2013-12-06 16:48:49
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前言
安防行業(yè)是一個朝陽行業(yè)，視頻監(jiān)控行業(yè)作為安防行業(yè)的一個重要分支，伴隨著多媒體技術、編解碼技術、網絡技術等IT技術的發(fā)展而成熟起來。視頻監(jiān)控的發(fā)展經歷了模擬視頻監(jiān)控、數字視頻監(jiān)控、網絡視頻監(jiān)控、高清視頻監(jiān)控的演進，產品的功能、形態(tài)和視頻監(jiān)控的組成架構等各方面都發(fā)生了巨大的變化。
視頻監(jiān)控行業(yè)的快速發(fā)展源于用戶對視頻監(jiān)控需求的不斷變換。過去，視頻監(jiān)控只是為了滿足基本監(jiān)控需求，譬如監(jiān)視、控制、錄像、回放、報警等；隨著互聯(lián)網的普及，視頻監(jiān)控需要滿足聯(lián)網監(jiān)控一般需求，譬如遠程監(jiān)視、控制，遠程錄像、檢索，遠程報警、管理；如今，人們對視頻監(jiān)控又有了新需求，譬如更高清晰度、與用戶業(yè)務的結合（非安防需求）、讓視頻創(chuàng)造價值等。聯(lián)網監(jiān)控是新安防時代視頻監(jiān)控建設的重點，本文主要解析聯(lián)網監(jiān)控系統(tǒng)的主要要素。
聯(lián)網監(jiān)控要素
聯(lián)網監(jiān)控系統(tǒng)主要包括前端采集與編碼壓縮、網絡接入與傳輸、管理中心、存儲、控制中心、第三方系統(tǒng)集成等部分，如圖所示。
圖1 聯(lián)網監(jiān)控要素
前端采集與編碼壓縮
前端采集與編碼壓縮主要包括前端視頻采集設備和視頻編碼設備，重點關注信號類型、信號采集方式、壓縮方式。
目前，視頻采集設備主要包括模擬攝像機、網絡攝像機、數字攝像機。模擬攝像機輸出信號為CVBS信號，圖像分辨力取決于圖像傳感器，目前最高可達700線以上，信號通過同軸電纜傳輸，圖像延時極小。網絡攝像機輸出信號為IP數據包，經過H.264等壓縮算法壓縮到較低碼率后傳輸，圖像分辨率取決于圖像傳感器，目前主流分辨率為720P、1080P,最高分辨率可達500萬像素以上，信號通過以太網傳輸，圖像延時由所跨過的網關數量決定，一般延遲較大，傳輸帶寬在8Mbps以內。數字攝像機輸出信號為未經過壓縮的數字信號，圖像分辨率取決于圖像傳感器，需要通過專用的SDI線纜或光纖線纜傳輸，圖像延時極小，傳輸帶寬在1.5Gbps左右。
編碼壓縮設備主要包括硬盤錄像機（DVR）和視頻服務器（DVS），兩者的功能類似，包括連接CVBS系統(tǒng)和IP系統(tǒng)、編碼壓縮，DVR還可以提供本地存儲、錄像檢索和回放，DVS更多用于將模擬攝像機輸出的CVBS信號轉換為IP數字信號后接入到以太網，因此DVS更多放置在系統(tǒng)前端。
DVR的發(fā)展歷經了VR、PC-DVR、E-DVR、H-DVR的演變。VR表示磁帶式錄像機，采用磁帶作為存儲介質，一機一路，錄放不能同時進行，檢索及長期保存有困難，曾用于早期模擬監(jiān)控時代，目前已淘汰。PC-DVR表示PC式硬盤錄像機，采用硬盤作為記錄介質，主要部件為視頻采集卡或視頻壓縮卡，支持聯(lián)網監(jiān)控。E-DVR表示嵌入式硬盤錄像機，采用嵌入式架構，記錄介質為硬盤，支持聯(lián)網監(jiān)控。H-DVR表示混合式硬盤錄像機，采用嵌入式架構，可接入模擬攝像機和網絡攝像機，支持聯(lián)網監(jiān)控。
網絡接入與傳輸
網絡接入與傳輸主要包括網絡接入、有效傳輸、網絡延遲。
網絡接入方面可分為固定IP環(huán)境下接入、動態(tài)IP環(huán)境下接入、移動環(huán)境下接入。固定IP環(huán)境下接入需要考慮網絡承載性能，包括網絡帶寬、網絡穩(wěn)定性等。動態(tài)IP環(huán)境下接入除了網絡承載能力外，還要考慮尋址，可以通過DNS、DDNS隨機分配IP，系統(tǒng)規(guī)模較大的情況下，編碼器要采取主動注冊的方式分配IP，移動環(huán)境下的接入需要編碼器主動向平臺注冊分配IP。
