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视频联网

日期: 2017-05-26
浏览次数: 200

一、 前言


       安防行业是一个朝阳行业,视频监控行业作为安防行业的一个重要分支,伴随着多媒体技术、编解码技术、网络技术等IT技术的发展而成熟起来。视频监控的发展经历了模拟视频监控、数字视频监控、网络视频监控、高清视频监控的演进,产品的功能、形态和视频监控的组成架构等各方面都发生了巨大的变化。

       视频监控行业的快速发展源于用户对视频监控需求的不断变换。过去,视频监控只是为了满足基本监控需求,譬如监视、控制、录像、回放、报警等;随着互联网的普及,视频监控需要满足联网监控一般需求,譬如远程监视、控制,远程录像、检索,远程报警、管理;如今,人们对视频监控又有了新需求,譬如更高清晰度、与用户业务的结合(非安防需求)、让视频创造价值等。联网监控是新安防时代视频监控建设的重点,本文主要解析联网监控系统的主要要素。



 二、 联网监控要素


       联网监控系统主要包括前端采集与编码压缩、网络接入与传输、管理中心、存储、控制中心、第三方系统集成等部分,如图所示。




视频联网

图1 联网监控要素



三、 前端采集与编码压缩


       前端采集与编码压缩主要包括前端视频采集设备和视频编码设备,重点关注信号类型、信号采集方式、压缩方式。

       目前,视频采集设备主要包括模拟摄像机网络摄像机、数字摄像机。模拟摄像机输出信号为CVBS信号,图像分辨力取决于图像传感器,目前最高可达700线以上,信号通过同轴电缆传输,图像延时极小。网络摄像机输出信号为IP数据包,经过H.264等压缩算法压缩到较低码率后传输,图像分辨率取决于图像传感器,目前主流分辨率为720P、1080P,最高分辨率可达500万像素以上,信号通过以太网传输,图像延时由所跨过的网关数量决定,一般延迟较大,传输带宽在8Mbps以内。数字摄像机输出信号为未经过压缩的数字信号,图像分辨率取决于图像传感器,需要通过专用的SDI线缆或光纤线缆传输,图像延时极小,传输带宽在1.5Gbps左右。

       编码压缩设备主要包括硬盘录像机(DVR)和视频服务器(DVS),两者的功能类似,包括连接CVBS系统和IP系统、编码压缩,DVR还可以提供本地存储、录像检索和回放,DVS更多用于将模拟摄像机输出的CVBS信号转换为IP数字信号后接入到以太网,因此DVS更多放置在系统前端。

       DVR的发展历经了VR、PC-DVR、E-DVR、H-DVR的演变。VR表示磁带式录像机,采用磁带作为存储介质,一机一路,录放不能同时进行,检索及长期保存有困难,曾用于早期模拟监控时代,目前已淘汰。PC-DVR表示PC式硬盘录像机,采用硬盘作为记录介质,主要部件为视频采集卡视频压缩卡,支持联网监控。E-DVR表示嵌入式硬盘录像机,采用嵌入式架构,记录介质为硬盘,支持联网监控。H-DVR表示混合式硬盘录像机,采用嵌入式架构,可接入模拟摄像机和网络摄像机,支持联网监控。



四、 网络接入与传输


       网络接入与传输主要包括网络接入、有效传输、网络延迟。

       网络接入方面可分为固定IP环境下接入、动态IP环境下接入、移动环境下接入。固定IP环境下接入需要考虑网络承载性能,包括网络带宽、网络稳定性等。动态IP环境下接入除了网络承载能力外,还要考虑寻址,可以通过DNS、DDNS随机分配IP,系统规模较大的情况下,编码器要采取主动注册的方式分配IP,移动环境下的接入需要编码器主动向平台注册分配IP。

       有效传输方面需要传输协议支持,包括TCP/UDP等,但目前IPv4的传输协议主要针对数据业务,对于流媒体的传输在有效性和实时性上有些勉强,需要RTP/RTCP协议给予适当补助,RTP用于在单播或多播情况下传输实时数据,通常工作在UDP上。但RTP协议本身不提供数据包的可靠传送和拥塞控制,必须依靠RTCP提供这些服务。RTCP的主要功能是为应用程序提供媒体质量信息。在RTP会话期间,每个参与者周期性地彼此发送RTCP控制包,包中封装了发送端或接收端的统计信息。另外在选型传输载体时还要考虑带宽、距离和成本的因素。

       图像传输延迟方面,联网监控图像传输延时不可避免,是影响操控感受的主要原因。端到端延迟包括编码时间、IP链路上的传输时延、传输过程中的缓冲区调度、流媒体服务器转发时间、终端解码时间。150ms是一个分水岭,延时小于等于150ms,可认为是几乎“无延时”,延时大于150ms,则认为是存在明显延时。在IP监控中,不采用流媒体转发,300ms是一个合理的延时,一般是500ms。在模拟监控中,从模拟摄像机到矩阵再到监视器,一般延时小于100ms。在数字监控中,采用数字摄像机直接发送非压缩的数字信号,再到数字矩阵,经高速总线送到显示模块输出到数字大屏显示,其延时小于150ms,因此也可以认为是无延时。减少延迟的方法主要包括去掉B帧(单P帧编码),减小编码器和客户端缓冲区,采用高性能DSP,减少流媒体转发层级等。



