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网络视频服务器发展

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网络视频服务器是一种实现音视频数据编码、网络传输处理的专用设备,由音视频编码器、网络接口、音视频接口、RS422/RS485串行接口等组成。网络用户可直接用浏览器观看、控制和配置管理相关视频信号。\r\n网络视频服务器主要应用在监控点比较分散以及无人值守的应用环境中,在道路交通、教育、电力、煤矿安全、军队、公安等行业中得到了越来越多的应用。同时,其也逐渐从传统安防应用向大众消费领域延伸,据调查显示,2005年,已经渗透到教育、政府、娱乐场所、医院、酒店、运动场馆、城市治安等多个领域,并进入了行业视频监管、旅游景观、电子商务等新的应用领域。\r\n在本期的专题测试中,共有13款网络视频服务器参与测试:安讯士(AXIS)241S 单路网络视频服务器、大华DH-NVS0104S单路网络视频服务器、建腾(ACTI) SED-2140单路网络视频服务器、朗驰LC9000系列单路网络视频服务器、明景MG-VS100E系列单路视频服务器、同为TD-1001单路网络视频服务器、图敏NV901BT单路网络视频服务器、亿旗EFV-1010单路网络视频服务器。安居宝NS-1041A四路网络视频服务器、精伦RT-VS4204四路网络视频服务器、海康DS-6004HCW四路网络视频服务器、恒通HTDVS-F(V2.0)四路网络视频服务器、威乾VN6004四路网络视频服务器。这13款产品各有千秋,读者经过比较后,定能了解到当前此类产品的最新发展情况。\r\n除了精彩的测试报告外,我们还为读者奉上关于网络视频服务器选购和技术文章,以及在各个领域的应用案例,加上网络视频服务器产品精选和供应商名录。定能让读者大饱眼福。\r\n

视频服务器 vs. DVR
在目前的视频监控领域内,除了模拟摄像机、模拟监视器等传统CCTV监控设备之外,网络摄像机(Network Camera)、视频服务器(Video Server)以及DVR是近年出现的三个炙手可热的名词。对于工程商和最终用户来讲,在考虑构建视频监控系统的时候,通常会面临在三者之间的比较与选择,特别是在考虑构建数字化、网络化的视频监控系统的时候,更是如此。
总体上讲,网络摄像机在功能性能方面的优势与特色较为明显,人们很容易根据自己的实际需求来决定是否采用这类设备。但是如果需要从视频服务器和DVR之间作出明确的选择,对于很多工程商和最终用户来讲,却并非是一件容易的事。的确,从表面上看,这两类产品在功能和应用方面相似之处太多了,它们都需要配合模拟摄像机使用,都需要将模拟视频、音频信号数字化,所支持的视频图像压缩格式也大体相同。在与自己的实际需求对比之后,似乎用视频服务器或者DVR都可以。因此在很多情况下,用户可能仅仅对两类产品进行了价格方面的比较就作出了最终的选择。而与视频服务器相比,特别是与国外知名厂商的视频服务器产品相比,国内厂商所生产DVR产品拥有强大的价格优势,这或许也是目前DVR在国内的销量比视频服务器销量要高很多的原因之一。
实际上,从专业的角度来看,视频服务器和DVR是两种截然不同的产品,它们在智能化、可扩展性、开放性、可集成性、可靠性、应用模式等众多关系到视频监控系统总体性能和成本的重要因素方面都有着明显的不同。本文将针对这些不同点逐一进行分析,并在此基础上简要讨论网络摄像机所具备的主要优势,希望能够帮助广大工程商和最终用户看清两种产品间的本质性差别,从而在工程实践中作出正确的选择。

