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    "硬软"皆施 监控网络性能"一路起飞"

    发布日期:2015-11-11

    1安防行业网络控制技术的发展

      安防行业网络控制技术的发展

      随着电子、计算机、网络技术日新月异的飞速发展,视频安防监控系统数字化、网络化、智能化、高清化也逐步走向成熟;数字网络安防监控系统与传统的模拟视频安防监控系统相比,具有施工简单、扩展便捷、传输高效、图像高清、功能多样的一系列强大的特点。从安防行业在国内推行至今,设备传输问题就一直备受关注。

      网络性能控制硬件方面的表现

      早期的模拟监控设备、DVR、简单的硬盘存储,由于传输多靠硬件性能,布线方式又过于单一繁杂,所以早期的传输稳定性就一直备受诟病,更谈不上传输效率上的快速实时,往往从前端IPC的数据收集到中间电缆、电话线的远距离传输、再到后端老式小容量硬盘的存储转化到**交换机的上墙,每一步的传输都需要硬件的**保障,即便是这样,可能**收到的信息已经是十几秒甚至一分钟之前的情况,安保人员无法做到及时反映处理,既然没有时效性,那么这套安防监控系统也失去了它的实质作用。这一套老式的传输方式最致命的是任何一个环节出现问题就可能导致数据的丢失,从前端到后端传输过程中,整个线缆到**的储存都暴露在外环境当中,一个简单的线路断截,后端设备就无法显示,整个系统在重接这段时间也是报废的。随着后来互联网时代的到来,网络视频监控取代了传统模拟监控成为主流,硬件设备的升级也发生了巨大的变化,传输稳定和速率得到了很大的提高,在传输物理介质上拓展为铜缆、光纤、无线等更多凸显电气特征的介质,例如:现在主流的三种传输方式硬件双绞线、光缆、无线电/微波,双绞线和光缆传输速率高,抗噪性优异,但双绞线价格便宜、使用广泛、施工简单,易受电磁干扰和窃听,多应用于传输距离短的场所;光缆虽然传输距离远,保密性强,不易受到电磁干扰,但成本较高,安装困难;相对于前两种有线来说,后面的无线传输虽然传输距离基本不受限制,传输速率更快,施工也更简便,但成本极高,极易受干扰,保密性能差容易被窃取信息,信号容易衰减,这类传输方式一般应用于复杂高海拔地形并不普及。

      同样,监控设备后端也出现了众多处理性能强大的NVR存储设备,目前更逐渐普及的是集成各种强大运算能力的集成平台,较过去老的硬盘存储设备和交换机来说,这些硬件不管是计算能力、处理器芯片、抗高温防潮、抗摔压、可持续工作的能力都有了质的提高。

      互联网时代软件技术在网络控制中的表现

      随着安防行业的大范围涉及,尤其是智慧城市、智能交通等跨时代项目的展开,解决大数据传输是网络监控系统必经的一个过程;从互联网的起步到逐渐兴起鼎盛再到现在互联网+的到来,网络视频监控已经开始普及到需求安防监控的各个角落,传统的模拟监控必将逐步淘汰,前面说到硬件的设备升级还是远远不够的;既然IT大时代下网络化的兴起,那么基于IT化下的网络监控在网络传输上也涌现出了通过软件技术来提高网络性能的方法,这里不得不说的是H.264编码技术的普及应用,H.264视频编解码技术的出现较之前MPEG2和MPEG4 ASP等压缩技术相比,它可以提供11个等级、7个类别的子协议格式的算法,其中等级定义就是对外部环境进行了限定,如带宽需求、内存需求、网络性能等等。等级越高,带宽要求就越高,视频质量也越高,用户可以根据当时带宽网络环境的需求进行调控;此外H.264在同等图像质量下压缩后的数据量只有MPEG4的1/3,网络适应性极强,如此高效的编码效率使其压缩的数据在网络传输过程中所需要的带宽更少,也更加经济;当然,目前市场上还有更为先进的H.265编码技术,在有限带宽的传输下传输更高质量(1080P)的网络视频,仅需要原先的一半带宽即可。