有效傳輸方面需要傳輸協(xié)議支持，包括TCP/UDP等，但目前IPv4的傳輸協(xié)議主要針對數據業(yè)務，對于流媒體的傳輸在有效性和實時性上有些勉強，需要RTP/RTCP協(xié)議給予適當補助，RTP用于在單播或多播情況下傳輸實時數據，通常工作在UDP上。但RTP協(xié)議本身不提供數據包的可靠傳送和擁塞控制，必須依靠RTCP提供這些服務。RTCP的主要功能是為應用程序提供媒體質量信息。在RTP會話期間，每個參與者周期性地彼此發(fā)送RTCP控制包，包中封裝了發(fā)送端或接收端的統(tǒng)計信息。另外在選型傳輸載體時還要考慮帶寬、距離和成本的因素。
圖像傳輸延遲方面，聯(lián)網監(jiān)控圖像傳輸延時不可避免，是影響操控感受的主要原因。端到端延遲包括編碼時間、IP鏈路上的傳輸時延、傳輸過程中的緩沖區(qū)調度、流媒體服務器轉發(fā)時間、終端解碼時間。150ms是一個分水嶺，延時小于等于150ms，可認為是幾乎“無延時”，延時大于150ms，則認為是存在明顯延時。在IP監(jiān)控中，不采用流媒體轉發(fā)，300ms是一個合理的延時，一般是500ms。在模擬監(jiān)控中，從模擬攝像機到矩陣再到監(jiān)視器，一般延時小于100ms。在數字監(jiān)控中，采用數字攝像機直接發(fā)送非壓縮的數字信號，再到數字矩陣，經高速總線送到顯示模塊輸出到數字大屏顯示，其延時小于150ms，因此也可以認為是無延時。減少延遲的方法主要包括去掉B幀（單P幀編碼）,減小編碼器和客戶端緩沖區(qū),采用高性能DSP,減少流媒體轉發(fā)層級等。
管理中心
管理中心主要包括設備管理、接入管理、用戶授權管理、流媒體服務。
設備管理包括心跳注冊,設備類型注冊,硬件狀態(tài)上傳,工作狀態(tài)上傳,參數腳本上傳/下發(fā)，需要了解設備的在線保活及實施狀態(tài)信息。
接入管理包括前端設備的接入，譬如多種類型前端設備的接入、不同品牌前端設備的接入，也包括異構平臺的接入。需要考慮通過SDK或者標準網絡協(xié)議如ONVIF/PSIA接入。
用戶授權管理包括面對不同的機構角色設定權限范圍和優(yōu)先級。
流媒體服務包括流媒體轉發(fā)服務和流媒體網關服務，流媒體轉發(fā)服務主要負責對前端傳回到中心的數據流的分發(fā)，從而節(jié)約遠程網絡的傳輸帶寬，同時規(guī)范數據流傳輸路徑。流媒體網關服務主要指在不同的網絡區(qū)間之間進行數據轉發(fā)，譬如A網中的前端視頻數據通過流媒體轉發(fā)到B網中的客戶端。轉發(fā)服務亦可通過組播方式實現(xiàn)，但是相對于組播方式需要昂貴的專用交換機實現(xiàn)，流媒體轉換性價比更高。
存儲
按照存儲架構可分為DAS、NAS、SAN、CVR，按照分布方式可分為前端存儲、分布式存儲和中心存儲，跟規(guī)模和成本相關。
DAS是指總線擴展存儲，存在形式包括編碼設備外掛硬盤存儲和存儲服務器外掛硬盤存儲。編碼器直接管理存儲譬如DVR內置硬盤存儲、IPC內置SD卡存儲等，成本低，本地存儲可有效規(guī)避網絡不穩(wěn)定帶來的風險。
NAS是指網絡擴展存儲，編碼器通過NFS/CIFS等協(xié)議共享NAS存儲空間，擴展性好，可在多個網絡存儲設備中分布存儲。由于NAS存儲設備作為網絡標準件連入局域網中，采用IT業(yè)界標準協(xié)議TCP/IP進行傳輸，本身具有文件系統(tǒng)，直接為服務器提供文件級存儲服務，不同廠商的產品(服務器、交換機、NAS存儲)只要滿足協(xié)議標準就能夠實現(xiàn)互連互通，無兼容性的要求。
