?？低暵?lián)網(wǎng)監控系統解析

　　一、 前言

　　安防行業(yè)是一個(gè)朝陽(yáng)行業(yè)，視頻監控行業(yè)作為安防行業(yè)的一個(gè)重要分支，伴隨著(zhù)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(lái)。視頻監控的發(fā)展經(jīng)歷了模擬視頻監控、數字視頻監控、網(wǎng)絡(luò )視頻監控、高清視頻監控的演進(jìn)，產(chǎn)品的功能、形態(tài)和視頻監控的組成架構等各方面都發(fā)生了巨大的變化。

　　視頻監控行業(yè)的快速發(fā)展源于用戶(hù)對視頻監控需求的不斷變換。過(guò)去，視頻監控只是為了滿(mǎn)足基本監控需求，譬如監視、控制、錄像、回放、報警等;隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的普及，視頻監控需要滿(mǎn)足聯(lián)網(wǎng)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(hù)業(yè)務(wù)的結合(非安防需求)、讓視頻創(chuàng )造價(jià)值等。聯(lián)網(wǎng)監控是新安防時(shí)代視頻監控建設的重點(diǎn)，本文主要解析聯(lián)網(wǎng)監控系統的主要要素。

　　二、 聯(lián)網(wǎng)監控要素

　　聯(lián)網(wǎng)監控系統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、第三方系統集成等部分，如圖所示。

　　圖1 聯(lián)網(wǎng)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(diǎn)關(guān)注信號類(lèi)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(wǎng)絡(luò )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(xiàn)以上，信號通過(guò)同軸電纜傳輸，圖像延時(shí)極小。網(wǎng)絡(luò )攝像機輸出信號為IP數據包，經(jīng)過(guò)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(wàn)像素以上，信號通過(guò)以太網(wǎng)傳輸，圖像延時(shí)由所跨過(guò)的網(wǎng)關(guān)數量決定，一般延遲較大，傳輸帶寬在8Mbps以?xún)?。數字攝像機輸出信號為未經(jīng)過(guò)壓縮的數字信號，圖像分辨率取決于圖像傳感器，需要通過(guò)專(zhuān)用的SDI線(xiàn)纜或光纖線(xiàn)纜傳輸，圖像延時(shí)極小，傳輸帶寬在1.5Gbps左右。

　　編碼壓縮設備主要包括硬盤(pán)錄像機(DVR)和視頻服務(wù)器(DVS)，兩者的功能類(lèi)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(wǎng)，因此DVS更多放置在系統前端。

　　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(shí)進(jìn)行，檢索及長(cháng)期保存有困難，曾用于早期模擬監控時(shí)代，目前已淘汰。PC-DVR表示PC式硬盤(pán)錄像機，采用硬盤(pán)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)監控。E-DVR表示嵌入式硬盤(pán)錄像機，采用嵌入式架構，記錄介質(zhì)為硬盤(pán)，支持聯(lián)網(wǎng)監控。H-DVR表示混合式硬盤(pán)錄像機，采用嵌入式架構，可接入模擬攝像機和網(wǎng)絡(luò )攝像機，支持聯(lián)網(wǎng)監控。

　　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(dòng)態(tài)IP環(huán)境下接入、移動(dòng)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 )穩定性等。動(dòng)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(guò)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(dòng)注冊的方式分配IP，移動(dòng)環(huán)境下的接入需要編碼器主動(dòng)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)議主要針對數據業(yè)務(wù)，對于流媒體的傳輸在有效性和實(shí)時(shí)性上有些勉強，需要RTP/RTCP協(xié)議給予適當補助，RTP用于在單播或多播情況下傳輸實(shí)時(shí)數據，通常工作在UDP上。但RTP協(xié)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(wù)。RTCP的主要功能是為應用程序提供媒體質(zhì)量信息。在RTP會(huì )話(huà)期間，每個(gè)參與者周期性地彼此發(fā)送RTCP控制包，包中封裝了發(fā)送端或接收端的統計信息。另外在選型傳輸載體時(shí)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)監控圖像傳輸延時(shí)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(shí)間、IP鏈路上的傳輸時(shí)延、傳輸過(guò)程中的緩沖區調度、流媒體服務(wù)器轉發(fā)時(shí)間、終端解碼時(shí)間。150ms是一個(gè)分水嶺，延時(shí)小于等于150ms，可認為是幾乎“無(wú)延時(shí)”，延時(shí)大于150ms，則認為是存在明顯延時(shí)。在IP監控中，不采用流媒體轉發(fā)，300ms是一個(gè)合理的延時(shí)，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(shí)小于100ms。在數字監控中，采用數字攝像機直接發(fā)送非壓縮的數字信號，再到數字矩陣，經(jīng)高速總線(xiàn)送到顯示模塊輸出到數字大屏顯示，其延時(shí)小于150ms，因此也可以認為是無(wú)延時(shí)。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(hù)端緩沖區,采用高性能DSP,減少流媒體轉發(fā)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(hù)授權管理、流媒體服務(wù)。

　　設備管理包括心跳注冊,設備類(lèi)型注冊,硬件狀態(tài)上傳,工作狀態(tài)上傳,參數腳本上傳/下發(fā)，需要了解設備的在線(xiàn)?；罴皩?shí)施狀態(tài)信息。

　　接入管理包括前端設備的接入，譬如多種類(lèi)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(guò)SDK或者標準網(wǎng)絡(luò )協(xié)議如ONVIF/PSIA接入。

