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“硬軟”皆施,讓安防監控網絡性能起飛
2015-11-11
來源:未知
點擊數: 2498          作者:未知
  •   安防行業當中監控系統一直處于主導地位,而在監控系統中對于設備的網絡性能好壞與否更顯重視,為了解決監控當中網絡無線傳輸、延遲改善、斷網重連、多網兼容等等網絡性能問題,各大廠商使盡了渾身解數,一個監控系統功能的完善和強大離不開一個好的網絡運行環境,作為一切功能基礎的前提,如何提供一個好的網絡環境至關重要!

      安防行業網絡控制技術的發展

      隨著電子、計算機、網絡技術日新月異的飛速發展,視頻安防監控系統數字化、網絡化、智能化、高清化也逐步走向成熟;數字網絡安防監控系統與傳統的模擬視頻安防監控系統相比,具有施工簡單、擴展便捷、傳輸高效、圖像高清、功能多樣的一系列強大的特點。從安防行業在國內推行至今,設備傳輸問題就一直備受關注。

      網絡性能控制硬件方面的表現

      早期的模擬監控設備、DVR、簡單的硬盤存儲,由于傳輸多靠硬件性能,布線方式又過于單一繁雜,所以早期的傳輸穩定性就一直備受詬病,更談不上傳輸效率上的快速實時,往往從前端IPC的數據收集到中間電纜、電話線的遠距離傳輸、再到后端老式小容量硬盤的存儲轉化到最后交換機的上墻,每一步的傳輸都需要硬件的絕對保障,即便是這樣,可能最后收到的信息已經是十幾秒甚至一分鐘之前的情況,安保人員無法做到及時反映處理,既然沒有時效性,那么這套安防監控系統也失去了它的實質作用。這一套老式的傳輸方式最致命的是任何一個環節出現問題就可能導致數據的丟失,從前端到后端傳輸過程中,整個線纜到最后的儲存都暴露在外環境當中,一個簡單的線路斷截,后端設備就無法顯示,整個系統在重接這段時間也是報廢的。隨著后來互聯網時代的到來,網絡視頻監控取代了傳統模擬監控成為主流,硬件設備的升級也發生了巨大的變化,傳輸穩定和速率得到了很大的提高,在傳輸物理介質上拓展為銅纜、光纖、無線等更多凸顯電氣特征的介質,例如:現在主流的三種傳輸方式硬件雙絞線、光纜、無線電/微波,雙絞線和光纜傳輸速率高,抗噪性優異,但雙絞線價格便宜、使用廣泛、施工簡單,易受電磁干擾和竊聽,多應用于傳輸距離短的場所;光纜雖然傳輸距離遠,保密性強,不易受到電磁干擾,但成本較高,安裝困難;相對于前兩種有線來說,后面的無線傳輸雖然傳輸距離基本不受限制,傳輸速率更快,施工也更簡便,但成本極高,極易受干擾,保密性能差容易被竊取信息,信號容易衰減,這類傳輸方式一般應用于復雜高海拔地形并不普及。

      同樣,監控設備后端也出現了眾多處理性能強大的NVR存儲設備,目前更逐漸普及的是集成各種強大運算能力的集成平臺,較過去老的硬盤存儲設備和交換機來說,這些硬件不管是計算能力、處理器芯片、抗高溫防潮、抗摔壓、可持續工作的能力都有了質的提高。

      互聯網時代軟件技術在網絡控制中的表現

      隨著安防行業的大范圍涉及,尤其是智慧城市、智能交通等跨時代項目的展開,解決大數據傳輸是網絡監控系統必經的一個過程;從互聯網的起步到逐漸興起鼎盛再到現在互聯網+的到來,網絡視頻監控已經開始普及到需求安防監控的各個角落,傳統的模擬監控必將逐步淘汰,前面說到硬件的設備升級還是遠遠不夠的;既然IT大時代下網絡化的興起,那么基于IT化下的網絡監控在網絡傳輸上也涌現出了通過軟件技術來提高網絡性能的方法,這里不得不說的是H.264編碼技術的普及應用,H.264視頻編解碼技術的出現較之前MPEG2和MPEG4 ASP等壓縮技術相比,它可以提供11個等級、7個類別的子協議格式的算法,其中等級定義就是對外部環境進行了限定,如帶寬需求、內存需求、網絡性能等等。等級越高,帶寬要求就越高,視頻質量也越高,用戶可以根據當時帶寬網絡環境的需求進行調控;此外H.264在同等圖像質量下壓縮后的數據量只有MPEG4的1/3,網絡適應性極強,如此高效的編碼效率使其壓縮的數據在網絡傳輸過程中所需要的帶寬更少,也更加經濟;當然,目前市場上還有更為先進的H.265編碼技術,在有限帶寬的傳輸下傳輸更高質量(1080P)的網絡視頻,僅需要原先的一半帶寬即可。

