網絡高清視頻監控傳輸：如何減小帶寬消耗？

高清視頻監控在帶來更加清晰、逼真的視覺效果的同時，其海量的視頻數據也對網絡傳輸環境提出了更大的挑戰。例如，採用標準H.264MainProfile壓縮算法的高清網絡攝像機，單路視頻要達到1080P全實時(30fps)，須要的網絡帶寬至少要在4Mbsp以上，對於一個監控點在20個以上的大型監控項目來說，這樣的系統須要的網絡帶寬則約爲80Mbsp。而在實際應用中，目前國內部分應用環境的網絡帶寬仍沒法知足這一要求，而且網絡的穩定性也不夠，這些使得高清視頻監控系統在網絡傳輸環節上存在着巨大的安全隱患，具體來說，視頻流暢度以及帶寬負載是網絡高清監控技術在傳輸環節上面臨的主要困擾。對此，現階段監控廠商主要是從產品和系統設計出發，增強其對網絡環境的適應能力，力爭儘量地減小對帶寬的消耗，以保證高清視頻的傳輸安全。在系統平臺方面，大部分廠商採用的思路是在平臺設計時儘可能減小分發，優化路徑，減小中間環節，以下降時延，確保視頻的流暢度。另外一方面，在產品開發上，採用更爲優化的高畫質視頻壓縮技術、提升前端攝像機對圖像的處理能力，以及規劃網絡服務質量(QoS)更高的傳輸系統，是目前衆多廠商主要的開發策略。高清網絡視頻監控系統帶寬佔用狀況優化視頻壓縮標準爲了緩解海量視頻流對網絡帶寬提出的高品質要求，雙碼流技術是許多廠商經常使用的一種方法，即針對不一樣的應用需求，分別選擇不一樣的視頻壓縮技術、不一樣的比特率來進行數據傳輸。而實際上，採用更高壓縮比的視頻處理技術是有效下降帶寬消耗的良好途徑之一，所以部分廠商開始運用更爲優化的、高畫質H.264High Profile視頻壓縮技術，使得相同質量的高清視頻流對帶寬的佔用量大幅降低。例如，華爲系列高清網絡攝像機基於H.264 High profile高壓縮編解碼算法，實現了高壓縮比、碼流控制準確穩定、高清低帶寬的效果，可在2M-4M帶寬上達到1080P@30fps的視頻傳輸效率。此外，在優化視頻壓縮技術的基礎之上，一些廠商還進一步提升了產品在視頻編解碼方面的處理能力。如海思在其新一代的網絡攝像機芯片(SoC)上，運用CBR/VBR/ABR混合碼率控制技術，可自動斷定網路帶寬的條件與變化，動態選擇傳輸速率，更爲有效地解決了帶寬傳輸的問題。同時，支持感興趣區域(ROI)編碼技術也成爲了廠商們紛紛開發的一項重要功能，它在視頻編碼時把感興趣的區域編得更細膩，其他部份則可適當下降品質，於是也減小了視頻傳輸時對帶寬需求的壓力。目前松下、三星均已推出了採用這些先進技術的相關網絡高清攝像機系列產品。目前，H.264視頻壓縮標準仍然是監控市場上的主流，但值得注意的是，由中星微電子和公安部一所主推的SVAC數字視音頻編解碼技術標準在最近一段時期加大了市場推廣的力度。雖然現階段SVAC還不是強制標準，但其應用優點一樣不容忽視，如：它可支持可伸縮視頻編碼(SVC)，知足不一樣傳輸網絡帶寬和數據存儲環境的需求，大幅節省帶寬;支持感興趣區域(ROI)變量編碼，在網絡帶寬存儲空間有限的狀況下，提供更符合監控須要的高質量視頻編碼等等，這些都將有助於提高網絡高清視頻監控系統在傳輸上的適應能力。提高圖像處理能力加強前端攝像機對視頻或圖形的處理能力，儘量地減小對網絡傳輸的負荷，也是目前一些廠商的主要作法。如：採用E-PTZ電子雲臺實現局部倍數放大功能，以下降光學放大所需的較大帶寬;3D降噪技術;重點區域影像提高技術;以及智能分析技術等等。以安霸A5s 網絡攝像機芯片(SoC)爲例，其採用運動補償時間濾波技術(MCTF)用於下降噪聲，該算法分析每一幀數據中每一個像素的時空域信息，進而可以有效過濾靜態和動態噪聲，通過過濾的畫面不只更加清晰，並且有助於提升圖像壓縮率——即有限的帶寬不會浪費在對噪聲的編碼上，提升了網絡傳輸的品質。經過智能分析技術來觸發傳輸、存儲的方式，也能夠大量減小前端圖像向中心傳輸的帶寬消耗。例如，網絡攝像機內置動態偵測、越線檢測、面部識別、語音對話等智能分析模塊，結合動態自適應視頻流控制技術，在正常狀況下，視頻播放速率能夠設置爲較低數值，以減小帶寬使用量;一旦有突發事件，則當即觸發報警，播放速率增長至更高數值，且提供高品質的視頻源，並進行存儲，這種方式可同時在錄製過程當中確保影像品質及提升帶寬使用率。確保網絡傳輸安全性網絡運行環境的高可靠性和高安全性是用戶廣泛關注的另外一大焦點。隨着一些網絡高清監控系統在規模和監控點數量上的不斷增長，對網絡服務質量(QoS)也提出了更高的要求，特別是對於安防這類對視頻資料安全度要求較高的應用來講。爲此，部分具備IT背景的廠商引入了大量的IT技術來進行產品和系統的設計。例如，華爲採用視頻專利網傳技術(包括FEC超強糾錯、IRC智能調速、ROD斷線保護、ARQ丟包重傳等)，使系統具備較強的網絡糾錯能力，能容許5%的網絡丟包率，而圖像質量仍無影響;同時，網絡攝像機可實時檢測網絡情況，自動啓動抗丟包策略;當異常斷網時可啓動本地存儲(如SD卡等)，網絡恢復後則自動回傳，不丟失數據。另外，廣州睿捷(Ragile)網絡科技有限公司提供的網絡監控方案一方面採用流媒體服務器負責轉發和併發數據，使得DVR帶寬不被重複佔用;另外一方面，在服務器數據處理上則實現了負載均衡，解決了最大量突發訪問所引發的網絡超負荷問題，且運用N+M冗餘最大可支持M臺設備離線，心跳偵測功能可激活備用機，實現短期切換，從而維持系統的穩定運行。