網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控傳輸：如何減少帶寬消耗？

高清視頻監(jiān)控在帶來(lái)更加清晰、逼真的視覺(jué)效果的同時(shí)，其海量的視頻數(shù)據(jù)也對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境提出了更大的挑戰(zhàn)。例如，采用標(biāo)準(zhǔn)H.264MainProfile壓縮算法的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，單路視頻要達(dá)到1080P全實(shí)時(shí)(30fps)，需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬至少要在4Mbsp以上，對(duì)于一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)在20個(gè)以上的大型監(jiān)控項(xiàng)目來(lái)講，這樣的系統(tǒng)需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬則約為80Mbsp。而在實(shí)際應(yīng)用中，目前國(guó)內(nèi)部分應(yīng)用環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)帶寬仍無(wú)法滿足這一要求，并且網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性也不夠，這些使得高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)上存在著巨大的安全隱患，具體來(lái)講，視頻流暢度以及帶寬負(fù)載是網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控技術(shù)在傳輸環(huán)節(jié)上面臨的主要困擾。

對(duì)此，現(xiàn)階段監(jiān)控廠商主要是從產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計(jì)出發(fā)，加強(qiáng)其對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的適應(yīng)能力，力爭(zhēng)盡可能地減少對(duì)帶寬的消耗，以保證高清視頻的傳輸安全。在系統(tǒng)平臺(tái)方面，大部分廠商采用的思路是在平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少分發(fā)，優(yōu)化路徑，減少中間環(huán)節(jié)，以降低時(shí)延，確保視頻的流暢度。另一方面，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上，采用更為優(yōu)化的高畫(huà)質(zhì)視頻壓縮技術(shù)、提高前端攝像機(jī)對(duì)圖像的處理能力，以及規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(QoS)更高的傳輸系統(tǒng)，是目前眾多廠商主要的開(kāi)發(fā)策略。

高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶寬占用情況

優(yōu)化視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)

為了緩解海量視頻流對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬提出的高品質(zhì)要求，雙碼流技術(shù)是許多廠商常用的一種方法，即針對(duì)不同的應(yīng)用需求，分別選擇不同的視頻壓縮技術(shù)、不同的比特率來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。而實(shí)際上，采用更高壓縮比的視頻處理技術(shù)是有效降低帶寬消耗的良好途徑之一，因此部分廠商開(kāi)始運(yùn)用更為優(yōu)化的、高畫(huà)質(zhì)H.264High Profile視頻壓縮技術(shù)，使得相同質(zhì)量的高清視頻流對(duì)帶寬的占用量大幅下降。例如，華為系列高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)基于H.264 High profile高壓縮編解碼算法，實(shí)現(xiàn)了高壓縮比、碼流控制準(zhǔn)確穩(wěn)定、高清低帶寬的效果，可在2M-4M帶寬上達(dá)到1080P@30fps的視頻傳輸效率。

此外，在優(yōu)化視頻壓縮技術(shù)的基礎(chǔ)之上，一些廠商還進(jìn)一步提高了產(chǎn)品在視頻編解碼方面的處理能力。如海思在其新一代的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)芯片(SoC)上，運(yùn)用CBR/VBR/ABR混合碼率控制技術(shù)，可自動(dòng)判定網(wǎng)路帶寬的條件與變化，動(dòng)態(tài)選擇傳輸速率，更為有效地解決了帶寬傳輸?shù)膯?wèn)題。同時(shí)，支持感興趣區(qū)域(ROI)編碼技術(shù)也成為了廠商們紛紛開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)重要功能，它在視頻編碼時(shí)把感興趣的區(qū)域編得更細(xì)膩，其余部份則可適當(dāng)降低品質(zhì)，因而也減少了視頻傳輸時(shí)對(duì)帶寬需求的壓力。目前松下、三星均已推出了采用這些先進(jìn)技術(shù)的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)系列產(chǎn)品。

目前，H.264視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)仍然是監(jiān)控市場(chǎng)上的主流，但值得注意的是，由中星微電子和公安部一所主推的SVAC數(shù)字視音頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在最近一段時(shí)期加大了市場(chǎng)推廣的力度。雖然現(xiàn)階段SVAC還不是強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，但其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)同樣不容忽視，如：它可支持可伸縮視頻編碼(SVC)，滿足不同傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)境的需求，大幅節(jié)省帶寬;支持感興趣區(qū)域(ROI)變量編碼，在網(wǎng)絡(luò)帶寬存儲(chǔ)空間有限的情況下，提供更符合監(jiān)控需要的高質(zhì)量視頻編碼等等，這些都將有助于提升網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)在傳輸上的適應(yīng)能力。