      現在H.264在成本和穩定性依然是大多數監控的主流編碼技術,但新一代H.265的編碼技術也開始一步一步進入行業之中;應孕而生的雙編碼技術也很快的應用在攝像機本身,這樣的技術可以根據用戶當時的應用環境、傳輸方式來自由切換雙壓縮格式已達到在畫質性能、色彩還原都達到要求的同時加強網絡性能的穩定控制;例如宇視HIC6622HX22-IR-U系列1080P星光紅外球型網絡攝像機,這款攝像機同時支持H.264及H.265兩種壓縮格式。在H.264壓縮格式以及[email protected]@4Mbps限制下,將攝像機對準清晰度測試卡,在最近可清晰呈現畫面的距離下,該機的水平清晰度為1050TVL,垂直清晰度為1080TVL,邊緣清晰度是900TVL。將攝像機對準窗外車流不息的馬路,經測試得知,在H.264壓縮格式以及[email protected]@4Mbps下,該機碼流控制穩定于4.1Mbps;在H.265壓縮格式以及[email protected]@2Mbps下,該機碼流控制穩定于2.0Mbps。在延遲方面該機的表現也很不錯,據廠家介紹,在超低延遲模式下,延遲可控制在180-230 ms。

      分布式技術推動,網絡傳輸協議難兼容

      分布式技術一直是推動網絡管理技術發展的核心技術,也越來越受到業界的重視;技術特點在于分布式網絡與中央控制式網絡對應,它沒有中心,因而不會因為中心遭到破壞而造成整體的崩潰;分布式網絡上節點之間互相連接,數據可以選擇多條路徑傳輸,因而具有更高的可靠性;安防監控系統也多有應用這一分布式布線技術,例如配置管理前端攝像機、后端多NVR、平臺性能管理等;監控系統IP操作端是面向用戶的一個界面,或者提供給用戶進一步開發的軟件應用接口等;從網絡元素中獲取的網絡管理信息通常需要經過網關進行轉換,這一部分需要計算機網絡管理系統的代理;從以上分析可以看出,運用分布式布線技術完全能夠實現標準的監控網絡管理系統。

      從網絡時代邁入智能時代后,用戶已經不再滿足于高清視覺體驗,對于安防能夠與業務相結合,提供更加便捷服務的需求更加強烈,各家廠商不斷豐富自身的智能算法,為智能化應用提供了基礎;然而,來自各行各業特殊而且多樣的智能化需求,對于多種算法的集成和兼容提出了更高的要求;目前業界廠商的智能算法各說各話,框架封閉,無法兼容并包,各種內網協議不能通用,造成不同廠商攝像機與NVR之間難以連接兼容;用同一外網通用協議又勢必會造成傳輸數據泄密,對用戶隱私安全形成極的隱患,但隨著國內集成商、設備商解決方案的完善成熟,像海康威視、大華股份、宇視科技、中興力維等廠商對不同品牌之間的設備網絡通信協議逐步開放,越來越多安防廠商之間的兼容連接越來越穩定,所以在不久的將來相信隨著各廠商之間合作融洽,設備之間通訊協議的兼容問題肯定會迎刃而解。

      雙碼流技術在安防NVR中的應用

      一般來說,視頻分辨率越大,視頻碼率也隨之越大,圖像也就越清晰,這樣與之成正比的視頻碼流在網絡傳輸中所占用的帶寬也越大,視頻解碼顯示時占用的系統資源也越多。因此在視頻監控所采用的視頻分辨率的越來越高時,現有的互聯網絡很難承載碼率過大的視頻流,現有的計算機對高分辨率的視頻進行多路解碼時也有性能的瓶頸。為了解決這一難題,“雙碼流”的概念應運而生。雙碼流,顧名思義,是同一視頻源編出兩路碼流,這兩路碼流可以是同一分辨率的,也可以是不同分辨率的。

      有些廠家的網絡視頻前端可以編出相同分辨率的兩路碼流,分別傳輸至瀏覽客戶端和存儲服務器。這種編碼與傳輸的方式,可以充分降低監控主機的碼流轉發壓力,但非常容易造成網絡的擁塞,只能用在網絡帶寬非常充裕的場合。