网络摄像机、视频服务器与DVR产品概述
视频服务器
无论是视频服务器(Video Server),还是视频编码器(Video Decoder),还是Video Streamer,这些名字实际上指的都是一种可以将模拟视频、音频信号数字化和压缩,并能通过IP网络进行传输的设备。在这些名称当中,“视频编码器”和“Video Streamer”能够较为准确地将该产品的模/数转换功能描述出来,但却没有明确地表明其网络方面的功能。而“视频服务器”则更加全面地描述了产品各方面的功能特性,因为此类产品大多都是内置了Web Server,它们拥有自己独立的IP地址,可以被当作一台完整的Web服务器使用,其与传统的Web服务器的主要区别在于它们向用户提供的主要是视频和音频方面的Web服务。
视频服务器的一般结构如图1所示。可以看出其主要组成部分包括模拟视频输入接口,模/数转换器、图像压缩芯片、CPU及内存、网络接口、串行接口以及报警输入输出接口等。从视频输入端接收到的模拟视频信号首先被数字化,然后由图像压缩芯片按照MJPEG或MPEG压缩算法进行压缩,最后再由CPU通过网络接口传送给网络上的浏览客户端。此外,在图像压缩芯片的支持下,CPU还可以实现诸如动态侦测、报警事件管理、给图像叠加文本或LOGO、IP地址过滤、HTTPS加密等智能功能,还能够提供HTTP、FTP、SMTP、SNMP等多种服务。
网络摄像机
网络摄像机(Network Camera)通常也被称为IP摄像机(IP Camera)或IP摄像头。它们是一种高度集成化的产品,可以看作一台普通摄像机和一台微型电脑的结合体,也可以看作一台模拟摄像机和一台视频服务器的结合体。网络摄像机内部结构参见图2。
由图2可以看出,一台网络摄像机从功能上可以划分为摄像机和电脑/Web服务器两大部分。其中摄像机的部分包含镜头、滤镜、图像传感器等光学部件,主要完成图像采集和光/电转换的工作,即将组成图像的各种光信号转化为电信号,同时还进行曝光控制、快门控制、白平衡调整、亮度色度调整以及背光补偿等常见的图像调整工作。电脑/Web服务器部分的结构与视频服务器基本相同,包括图像压缩芯片、CPU和内存、网络接口以及报警输入输出控制接口等。这部分的功能也和视频服务器极为相似,主要负责将数字化的图像进行压缩并通过网络进行传输,同时也负责实现动态侦测、报警事件管理、在图像中叠加文本或LOGO、IP地址过滤、HTTPS加密等智能功能,以及提供HTTP、FTP、SMTP、SNMP等多种网络服务。
DVR(数字硬盘录像机)
DVR (Digital Video Recorder)通常也被称作数字硬盘录像机,目前市场上存在多种形态的此类产品,包括基于PC板卡式DVR和准嵌入式DVR,基于DSP的嵌入式DVR以及基于ASIC的嵌入式DVR。其中嵌入式DVR由于在稳定性和处理能力方面具有较强的优势,因此正在逐渐成为市场上的主流产品。典型的基于DSP的嵌入式DVR原理结构如图3所示,可以看出此类设备主要有模/数转化、图像处理及压缩、CPU及内存、存储设备、外设驱动、网络接口、串行接口及报警接口等功能模块构成。此外也有一些产品将模拟视频分割显示和视频切换的功能也集成到电路板中。
从前端模拟摄像机传来的视频信号,一部分可以通过环通输出到普通的模拟监视器上,另外一部分则经过模/数转换之后送交DSP芯片进行图像处理和压缩,再通过CPU写入到存储设备当中,数字化的视频信号也可以通过网络传输到远程的客户端。录像回放时,则通过CPU在存储设备中读取相应的数据,并经数/模转换之后显示到模拟监视器上。此外CPU还需要处理各种外设的控制命令,并执行相应的操作。
随着网络视频监控的不断普及,市场上又出现了一种新的DVR产品,专门用于录制来自网络摄像机或视频服务器的数字化视频信号,这种产品通常被叫作NVR(Network Video Recorder)。
视频服务器 vs. DVR
时至今日,业内普遍认为视频监控系统已经发展到第三代。第一代视频监视系统指的是以VCR (Video Cassette Recorders)为代表的采用纯模拟技术的传统CCTV系统;第二代是以DVR (Digital Video Recorder)为代表的,部分采用数字化技术的视频监视系统;第三代系统指的就是目前正在蓬勃发展的以网络摄像机和视频服务器为代表的全数字化、网络化的视频监视系统,又称为IP监视系统。
可见,DVR与视频服务器相比,属于上一代的视频监控技术。但是由于两者在功能上相似之处比较多,很多用户对于这样的划分不太理解,接下来我们将从多个方面对视频服务器和DVR之间的主要区别进行分析比较,从而使用户能够更好地看清两类产品在本质上的差异。
分布式智能vs.集中化处理
无论视频服务器的物理安装位置如何,它在视频监控系统中都属于前端设备,而DVR则属于后端设备,这实际上也是视频服务器和DVR的最主要的差别之一。这样的说法可能有很多人不理解,因为在实际应用当中,很多视频服务器会同DVR一样被集中安装在监控中心的机房当中,从物理位置上来看,它们同样处于监控系统的后端。但实际上,在视频监控系统中,前端设备和后端设备的划分并不是依据设备的物理位置,而是根据设备的功能来划分的。大体上讲,前端设备主要负责图像、声音的采集和初步处理,而后端设备主要负责音视频数据的最终处理和设备管理维护,包括图像存储、数据归档管理、报警事件处理、人机交互、系统管理维护等等。当然,目前市场上大多数视频服务器和网络摄像机都具备图像缓存的功能,有些还支持连接附加存储设备,但是这并非用作数据的最终处理。
视频服务器和DVR都是智能设备,都具备对视频图像进行分析处理的能力,从而可以实现移动侦测(VMD)、报警管理,甚至人数统计、车牌识别等高智能化功能。但是由于视频服务器属于前端设备,这就意味着采用视频服务器的系统将智能部署到了系统的前端,从而构建起了一个具有分布式智能的视频监控系统。因此视频服务器自身可以决定何时发送视频,以什么样的帧速度和分辨率发送,以及何时应当向哪一个安全人员发出警报,提示他们注意监控画面或采取相应的行动。也就是说,位于前端的视频服务器分担了后端设备的一部分工作任务,在将数据发送给后端设备之前,它首先经过了自己的判断,从而过滤掉了很多无用的信息,仅仅将一些重要的信息发送给有关的设备和人员。这大大减轻系统对传输网络、存储空间以及后端设备处理能力的需求。在这种情况下,系统的智能和处理能力是随着前端设备的增加而增加的,并且不会对后端设备的处理能力造成太大的影响。
与之相反的是,无论监控画面中的内容是否对用户有价值,DVR都必须将所有的视频信息全部采集到后端,然后再统一进行调用计算资源进行处理分析,这时候可能才发现这个画面中不包含任何用户感兴趣的内容,应该丢弃掉,而设备宝贵的处理能力已经被浪费掉了,当一台DVR需要处理多路视频图像时,这种浪费现象将愈加严重。除此之外,同一台DVR还需要同步处理图像的存储和归档、录像回放、响应和驱动外部设备等各种工作,当处理的图像路数增加时,其处理能力就显得极其有限,严重时可能会影响系统的整体性能。
