安防行業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展

　　隨著電子、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異的飛速發(fā)展，視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、高清化也逐步走向成熟;數(shù)字網(wǎng)絡(luò)安防監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的模擬視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有施工簡(jiǎn)單、擴(kuò)展便捷、傳輸高效、圖像高清、功能多樣的一系列強(qiáng)大的特點(diǎn)。從安防行業(yè)在國(guó)內(nèi)推行至今，設(shè)備傳輸問(wèn)題就一直備受關(guān)注。

　　網(wǎng)絡(luò)性能控制硬件方面的表現(xiàn)

　　早期的模擬監(jiān)控設(shè)備、DVR、簡(jiǎn)單的硬盤(pán)存儲(chǔ)，由于傳輸多靠硬件性能，布線(xiàn)方式又過(guò)于單一繁雜，所以早期的傳輸穩(wěn)定性就一直備受詬病，更談不上傳輸效率上的快速實(shí)時(shí)，往往從前端IPC的數(shù)據(jù)收集到中間電纜、電話(huà)線(xiàn)的遠(yuǎn)距離傳輸、再到后端老式小容量硬盤(pán)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化到最后交換機(jī)的上墻，每一步的傳輸都需要硬件的絕對(duì)保障，即便是這樣，可能最后收到的信息已經(jīng)是十幾秒甚至一分鐘之前的情況，安保人員無(wú)法做到及時(shí)反映處理，既然沒(méi)有時(shí)效性，那么這套安防監(jiān)控系統(tǒng)也失去了它的實(shí)質(zhì)作用。這一套老式的傳輸方式最致命的是任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題就可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，從前端到后端傳輸過(guò)程中，整個(gè)線(xiàn)纜到最后的儲(chǔ)存都暴露在外環(huán)境當(dāng)中，一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)路斷截，后端設(shè)備就無(wú)法顯示，整個(gè)系統(tǒng)在重接這段時(shí)間也是報(bào)廢的。隨著后來(lái)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控取代了傳統(tǒng)模擬監(jiān)控成為主流，硬件設(shè)備的升級(jí)也發(fā)生了巨大的變化，傳輸穩(wěn)定和速率得到了很大的提高，在傳輸物理介質(zhì)上拓展為銅纜、光纖、無(wú)線(xiàn)等更多凸顯電氣特征的介質(zhì)，例如：現(xiàn)在主流的三種傳輸方式硬件雙絞線(xiàn)、光纜、無(wú)線(xiàn)電/微波，雙絞線(xiàn)和光纜傳輸速率高，抗噪性?xún)?yōu)異，但雙絞線(xiàn)價(jià)格便宜、使用廣泛、施工簡(jiǎn)單，易受電磁干擾和竊聽(tīng)，多應(yīng)用于傳輸距離短的場(chǎng)所;光纜雖然傳輸距離遠(yuǎn)，保密性強(qiáng)，不易受到電磁干擾，但成本較高，安裝困難;相對(duì)于前兩種有線(xiàn)來(lái)說(shuō)，后面的無(wú)線(xiàn)傳輸雖然傳輸距離基本不受限制，傳輸速率更快，施工也更簡(jiǎn)便，但成本極高，極易受干擾，保密性能差容易被竊取信息，信號(hào)容易衰減，這類(lèi)傳輸方式一般應(yīng)用于復(fù)雜高海拔地形并不普及。

　　同樣，監(jiān)控設(shè)備后端也出現(xiàn)了眾多處理性能強(qiáng)大的NVR存儲(chǔ)設(shè)備，目前更逐漸普及的是集成各種強(qiáng)大運(yùn)算能力的集成平臺(tái)，較過(guò)去老的硬盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備和交換機(jī)來(lái)說(shuō)，這些硬件不管是計(jì)算能力、處理器芯片、抗高溫防潮、抗摔壓、可持續(xù)工作的能力都有了質(zhì)的提高。

　　互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代軟件技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)控制中的表現(xiàn)

