网络视频在安防系统中的应用与发展

2010-01-05 13:31:00 来源:有为技术有限公司 有...人评论

        【安防知识网】随着科技的发展和社会的进步,传统的压缩卡已经不能完全满足各种领域的安防需求。随着信息化时代的来临,人们对网络应用提出了更高的要求,网络视频可以在世界的任何一个角落透过Internet进行远程监控,在远距离监控的环境中起到不容忽视的作用。其在远程监控、分布式管理上的优势使其迅速成为安防市场上一个新的热点,越来越多的安防厂商开始研发生产支持网络应用的安防设备。

        网络视频是与网络技术紧密结合的安防监控产品,在发展过程中,网络视频设备经历了压缩格式、传输技术等核心技术的不断革新,而它的发展始终伴随着应用的不断拓展而变化演进。

        网络视频的压缩技术,也是从最早的M-JPEG发展到MPEG4,直到现在最新的H.264,图像质量从最早的CIF@6fps,提高到现在的D1@25fps,产品架构从最初单一的DSP芯片发展到现在的MIPSCPU+DSP的硬件架构,使得网络视频设备的产品性能有了质的飞跃。

网络视频监控 
        网络视频监控相对模拟监控和数字监控而言的。在模拟监控系统中,图像的传输、交换以及存储均基于模拟信号处理技术。数字监控引入了先进的数字信号处理技术,实现了以DVR为代表的数字化存储。而网络监控以数字信号处理为基础,采用网络化的方式实现信号的传输、交换、控制、录像存储以及点播回放,并通过设立强大的中心管理平台(ISMP),实现对系统内所有编解码设备及录像存储设备的统一管理与集中控制。

网络视频监控的应用及现状 
        在现阶段网络视频监控主要使用设备有:网络硬盘录像机、网络视频服务器、网络摄像机。对用户而言,仅需登录中心管理平台,即可实现全网监控资源的统一调用、浏览和管理。网络视频监控实现了端对端的网络化、系统架构早IP前端、TCP/IP网络、中心管理平台、网络存储设备、电视墙解码器以及客户端等几个部分组成。

网络硬盘录像机 
        网络硬盘录像机DVR的基本功能是将模拟的音视频信号转变为MPEG数字信号存储在硬盘(HDD)上,并提供与录制、播放和管理节目相对应的功能。

        智能化网络硬盘录像监控系统(以下简称硬盘录像系统)是指以计算机硬盘为图像记录媒体,集成画面分割、切换、云镜控制、录像、网络传输、视频报警及报警联动等多功能为一体的,高度智能化的监控系统。由于其具有连续长时间记录,可免去录像机录像频繁更换磁带的烦琐,检索方便快捷,同时又具有视频报警录像和网络传输与控制等特点。

        硬盘录像系统具有以下特点:功能高度集成功能高度集成是硬盘录像系统的一大特点。一套硬盘录像主机即可实现全双工1、4、7、9、10、16路画面分割,多达16路云镜控制,16路画面任意切换,16路录像速度任意设定等功能。同时还可实现视频移动报警,16路传感器与摄像机、报警器任意联动。可以说,传统监控系统需要集合十几个设备才能完成的功能,硬盘录像系统只需一个主机即可完成。大大节省了系统空间的占用,简化了操作,更加方便了系统的保养与维护。与传统监控系统相比,硬盘录像系统还具有一个显著的特点就是组网简单,可方便实现网络监控及分控。 [nextpage]

网络摄像机 
        网络摄像机是传统摄像机与网络视频技术相结合的新一代产品,除了具备一般传统摄像机所有的图像捕捉功能外,机内还内置了数字化压缩控制器和基于WEB的操作系统,使得视频数据经压缩加密后,通过局域网,Internet或无线网络送至终端用户。而远端用户可在自己的PC上使用标准的网络浏览器,根据网络摄像机带的独立IP地址,对网络摄像机进行访问,实时监控目标现场的情况,并可对图像资料实时编辑和存储,另外还可以通过网络来控制摄像机的云台和镜头,进行全方位地监控。

        从外部结构来看,目前市面上的网络摄像机有一种为内嵌镜头的一体化机种,这种网络摄像机的镜头是固定的,不可换;另外一种则可以根据需要更换标准的C/CS型镜头,只是C型镜头必须与一个CS-C转换器搭配安装。但从内部构成上说,无论是哪种机型,网络摄像机的基本结构大多都是由镜头,滤光器、影像传感器、图像数字处理器、压缩芯片和一个具有网络连接功能的服务器所组成。