      但现在H.264在成本和稳定性依然是大多数监控的主流编码技术,但新一代H.265的编码技术也开始一步一步进入行业之中;应孕而生的双编码技术也很快的应用在摄像机本身,这样的技术可以根据用户当时的应用环境、传输方式来自由切换双压缩格式已达到在画质性能、色彩还原都达到要求的同时加强网络性能的稳定控制;例如宇视HIC6622HX22-IR-U系列1080P星光红外球型网络摄像机,这款摄像机同时支持H.264及H.265两种压缩格式。在H.264压缩格式以及[email protected]@4Mbps限制下,将摄像机对准清晰度测试卡,在最近可清晰呈现画面的距离下,该机的水平清晰度为1050TVL,垂直清晰度为1080TVL,边缘清晰度是900TVL。将摄像机对准窗外车流不息的马路,经测试得知,在H.264压缩格式以及[email protected]@4Mbps下,该机码流控制稳定于4.1Mbps;在H.265压缩格式以及[email protected]@2Mbps下,该机码流控制稳定于2.0Mbps。在延迟方面该机的表现也很不错,据厂家介绍,在超低延迟模式下,延迟可控制在180-230 ms。


    2网络传输协议难兼容


      分布式技术推动,网络传输协议难兼容

      分布式技术一直是推动网络管理技术发展的核心技术,也越来越受到业界的重视;技术特点在于分布式网络与中央控制式网络对应,它没有中心,因而不会因为中心遭到破坏而造成整体的崩溃;分布式网络上节点之间互相连接,数据可以选择多条路径传输,因而具有更高的可靠性;安防监控系统也多有应用这一分布式布线技术,例如配置管理前端摄像机、后端多NVR、平台性能管理等;监控系统IP操作端是面向用户的一个界面,或者提供给用户进一步开发的软件应用接口等;从网络元素中获取的网络管理信息通常需要经过网关进行转换,这一部分需要计算机网络管理系统的代理;从以上分析可以看出,运用分布式布线技术完全能够实现标准的监控网络管理系统。

      从网络时代迈入智能时代后,用户已经不再满足于高清视觉体验,对于安防能够与业务相结合,提供更加便捷服务的需求更加强烈,各家厂商不断丰富自身的智能算法,为智能化应用提供了基础;然而,来自各行各业特殊而且多样的智能化需求,对于多种算法的集成和兼容提出了更高的要求;目前业界厂商的智能算法各说各话,框架封闭,无法兼容并包,各种内网协议不能通用,造成不同厂商摄像机与NVR之间难以连接兼容;用同一外网通用协议又势必会造成传输数据泄密,对用户隐私安全形成极的隐患,但随着国内集成商、设备商解决方案的完善成熟,像海康威视、大华股份、宇视科技、中兴力维等厂商对不同品牌之间的设备网络通信协议逐步开放,越来越多安防厂商之间的兼容连接越来越稳定,所以在不久的将来相信随着各厂商之间合作融洽,设备之间通讯协议的兼容问题肯定会迎刃而解。

      双码流技术在安防NVR中的应用

      一般来说,视频分辨率越大,视频码率也随之越大,图像也就越清晰,这样与之成正比的视频码流在网络传输中所占用的带宽也越大,视频解码显示时占用的系统资源也越多。因此在视频监控所采用的视频分辨率的越来越高时,现有的互联网络很难承载码率过大的视频流,现有的计算机对高分辨率的视频进行多路解码时也有性能的瓶颈。为了解决这一难题,“双码流”的概念应运而生。双码流,顾名思义,是同一视频源编出两路码流,这两路码流可以是同一分辨率的,也可以是不同分辨率的。

      有些厂家的网络视频前端可以编出相同分辨率的两路码流,分别传输至浏览客户端和存储服务器。这种编码与传输的方式,可以充分降低监控主机的码流转发压力,但非常容易造成网络的拥塞,只能用在网络带宽非常充裕的场合。