能够实现按需扩展系统是采用属于前端设备的视频服务器时所能获得的另外一个重要优势。用户可以根据自己的需要每次增加所需的视频监控路数,每次增加的数量是没有任何限制的,可以是1路、3路、7路,也可以是100路甚至1000路。而对于DVR来讲,每次只能增加固定的路数,假设用户已经安装了一台16路的DVR,如果需要再增加一路摄像机时,可能必须再购买另外一台8路或16路的DVR设备,从而可能会造成不必要的浪费。
开放平台vs.专有技术
目前,DVR产品没有一个业内统一的标准,大多数厂家在硬件和软件方面都采用了自己的专有技术,这些技术涉及嵌入式系统、数据通信、图像处理、数据存储甚至压缩格式等各个方面。这种“黑盒子”的做法造成了各厂家的设备难以互相兼容,用户在选用了某个厂家的设备时候,后续的可选范围就变得非常小,甚至只能继续采购特定供应商的设备。这意味着用户在价格谈判的时将处于明显的劣势,此外如果这家公司关闭或变更了业务领域,用户的设备将无法得到专业的维护,甚至无法继续使用。如果这种现象发生,用户除了在经济上遭受损失之外,一些历史数据也将无法挽回,由此所带来的损失将无法估量。
一般地说视频服务器产品均采用了开放式的体系构架,在操作系统、数据通信和图像压缩等方面都采用业内统一的标准技术。如某国际知名厂商的视频服务器采用了标准的Linux 2.4作为嵌入式操作系统内核,并采用标准的TCP/IP作为通信协议,其图像压缩格式采用MJPEG和MPEG-4(Part2:ISO/IEC 14496-2,Profiles:ASP and SP),并能够做到与国际标准100%兼容。其所有的开发接口均基于标准的HTTP协议来实现,并免费向所有视频应用开发者提供下载和开发支持。开放的构架和基于标准的协议使视频服务器产品变得“透明化”,用户在工程中选择了某品牌的视频服务器,之后工程扩展时仍可以从大量业内标准的服务器硬件和存储设备当中选择性价比最高的产品接入到系统中,这说明了设备有较强的兼容性。
此外,图像压缩100%的符合国际标准意味着除了专用的播放软件之外,用户还可以使用各种标准的播放软件来进行视频回放。在10年、20年甚至50年之后,用户的历史图像资料同样可以被正常地播放出来。
低TCO vs.低单路成本
从单路成本上来看,知名厂商的视频服务器产品通常会比国内厂商所生产的DVR产品高很多,这是实事,然而从某种程度上讲也是一个合理的现象:一台16路的DVR,其计算资源被平均分配给了16路视频;而一台单路的视频服务器,相同的甚至更高的计算资源仅仅提供给1路视频使用。此外,关税、人力成本和知识产权方面的因素也是造成国外产品价格较高的重要因素。然而用户所关心的应当不仅仅是单路成本,还应当包括总体拥有成本(TCO,Total Cost of Ownership)。TCO涵括了系统硬件、软件、安装、维护、培训、升级、扩展、技术支持服务等一系列的成本,同时也要考虑基础设施效率和系统使用对业务过程所造成的影响等诸多因素。
对于大型的视频监控系统来讲,基于视频服务器的硬件总体成本(包括摄像机、线缆以及录像存储等)通常与基于DVR的监控系统硬件成本相当,再考虑到系统安装成本,那么采用IP技术的视频服务器系统的优势就显而易见了,因为搭建、维护、升级和扩展基于IP的基础构架所花费的成本要比基于同轴电缆的基础构架要少很多。此外,由于基于视频服务器的系统后端的应用和存储功能可以使用业内通用的、基于开放标准的服务器硬件,而不必像DVR系统中那样一定要使用专用的硬件平台。这一点对于一些大型系统尤其显得重要,因为存储和服务器硬件通常会占到总体成本的很大一部分,而使用视频服务器则可以大大降低存储和服务器硬件设备管理和购置的成本。成本的节约还来自于视频服务器所使用的基础设施。IP网络除了承载视频监控业务之外,Internet、LAN以及无线网络等各种基于IP的网络同样可以承载企业内其他类型的应用,而与传统的、专用于视频监控的同轴电缆或光纤相比,IP网络的建设成本就显得非常低廉。
无缝集成vs.有限定制
大型的视频监控系统,通常会涉及到后端监控软件的定制和与其他安防系统的集成,因此系统所采用视频监控设备通常都需要提供一定的二次开发和集成的能力。对于现有的DVR产品来讲,一般会配套提供专用的软件,很少提供二次开发的支持,即便是支持二次开发,其所提供的开发接口和配套的辅助工具(如SDK开发包、测试工具、管理维护工具、开发支持服务等)都比较少,因此很难做到对设备的全面控制和自由定制。
而知名厂商的视频服务器产品普遍都会提供较为全面的二次开发支持。一般都具备完全统一的、基于HTTP通用协议的二次开发接口,开发人员只需针对一类设备进行开发,便可使其软件支持一系列的绝大多数的网络视频产品。此外还可以为用户免费提供详细规范的API说明及参数说明,以及各种SDK开发包、测试工具(AVC)、管理工具(ACM SDK)。同时还可以支持各种嵌入式应用和嵌入式脚本,使开发者进一步深入到对这些产品进行控制和功能定制,实现与其他系统的无缝集成。
多方共赢vs.独享其成
前文中已经提到,DVR产品实际上是一个“黑盒子”式的解决方案,从硬件到软件都充斥的各种各样的专有技术,因而给系统集成商和软件开发商所提供的施展空间非常有限,而最终用户也无法从众多的设备供应商中进行自由的选择。这显然不是一个多方共赢的良性循环模式。
视频服务器是一个开放式的产品,标准化的硬件和接口,以及其专注于前端功能的定位,使它将后端的软件开发、数据存储和管理等业务领域交给了这些领域内的专业公司。系统集成商可以通过软件定制获得较高的附加值,软件开发商可以通过基于这些产品开发行业通用软件来开拓各种行业市场,IT产品供应商以及解决方案供应商可以实现标准的服务器设备、存储和网络设备及解决方案的销售,最终用户则可以获得更多、性价比更高的产品及解决方案。由此可见,与DVR相比,视频服务器更加容易构建出一个多方共赢、良性发展的市场环境。
结语
在本文中,我们对视频服务器和DVR进行了简单的比较和分析。不难看出,视频服务器拥有众多优于DVR的功能特性,当然,这也并不意味着所有的用户都应该立刻抛开DVR产品而选择视频服务器,还是要根据自己的实际需要进行选择。总体上讲,视频服务器适合于构建具有分布式智能的、大规模的、监控点分布区域非常广阔的视频监控系统;而DVR适合构建较为小型的、智能化要求较低的、监控点分布范围较小的视频监控系统。
<0>DVR的确是CCTV技术发展过程中的里程碑之一,但是并非如同大多数人所想象的那样是一个最终的解决方案。视频服务器具有很多的优势,但依然不是最终解决方案。实际上,视频监控的未来应当属于真正全数字化设备——网络摄像机。网络摄像机除了拥有视频服务器所具备的所有优势特性之外,还具备以下更加突出的功能特色:
·采用逐行扫描技术,终结隔行扫描问题;
·支持PoE功能,大大降低布线成本,提供系统可靠性;
·支持百万象素甚至更高分辨率,提供超清晰视频;
·集成音频、PTZ控制和输入输出端口,大大减少布线需求;
·真正的全数字化解决方案,图像仅经过一次模/数转换。
随着网络技术的不断发展和普及,全程数字化、网络化的视频监控系统已经成为一个必然的发展趋势,数字化的视频监控设备能够使用户可以将其应用从专用设备(DVR)转移到开放系统当中,此外还可以使用户充分利用网络化、数字化及智能化的优势,这一切将构成一股强大的促进力,使越来越多的用户选择网络摄像机或视频服务器产品。
(责任编辑:罗强)

