流媒體技術(shù)如何應用于IP視頻監控系統

　　目前大部分廠(chǎng)家推出的IP視頻監控系統都是采用這種模式。這種模式的核心在于利用系統中獨立的流媒體服務(wù)器或者某個(gè)設備中的流媒體功能模塊來(lái)實(shí)現視頻流的復制分發(fā)，從而實(shí)現視頻客戶(hù)端解碼播放，視頻解碼上墻，而系統中的存儲服務(wù)器或者存儲功能模塊則獲取流媒體服務(wù)器轉發(fā)來(lái)的視頻，實(shí)現視頻存儲。這種模式本身也經(jīng)過(guò)了一系列的演化和發(fā)展。

　　此時(shí)的存儲服務(wù)器和流媒體服務(wù)器都是一臺高性能的電腦。流媒體服務(wù)器從前端攝像機獲取視頻流，然后將視頻流復制，分發(fā)至存儲服務(wù)器。由于IP監控系統中，存儲的要求基本上是全天候實(shí)時(shí)存儲，所以，這路分發(fā)給錄像存儲服務(wù)器的視頻流將是源源不斷始終存在的。如果客戶(hù)端軟件或者解碼器上墻需要實(shí)時(shí)視頻流，則流媒體服務(wù)器再會(huì )復制一路或者若干路視頻流給客戶(hù)端和解碼器上墻。

　　流媒體服務(wù)器從前端攝像機獲取視頻流，然后將視頻流復制，一路肯定會(huì )分發(fā)至存儲服務(wù)器。由于IP監控系統中，存儲的要求基本上是全天候實(shí)時(shí)存儲，所以，這路分發(fā)給錄像存儲服務(wù)器的視頻流將是源源不斷始終存在的。如果客戶(hù)端軟件或者解碼器上墻需要實(shí)時(shí)視頻流，則流媒體服務(wù)器再會(huì )復制一路或者若干路視頻流給客戶(hù)端和解碼器上墻。

　　這種結構中，工作壓力主要在流媒體服務(wù)器上，一臺服務(wù)器的轉發(fā)能力是有限的，如果系統中是高清攝像機，轉發(fā)數量將有明顯下降。再說(shuō)存儲，系統的存儲功能主要由存儲服務(wù)器和磁盤(pán)陣列來(lái)完成，存儲服務(wù)器作用在于從流媒體服務(wù)器獲取視頻流，然后將其打包成文件的格式再發(fā)送至磁盤(pán)陣列保存，這里存儲服務(wù)器和磁盤(pán)陣列將有兩種連接方式：一種是通過(guò)IDE或者SATA線(xiàn)纜直接連接，即DAS方式;另一種方式就是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )方式，即NAS/IPSAN方式。

　　上述結構最大的問(wèn)題在于系統中服務(wù)器的數量將會(huì )很多，對于多點(diǎn)數的大型監控系統尤其如此，這顯然會(huì )增加系統的成本和維護復雜度。同時(shí)由于流媒體服務(wù)器和存儲服務(wù)器均為普通PC式服務(wù)器，其中運行的程序也基本基于WINDOWS開(kāi)發(fā)，其在穩定性上也存在一定隱患。

　　流媒體模塊和存儲模塊整合的結構

　　改良后的IP視頻監控系統結構，主要就是將流媒體服務(wù)器和存儲服務(wù)器作為兩個(gè)獨立的功能模塊合二為一安裝在一臺服務(wù)器上，這樣做既減少了系統中服務(wù)器的數量，而且通過(guò)計算機內部的總線(xiàn)將視頻流交給存儲模塊，減少網(wǎng)絡(luò )帶寬壓力，同時(shí)存儲模塊獲取流媒體模塊轉發(fā)的視頻流也更加可靠穩定。但是，存儲模塊將視頻數據處理成文件包后仍將通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送至磁盤(pán)陣列存儲，這仍然會(huì )消耗網(wǎng)絡(luò )帶寬資源。

　　加入嵌入式NVR的結構

　　為提升存儲部分的穩定性，嵌入式NVR出現了。嵌入式NVR在結構上將原來(lái)的NVR服務(wù)器和磁盤(pán)陣列整合起來(lái)，一般是服務(wù)器機頭加若干盤(pán)位的存儲構成，系統內的軟件也由以前的基于WINDOWS的存儲軟件改成嵌入式軟件，運行更加穩定可靠，伴隨著(zhù)嵌入式NVR的面世，相當一部分IP監控系統的結構演變成圖3描述的形式。

　　由于早期嵌入式NVR只具備存儲功能而不具備轉發(fā)視頻的功能，所以系統中的流媒體服務(wù)器繼續存在，但是存儲部分則變成了一體式的嵌入式NVR設備，除了存儲運行更加穩定可靠，NVR獲取到流媒體轉發(fā)來(lái)的視頻流后余下的工作均在本機內完成，不再把視頻數據發(fā)到網(wǎng)絡(luò )上轉給獨立的磁盤(pán)陣列，這就降低了網(wǎng)絡(luò )帶寬的壓力。

　　不帶流媒體轉發(fā)服務(wù)器的結構

　　嵌入式NVR很快變成了IP監控系統中一個(gè)非常重要的部分，除了存儲功能，更多的功能被添加到嵌入式NVR上，其中最重要的就是視頻流轉發(fā)功能和視頻管理功能，原來(lái)系統中流媒體轉發(fā)服務(wù)器將不再需要，視頻管理功能使嵌入式NVR具備單獨構成小型系統的能力，在類(lèi)似小區，連鎖店之類(lèi)的項目中，嵌入式NVR就是系統的核心，具備IP數字監控系統的一切主要功能，在大型系統中，嵌入式NVR將作為一個(gè)基本組成單元融入整個(gè)系統。這也是目前主流的IP監控系統結構之一。

