浅议多码流技术 - 安防知识网

目前，网络化视频监控正在越来越多地被使用于一些大中型项目之中，如机场，铁路，大型建筑等，视频监控网络化的概念也正逐步为人们所接受。然而，当网络视频被应用于这些大中型项目中时，网络视频监控系统对于多码流的支持就变得十分重要。

所谓多码流是指从前端的网络视频设备（包含网络摄像机或者视频编码器）支持同时生成多个视频码流，这些视频码流是完全独立配置的，可以分别为不同的分辨率、不同的帧速、不同的压缩比率或者不同的编码方式（H.264，MPEG-4或者MJPEG等），以满足不同的网络访问需求。

然而，市场上的一些网络视频监控的产品并不能很好的支持多码流技术。目前常见的多码流技术分为以下几种：

1）支持多个并发码流，但是这些视频码流必须是相同参数配置的，修改任何一路码流的参数配置，如分辨率、帧速等，则其他所有的码流配置都将发生变化；
2）支持多码流，但是需要通过某些额外的设备如NVR或者转发设备才能实现，这意味着视频码流需要通过这些额外设备的处理或者协助才能实现多码流并发，整个系统的设备负担很大；
3）网络视频前端设备就支持多码流并发，但是对多码流的性能支持较差，如只有一个码流可以支持全分辨率（如4CIF）下的全帧速(25FPS)，第二个或第三个视频码流便无法达到上述配置，视频表现大大降低。
4）网络视频前端设备便支持真正的多码流技术，这些视频码流是完全独立配置的，可以分别为不同的分辨率、不同的帧速、不同的压缩比率或者不同的编码方式，同时，在多码流性能上支持多个并发的全分辨率、全帧速的独立并发码流。Axis的网络视频产品对多码流技术就属于这一类型，也就是真正的多码流技术。

H.264编码原理
在安讯士的网络视频产品（包含视频编码器和网络摄像机）中均嵌入了安讯士自行研发的网络视频处理芯片ARTPEC系列。所有的视频压缩、编码和码流生成均由该芯片处理完成，所产生的视频流再通过网络传输接口模块通过网络发送至相应的位置或用户。

视频预处理机制
首先，视频信息源取自模拟摄像机（对于编码器来说）或者CMOS/CCD传感器（对于网络摄像机来说），并根据相应的需求进行必需的旋转处理（0度，90度，180度或者270度）和比例调整（纵宽比设定）；接着，将对视频进行叠加处理，包含透明或者半透明的叠加方式以及相应的文本叠加；然后，视频处理就进入压缩编码阶段，而多码流的支持也在这一阶段实现。 [nextpage]

多码流处理机制
根据不同的码流请求，芯片将建立多个并发的线程，进行压缩编码的处理，从而产生完全独立的不同配置的视频流。对于多个相同配置的视频请求，线程将视为同一的视频流配置，并进行统一处理，再将处理后的视频码流发送至各个请求方；如果码流请求所需的文本叠加信息不同，则将回滚至上一处理阶段，根据需求进行相应的叠加处理，以保证基于不同需求的不同字符叠加。

流配置文件
基于新一代芯片ARTPEC-3的新一代网络视频产品支持至少3个完全独立的全分辨率下的全帧速码流，并支持更多的较低分辨率或较低帧速的码流，同时，支持多达20个用户的并发访问，即支持总共20个并发的视频码流请求。这些不同的码流配置文件以不同的流配置文件Stream Profile形式保存，产品默认设置了4个不同配置的流配置文件，分别为高品质视频流（高画质全帧速）、中等品质视频流（中等画质和帧速）、带宽优先（中等画质低带宽）和移动类型（适用于手机等观看），用户也可以非常方便地在安讯士网络视频产品的Web页面上添加、修改和删除自定义的流配置文件，并可在MJPEG和H.264编码格式之间自由选择。

参见下图：

对于每一个独立配置的视频流，均可设定相应的分辨率、帧速、视频压缩比以及压缩编码格式，更可以进行高级设置，包含音频的编码格式、增益等，以及H.264的高级配置如GOV设置、流控制等或者MJPEG的流控制机制等。

参见下图：

[nextpage] 流控制机制
对于每一个独立配置的视频码流，都提供了良好的流控制机制，并包含多种不同的控制模式：可变码流、恒定码流以及最大流限制模式。

1、可变码流
保持设定的视频配置参数，如分辨率、帧速、压缩比等，视频流比特率将随着视频内容的变化而上下波动。

2、恒定码流
保持视频码流于恒定的比特率，而图像质量和码流将随着视频内容的变化而进行调整。用户也可以在保持恒定比特率的情况下，选择图像画质优先或者帧速优先。

参见下图：

3、最大流限制
允许视频流的比特率的上下波动，但设置了最大限定的阀值，当比特率达到最大限定时，则将相应地降低视频画质以保持视频码流不超过设定的最大阀值。

可见，对于真正的多码流技术提供了良好的芯片处理支持，并且相应地提供了多种完善的流配置和流控制管理机制，以保证其网络视频产品在实际使用中的真正可用性和对于网络视频流的合理化管理。

多码流技术在实际项目中的应用价值
多码流技术对于网络视频监控的实际运用，尤其对于大型项目非常有帮助。

例如对于一个使用数字化监控的机场项目，安装了数量众多的网络摄像机或者视频编码器，同时，机场又设有多个分控中心和监管部门，需要有多个客户端进行视频的访问和查看。[nextpage]

对于机场的实际需求，支持多码流的安讯士网络视频产品提供了合理完善的解决方案。对于多个分控中心的电视墙或者大屏的实时显示需求，可以选用高画质配置的视频流，提供全分辨率全帧速的高品质视频；同时，机场管理机构需要对监控视频进行连续录像，并保存较长的时间（1个月至3个月），这可以根据不同区域摄像机及安全级别的不同，选择基于不同的流配置文件的视频码流，例如高安全级别区域摄像机进行高品质的视频录像，较低安全级别区域的摄像机则可进行高画质较低帧速的录像或者较低画质高帧速的录像等，实现按需定制的录像策略；对于多客户端的访问需求，也可从摄像机获取低带宽的视频或者低帧速的视频等。

同时，基于标准的H.264压缩编码的网络视频产品，可以在保持相同品质图像的情况下，使视频码流下降近50％，这不但大大减少了网络视频监控系统的后端存储消耗，也降低了网络系统中视频流的带宽流量，减轻了网络设备的负担。

新一代的H.264压缩技术和多码流的技术支持，使得新一代网络视频产品能够完美胜任大规模的网络视频监控系统，并使客户降低总体拥有成本，获得最大收益。