如何通过性能测试选购网络视频服务器
打开搜索引擎或相关专业杂志,就能看到很多品牌的网络视频服务器的广告充斥,用目不暇接来形容绝不为过。这么多的选择,究竟哪一种产品才是真正的高品质,哪一种产品才是适合自己的需求呢,我想,光凭广告的一面之词实在是让选购者无法放心,产品好坏不是靠广告的溢美之词堆积的,而是要靠实力说话。买错了产品,不仅仅是品质让人不放心,更会对日后的使用造成无法弥补的影响。所以在选择产品之前,用户可否通过测试来分辨产品的优良,从而进行选择。
下面,我们就来告诉大家如何测试网络视频服务器的性能,以帮助读者正确选择适用的产品,免除误选之忧。
MPEG-4压缩格式简析
在产品测试之前,先就目前市场上到底何为MPEG-4产品来做个简单的介绍,方便客户选用。
MPEG-4、MPEG-2、M-JPEG都是图像压缩格式的名称,在相同画质传输要求下,MPEG-4因为其对网络带宽要求低,并能提供更多监控点被现今广大用户采纳。(见表1所示)
MPEG-4的压缩格式又分为Short Header、Simple Profile及ASP。
Short Header基于DSP架构,相对来说它的技术比较老,压缩率低,对压缩芯片要求低,码流大,最多只能支持到CIF画质。
Simple Profile对图像压缩处理要求比较高,由于压缩比大,图像损失也相对比较大,对CPU负担也很重。
ASP基于ASIC架构,在Simple Profile基础上,特别针对D1画质图像进行编码,在码流增加幅度不大的前提下,提高了画面质量,可达DVD画面品质。在一定的条件下,ASP的编码能力接近Simple Profile的1.5倍。
拿到各个厂家提供的不同产品之后,我们就可以开始测试了。
建议测试环境(见表2)
测试项目
视频质量
说句很贴切的话,对网络视频服务器来说,图像质量无异于是它的生命,很难想象,一台画质模糊的网络视频服务器如何能担当视频安全监控的重任。所以,测试的第一步骤首先就是要看它的图像质量。
使用专业的像素识别纸来测试视频的品质,这种方法可以用来将不同的网络视频服务器得到得数值进行对比,在对比前主要先要将码流、分辨率及帧数调为相同设置值,以避免肉眼造成视觉误差。为了更准确地测试视频服务器画质,建议使用高品质的摄像机配腾龙Tamron镜头来搭建测试环境。
将摄像机接入视频服务器后浏览视频图像,对准图纸调整焦距,直到整张图纸撑满预览窗口并得到清晰的视频图像。将所需要测试的视频服务器设置为D1/25fps/3M,通过PC的视频预览窗口仔细分辨所能看到垂直和水平方向的最细线数。
视频传输延迟
对安防监控产品而言,光有画质清晰也是远远不够的,监控就是需要实时,倘若画面质量再好,但是延迟却大,造成后端看到的突发事件其实早已过去多时,那它也就失去了实时监控的意义。一些厂商(如ACTI)编写的延迟测试计数程序如下:
·先将摄像机对准PC屏幕的一角,然后打开IE浏览器输入IP地址进入Web管理界面预览视频;
·将计时器拖至摄像机所对应的屏幕一角并选择正确的制式,按开始使用。如果计时器选择为PAL,则此时会以每秒25帧的方式开始计时;
·稍等片刻后使用PC截屏功能将全屏画面复制到Windows画图工具中,所看到的时间差就是视频服务器的延迟值;
画面锯齿
很多网络视频服务器因为其本身分辨率低,所以在放大其画面后,可以看到很清楚的锯齿,影响了整个画面效果。我们先将摄像机镜头对准倾斜的物体边缘或对准直线后使摄像机倾斜,再将所测试视频服务器设置为D1/3M,打开视频预览窗口调整焦距到最佳状态,使用客户端软件的快照功能截取图片,最终把几家品牌的网络视频服务器所得到的图片边缘仔细查看,就能对画面锯齿得出结论。
网络传输
目前有很多产品在强调“组播”功能,“组播”简单地说就是使多个客户端能够同时访问同一个视频源,而不会占用太多的带宽资源。在测试前,一定要先确认已开启环境中所有的网络连接设备的组播功能,如若其中有1台设备未开启或不支持此功能,会影响视频流的传播。
以上几点都是从硬件的品质及功能上来进行测试的,除此之外,用户可以根据自己的实际安装需要,从实际需要出发,考虑产品是否支持音频(需要做到音视频同步)、若产品所安装的环境恶劣,那产品对工作温度的适应力、附带软件的功能如何,能否多点录像、控制,是否支持软件升级等等方面来进行考量,做出更进一步的选择。
结语
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。熟悉掌握了以上的测试方法及了解了网络视频服务器基本情况后,工程商和用户在选择产品时,就能选择出性能可靠、功能强大、性价比高、安装方便的产品了。
(责任编辑:罗强)