SAN是指存儲局域網絡，海量數據存儲架構，是建立在服務器集群和存儲設備之間的網絡，給服務器集群提供集中式的共享的存儲空間，便于管理。SAN存儲模式中，磁盤陣列只提供塊級裸盤存儲空間，文件系統(tǒng)分部在各個應用服務器上，這是SAN和NAS的最本質區(qū)別。SAN可分為IP-SAN和FC-SAN，構建IP-SAN相對FC-SAN成本更低，因此IP-SAN應用更為廣泛。IP-SAN集中存儲方式采用iSCSI協(xié)議，基于數據塊級的訪問和管理，適于較大規(guī)模的集中存儲管理。
CVR是指流媒體直寫存儲，海康威視在業(yè)內率先提出的中心流媒體直寫，是基于TCP/IP或UDP網絡傳輸協(xié)議，前端IPC/DVR/DVS/NVR等編碼設備以流媒體協(xié)議（常見的流媒體協(xié)議有RTSP/SIP（GB/T28181）/ONVIF/PSIA等標準流媒體協(xié)議或私有SDK流媒體協(xié)議），通過網絡直接寫入存儲設備的技術。存儲設備集成前端設備管理，視頻存儲，實時流轉發(fā)、預覽，歷史視頻查詢、檢索、回放、下載等功能，可獨立構建小規(guī)模視頻管理平臺，亦可結合視頻管理服務平臺（海康威視iVMS或第三方管理平臺）組建大中型視頻綜合管理系統(tǒng)。
控制中心
控制中心主要包括對監(jiān)控資源的集中顯示與控制，主要表現(xiàn)形式是操控系統(tǒng)和電視墻。
操控系統(tǒng)包括模擬矩陣、網絡矩陣、數字矩陣。模擬矩陣可實現(xiàn)對CVBS信號、報警信號、RS-485信號等進行綜合管理。網絡矩陣包括嵌入式解碼器、解碼主機（軟解碼、硬解碼），可實現(xiàn)對IP信號的綜合管理。數字矩陣可實現(xiàn)對SDI信號、光纖信號進行綜合管理。
海康威視全球首家推出了混合矩陣——視頻綜合平臺，如下圖所示:
圖2集成解決方案——視頻綜合平臺
視頻綜合平臺支持CVBS信號、IP信號、SDI信號、FC信號等不同視頻源接入，可實現(xiàn)多系統(tǒng)集成解決方案。
電視墻包括CRT（模擬）、LCD（液晶）、DLP（背投）、PDP（等離子）。CRT電視墻多用于模擬監(jiān)控系統(tǒng)中，無法支持高清分辨率顯示。LCD電視墻支持高清分辨率顯示，因其性價比高、易維護，應用比較廣泛。DLP電視墻拼縫極小，多用于“無縫拼接”顯示的大型監(jiān)控項目，維護成本較高。PDP電視墻色彩還原度高，對比度高，維護成本較高。
第三方集成
在新安防時代，視頻監(jiān)控要與門禁、消防及周界防范系統(tǒng)集成，主要采用開關量信號極差，集成的目標包括聯(lián)動、控制及記錄。聯(lián)動包括聯(lián)動錄像、抓拍、報警、電子地圖；控制包括控制開關、PTZ；記錄主要通過日志記錄信息。
視頻監(jiān)控還需要與用戶業(yè)務結構，比如公安行業(yè)關注報警聯(lián)動、行為分析、案件管理；金融行業(yè)關注報警（110）聯(lián)動、信息疊加、行為分析；交通行業(yè)關注信息疊加、識別與統(tǒng)計、行為分析；環(huán)保行業(yè)關注信息采集與傳遞；安監(jiān)行業(yè)關注報警聯(lián)動、信息疊加、信息傳遞；網絡運營商行業(yè)關注跨平臺、網管、視音頻質量監(jiān)測、計費等。
結束語
聯(lián)網監(jiān)控從高端行業(yè)用戶自建專網的時代，到普通行業(yè)用戶基于公用專網的時代，再到如今普通用戶基于互聯(lián)網的時代，其發(fā)展是非常迅速的。如今在視頻監(jiān)控行業(yè) “高清”是最為炙手可熱的話題，無處不高清成為新安防時代的標志。高清為“智能可視化管理”提供可能，在新安防時代聯(lián)網監(jiān)控的重點是滿足用戶復雜、個性化的高清應用需求，海康威視率先提出了高清監(jiān)控HDIY理念：不同行業(yè)、不同場合，全高清方案自由選擇；民用安防、微視頻應用，全高清服務隨心所欲。我的高清我做主，用戶自主DIY。