        网络摄像机作为摄像机家族中的新成员,也有着与普通摄像机相同的操作性能,例如,具有自动白平衡、电子快门、自动光圈、自动增益控制、自动背光补偿等功能。另一方面,由于网络摄像机带有的网络功能,因此又可以支持多个用户在同一时间内连接,有的网络摄像机还具有双通道功能,既可同时实现模拟输出和网络数字输出。

网络视频服务器 
        网络视频服务器从某种角度上说,视频服务器可以看作是不带镜头的网络摄像机,或是不带硬盘的DVR,它的结构也大体上与网络摄像机相似,是由一个或多个模拟视频输入口、图像数字处理器、压缩芯片和一个具有网络连接功能的服务器所构成。视频服务器将输入的模拟视频信号数字化处理后,以数字信号的模式传送至网络上,从而实现远程实时监控的目的。由于视频服务器将模拟摄像机成功地转化为网络摄像机,因此它也是网络监控系统与当前CCTV模拟系统进行整合的最佳途径。视频服务器除了可以达到与网络摄像机相同的功能外,在设备的配置上更显灵活。网络摄像机通常受到本身镜头与机身功能的限制,而视频服务器除了可以和普通的传统摄像机连接之外,还可以和一些特殊功能的摄像机连接,例如:低照度摄像机、高灵敏度的红外摄像机等。

网络视频监控的关键技术
APM+DSP双核架构
 
        目前市场上的主流处理芯片,包括TI的达芬奇系列和海思的3510系列都采用ARM+DSP的双核架构。在这个架构中,ARM是芯片的主控处理器,负责控制芯片各个模块的工作以及运行操作系统、网络协议、应用软件等;DSP系统主要负责视音频编解码业务处理,通过处理器配合视频编解码模块共同完成音视频的编解码。

H.264视频压缩算法 
        H.264是ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC的MPEG(活动图像编码专家组)的联合视频组(JVT:jointvideoteam)开发的一个新的数字视频编码标准,它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。H.264使图像压缩技术上升到了一个更高的阶段,能够在较低带宽上提供高质量的传输,该优点非常适合国内运营商用户量大、接入网/骨干网带宽相对有限状况。在同等的画质下,H.264比上一代编码标准MPEG-2平均节约64%的传输码流,而MPEG-4ASP要平均节约39%的传输码流。1998年1月份开始草案征集,1999年9月,完成第一个草案,2001年5月制定了其测试模式TML-8,2002年6月的JVT第5次会议通过了H.264的FCD板。2003年3月正式发布。[nextpage]

MPEG-4视频压缩算法 
        MPEG-4的着眼点在于解决低带宽上音视频的传输问题,在164KHZ的带宽上,MPEG-4平均可传5-7帧/秒。采用MPEG-4压缩技术的网络型产品可使用带宽较低的网络,如PSTN,ISDN,ADSL等,大大节省了网络费用。另外,MPEG-4的最高分辨率可达720×576,接近DVD画面效果,基于图像压缩的模式决定了它对运动物体可以保证有良好的清晰度。MPEG-4所有的这些优点,使它成为当前网络产品生产厂商开发的重要趋势之一。

网络资源成为瓶颈 
        网络环境与视频信息的关系,就好像"路"与"车"的关系一样,要保障"车辆"顺畅、安全地行驶,首先必须做好"道路"建设。由于目前中国的网络应用环境仍然存在着各种有待解决的问题,也使得网络型产品网络摄像机、视频服务器的优势不能完全发挥出来、网络的改善和开发成为产品发展的瓶颈。 

动态IP地址 
        由于网络摄像机和视频服务器拥有独立的IP地址,可支持多种网络协议,如TCP/IP、HTTP、ARP、UDP等等,因此视频数据经压缩处理后,通过WEB服务器,经局域网或INTERNET送至终端用户,用户只要知道某一台网络摄像机和视频服务器的IP地址,即可查看到这台网络摄像机和视频服务器所监视的图像。

        市面上有部分网络摄像机、视频服务器和硬盘录像机采用的是固定IP地址,但由于中国目前的网络应用环境还并不发达,特别是在INTERNET上租用固定IP地址的费用较昂贵,因此大部分网络摄像机和视频服务器产品采用的多是动态IP地址,即网络摄像机和视频服务器每次登陆上网时,网络都会分配一个新的IP地址,就像普通PC拨号上网一样,但这也为远端用户的网络摄像机、视频服务器、硬盘录像机的搜索造成了一定的难度。