双码流传输在视频服务器中的应用
随着经济的进一步发展,安防理念愈加深入人心。中国的安防市场逐渐开放,拥有巨大的潜力。视频监控领域作为核心领域,并存着全模拟、半模拟半数字以及全数字解决方案。从整体上看,真正意识到数字化视频监控技术所具备的优势的企业和用户正逐渐增多,网络视频监控的市场已处于起步阶段。从发展趋势上来看,完全数字化的网络视频监控具有强劲的发展势头。现在很多项目是最终客户指定要求建设网络视频监控解决方案,因为传统模拟解决方案已无法满足他们的需求。
网络视频监控因其卓越的性能备受青睐并已成功应用。在国外和中国内地都有众多的大型用于城市安全方面成功案例,如英国亨伯赛德郡将网络视频产品与无线IP网络相结合,构建了一套全方位的社区安全监控系统,该系统投入使用后,使针对汽车的犯罪率下降了80%,抢劫犯罪率下降了68%,人身攻击犯罪率下降了30%,由犯罪所造成的损失下降了59%,由此而节省的成本,包括司法、警力、保险及个人损失等等,总计达到了210万英镑。
网络基础建设——网络视频监控的制约点
目前困扰中国网络视频监控市场发展的因素主要有两个,其一是市场上对于网络视频监控设备成本过高的误解。实际上,如果对系统的硬件总体成本(包括摄像机、线缆以及录像存储设备等)进行分析,IP监控系统的硬件成本通常与基于DVR的监控系统硬件成本相当。再考虑到系统安装成本,那么IP监控系统的优势就显而易见了,因为搭建基于IP的基础构架所花费的成本要比搭建基于同轴电缆的基础构架少得多。
另外一个因素则是缺乏良好的网络基础设施。网络基础设施是网络视频监控系统的承载基础,而视频传输要占用较大的带宽资源,因此没有良好的网络资源也就无法进一步推广网络视频监控系统。
伴随着人们安全防范意识的提高,对监控成本的误解将不再制约IP监控的发展,难点主要还是体现在现有的、不充裕的网络资源状况,网络带宽的有效占用以及如何在有限的带宽资源条件下确保视频监控系统的稳定性和图像质量等。大规模的视频监控系统通常包含成百上千台摄像机,它们将产生海量的视频、音频、报警以及管理等数据,而这些数据都必须通过网络进行传输,而通常用户所能获得的网络资源总是有限的,因此必须采用有效的方法来确保系统的稳定运行。
数字化压缩传输——网络视频监控的核心技术
数字视频和声音传输所涉及到的一个重要概念是所谓的“码流”概念。网络上传输数字视频和声音属于流媒体传输范畴,信道中传送的数据流俗称码流,码流带宽则是指传输流在信道中传送数据的速率,通常以比特/秒(bit/s)为单位。一个码流的带宽包括在该流中所有数据(已知和未知的PID,以及空包)每秒传送的比特数。视频、声音和数据从源端同时向目的地传输,并作为连续实时流在目的地被接收。这里的源指的是服务器端的应用,而目的地或称接收端是指客户端应用。
模拟视频和声音信号经过捕获设备转换成数字形式后,其数据量是非常惊人的,必须采用压缩。所以,实现数字视频和声音传输的一般做法是:在源端先将数字视频和声音信息进行压缩,然后经由有服务质量保证的网络传输压缩码流到目的地,再在目的地将之进行解压后显示或回放出来。
现在的两大主流压缩格式阵营分别为MPEG和H.系列。MPEG(Moving Picture Experts Group)运动图像专家组,隶属于ISO/IEC的一个专家工作组,主要负责为数字音视频编码算法开发和制定标准。MPEG-4于1998年11月公布,是针对一定比特率下的视频、音频编码,更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG-4传输速率在4800-6400bps之间,分辨率为176×144,可以利用很窄的带宽通过帧重建技术压缩和传输数据,从而能以最少的数据获得最佳的图像质量。H.系列则是由国际电联(ITU-T)制订的,H.264标准使运动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图像传输,在同等的图像质量条件下,H.264的数据压缩比高于H.263的2倍,比MPEG-4高1.5倍。H.264获得优越性能的代价是计算复杂度的大幅增加,例如分层设计、多帧参论、多模式运动估计、改进的帧内预测等,这些都显著提高了预测精度,从而获得比其他标准好得多的压缩性能,但也因此对硬件处理能力和软件的架构提出了严苛的要求。在目前的视频服务器领域,尚无法真正意义上实现H.264标准,所以,用于服务器的主流压缩格式还是MPEG4。

