网络传输开启高清监控新视界

■郭辉

众所周知，随着互联网的发展、网络化的普及，在监控领域中高清化越来越成为人们生活中不可或缺的一部分，而且趋势非常明显。高清监控因网络而生，没有网络监控的普及就难以实现高清的图像存储和传输，同时网络也赋予高清监控系统鲜明的特征。

安防监控技术的发展日新月异，高清化，智能化，网络化已经成为一种趋势和潮流。众所周知，随着互联网的发展、网络化的普及，在监控领域中高清化越来越成为人们生活中不可或缺的一部分，而且趋势非常明显。高清监控因网络而生，没有网络监控的普及就难以实现高清的图像存储和传输，同时网络也赋予高清监控系统鲜明的特征。

高清化：网络高清摄像机从百万像素到现在的200万像素，分辨率从720P到1080P，传感器从CCD到CMOS，高清摄像机以其监控范围广，画质清晰，分辨率高等优点极大的推动了高清摄像机在市场的应用。

智能化：应用于安防视频监控系统可以过滤掉图像中无用的或干扰信息、自动分析、抽取视频源中的关键有用信息，从而使传统的监控系统中的摄像机不但成为人的眼睛，也使“智能视频分析”计算机成为人的大脑，并具有更为“聪明”的学习思考方式，随着客户对智能分析功能的理解，以及对智能功能需求的激增，智能技术在监控关键环节的应用将是大势所趋。

网络化：随着IT技术与高清监控的融合以及市场需求的不断变更，单一的高清已经不能反映消费者的要求和市场趋势的变化。顺应时代的发展，网络传输技术与高清视频监控的完美组合为安防时代提供了强劲的动力。

高清网络传输的最后一公里

最后一公里，原意指完成长途跋涉的最后一段里程，被引申为完成一件事情的时候最后的而且是关键性的步骤。在通信行业经常使用“最后一公里”来指代从网络传输的通信服务提供商的机房交换机到用户计算机等终端设备之间的连接。虽然目前的广域网带宽近几年有非常大的增长，但是依然无法满足高清视频的实时传输，以720P为例，如果要通过网络观看清晰流畅的720P高清视频，那么一路高清视频就需要占用4M的上行带宽，而1080P上行带宽则需要占用到6M甚至8M，这对广域网来说是一个非常大的压力。即使对无远程观看需求的局域网来说，也面临不小压力，因为一个百兆交换网络理论上只能传输20路720P高清，而实际应用中的高清路数会更少。如何解决高清对网络传输系统的压力，解决高清网络传输的最后一公里，构建一个系统的高清网络传输解决方案，成为亟待解决的问题。

NVR-应高清而生的网关设备

NVR也叫网络视频录像机，和DVR相比，NVR最大的不同在于它接入的是网络摄像机，其功能涵盖了录像，存储，转发，控制，解码，显示等几大方面。我们知道，一个完整的安防监控系统包括“采”、“传”、“存”、“控”、“显”五大方面，而NVR的最大价值在于一个设备集成了传输，存储，控制，显示等四大方面可谓是一个划时代的网络解决方案。以天地伟业的嵌入式NVR（TCNR1002S2-16D）为例，通过一台嵌入式NVR可以将多大16路的标清或8路720P的高清网络摄像机统一管理起来，合并IP上传，无需多次端口映射。之所以可以达到这个效果，主要是因为嵌入式NVR具备转发功能，用户可以通过嵌入式NVR把局域网的网络标清或者高清摄像机以视频通道的形式接入到NVR中，NVR提供C/S和B/S两种方式进行浏览，如果用户需要远程观看局域网的视频图像，在公网IP短缺的情况下，只需要将NVR一台设备的IP地址进行端口映射，就可以在远端通过NVR去调用其所在通道的视频图像，由NVR来充当网关设备无需对每个摄像机都做端口映射，从而大大方便了网络配置。（示意图如图1）

高性能压缩算法2M码流传输720P高清

高清监控目前主流算法包括H.264和M-jpeg和MPEG4等几种，其中H.264以压缩比高，压缩质量好而被各大厂商广泛采用，相同码流下，H.264的画质比MJPEG和MPEG4要高30%或者40%；同等画质下，H.264所占带宽比MJPEG和MPEG4要低30%。（三种不同压缩格式的比较表如表1所示）

目前主流的H.264压缩算法又分为Base Line和Mian Profile和High Profile三种，其中以High Profile效果最好，但是对后端解码压力也最大。Base Line的效果最差，但是处理速度最快。以天地伟业最新研发的第三代压缩编码技术为例，可以实现在2M的码流下传输720P的高清图像，而且对后端PC解码压力要求也比较低，并且对网络延时也做了专门的优化，可以控制延时在300ms之内。（实测效果如图2所示）