　　隨著安防行業(yè)的大范圍涉及，尤其是智慧城市、智能交通等跨時(shí)代項(xiàng)目的展開(kāi)，解決大數(shù)據(jù)傳輸是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)必經(jīng)的一個(gè)過(guò)程;從互聯(lián)網(wǎng)的起步到逐漸興起鼎盛再到現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)+的到來(lái)，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控已經(jīng)開(kāi)始普及到需求安防監(jiān)控的各個(gè)角落，傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控必將逐步淘汰，前面說(shuō)到硬件的設(shè)備升級(jí)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的;既然IT大時(shí)代下網(wǎng)絡(luò)化的興起，那么基于IT化下的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控在網(wǎng)絡(luò)傳輸上也涌現(xiàn)出了通過(guò)軟件技術(shù)來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)性能的方法，這里不得不說(shuō)的是H.264編碼技術(shù)的普及應(yīng)用，H.264視頻編解碼技術(shù)的出現(xiàn)較之前MPEG2和MPEG4 ASP等壓縮技術(shù)相比，它可以提供11個(gè)等級(jí)、7個(gè)類(lèi)別的子協(xié)議格式的算法，其中等級(jí)定義就是對(duì)外部環(huán)境進(jìn)行了限定，如帶寬需求、內(nèi)存需求、網(wǎng)絡(luò)性能等等。等級(jí)越高，帶寬要求就越高，視頻質(zhì)量也越高，用戶(hù)可以根據(jù)當(dāng)時(shí)帶寬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需求進(jìn)行調(diào)控;此外H.264在同等圖像質(zhì)量下壓縮后的數(shù)據(jù)量只有MPEG4的1/3，網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性極強(qiáng)，如此高效的編碼效率使其壓縮的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中所需要的帶寬更少，也更加經(jīng)濟(jì);當(dāng)然，目前市場(chǎng)上還有更為先進(jìn)的H.265編碼技術(shù)，在有限帶寬的傳輸下傳輸更高質(zhì)量(1080P)的網(wǎng)絡(luò)視頻，僅需要原先的一半帶寬即可。

　　現(xiàn)在H.264在成本和穩(wěn)定性依然是大多數(shù)監(jiān)控的主流編碼技術(shù)，但新一代H.265的編碼技術(shù)也開(kāi)始一步一步進(jìn)入行業(yè)之中;應(yīng)孕而生的雙編碼技術(shù)也很快的應(yīng)用在攝像機(jī)本身，這樣的技術(shù)可以根據(jù)用戶(hù)當(dāng)時(shí)的應(yīng)用環(huán)境、傳輸方式來(lái)自由切換雙壓縮格式已達(dá)到在畫(huà)質(zhì)性能、色彩還原都達(dá)到要求的同時(shí)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)性能的穩(wěn)定控制;例如宇視HIC6622HX22-IR-U系列1080P星光紅外球型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，這款攝像機(jī)同時(shí)支持H.264及H.265兩種壓縮格式。在H.264壓縮格式以及1080P@25fps@4Mbps限制下，將攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)清晰度測(cè)試卡，在最近可清晰呈現(xiàn)畫(huà)面的距離下，該機(jī)的水平清晰度為1050TVL，垂直清晰度為1080TVL，邊緣清晰度是900TVL。將攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)窗外車(chē)流不息的馬路，經(jīng)測(cè)試得知，在H.264壓縮格式以及1080P@25fps@4Mbps下，該機(jī)碼流控制穩(wěn)定于4.1Mbps;在H.265壓縮格式以及1080P@25fps@2Mbps下，該機(jī)碼流控制穩(wěn)定于2.0Mbps。在延遲方面該機(jī)的表現(xiàn)也很不錯(cuò)，據(jù)廠家介紹，在超低延遲模式下，延遲可控制在180-230 ms。

　　分布式技術(shù)推動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議難兼容

　　分布式技術(shù)一直是推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)發(fā)展的核心技術(shù),也越來(lái)越受到業(yè)界的重視;技術(shù)特點(diǎn)在于分布式網(wǎng)絡(luò)與中央控制式網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng),它沒(méi)有中心,因而不會(huì)因?yàn)橹行脑獾狡茐亩斐烧w的崩潰;分布式網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)之間互相連接，數(shù)據(jù)可以選擇多條路徑傳輸，因而具有更高的可靠性;安防監(jiān)控系統(tǒng)也多有應(yīng)用這一分布式布線(xiàn)技術(shù)，例如配置管理前端攝像機(jī)、后端多NVR、平臺(tái)性能管理等;監(jiān)控系統(tǒng)IP操作端是面向用戶(hù)的一個(gè)界面，或者提供給用戶(hù)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的軟件應(yīng)用接口等;從網(wǎng)絡(luò)元素中獲取的網(wǎng)絡(luò)管理信息通常需要經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這一部分需要計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的代理;從以上分析可以看出，運(yùn)用分布式布線(xiàn)技術(shù)完全能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