双码流技术——解决带宽瓶颈
双码流,顾名思义,在视频服务器中同时并存两种码流。双码流是通过在编码端采用两种格式进行分别编码来实现的,对包括芯片在内的硬件系统和软件操作系统提出了非常高的要求。目前的解决方法有两种,一种是采用更高主频的芯片来进行编码压缩处理,通常至少要达到500M,这样做的好处是成本相应稍低;另一种则是采用两片芯片,一片芯片做一种码流,这样做的优势则在于稳定性比较高。
传统意义上的双码流采用一种码流用于网络传输,一种码流用于高品质实时存储,同时兼顾本地存储和远程网络传输。将双码流技术进行拓宽应用,实现任意码流格式选择编码,即在编码时不再指定码流,可实时选定码流进行MPEG4高压缩比编码,不仅实现了双码流传输、存储,还涵括了任意选择码流实时压缩、并存。这种双码流的提出具有非常现实的意义,它在现有网络瓶颈下兼顾了图象质量和传输质量。

痛并快乐着——双码流的现实意义
随着网络建设的铺开,基础网络建设不再成为IP监控的制约,技术发展的最终阶段还将是单码流,但是根据目前特殊化的需求,采用这个方法有非常重要的现实意义,可以突破网络瓶颈,达到前端高清晰存储,同时保持后端对网络带宽的要求较低。从技术上说实现双码流是一个难度,要求研发人员对于MPEG码流的逻辑结构及协议有比较完整的了解;从成本上说实现双码流更是增加了不少的生产成本,无论是采用高速单芯片还是双芯片体系。但由于带宽的瓶颈,还有市场的要求,不得不采用这种双码流的技术。双码流的技术在目前的市场上会存在很长的时间,尤其是在网络带宽不允许的情况下。
双码流的实现,为本地存储掀启了新的一页。分别编码,另行存储,根据网络带宽灵活选择码流大小,让本地高清存储与低码流传输并存有了可能。通过选择合适的硬件系统和解决体系,能够实现自带IDE硬盘存储。我们欣喜地看到很多有实力的公司如深圳朗驰针对我国国情,独立开发出具备自主知识产权的能够实现双码流、自带IDE硬盘的视频服务器,完全有理由相信,只要广大同仁持之以恒,实现真正意义上的安防大国指日可待。
(责任编辑:罗强)

网络视频服务器在航海监控中的应用
案例背景
项目:某商船公司汽车运输船监控系统。
背景:某商船为世界知名的航运公司之一,从事海上运输服务,业务遍及全球。此监控项目主要针对该公司旗下的汽车运输船进行内部、外部航运安全监控,包括发动机工作监控。
要求:
·对轮机舱主要设备(发动机等)工作状态进行视频监控;
·对船身周围进行监控;
·监控视频信号要求实时传输到驾驶舱;
·当轮机舱有异常情况时,在驾驶舱的PC上报警,并指示出异常部位;
·在进出车辆时,对右舷出入甲板进行录像记录。
分析:
·如全部采用金属铠装电缆,布线成本极高,要求采用比较经济的布线方式;
·部分前端设备被安装在轮机舱,振动很强烈,温度变化范围也较大,再加上粉尘等对设备的影响,故必须采用高度集成耐高温的嵌入式设备;
·处于安全角度考虑,监控传输以太网与船舱内部的局域网应该完全隔离;
·出于安全角度考虑,采用前后端双重存储方式;
·由于船身高50米、长180米,而轮机舱位于船的最底层靠近船尾,而驾驶舱在船头,且位于船的最高位置,所以从轮机舱到船头驾驶舱内不能利用网线直接连接,需加中继交换机;
·由于船舱内部不能以任何方式打孔,所以轮机舱安装的摄像机全部为防爆固定枪机,均由全钢支架直接焊接在船舱内壁。
主要设备选择
核心设备选用EFLAG 1010系列视频服务器,视频服务器与摄像机通过视频线连接,视频服务器经过3级交换机将图像信号集中传输到驾驶舱。
该视频服务器采用双核处理器,Mpeg4压缩格式,内置IDE接口,10Mb以太网,支持RS232、RS485控制,内置两组报警输入输出功能,并可以通过RS232进行扩展,带有1路语音对讲功能。
技术特点:
·多级监控,方便用户管理;
·紧急情况自动向中心发送警报;
·内置存储接口,可进行本地录像,即使在网络中断情况,依然可以保存重要录像资料;
·远程中心存储,突发事件可直接通过卫星远程传输到陆地。
系统采用双重存储方式,鉴于前端工作环境较恶劣,故在视频服务器上采用DOM电子硬盘进行短期存储,并同时系统设置存储中心,在前端视频服务器端记录数据的同时,将实时图像也传输到驾驶舱的存储服务器。
采用电子硬盘比直接采用HD的优势在于:体积小、功耗低、故障率低、有一定抗干扰性能,不易受外界环境影响,稳定性好。
方案实施:
轮机舱监控点布置
轮机舱安装12个摄像头,分别监视主发动机、备用发动机、发电机的工作。
当船舶满载、急加速、急转航行时,有可能造成发动机过热、漏油、冒烟等情况。一般情况下,出现上述情形时,必须降低航速,并进行常规检修。针对这种情况要求能及时发现,否则有可能造成发动机超负荷、过热造成熄火。但是如果发动机异常情况发现过晚,将有可能导致悲剧性后果,损失可能达数亿美元。
将轮机舱动力设备监控的12个摄像头就近接入到安装在轮机舱机房内的视频服务器,为避免共振,在船舶设计建造初期就为视频服务器的安装特制一个抗震的全钢机柜。
为保证安全可靠,设备连接线全采用重铠电缆传输,电缆连接处均采用防火、防尘、防水工业连接器。视频服务器安装在全钢机柜中,并且以阻燃、防水外壳加以保护。
这里的视频服务器根据摄像机照射的画面进行精密的视频移动侦测分析,当发动机出现冒烟、漏油情况都能马上侦测到。
根据各机械设备分别对可能出现异常的位置设置了敏感区域,并多次验证后进行保存,设置中心存储服务器IP及各级管理员权限。
船身中部
在船身中部安装中继交换机,主中继交换机安装在中部第6层汽车平台(该船内部共13层汽车平台)应急楼梯间,同样也放置在阻燃、防水设备箱中,当船内部进水,发生火灾时能起到一定的保护作用。
汽车装卸甲板
该系列船为汽车运输船,满载可以同时运输5300辆轿车,与集装箱船运输汽车相比,这类汽车运输船能够直接将汽车开到船上,五千多辆汽车装卸船时间缩短到2小时左右。在船右舷中后部及后部,各有一个出入车辆甲板,在此处安装摄像机对汽车装卸船流程进行记录。
摄像机角度可以通过与视频服务器连接的解码器进行控制,但一般情况下不会进行人工干预。
船舷及甲板
在船的前后甲板的左右弦,各安装一个全天候带云台摄像机,对各方向海面情况进行录像,作为航海记录的备用参考。
通过解码器,EFLAG视频服务器可以对船甲板左右舷摄像机动作进行控制。
实际效果
该船下水试航中,对该监控系统进行了全面测试:
发动机烟雾试验
采用烟雾弹模拟发动机冒烟情况,该部位的摄像机(含视频服务器)能侦测到预设区域内图像变化,并能立即将视频图像发送到驾驶舱,并以红色标签指示出异常位置,同时发出模拟汽笛警报以提醒驾驶舱工作人员注意。此时工作人员可以输入用户密码进行手动消除报警,或通知船长做出控制发动机工作等。网络中断试验:手动中断视频服务器与交换机之间的连线,此时,驾驶舱客户端发出警报,并在电子地图上提示出因网络中断丢失的视频服务器。而这时,前端视频服务器仍进行录像,可以设置断网后在网络视频服务器直接发出声光警报。再将网线连接好,前端网络视频服务器报警消除,并将中断时间段内的录像文件发送到存储中心进行记录。
船长分控试验
船长在座舱内可以通过笔记本电脑连线前端视频服务器,并且可以进行云台镜头控制、消除报警、查阅以往的录像记录。
结语
经过测试,船主、船务公司及船上工作人员对该系统的工作十分满意,给予了很高的评价,该产品成为中国监控产品对外输出的一座里程碑。
(责任编辑:罗强)