        针对这一难题,在不同的网络环境下有不同的解决方案,在局域网、广域网的内部网环境中。IP地址的资源相对充足,如果不够,可以采用NAT的方式,即用一个IP地址的不同端口来解决;而在INTERNET中,则可以采用在网络上建立DDNS服务器的方法来解决动态IP地址的问题,也就是每一台网络摄像机、视频服务器和硬盘录像机都有一个网络二级域名,这个二级域名对应网络摄像机、视频服务器和硬盘录像机的MAC地址,只要网络设备在网络上使用,就会自动连接到DDNS,无论它的IP地址如何变化,客户只要在IE地址栏键入这个域名,就能通过DDNS服务器,将网络设备的IP地址与远程客户进行连接,达到域名解析的目的。

网络安全性 
        对于安防这个对安全有着特殊要求的行业,音视频信息在网络传输中的安全保密性是一个不容忽视的问题,特别是在目前网络较脆弱的情况下,如何保障信息的安全传递成为网络监控进一步推广应用所需要解决的技术难点之一。

        网络设备的生产厂商在CPU内核的操作系统中采用了LINUX系统,这一方面是由于LINUX系统本身所占的容量较小,易于嵌入在设备中,另外LINUX是一个开放性的操作系统,采用LINUX后,用户可根据自己的需求,完善安全机制。此外,内置防火墙、设置多重权限和密码认证也是较常用的保护措施,而网络设备的点播访问机制,也减少了广播方式带来的问题。

        当然,目前采用的保护措施大多针对终端操作,而要真正做到网络传输的安全,除了在设备端加强保密措施以外,还有赖于整个网络环境质量的提高。[nextpage]

网络断线、堵塞 
        网络断线和堵塞也是常见的网络问题,为了避免由此而造成的资料丢失,部分厂商在产品中内置报警图像缓冲区,当网络发生短暂断线、堵塞的情况时,缓冲区可以临时存放部分现场图像资料,确保不丢失重要数据,对特别重要的场所,这可以采用在前后端同时录像的方式来解决。也有些厂商在网络摄像机、视频服务器端和硬盘录像朵选用特殊的路由器,在断线的情况下可自动拨号上网,保持网络的随时畅通。

        另外,还有一些厂商在网络摄像机内部加装硬盘,以便在网络堵塞或断线的情况下,摄像端仍可保持摄像和及时存储资料,网络连通后再将资料送至远端,但这种方法也会使产品的成本增加,同时带来维护的问题。

无线网络  
        除了局域网、INTERNET等常用的网络之外,近年来,网络摄像机、视频服务器、硬盘录像机与无线网络的结合也成为网络型产品的推广应用起到了促进作用。

视频服务器和网络硬盘录像机的区别 
        这里所说的DVR指的是在传统DVR的基础上扩展了网络功能的DVR产品,这样使得更多的用户可以进行访问,正是由于这种产品开发的理念,令到带网络功能的DVR产品还是传统意义上的DVR,其主要功能仍然是存储,这也决定了它的市场定位是在小范围的网络环境中,监控点也有限。

        而网络摄像机和视频服务器的主要功能侧重于网络传输,这里所说网络是一个大的概念,产品的设计定位在可适应不同的网络环境,如LAN,WAN,INTERNET或无线网络等,且不限制监控点的数量,不限制用户访问的数量等。

        从产品的应用来看,网络摄像机和视频服务器的着眼点在于远端监控,如道路交通、无人值守的变电站、油田生产管理、电信机房监控等领域,这些领域的监控点分散,距离较远布线困难,如果要建立一个全新的系统,则可以直接选用网络摄像机,如果系统已有传统的监控前端,则可以采用视频服务器作为有效的补充;如果监控的范围是在小区域内,无需远端监控,则可以采用DVR会更为实际。

        部分网络产品的制造商认为,DVR只是一个过渡性产品,假使未来时间内网络环境更为成熟、网络型产品的价格调整下来,在后端电脑上随意安装一套软件就可实现远程监控,这样将代替目前的产品。但也有一些安防业界内人士表示,这三种产品的应用范围各不相同,各自都有自己的生存空间,特别是在安防行业中,资料的安全是首要目标,因此DVR的存储功能仍然相当重要。

        信息化时代的来临,人们对网络应用提出了更高的要求,网络摄像机和视频服务器可以在世界的任何一个角落透过INTERNET进行远端监控,免去了复杂的网络配置和布线工作,大大减少了工程成本,在远距离集中监控的环境中起到了不容忽视的作用。虽然网络摄像机和视频服务器作为网络时代的代表性产品,也还处在不断发展和改进的过程中,当它的网络优势愈来愈受到业界内人士重视,相信随着网络资源的不断完善,产品也将进一步发挥出它的潜力。

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[责任编辑:张利芬]

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