　　從網(wǎng)絡(luò)時(shí)代邁入智能時(shí)代后，用戶(hù)已經(jīng)不再滿(mǎn)足于高清視覺(jué)體驗(yàn)，對(duì)于安防能夠與業(yè)務(wù)相結(jié)合，提供更加便捷服務(wù)的需求更加強(qiáng)烈，各家廠商不斷豐富自身的智能算法，為智能化應(yīng)用提供了基礎(chǔ);然而，來(lái)自各行各業(yè)特殊而且多樣的智能化需求，對(duì)于多種算法的集成和兼容提出了更高的要求;目前業(yè)界廠商的智能算法各說(shuō)各話(huà)，框架封閉，無(wú)法兼容并包，各種內(nèi)網(wǎng)協(xié)議不能通用，造成不同廠商攝像機(jī)與NVR之間難以連接兼容;用同一外網(wǎng)通用協(xié)議又勢(shì)必會(huì)造成傳輸數(shù)據(jù)泄密，對(duì)用戶(hù)隱私安全形成極的隱患，但隨著國(guó)內(nèi)集成商、設(shè)備商解決方案的完善成熟，像海康威視、大華股份、宇視科技、中興力維等廠商對(duì)不同品牌之間的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議逐步開(kāi)放，越來(lái)越多安防廠商之間的兼容連接越來(lái)越穩(wěn)定，所以在不久的將來(lái)相信隨著各廠商之間合作融洽，設(shè)備之間通訊協(xié)議的兼容問(wèn)題肯定會(huì)迎刃而解。

　　雙碼流技術(shù)在安防NVR中的應(yīng)用

　　一般來(lái)說(shuō)，視頻分辨率越大，視頻碼率也隨之越大，圖像也就越清晰，這樣與之成正比的視頻碼流在網(wǎng)絡(luò)傳輸中所占用的帶寬也越大，視頻解碼顯示時(shí)占用的系統(tǒng)資源也越多。因此在視頻監(jiān)控所采用的視頻分辨率的越來(lái)越高時(shí)，現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)很難承載碼率過(guò)大的視頻流，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)對(duì)高分辨率的視頻進(jìn)行多路解碼時(shí)也有性能的瓶頸。為了解決這一難題，“雙碼流”的概念應(yīng)運(yùn)而生。雙碼流，顧名思義，是同一視頻源編出兩路碼流，這兩路碼流可以是同一分辨率的，也可以是不同分辨率的。

　　有些廠家的網(wǎng)絡(luò)視頻前端可以編出相同分辨率的兩路碼流，分別傳輸至瀏覽客戶(hù)端和存儲(chǔ)服務(wù)器。這種編碼與傳輸?shù)姆绞?，可以充分降低監(jiān)控主機(jī)的碼流轉(zhuǎn)發(fā)壓力，但非常容易造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞，只能用在網(wǎng)絡(luò)帶寬非常充裕的場(chǎng)合。

　　隨著雙碼流技術(shù)的逐漸成熟完善，現(xiàn)在主流的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)都能在網(wǎng)絡(luò)視頻前端編出不同分辨率的兩路碼流，分辨率相對(duì)較大的碼流我們可以用來(lái)作為錄像的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，而分辨率較小的碼流我們可以作為實(shí)時(shí)播放。這就是我們經(jīng)常說(shuō)的主碼流和輔碼流了，根據(jù)用戶(hù)上墻需要的不同，以及查看視頻源清晰度要求不同、安防等級(jí)的不同可以使NVR設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機(jī)根據(jù)情況來(lái)采取不同碼流的編寫(xiě)，充分降低遠(yuǎn)程瀏覽所占的網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力，提高設(shè)備網(wǎng)絡(luò)性能，減少斷網(wǎng)，傳輸堵塞、畫(huà)面延遲等問(wèn)題。

　　雖然雙碼流的出現(xiàn)已經(jīng)很好的解決了存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)視頻所占用資源的問(wèn)題，但是如果不能靈活切換的話(huà)勢(shì)必也會(huì)造成不必要的資源浪費(fèi)，例如用戶(hù)在帶寬充裕的情況下也只能瀏覽低分辨率的圖像，在窄寬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下卻出現(xiàn)高清卡頓現(xiàn)象;所以能靈活的轉(zhuǎn)換雙碼流是一個(gè)監(jiān)控設(shè)備性能優(yōu)良的表現(xiàn);這里就以科達(dá)NVR2881 128路網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)為例，高手過(guò)招，拼裝備，更要拼內(nèi)力，科達(dá)這款NVR的定位明確，強(qiáng)調(diào)的是分布式部署的靈活性與穩(wěn)定性，過(guò)多的盤(pán)位、過(guò)多的路數(shù)承載，會(huì)降低單臺(tái)產(chǎn)品的可靠性，也會(huì)相應(yīng)的增大功耗，得不償失，這款NVR符合大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的范圍，對(duì)NVR的功能進(jìn)行了深入挖掘，內(nèi)外兼修;這款NVR在錄像分辨率不變的情況下，可以根據(jù)用戶(hù)實(shí)際帶寬的大小進(jìn)行分辨率自動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣窄帶用戶(hù)就可以用低分辨率的方式進(jìn)行視頻瀏覽，而帶寬較充裕的用戶(hù)用高分辨率進(jìn)行視頻瀏覽。