　　用戶(hù)授權管理包括面對不同的機構角色設定權限范圍和優(yōu)先級。

　　流媒體服務(wù)包括流媒體轉發(fā)服務(wù)和流媒體網(wǎng)關(guān)服務(wù)，流媒體轉發(fā)服務(wù)主要負責對前端傳回到中心的數據流的分發(fā)，從而節約遠程網(wǎng)絡(luò )的傳輸帶寬，同時(shí)規范數據流傳輸路徑。流媒體網(wǎng)關(guān)服務(wù)主要指在不同的網(wǎng)絡(luò )區間之間進(jìn)行數據轉發(fā)，譬如A網(wǎng)中的前端視頻數據通過(guò)流媒體轉發(fā)到B網(wǎng)中的客戶(hù)端。轉發(fā)服務(wù)亦可通過(guò)組播方式實(shí)現，但是相對于組播方式需要昂貴的專(zhuān)用交換機實(shí)現，流媒體轉換性?xún)r(jià)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(guān)。

　　DAS是指總線(xiàn)擴展存儲，存在形式包括編碼設備外掛硬盤(pán)存儲和存儲服務(wù)器外掛硬盤(pán)存儲。編碼器直接管理存儲譬如DVR內置硬盤(pán)存儲、IPC內置SD卡存儲等，成本低，本地存儲可有效規避網(wǎng)絡(luò )不穩定帶來(lái)的風(fēng)險。

　　NAS是指網(wǎng)絡(luò )擴展存儲，編碼器通過(guò)NFS/CIFS等協(xié)議共享NAS存儲空間，擴展性好，可在多個(gè)網(wǎng)絡(luò )存儲設備中分布存儲。由于NAS存儲設備作為網(wǎng)絡(luò )標準件連入局域網(wǎng)中，采用IT業(yè)界標準協(xié)議TCP/IP進(jìn)行傳輸，本身具有文件系統，直接為服務(wù)器提供文件級存儲服務(wù)，不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品(服務(wù)器、交換機、NAS存儲)只要滿(mǎn)足協(xié)議標準就能夠實(shí)現互連互通，無(wú)兼容性的要求。

　　SAN是指存儲局域網(wǎng)絡(luò )，海量數據存儲架構，是建立在服務(wù)器集群和存儲設備之間的網(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(pán)陣列只提供塊級裸盤(pán)存儲空間，文件系統分部在各個(gè)應用服務(wù)器上，這是SAN和NAS的最本質(zhì)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(xié)議，基于數據塊級的訪(fǎng)問(wèn)和管理，適于較大規模的集中存儲管理。

　　CVR是指流媒體直寫(xiě)存儲，?？低?/a>在業(yè)內率先提出的中心流媒體直寫(xiě)，是基于TCP/IP或UDP網(wǎng)絡(luò )傳輸協(xié)議，前端IPC/DVR/DVS/NVR等編碼設備以流媒體協(xié)議(常見(jiàn)的流媒體協(xié)議有RTSP/SIP(GB/T28181)/ONVIF/PSIA等標準流媒體協(xié)議或私有SDK流媒體協(xié)議)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )直接寫(xiě)入存儲設備的技術(shù)。存儲設備集成前端設備管理，視頻存儲，實(shí)時(shí)流轉發(fā)、預覽，歷史視頻查詢(xún)、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(wù)平臺(?？低昳VMS或第三方管理平臺)組建大中型視頻綜合管理系統。

　　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(wǎng)絡(luò )矩陣、數字矩陣。模擬矩陣可實(shí)現對CVBS信號、報警信號、RS-485信號等進(jìn)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(shí)現對IP信號的綜合管理。數字矩陣可實(shí)現對SDI信號、光纖信號進(jìn)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(shí)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(wú)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?xún)r(jià)比高、易維護，應用比較廣泛。DLP電視墻拼縫極小，多用于“無(wú)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(shí)代，視頻監控要與門(mén)禁、消防及周界防范系統集成，主要采用開(kāi)關(guān)量信號極差，集成的目標包括聯(lián)動(dòng)、控制及記錄。聯(lián)動(dòng)包括聯(lián)動(dòng)錄像、抓拍、報警、電子地圖;控制包括控制開(kāi)關(guān)、PTZ;記錄主要通過(guò)日志記錄信息。

　　視頻監控還需要與用戶(hù)業(yè)務(wù)結構，比如公安行業(yè)關(guān)注報警聯(lián)動(dòng)、行為分析、案件管理;金融行業(yè)關(guān)注報警(110)聯(lián)動(dòng)、信息疊加、行為分析;交通行業(yè)關(guān)注信息疊加、識別與統計、行為分析;環(huán)保行業(yè)關(guān)注信息采集與傳遞;安監行業(yè)關(guān)注報警聯(lián)動(dòng)、信息疊加、信息傳遞;網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商行業(yè)關(guān)注跨平臺、網(wǎng)管、視音頻質(zhì)量監測、計費等。

　　九、 結束語(yǔ)

　　聯(lián)網(wǎng)監控從高端行業(yè)用戶(hù)自建專(zhuān)網(wǎng)的時(shí)代，到普通行業(yè)用戶(hù)基于公用專(zhuān)網(wǎng)的時(shí)代，再到如今普通用戶(hù)基于互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，其發(fā)展是非常迅速的。如今在視頻監控行業(yè) “高清”是最為炙手可熱的話(huà)題，無(wú)處不高清成為新安防時(shí)代的標志。高清為“智能可視化管理”提供可能，在新安防時(shí)代聯(lián)網(wǎng)監控的重點(diǎn)是滿(mǎn)足用戶(hù)復雜、個(gè)性化的高清應用需求，?？低暵氏忍岢隽烁咔灞O控HDIY理念：不同行業(yè)、不同場(chǎng)合，全高清方案自由選擇;民用安防、微視頻應用，全高清服務(wù)隨心所欲。我的高清我做主，用戶(hù)自主DIY。