网络高清视频监控传输:如何减少带宽消耗?

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网络高清视频监控传输:如何减少带宽消耗?

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高清视频监控在带来更加清晰、逼真的视觉效果的同时,其海量的视频数据也对网络传输环境提出了更大的挑战。例如,采用标准H.264MainProfile压缩算法的高清网络摄像机,单路视频要达到1080P全实时(30fps),需要的网络带宽至少要在4Mbsp以上,对于一个监控点在20个以上的大型监控项目来讲,这样的系统需要的网络带宽则约为80Mbsp。而在实际应用中,目前国内部分应用环境的网络带宽仍无法满足这一要求,并且网络的稳定性也不够,这些使得高清视频监控系统在网络传输环节上存在着巨大的安全隐患,具体来讲,视频流畅度以及带宽负载是网络高清监控技术在传输环节上面临的主要困扰。对此,现阶段监控厂商主要是从产品和系统设计出发,加强其对网络环境的适应能力,力争尽可能地减少对带宽的消耗,以保证高清视频的传输安全。在系统平台方面,大部分厂商采用的思路是在平台设计时尽量减少分发,优化路径,减少中间环节,以降低时延,确保视频的流畅度。另一方面,在产品开发上,采用更为优化的高画质视频压缩技术、提高前端摄像机对图像的处理能力,以及规划网络服务质量(QoS)更高的传输系统,是目前众多厂商主要的开发策略。高清网络视频监控系统带宽占用情况优化视频压缩标准为了缓解海量视频流对网络带宽提出的高品质要求,双码流技术是许多厂商常用的一种方法,即针对不同的应用需求,分别选择不同的视频压缩技术、不同的比特率来进行数据传输。而实际上,采用更高压缩比的视频处理技术是有效降低带宽消耗的良好途径之一,因此部分厂商开始运用更为优化的、高画质H.264High Profile视频压缩技术,使得相同质量的高清视频流对带宽的占用量大幅下降。例如,华为系列高清网络摄像机基于H.264 High profile高压缩编解码算法,实现了高压缩比、码流控制准确稳定、高清低带宽的效果,可在2M-4M带宽上达到1080P@30fps的视频传输效率。此外,在优化视频压缩技术的基础之上,一些厂商还进一步提高了产品在视频编解码方面的处理能力。如海思在其新一代的网络摄像机芯片(SoC)上,运用CBR/VBR/ABR混合码率控制技术,可自动判定网路带宽的条件与变化,动态选择传输速率,更为有效地解决了带宽传输的问题。同时,支持感兴趣区域(ROI)编码技术也成为了厂商们纷纷开发的一项重要功能,它在视频编码时把感兴趣的区域编得更细腻,其余部份则可适当降低品质,因而也减少了视频传输时对带宽需求的压力。目前松下、三星均已推出了采用这些先进技术的相关网络高清摄像机系列产品。目前,H.264视频压缩标准仍然是监控市场上的主流,但值得注意的是,由中星微电子和公安部一所主推的SVAC数字视音频编解码技术标准在最近一段时期加大了市场推广的力度。虽然现阶段SVAC还不是强制标准,但其应用优势同样不容忽视,如:它可支持可伸缩视频编码(SVC),满足不同传输网络带宽和数据存储环境的需求,大幅节省带宽;支持感兴趣区域(ROI)变量编码,在网络带宽存储空间有限的情况下,提供更符合监控需要的高质量视频编码等等,这些都将有助于提升网络高清视频监控系统在传输上的适应能力。提升图像处理能力增强前端摄像机对视频或图形的处理能力,尽可能地减少对网络传输的负荷,也是目前一些厂商的主要做法。如:采用E-PTZ电子云台实现局部倍数放大功能,以降低光学放大所需的较大带宽;3D降噪技术;重点区域影像提升技术;以及智能分析技术等等。以安霸A5s 网络摄像机芯片(SoC)为例,其采用运动补偿时间滤波技术(MCTF)用于降低噪声,该算法分析每一帧数据中每个像素的时空域信息,进而能够有效过滤静态和动态噪声,经过过滤的画面不仅更加清晰,而且有助于提高图像压缩率——即有限的带宽不会浪费在对噪声的编码上,提高了网络传输的品质。通过智能分析技术来触发传输、存储的方式,也可以大量减少前端图像向中心传输的带宽消耗。例如,网络摄像机内置动态侦测、越线检测、面部识别、语音对话等智能分析模块,结合动态自适应视频流控制技术,在正常情况下,视频播放速率可以设置为较低数值,以减少带宽使用量;一旦有突发事件,则立即触发报警,播放速率增加至更高数值,且提供高品质的视频源,并进行存储,这种方式可同时在录制过程中确保影像品质及提高带宽使用率。确保网络传输安全性网络运行环境的高可靠性和高安全性是用户普遍关注的另一大焦点。随着一些网络高清监控系统在规模和监控点数量上的不断增加,对网络服务质量(QoS)也提出了更高的要求,特别是对于安防这类对视频资料安全度要求较高的应用来说。为此,部分具有IT背景的厂商引入了大量的IT技术来进行产品和系统的设计。例如,华为采用视频专利网传技术(包括FEC超强纠错、IRC智能调速、ROD断线保护、ARQ丢包重传等),使系统具有较强的网络纠错能力,能允许5%的网络丢包率,而图像质量仍无影响;同时,网络摄像机可实时检测网络状况,自动启动抗丢包策略;当异常断网时可启动本地存储(如SD卡等),网络恢复后则自动回传,不丢失数据。另外,广州睿捷(Ragile)网络科技有限公司提供的网络监控方案一方面采用流媒体服务器负责转发和并发数据,使得DVR带宽不被重复占用;另一方面,在服务器数据处理上则实现了负载均衡,解决了最大量突发访问所引起的网络超负荷问题,且运用N+M冗余最大可支持M台设备离线,心跳侦测功能可激活备用机,实现短时间切换,从而维持系统的稳定运行。
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