五、 管理中心


       管理中心主要包括设备管理、接入管理、用户授权管理、流媒体服务。

设备管理包括心跳注册,设备类型注册,硬件状态上传,工作状态上传,参数脚本上传/下发,需要了解设备的在线保活及实施状态信息。

接入管理包括前端设备的接入,譬如多种类型前端设备的接入、不同品牌前端设备的接入,也包括异构平台的接入。需要考虑通过SDK或者标准网络协议如ONVIF/PSIA接入。

用户授权管理包括面对不同的机构角色设定权限范围和优先级。

流媒体服务包括流媒体转发服务和流媒体网关服务,流媒体转发服务主要负责对前端传回到中心的数据流的分发,从而节约远程网络的传输带宽,同时规范数据流传输路径。流媒体网关服务主要指在不同的网络区间之间进行数据转发,譬如A网中的前端视频数据通过流媒体转发到B网中的客户端。转发服务亦可通过组播方式实现,但是相对于组播方式需要昂贵的专用交换机实现,流媒体转换性价比更高。



六、 存储


       按照存储架构可分为DAS、NAS、SAN、CVR,按照分布方式可分为前端存储、分布式存储和中心存储,跟规模和成本相关。

DAS是指总线扩展存储,存在形式包括编码设备外挂硬盘存储和存储服务器外挂硬盘存储。编码器直接管理存储譬如DVR内置硬盘存储、IPC内置SD卡存储等,成本低,本地存储可有效规避网络不稳定带来的风险。

       NAS是指网络扩展存储,编码器通过NFS/CIFS等协议共享NAS存储空间,扩展性好,可在多个网络存储设备中分布存储。由于NAS存储设备作为网络标准件连入局域网中,采用IT业界标准协议TCP/IP进行传输,本身具有文件系统,直接为服务器提供文件级存储服务,不同厂商的产品(服务器、交换机、NAS存储)只要满足协议标准就能够实现互连互通,无兼容性的要求。

SAN是指存储局域网络,海量数据存储架构,是建立在服务器集群和存储设备之间的网络,给服务器集群提供集中式的共享的存储空间,便于管理。SAN存储模式中,磁盘阵列只提供块级裸盘存储空间,文件系统分部在各个应用服务器上,这是SAN和NAS的最本质区别。SAN可分为IP-SAN和FC-SAN,构建IP-SAN相对FC-SAN成本更低,因此IP-SAN应用更为广泛。IP-SAN集中存储方式采用iSCSI协议,基于数据块级的访问和管理,适于较大规模的集中存储管理。

       CVR是指流媒体直写存储,海康威视在业内率先提出的中心流媒体直写,是基于TCP/IP或UDP网络传输协议,前端IPC/DVR/DVS/NVR等编码设备以流媒体协议(常见的流媒体协议有RTSP/SIP(GB/T28181)/ONVIF/PSIA等标准流媒体协议或私有SDK流媒体协议),通过网络直接写入存储设备的技术。存储设备集成前端设备管理,视频存储,实时流转发、预览,历史视频查询、检索、回放、下载等功能,可独立构建小规模视频管理平台,亦可结合视频管理服务平台(海康威视iVMS或第三方管理平台)组建大中型视频综合管理系统。



七、 控制中心


       控制中心主要包括对监控资源的集中显示与控制,主要表现形式是操控系统和电视墙

操控系统包括模拟矩阵、网络矩阵、数字矩阵。模拟矩阵可实现对CVBS信号、报警信号、RS-485信号等进行综合管理。网络矩阵包括嵌入式解码器、解码主机(软解码、硬解码),可实现对IP信号的综合管理。数字矩阵可实现对SDI信号、光纤信号进行综合

高通科技推出了混合矩阵——视频综合平台,如下图所示:



视频联网

图2集成解决方案——视频综合平台



       视频综合平台支持CVBS信号、IP信号、SDI信号、FC信号等不同视频源接入,可实现多系统集成解决方案。

电视墙包括CRT(模拟)、LCD(液晶)、DLP(背投)、PDP(等离子)。CRT电视墙多用于模拟监控系统中,无法支持高清分辨率显示。LCD电视墙支持高清分辨率显示,因其性价比高、易维护,应用比较广泛。DLP电视墙拼缝极小,多用于“无缝拼接”显示的大型监控项目,维护成本较高。PDP电视墙色彩还原度高,对比度高,维护成本较高。



八、 第三方集成


       在新安防时代,视频监控要与门禁、消防及周界防范系统集成,主要采用开关量信号极差,集成的目标包括联动、控制及记录。联动包括联动录像、抓拍、报警、电子地图;控制包括控制开关、PTZ;记录主要通过日志记录信息。

       视频监控还需要与用户业务结构,比如公安行业关注报警联动、行为分析、案件管理;金融行业关注报警(110)联动、信息叠加、行为分析;交通行业关注信息叠加、识别与统计、行为分析;环保行业关注信息采集与传递;安监行业关注报警联动、信息叠加、信息传递;网络运营商行业关注跨平台、网管、视音频质量监测、计费等。



九、 结束语


       联网监控从高端行业用户自建专网的时代,到普通行业用户基于公用专网的时代,再到如今普通用户基于互联网的时代,其发展是非常迅速的。如今在视频监控行业 “高清”是最为炙手可热的话题,无处不高清成为新安防时代的标志。高清为“智能可视化管理”提供可能,在新安防时代联网监控的重点是满足用户复杂、个性化的高清应用需求,海康威视率先提出了高清监控HDIY理念:不同行业、不同场合,全高清方案自由选择;民用安防、微视频应用,全高清服务随心所欲。我的高清我做主,用户自主DIY。


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