提升圖像處理能力

增強(qiáng)前端攝像機(jī)對(duì)視頻或圖形的處理能力，盡可能地減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)荷，也是目前一些廠商的主要做法。如：采用E-PTZ電子云臺(tái)實(shí)現(xiàn)局部倍數(shù)放大功能，以降低光學(xué)放大所需的較大帶寬;3D降噪技術(shù);重點(diǎn)區(qū)域影像提升技術(shù);以及智能分析技術(shù)等等。

以安霸A5s 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)芯片(SoC)為例，其采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償時(shí)間濾波技術(shù)(MCTF)用于降低噪聲，該算法分析每一幀數(shù)據(jù)中每個(gè)像素的時(shí)空域信息，進(jìn)而能夠有效過(guò)濾靜態(tài)和動(dòng)態(tài)噪聲，經(jīng)過(guò)過(guò)濾的畫(huà)面不僅更加清晰，而且有助于提高圖像壓縮率——即有限的帶寬不會(huì)浪費(fèi)在對(duì)噪聲的編碼上，提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)钠焚|(zhì)。

通過(guò)智能分析技術(shù)來(lái)觸發(fā)傳輸、存儲(chǔ)的方式，也可以大量減少前端圖像向中心傳輸?shù)膸捪摹＠?，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)內(nèi)置動(dòng)態(tài)偵測(cè)、越線檢測(cè)、面部識(shí)別、語(yǔ)音對(duì)話等智能分析模塊，結(jié)合動(dòng)態(tài)自適應(yīng)視頻流控制技術(shù)，在正常情況下，視頻播放速率可以設(shè)置為較低數(shù)值，以減少帶寬使用量;一旦有突發(fā)事件，則立即觸發(fā)報(bào)警，播放速率增加至更高數(shù)值，且提供高品質(zhì)的視頻源，并進(jìn)行存儲(chǔ)，這種方式可同時(shí)在錄制過(guò)程中確保影像品質(zhì)及提高帶寬使用率。

確保網(wǎng)絡(luò)傳輸安全性

網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境的高可靠性和高安全性是用戶普遍關(guān)注的另一大焦點(diǎn)。隨著一些網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控系統(tǒng)在規(guī)模和監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量上的不斷增加，對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(QoS)也提出了更高的要求，特別是對(duì)于安防這類(lèi)對(duì)視頻資料安全度要求較高的應(yīng)用來(lái)說(shuō)。為此，部分具有IT背景的廠商引入了大量的IT技術(shù)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

例如，華為采用視頻專(zhuān)利網(wǎng)傳技術(shù)(包括FEC超強(qiáng)糾錯(cuò)、IRC智能調(diào)速、ROD斷線保護(hù)、ARQ丟包重傳等)，使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)糾錯(cuò)能力，能允許5%的網(wǎng)絡(luò)丟包率，而圖像質(zhì)量仍無(wú)影響;同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀況，自動(dòng)啟動(dòng)抗丟包策略;當(dāng)異常斷網(wǎng)時(shí)可啟動(dòng)本地存儲(chǔ)(如SD卡等)，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后則自動(dòng)回傳，不丟失數(shù)據(jù)。

另外，廣州睿捷(Ragile)網(wǎng)絡(luò)科技有限公司提供的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方案一方面采用流媒體服務(wù)器負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)和并發(fā)數(shù)據(jù)，使得DVR帶寬不被重復(fù)占用;另一方面，在服務(wù)器數(shù)據(jù)處理上則實(shí)現(xiàn)了負(fù)載均衡，解決了最大量突發(fā)訪問(wèn)所引起的網(wǎng)絡(luò)超負(fù)荷問(wèn)題，且運(yùn)用N+M冗余最大可支持M臺(tái)設(shè)備離線，心跳偵測(cè)功能可激活備用機(jī)，實(shí)現(xiàn)短時(shí)間切換，從而維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩?，也有廠商建議可采用更安全的認(rèn)證機(jī)制如802.1x等，并利用各類(lèi)隔離設(shè)備來(lái)做隔離，或是采用視頻專(zhuān)網(wǎng)分級(jí)管理的模式。