      隨著雙碼流技術的逐漸成熟完善,現在主流的網絡監控攝像機都能在網絡視頻前端編出不同分辨率的兩路碼流,分辨率相對較大的碼流我們可以用來作為錄像的實時存儲,而分辨率較小的碼流我們可以作為實時播放。這就是我們經常說的主碼流和輔碼流了,根據用戶上墻需要的不同,以及查看視頻源清晰度要求不同、安防等級的不同可以使NVR設備、網絡視頻攝像機根據情況來采取不同碼流的編寫,充分降低遠程瀏覽所占的網絡帶寬壓力,提高設備網絡性能,減少斷網,傳輸堵塞、畫面延遲等問題。

      雖然雙碼流的出現已經很好的解決了存儲與實時視頻所占用資源的問題,但是如果不能靈活切換的話勢必也會造成不必要的資源浪費,例如用戶在帶寬充裕的情況下也只能瀏覽低分辨率的圖像,在窄寬的網絡環境下卻出現高清卡頓現象;所以能靈活的轉換雙碼流是一個監控設備性能優良的表現;這里就以科達NVR2881 128路網絡硬盤錄像機為例,高手過招,拼裝備,更要拼內力,科達這款NVR的定位明確,強調的是分布式部署的靈活性與穩定性,過多的盤位、過多的路數承載,會降低單臺產品的可靠性,也會相應的增大功耗,得不償失,這款NVR符合大多數應用場景的范圍,對NVR的功能進行了深入挖掘,內外兼修;這款NVR在錄像分辨率不變的情況下,可以根據用戶實際帶寬的大小進行分辨率自動調節,這樣窄帶用戶就可以用低分辨率的方式進行視頻瀏覽,而帶寬較充裕的用戶用高分辨率進行視頻瀏覽。

      其次,在錄像分辨率不變的情況下,可以根據用戶所使用的客戶端畫面分割的方式進行分辨率自動調節,用戶在進行大畫面瀏覽時,傳輸高分辨率碼流,用戶在進行小畫面瀏覽時,傳輸低分辨率碼流,這樣可以充分提高用戶所使用計算機的解碼效率;如此靈活轉換的雙碼流技術更加符合網絡化視頻傳輸的要求,也能在多屏實時監控錄像中不影響視頻的質量。

      監控網絡性能所遇到的難點

      網絡化控制技術學者王旭閩為我們說到:在安防網絡監控系統中,由于網絡中的信息源很多,信息的傳送要分時占用網絡通訊資源,而網絡的承載能力和通訊帶寬有限,必然造成信息的沖撞、重傳等現象的發生,使得數據在傳輸過程中不可避免地存在時延。時延由于受到網絡所采用的通訊協議、負載狀況、網絡速率以及數據包大小等情況到影響,呈現出或固定或隨機,或有界或無界的特征,從而導致控制系統性能下降甚至不穩定,也給控制系統的分析和設計帶來困難。

      網絡給安防監控中NCS(網絡化控制系統)帶來的主要問題包括:

      ·端設備采樣時刻和執行器響應時刻間出現了不可忽略的滯后,在某時間間隔內存在畫面抖動;

      ·由于數據包在網絡中傳輸發生丟失或沖突,導致時延增大甚至系統失穩。

      所以NCS的性能不僅依賴于控制策略及控制律器的設計,而且受到網絡通訊和網路資源的限制。信息調度應盡可能避免網絡中信息的沖突和擁塞現象的發生,從而才能大大提網絡化控制系統的服務性能。

      在網絡化安防中,云平臺的出現很好的解決了這個問題,大數據直接傳輸云端進行存儲,再加上現如今移動端設備的隨時讀取,移動互聯數據的到來使得數據之間的傳輸更為及時便捷,這在另一方面可以間接改善了監控網絡延遲的問題,當數據的傳輸不在遇到大的堵塞,云存儲的普及應用,云智能網絡控制的研發等,這些將是提高監控設備網絡性能的必然趨勢!

      結語

      總的來說,影響視頻監控流暢度的因素主要表現在網絡延遲、網絡帶寬、設備包轉發率三個方面,網絡延遲越低、網絡帶寬越高、網絡設備處理視頻流的轉發能力越快,畫面流暢度和清晰度也就越高,隨著雙碼流、雙存儲、雙編碼技術的成熟運用,超級計算機在安防行業的展開、云平臺大數據存儲的實現、移動互聯時代下4G網絡的逐漸穩定等不斷創新技術的出現,未來監控網絡性能將乘上移動互聯、互聯網+的“高速火箭”,一路高飛!

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