      随着双码流技术的逐渐成熟完善,现在主流的网络监控摄像机都能在网络视频前端编出不同分辨率的两路码流,分辨率相对较大的码流我们可以用来作为录像的实时存储,而分辨率较小的码流我们可以作为实时播放。这就是我们经常说的主码流和辅码流了,根据用户上墙需要的不同,以及查看视频源清晰度要求不同、安防等级的不同可以使NVR设备、网络视频摄像机根据情况来采取不同码流的编写,充分降低远程浏览所占的网络带宽压力,提高设备网络性能,减少断网,传输堵塞、画面延迟等问题。

      虽然双码流的出现已经很好的解决了存储与实时视频所占用资源的问题,但是如果不能灵活切换的话势必也会造成不必要的资源浪费,例如用户在带宽充裕的情况下也只能浏览低分辨率的图像,在窄宽的网络环境下却出现高清卡顿现象;所以能灵活的转换双码流是一个监控设备性能优良的表现;这里就以科达NVR2881 128路网络硬盘录像机为例,高手过招,拼装备,更要拼内力,科达这款NVR的定位明确,强调的是分布式部署的灵活性与稳定性,过多的盘位、过多的路数承载,会降低单台产品的可靠性,也会相应的增大功耗,得不偿失,这款NVR符合大多数应用场景的范围,对NVR的功能进行了深入挖掘,内外兼修;这款NVR在录像分辨率不变的情况下,可以根据用户实际带宽的大小进行分辨率自动调节,这样窄带用户就可以用低分辨率的方式进行视频浏览,而带宽较充裕的用户用高分辨率进行视频浏览。

      其次,在录像分辨率不变的情况下,可以根据用户所使用的客户端画面分割的方式进行分辨率自动调节,用户在进行大画面浏览时,传输高分辨率码流,用户在进行小画面浏览时,传输低分辨率码流,这样可以充分提高用户所使用计算机的解码效率;如此灵活转换的双码流技术更加符合网络化视频传输的要求,也能在多屏实时监控录像中不影响视频的质量。


    3监控网络性能所遇到的难点


      监控网络性能所遇到的难点

      网络化控制技术学者王旭闽为我们说到:在安防网络监控系统中,由于网络中的信息源很多,信息的传送要分时占用网络通讯资源,而网络的承载能力和通讯带宽有限,必然造成信息的冲撞、重传等现象的发生,使得数据在传输过程中不可避免地存在时延。时延由于受到网络所采用的通讯协议、负载状况、网络速率以及数据包大小等情况到影响,呈现出或固定或随机,或有界或无界的特征,从而导致控制系统性能下降甚至不稳定,也给控制系统的分析和设计带来困难。

      网络给安防监控中NCS(网络化控制系统)带来的主要问题包括:

      ·端设备采样时刻和执行器响应时刻间出现了不可忽略的滞后,在某时间间隔内存在画面抖动;

      ·由于数据包在网络中传输发生丢失或冲突,导致时延增大甚至系统失稳。

      所以NCS的性能不仅依赖于控制策略及控制律器的设计,而且受到网络通讯和网路资源的限制。信息调度应尽可能避免网络中信息的冲突和拥塞现象的发生,从而才能大大提网络化控制系统的服务性能。

      在网络化安防中,云平台的出现很好的解决了这个问题,大数据直接传输云端进行存储,再加上现如今移动端设备的随时读取,移动互联数据的到来使得数据之间的传输更为及时便捷,这在另一方面可以间接改善了监控网络延迟的问题,当数据的传输不在遇到大的堵塞,云存储的普及应用,云智能网络控制的研发等,这些将是提高监控设备网络性能的必然趋势!

      结语

      总的来说,影响视频监控流畅度的因素主要表现在网络延迟、网络带宽、设备包转发率三个方面,网络延迟越低、网络带宽越高、网络设备处理视频流的转发能力越快,画面流畅度和清晰度也就越高,随着双码流、双存储、双编码技术的成熟运用,超级计算机在安防行业的展开、云平台大数据存储的实现、移动互联时代下4G网络的逐渐稳定等不断创新技术的出现,未来监控网络性能将乘上移动互联、互联网+的“高速火箭”,一路高飞!

                                           上海监控

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