基于校园网的学校监控与双向教学系统
随着视频传输的数字化和网络化,在大中小校园内以数字压缩及网络传输技术为核心,构建一个先进实用、多网合一、全网络、全数字监控和双向教学系统已成为可能,也日趋刻不容缓。这样既为校园提供了安全保障,又能实现教室端的网络远程管理、数字监控、示范教学等功能。从而为学校创造一个方便、快捷、安全、交互性强的网络多媒体教学环境,提高了设备的使用效益,促进了教学手段的现代化。因此,基于校园宽带网,实现校园视频图像传输的数字化和网络化是解决学校安防和实现双向教学的前提。

学校视频监控特点
电视监控在各种不同的应用中,其表现的特征和侧重点也不同。根据不同的要求配置相应的设备和调整应用方案是工程技术人员所要做的重要工作。
针对学校,其视频监控主要有以下几个特点需要考虑:
1.就安防而言,其监控重点是校园的周界、大门、学生宿舍楼及教学楼内等公共区域。目的是确保教室和学生的安全,防止恶性暴力事件的发生,维护教学秩序,控制学生间的恶性争斗。
2.对于实现双向教学,为学校创造一个方便、快捷、安全、交互性强的网络多媒体教学环境,方便进行示范教学和教学效果评估。
3.对于考场监考,要能全方位、清晰地监控和记录各个考场视频信息,防范考场作弊,能为事后查询提供可考的证据。
实现上述要求,如是传统的模拟解决方案一般会采取模拟传输、模拟矩阵切换控制和模拟录像机进行图像记录;或者采用DVR解决方案则会采取模拟传输,模拟或数字矩阵切换及数字硬盘录像机进行图像记录。
上述二类监控方案尽管在技术上已比较成熟,但也无法在技术上实现根本性的突破,比如不能达到双向示范教学等要求。
如果采用网络视频监控方案,无论就其技术优势,还是应用前景,肯定会在校园安防监控、双向教学和考场监考等的应用中,展现出其强大的生命力。

基本构成
网络视频监控管理系统是以校园网络作为基础,充分利用现有资源,实现跨教室、跨建筑间的分散监控和集中管理;系统间联动性强,支持IE浏览,可实现远程异地监看;系统易于提升扩展。学校监控与双向教学系统的基本构成不同于DVR解决方案,其完全基于校园IP网络,也就是说根据系统的容量,主要考虑带宽的要求组建一个校园IP网。前端采用网络摄像机,网络快球或模拟摄像机加网络视频服务器;后端采用PC平台,及控制软件、中心切换模块、存储模块、客户端、流媒体转发模块、视频解码器等。系统构成及网络架构如图1。


