很多。

2.1　Y.1564測(cè)試的測(cè)試速率

Y.1564根據(jù)用于以太網(wǎng)虛擬電路（EVC）的MEF服務(wù)屬性和UNI帶寬特征，定義了三個(gè)主要測(cè)試速率。

CIR（承諾信息速率）規(guī)定了在一定性能目標(biāo)得到滿足時(shí)的服務(wù)最大傳輸速率；這些目標(biāo)一般通過SLA來定義和執(zhí)行。

EIR（超額信息速率）規(guī)定了超過承諾信息速率的最大傳輸速率，這部分速率被稱為超額流量。超額流量在容量允許時(shí)被轉(zhuǎn)發(fā)，不需要滿足任何保證的性能目標(biāo)（盡力而為型轉(zhuǎn)發(fā)）。

Over Shoot（超速）規(guī)定了超過CIR或EIR的測(cè)試傳輸速率，用于確保被測(cè)設(shè)備或被測(cè)網(wǎng)絡(luò)不轉(zhuǎn)發(fā)超過服務(wù)的CIR或EIR所規(guī)定的流量。

2.2　Y.1564測(cè)試的關(guān)鍵性能指標(biāo)

Y.1564測(cè)試的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量關(guān)鍵性能指標(biāo)有以下4個(gè)：

帶寬：指可用的或使用的數(shù)據(jù)通信資源比特率。

時(shí)延：指測(cè)得的幀傳輸和接收時(shí)間之間的時(shí)延。通常情況下，這是一個(gè)往返測(cè)量過程，即同時(shí)測(cè)量從近端到遠(yuǎn)端和從遠(yuǎn)端到近端兩個(gè)方向。

時(shí)延抖動(dòng)：指測(cè)得的數(shù)據(jù)包傳輸之間的時(shí)延變化。數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)向目標(biāo)傳輸時(shí)，經(jīng)常會(huì)排隊(duì)，以突發(fā)的形式傳輸?shù)较乱惶?。可能隨機(jī)劃分優(yōu)先級(jí)，造成數(shù)據(jù)包以隨機(jī)速率進(jìn)行傳輸。因此，接收數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔沒有規(guī)律。這種抖動(dòng)的直接后果是給端點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的接收緩沖帶來壓力，在出現(xiàn)抖動(dòng)大幅搖擺時(shí)，這些緩沖可能會(huì)使用過度或使用不足。

丟包率：指丟失的數(shù)據(jù)包數(shù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)包總數(shù)之比。導(dǎo)致丟幀的原因有很多，包括傳輸時(shí)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞或錯(cuò)誤。

3　Y.1564測(cè)試的測(cè)試方法

Y.1564測(cè)試方法的建立是圍繞按照順序進(jìn)行的兩個(gè)主要子測(cè)試，即服務(wù)配置測(cè)試和服務(wù)性能測(cè)試。

服務(wù)配置測(cè)試是驗(yàn)證在開始一個(gè)長期的測(cè)試（服務(wù)性能試驗(yàn)）之前每個(gè)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)配置是否正確。為了測(cè)試網(wǎng)絡(luò)配置，每個(gè)配置的服務(wù)將產(chǎn)生一個(gè)階梯。在測(cè)試的第一階段中，速率將逐步增加，直到承諾信息速率（CIR）水平達(dá)到。在第一階段，時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)和丟包率被測(cè)量。在測(cè)試的第二階段，當(dāng)啟用超額信息速率（EIR）復(fù)選框時(shí)，速率將逐步增加到超額信息速率（EIR）水平并超過超額信息速率（EIR）進(jìn)一步和預(yù)期的最大吞吐量閾值比較。每一階梯的時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際測(cè)試需要設(shè)置為1～60s。

服務(wù)性能測(cè)試的目的是通過同時(shí)運(yùn)行多個(gè)服務(wù)驗(yàn)證SLA參數(shù)滿足時(shí)間。時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、丟包率和平均吞吐量被測(cè)量并和標(biāo)準(zhǔn)上限值比較。整個(gè)Y.1564測(cè)試流程如圖1所示。

在輸入測(cè)試參數(shù)時(shí)，用于服務(wù)配置測(cè)試和服務(wù)性能測(cè)試的幀大小可以是恒定的，也可以是多個(gè)幀大小的分布。其中常用的有64幀、128幀、256幀、512幀、1024幀、1280幀、1518幀，當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行自定義需要的幀大小。

在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，影響網(wǎng)絡(luò)性能的主要為帶寬、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、丟包率，因此可以將網(wǎng)絡(luò)性能要求的帶寬設(shè)置為Y.1564測(cè)試時(shí)的承諾信息速率，將標(biāo)準(zhǔn)要求的上限值設(shè)置為SLA閾值參數(shù)。在測(cè)試的過程中，測(cè)試前端網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在承諾信息速率下發(fā)送數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、丟包率，由此驗(yàn)證該網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的傳輸鏈路的網(wǎng)絡(luò)性能是否能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖1　Y.1564測(cè)試流程圖

4　結(jié)束語

綜上所述，在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，其相對(duì)于傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)有著顯著的優(yōu)勢(shì)，也將更多地應(yīng)用于各種領(lǐng)域的視頻監(jiān)控項(xiàng)目中。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)及Y.1564測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)在測(cè)試中多項(xiàng)測(cè)試任務(wù)并行進(jìn)行的特點(diǎn)，可以使用Y.1564測(cè)試設(shè)備模擬前端多路視頻監(jiān)控設(shè)備在承諾信息速率下工作時(shí)的網(wǎng)絡(luò)傳輸狀態(tài)，亦可以用于監(jiān)控中心間的通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臋z測(cè)，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的帶寬、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)和丟包率。