　　其次，在錄像分辨率不變的情況下，可以根據(jù)用戶(hù)所使用的客戶(hù)端畫(huà)面分割的方式進(jìn)行分辨率自動(dòng)調(diào)節(jié)，用戶(hù)在進(jìn)行大畫(huà)面瀏覽時(shí)，傳輸高分辨率碼流，用戶(hù)在進(jìn)行小畫(huà)面瀏覽時(shí)，傳輸?shù)头直媛蚀a流，這樣可以充分提高用戶(hù)所使用計(jì)算機(jī)的解碼效率;如此靈活轉(zhuǎn)換的雙碼流技術(shù)更加符合網(wǎng)絡(luò)化視頻傳輸?shù)囊螅材茉诙嗥翆?shí)時(shí)監(jiān)控錄像中不影響視頻的質(zhì)量。

　監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)性能所遇到的難點(diǎn)

　　網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)學(xué)者王旭閩為我們說(shuō)到：在安防網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中，由于網(wǎng)絡(luò)中的信息源很多，信息的傳送要分時(shí)占用網(wǎng)絡(luò)通訊資源，而網(wǎng)絡(luò)的承載能力和通訊帶寬有限，必然造成信息的沖撞、重傳等現(xiàn)象的發(fā)生，使得數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中不可避免地存在時(shí)延。時(shí)延由于受到網(wǎng)絡(luò)所采用的通訊協(xié)議、負(fù)載狀況、網(wǎng)絡(luò)速率以及數(shù)據(jù)包大小等情況到影響，呈現(xiàn)出或固定或隨機(jī)，或有界或無(wú)界的特征，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能下降甚至不穩(wěn)定，也給控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)帶來(lái)困難。

　　網(wǎng)絡(luò)給安防監(jiān)控中NCS(網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng))帶來(lái)的主要問(wèn)題包括：

　　·端設(shè)備采樣時(shí)刻和執(zhí)行器響應(yīng)時(shí)刻間出現(xiàn)了不可忽略的滯后，在某時(shí)間間隔內(nèi)存在畫(huà)面抖動(dòng);

　　·由于數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中傳輸發(fā)生丟失或沖突，導(dǎo)致時(shí)延增大甚至系統(tǒng)失穩(wěn)。

　　所以NCS的性能不僅依賴(lài)于控制策略及控制律器的設(shè)計(jì)，而且受到網(wǎng)絡(luò)通訊和網(wǎng)路資源的限制。信息調(diào)度應(yīng)盡可能避免網(wǎng)絡(luò)中信息的沖突和擁塞現(xiàn)象的發(fā)生，從而才能大大提網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的服務(wù)性能。

　　在網(wǎng)絡(luò)化安防中，云平臺(tái)的出現(xiàn)很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，大數(shù)據(jù)直接傳輸云端進(jìn)行存儲(chǔ)，再加上現(xiàn)如今移動(dòng)端設(shè)備的隨時(shí)讀取，移動(dòng)互聯(lián)數(shù)據(jù)的到來(lái)使得數(shù)據(jù)之間的傳輸更為及時(shí)便捷，這在另一方面可以間接改善了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)延遲的問(wèn)題，當(dāng)數(shù)據(jù)的傳輸不在遇到大的堵塞，云存儲(chǔ)的普及應(yīng)用，云智能網(wǎng)絡(luò)控制的研發(fā)等，這些將是提高監(jiān)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)性能的必然趨勢(shì)!

　　結(jié)語(yǔ)

　　總的來(lái)說(shuō)，影響視頻監(jiān)控流暢度的因素主要表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)延遲、網(wǎng)絡(luò)帶寬、設(shè)備包轉(zhuǎn)發(fā)率三個(gè)方面，網(wǎng)絡(luò)延遲越低、網(wǎng)絡(luò)帶寬越高、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處理視頻流的轉(zhuǎn)發(fā)能力越快，畫(huà)面流暢度和清晰度也就越高，隨著雙碼流、雙存儲(chǔ)、雙編碼技術(shù)的成熟運(yùn)用，超級(jí)計(jì)算機(jī)在安防行業(yè)的展開(kāi)、云平臺(tái)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)、移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代下4G網(wǎng)絡(luò)的逐漸穩(wěn)定等不斷創(chuàng)新技術(shù)的出現(xiàn)，未來(lái)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)性能將乘上移動(dòng)互聯(lián)、互聯(lián)網(wǎng)+的“高速火箭”，一路高飛!