优势分析
·校园宽带网:学校有良好的网络条件,即校园宽带网,为建立网络视频监控系统提供了非常好的网络基础,只需在校园宽带网络中分出部分IP地址,不需重新铺设视频、音频及控制线,操场可以选择通过微波无线网关传输音视频数据信号,即使某些学校没有现成的网络,铺设网络也比铺设音视频线缆方便,而且节约成本;
·双向教学:学校需要示范教学或教学演示,可以利用教室已有的摄像机和视频服务器获取示范教学音视频录像信息,然后在某些需要观看示范教学的教室安装视频解码器,与电视相连,实现双向音视频传输,方便了多个教室同时示范教学,以利于教学评估和辅助教学;
·扩展:校园扩建,可利用校园已有的网络,只需添加网络摄像机或者NVS等相应设备,并在软件上进行再设置便可实现系统扩展,而无需重新布线,从而大大节约了后续扩展的投入,减少了扩展的工作量;
·集中控制:功能强大的远程网络监控管理中心能集中控制所有网络摄像机和视频服务器,对多个网点分级分组集中监控管理,实时监测远端NVS主机工作状态,可以在线管理远端节点NVS主机参数,还可以同时管理DVR和NVS,方便多级管理;
·网络接口:系统还能提供网络接口,可与周界探测、校园广播等其他系统相连,组成大型的学校综合管理系统;
·集中存储:监控中心有专门的存储服务器对所有录像资料进行集中存储,相应地有存储服务器的配套软件支持,方便录像资料查询的同时,可共享录像资料,方便学生下载学习;
·人像抓拍:在校区各个出入口设置人像抓拍摄像机,能随时抓拍出入人员的图像,监控中心能保存所有抓拍的图像,并能方便地追溯和查询;
·虚拟矩阵:通过网络数据交换实现数字视频数据的切换,同时利用视频解码器还原模拟视频信号直接上电视墙,从而实现模拟矩阵的功能,构成一套网络虚拟矩阵;
·大型组网:可以利用流媒体转发服务器与教育局监控管理中心相连,比如教育局可以与所属的学校监控系统进行大型组网,实现分级分组管理。

全网络视频监控管理系统优势
人们不禁要问,这样一套系统,它的优势主要体现在哪些方面?请参见图2所示的价值曲线图,它把传统DVR系统和网络监控系统的各项性能做了对比,其清楚地展现出网络监控系统的优势。当然这价值曲线图只是笔者长期实践的总结,仅供参考。


工程安装、布线优势
传统模拟方案或DVR监控方案中,模拟摄像机分散布于各监控点,每条视频信号线,控制线都必须全部敷设到监控机房,这样大量的线缆铺设,其线材费用、人工费用都是一笔比较大的支出。基于网络介质的监控方案,省去了传统监控中要铺设大量视频线、控制线的工作,大大简化了工程安装、线缆敷设,只需要几根网线进入监控机房就解决了图像或控制信号的传输问题。网络传输设备主要是各种不同的电信数据传输设备,最主要的有ADSL,局域网,2M或10M。尤其对于某些环境恶劣的、敷线比较困难的监控点,视频服务器和网络摄像机就能很好地解决这些问题,因为只铺设网线比铺设大量的视频线、控制线要简单得多。
成本优势
从价值曲线图上可以看出网络需要的成本是低于传统DVR系统的,由于利用学校现成的宽带网络,在布线上省去了大量的音、视频线,控制线和报警线等,并且相应的布线人工费用也省去了,节约了成本。
传输优势
随着H.264编码压缩和双码流技术的成熟与发展,以及网络带宽的不断优化,使得网络堵塞、图像传输不连贯、图像传输延迟等现象等得到了较大的改善。因为双码流技术可以让一路低压缩的大码流图像用于记录,而另一路高压缩的小码流图像用于观看。
远程、集中管理优势
运用视频服务器建立网络视频监控系统,远程网络监控中心能够集中管理所有的视频服务器,而对于传统DVR系统只能进行逐台操作,这是一件很麻烦的事,所以网络视频监控系统的集中管理和控制功能具有强大的管理优势,实现了无人职守。
网络集中存储优势
随着存储技术的不断发展,以及大容量硬盘的出现,集中存储将是一个趋势。对于网络视频监控系统,集中存储系统是必不可少的。传统DVR系统存储容量不够、硬盘容易坏等众多存储问题未能解决,在网络监控系统中有专门的存储服务器来集中解决存储中的问题,使其操作更方便,更安全可靠。
可靠性优势
网络视频监控系统的可靠性怎样?不妨将系统分为三个部分,一个个进行分析:
前端部分:传统监控方案前端使用DVR或嵌入式DVR,据统计,故障多发生于硬盘及计算机组件上;而网络监控方案中,前端采用网络摄像机或网络视频服务器,没有了前端存储所发生的故障,其稳定性明显优于传统方案;
传输部分:传统监控中传输媒介由同轴电缆、电源线、控制线等组成,布线较多,干扰也比较大,而网络监控方案中所采用的TCP/IP网络,是成熟的计算机联网技术,其性能稳定成熟可靠;
后端部分:后端的中心控制软件类似目前的客户端应用,由于是一个纯软件的东西,所以稳定性较强,而硬盘存储也是采用成熟的方案,所以总体稳定性要强于多台DVR。
扩展性优势
对于不同的行业,其应用需求是不同的,所以监控系统软件应提供完备的扩展功能接口,以方便用户进行二次开发或实现多系统间的联动。
传统DVR监控方案中,视频信号线、控制线等线缆铺设固定以后,要增加监视控制点非常困难。而网络监控方案中的视频服务器或网络摄像机本身就具有网络传输功能,可根据要求,能随时实现网络分控和前端监控点的扩展,其不受地点的限制。
综上所述,从方方面面来讲网络监控的优势非常明显。随着视频监控智能化技术的发展,网络监控功能是传统监控所不具备的,这将会给监控系统带来一次革命性的进步。

结语
在网络监控应用越来越广泛的今天,随着技术的逐步成熟以及成本的不断降低,在国内网络监控也必将会大行其道,我们监控业内人士一定要抓住这个机会去赢得市场先机。

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