双码流突破网络瓶颈

■图1

■表1

■图2

目前视频监控领域的双码流技术已经发展到了高清双码流。支持720P(1280×720，30fps)+CIF(480×320，25fps)的双码流技术已经成为主流技术，被用于很多厂商的高清网络摄像机和高清网络视频编码器中。同时有的Hybrid网络摄像机，它在输出720P网络数据流的同时，可以选择第二码流输出YPbPr的模拟高清视频。作为第二码流，通常可以选择H.264和MJPEG等不同的压缩方式。H.264常用于实时视频流的预览，而MJPEG压缩方式通常用于高清图片抓拍。高清实时双码流可以满足不同的应用需求。同时独立传输一路25帧/秒的720P（1280×720）和一路25帧/秒CIF（480×320）实时视频图像，同时兼顾本地存储和远程网络传输。双码流能实现本地传输和远程传输两种不同的带宽码流需要，本地传输采用高码流可以获得更高的高清录像存储，远程传输采用较低的码流以适应公网等各种网络而获得更高的图像流畅度。双码流在现有网络瓶颈下兼顾了图象质量和传输质量,可以突破网络瓶颈，根据网络带宽灵活选择码流格式，达到本地高清存储，同时后端低码流网络传输。实际上，双码流是对网络视频监控的一次提速，这种创造性地将双码流拓宽应用，实现任意码流格式选择编码技术，使大规模的视频监控系统中成百上千台摄像机产生海量的视频、音频、存储、报警以及管理数据，能在用户所能获得的网络资源有限的情况下，得已确保传输系统的稳定运行。

■图3

3G推动联网监控，4G实现高清监控

随着3G无线网络的商用，无线网络带宽得到大幅提升，3G监控的应用环境越来越成熟。3G在高速公路，森林防火，环境监测等领域有着非常多的应用；另一方面，IPHONE/Andriod等智能手机的兴起，手机性能进一步提升，为适应社会针对手机视频监控的市场需求，专门针对手机视频传输的特点，对原有监控软件进行了功能升级，使之拥有理想的手机监控效果。因此一些厂商开始把3G无线视频监控和手机应用结合起来，如天地伟业开发的EasyMobile手机监控系统是把远程现场摄像机的视频图像通过互联网发送到下载并安装有Easy Mobile 系统软件的手机上。从而实现手机实时在线收看到远程的视频图像。无论用户在何时何地，只要手机有信号都能实时监控和云台控制。EasyMobile手机监控支持GPRS、CDMA、3G、WIFI等各种制式，支持IPHONE4、IPAD、Android、Windows Mobile等手机操作系统。3G技术促使安防监控领域发生了质的变化--从模拟监控、有线网络监控向无线视频监控发展。在3G技术的推动下，移动监控业务开始实至名归，其商用市场空间也将得到扩展。目前基于网络带宽因素的考虑，网络传输，特别是3G技术能否满足高清监控传输的要求是一个有待商榷的问题。可以预见的是：随着4G网络的推出将会弥补3G网络资源以及解决带宽问题，为实现高清监控提供更有力的保障。4G系统能够以100Mbps的速度下载且能够实现20Mbps的上传速度。

光纤传输让带宽不再是问题

目前网络传输在大规模、远距离的项目中如：平安城市，其传输性能经常会捉襟见肘，以目前基础的百万像素高清720P规格计算，码流约是D1的2倍，带宽达到2-4M左右，而采取1080P计算，码流更是D1的4倍，所用带宽约为8-10M。以100M以太网为例，在确保流畅的前提下，实际上同时只能承载5路左右的高清图像，但如果同一视频源有多个用户访问，占用的带宽会更大。面对高清应用的超大数据量带宽以及实时性的要求，光纤传输系统由于具有容量大，传输距离远，抗干扰性强等优势，通常会成为首选的传输方式，虽然价格昂贵，但是不受带宽约束，甚至可以使带宽达到数G以上，这样高清监控才能得到淋漓尽致的发挥。高清视频在网络传输中，主要限制来自带宽，光纤技术是解决带宽问题的最好方案，但是无论成本还是维护，价格都过于高昂，因此加强网络带宽建依旧是解决传输高清和网络带宽问题的必然途径。目前很多运营商提供的EPON或者GPON等服务提供FTTH或者FTTB接入方式，大幅度降低了高清带宽的准入门槛，为高清的普及和大规模应用扫清了障碍。

总结

视频监控已经进入高清时代，网络高清代表着视频监控新时代主题。网络传输对高清监控的影响 可以形象的比喻：一部性能优良的跑车，行走在高速公路上，速度可以达到每小时300公里，假如让跑车行走在崎岖的道路上，它的速度立即降到每小时120公里。网络监控系统与跑车行路有很多相似之处。网络监控不是独立使用的，需要与之匹配的“高速公路”，这个公路就是网络传输所涉及的方方面面。随着网络高清新技术的不断涌现，网络传输能力的不断扩容，IT技术的不断发展，都将加速促进传输系统的完善和优化，为高清视频监控带来更广阔的发展空间。