　　系統中除了管理服務(wù)器不可或缺之外，嵌入式NVR成了組成系統的基本單元，其具備視頻轉發(fā)和存儲功能。這些NVR單元通過(guò)配置，直接從所管轄的前端IP攝像機獲取視頻流，如果外界沒(méi)有實(shí)時(shí)瀏覽的需求，則直接將這些視頻流變成文件包存入本機內的磁盤(pán)陣列，如果有來(lái)自客戶(hù)端或者解碼器的實(shí)時(shí)瀏覽需求，則響應這些需求，復制另一路或者若干路視頻流轉發(fā)至客戶(hù)端軟件或者解碼器。整個(gè)系統的結構更加簡(jiǎn)單清晰，網(wǎng)絡(luò )的帶寬壓力也有大幅度下降。

　　上述幾種結構其實(shí)本質(zhì)相同，都是基于流媒體轉發(fā)技術(shù)來(lái)實(shí)現瀏覽和存儲。這幾種結構存在兩個(gè)問(wèn)題：

　　瀏覽視頻流和存儲視頻流來(lái)自同一個(gè)源頭，應用起來(lái)不夠靈活

　　具體地說(shuō)，在這種基于流媒體轉發(fā)技術(shù)的結構中，流媒體部分(不論是功能模塊還是獨立設備)只會(huì )從前端獲取一個(gè)視頻流，然后轉發(fā)給存儲或者瀏覽設備。如果前端攝像機是高清攝像機，用戶(hù)存高清視頻，那么瀏覽的也必然是高清視頻，一臺客戶(hù)端電腦解碼超過(guò)9路高清視頻可能就吃不消了。再者如果客戶(hù)的存儲空間有限，希望瀏覽高清視頻但是存儲標清視頻，在這種結構下如果不做特殊處理也很難實(shí)現。一個(gè)更實(shí)際的需求是高清視頻需要存儲，但是瀏覽時(shí)并不需要始終是高清視頻，當客戶(hù)端上開(kāi)9畫(huà)面或者16畫(huà)面時(shí)，單個(gè)畫(huà)面是不是高清的已經(jīng)分辨不出來(lái)了，此時(shí)完全可以顯示標清或者更小分辨率的視頻，客戶(hù)端電腦解碼這些非高清視頻時(shí)將比較輕松，畫(huà)面的流暢度也更高，當切回單畫(huà)面時(shí)，才需要再顯示高清視頻。

　　目前解決這個(gè)問(wèn)題主要有兩個(gè)方法。

　　一是流媒體部分通過(guò)管理服務(wù)器偵測客戶(hù)端的多畫(huà)面數量，一旦發(fā)現客戶(hù)端設置為9畫(huà)面以上，則流媒體模塊將高清視頻流進(jìn)行裁剪，降為低分辨率的視頻轉發(fā)客戶(hù)端，一旦偵測到客戶(hù)端恢復單畫(huà)面窗口，則重新發(fā)送高分辨率的視頻流。但是這樣做會(huì )使流媒體模塊的負擔進(jìn)一步增加，在總資源一定的情況下，必然會(huì )影響到復制轉發(fā)視頻流的能力，同時(shí)，前端攝像機的高清視頻流最好也是支持多級別可裁剪的。

　　另一種方法是借助前端攝像機的另一路碼流，目前高清攝像機一般都至少支持一個(gè)高清碼流和一個(gè)低分辨率碼流輸出，當流媒體模塊偵測到客戶(hù)端開(kāi)多畫(huà)面窗口后，則重新從前端攝像機獲取一個(gè)低分辨率的視頻流進(jìn)行轉發(fā)，同時(shí)斷開(kāi)原來(lái)轉發(fā)的高清視頻流，這樣做有時(shí)會(huì )造成客戶(hù)端進(jìn)行多畫(huà)面單畫(huà)面切換時(shí)，出現短暫的無(wú)視頻現象，在采用無(wú)線(xiàn)設備傳輸視頻時(shí)這個(gè)現象可能更明顯。

　　NVR存儲模式不夠靈活

　　在這種結構下，每臺NVR都會(huì )管理一定數量的前端視頻，具體地說(shuō)，就是每若干路視頻往一臺NVR設備里存儲。雖然嵌入式NVR比以前的PC式NVR要穩定很多，但是若某一臺NVR發(fā)生故障，被這臺NVR管理的若干路前端視頻都無(wú)法錄像了，后來(lái)采用N+1的模式使這種問(wèn)題得到一定程度的解決。N+1模式就是除了必要的若干臺NVR之外，系統中再熱備一臺或者多臺(一般為一臺)NVR，平時(shí)這臺NVR不工作，只是處于預備狀態(tài)，一旦管理服務(wù)器檢測到某一臺NVR故障或離線(xiàn)，則向熱備的NVR發(fā)出指令，熱備的NVR則主動(dòng)接管受影響的前端攝像機，把視頻資料保存在熱備的NVR內，同時(shí)系統報警，提醒維護人員去檢查維修故障設備。一旦原來(lái)故障的NVR修好或者重新上線(xiàn)，熱備的NVR會(huì )把本機內保存的視頻通過(guò)網(wǎng)絡(luò )送回給原來(lái)的NVR，同時(shí)原來(lái)的NVR重新接管相關(guān)的攝像機，熱備N(xiāo)VR在傳送完視頻資料后繼續處于熱備狀態(tài)。但是系統中如果有更多的NVR故障怎么辦?到底要熱備幾臺NVR?目前主流的廠(chǎng)商都基本只支持N+1的模式，即只允許一臺NVR故障。