前言
近年來，在安防圖象監(jiān)控領(lǐng)域中出現(xiàn)了不少數(shù)字硬盤錄象機，它們以清晰度高、操作方便、硬盤存儲等優(yōu)點受到用戶歡迎。數(shù)字視頻產(chǎn)品取代傳統(tǒng)的模擬產(chǎn)品已成為監(jiān)控行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。同時，隨著網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，特別是寬帶網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，對安防圖象監(jiān)控產(chǎn)品也提出了越來越高的網(wǎng)絡(luò)化要求。目前有許多硬盤錄象機也有一些網(wǎng)絡(luò)接口，如ADSL或LAN接口等，但是整個設(shè)計還是基于單機功能的。市場呼喚面向?qū)拵P網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的圖象監(jiān)控產(chǎn)品，也就是真正意義上的“MPEGover IP／以太網(wǎng)／ATM”，使基于MPEG技術(shù)壓縮的數(shù)字圖象，不但是從單機傳輸?shù)絾螜C，而是在己建成的寬帶IP網(wǎng)(如百兆或千兆以太網(wǎng))上達到幾百臺同時傳送到幾百臺的水準，在寬帶網(wǎng)上平滑、通暢、穩(wěn)定地運行。
寬帶網(wǎng)對圖象傳輸?shù)囊?
最常見的寬帶計算機網(wǎng)絡(luò)是以太網(wǎng)和ATM網(wǎng)絡(luò)。IP協(xié)議都可在以太網(wǎng)或ATM網(wǎng)絡(luò)上運行。以太網(wǎng)特別適合于IP網(wǎng)。絕大多數(shù)的LAN(局域網(wǎng))現(xiàn)在幾乎都是以太網(wǎng)，以太網(wǎng)已經(jīng)達到了前所未有的普及。在美國，95％以上的政府機關(guān)、企業(yè)和校園甚至家庭等都建有以太網(wǎng)，中國目前也把以太網(wǎng)從大學(xué)校園建到了中小學(xué)的校園、建到了住宅小區(qū)(“寬帶小區(qū)”，每戶帶有10M以太網(wǎng)接口)和大廈。隨著以太網(wǎng)交換機和網(wǎng)卡價格的下跌，以太網(wǎng)必將迅速在國內(nèi)全面普及。另一方面，以太網(wǎng)的應(yīng)用也從原來的局域網(wǎng)走進了城域和接入網(wǎng)。由于千兆以太網(wǎng)的出現(xiàn)，使以太網(wǎng)在城域網(wǎng)甚至主干網(wǎng)的應(yīng)用成為可能；由于EPON(以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò))的研究，使以太網(wǎng)進入家庭成為不久將來要實現(xiàn)的目標。以太網(wǎng)加上I P協(xié)議極有可能成為今后網(wǎng)絡(luò)的一統(tǒng)天下�？傊�，利用現(xiàn)已建成的以太網(wǎng)，在上面?zhèn)鬏攬D象和其他控制信號，實現(xiàn)真正的網(wǎng)絡(luò)化安防圖象監(jiān)控，是一個經(jīng)濟實用、面向未來的解決方法，也是安防行業(yè)與三網(wǎng)合一、統(tǒng)一在lP之下的必經(jīng)之路。
以前人們很難把以太網(wǎng)和圖象應(yīng)用結(jié)合起來。傳統(tǒng)的、共享10Mbps帶寬的以太網(wǎng)當然不能滿足圖象傳輸?shù)囊�，但交換式以太網(wǎng)的出現(xiàn)和速率的提高，加上圖象壓縮技術(shù)的完善．已經(jīng)把以太網(wǎng)技術(shù)和圖象應(yīng)用緊密聯(lián)系在一起，但是圖象在以太網(wǎng)上的傳輸，有許多方面的高性能需求．對網(wǎng)絡(luò)、對終端設(shè)備都以網(wǎng)絡(luò)性能特征來表示。下面列舉如下：
一．吞吐需求
圖象對網(wǎng)絡(luò)吞吐性能的需求表現(xiàn)在三個方面：
(1)高傳輸帶寬需求
由于實時圖象信息在打成IP數(shù)據(jù)包之后，由相當多的長短不一的突變數(shù)據(jù)包組成，對網(wǎng)絡(luò)來講必須有充足可用的傳輸帶寬來完成圖象信息的傳送。在網(wǎng)絡(luò)擁塞時，有效帶寬的不足常常導(dǎo)致端到端延遲的增加以及分組的丟失。這意味著網(wǎng)絡(luò)必須具備成倍處理這類信息資源的能力，而另一方面．這需要圖象終端(服務(wù)器／客戶機)具備對圖象帶寬自動適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求，使網(wǎng)絡(luò)不出現(xiàn)擁塞，保持平穩(wěn)的數(shù)據(jù)傳輸。
(2)大存儲帶寬的需求
在吞吐量大的網(wǎng)絡(luò)中，圖象客戶端系統(tǒng)必須保證足夠的緩沖空間來接收不斷送來的圖象信息。緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)輸入速率保持足夠大，以便容納從網(wǎng)絡(luò)不斷傳來的數(shù)據(jù)流。這種數(shù)據(jù)流的速率有時被看作緩沖區(qū)存儲帶寬。
(3) 流量需求
網(wǎng)絡(luò)有足夠的吞吐能力來確保信道的實時傳輸有效性，而圖象服務(wù)器的流量必須做到對網(wǎng)絡(luò)吞吐的可適應(yīng)性。
二．可靠性需求
由于圖象傳輸在一定程度上是允許傳輸網(wǎng)絡(luò)存在錯誤的，所以要精確地量化表示網(wǎng)絡(luò)的差錯控制需求是困難的。允許差錯存在的原因是源于人類感知能力的局限。，例如在一個冗長的視頻流中個別組塊出了錯，這時人眼是感覺不到的。因為在許多情況下差錯控制需求與端到端的等待時間是相沖突的，所以也很難將差錯控制需求定量化。使用專門的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可得到很好的差錯控制。
三．延遲需求
對實時圖象傳輸來說，要求端到端的傳輸維持在極小的范圍內(nèi)。并且要求所有連在網(wǎng)絡(luò)上的圖象服務(wù)器傳到同一個圖象客戶端時保持圖象的同步。同步的概念是如果兩個數(shù)據(jù)流以基本相同的速率經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同時抵達終端系統(tǒng)，那么則稱這種端到端連接是同步的。
關(guān)鍵是面向?qū)拵 P網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
硬盤錄象機的出現(xiàn)加速了安防數(shù)字化的全面進程。目前，國內(nèi)外的硬盤錄象機可錄以分為3大類，即基于PC硬件類、嵌入式無硬盤類和嵌入式帶硬盤類。
1．基于Pc硬件類：由于硬盤價格降低，市場迅速擴展，目前主要的產(chǎn)品區(qū)分體現(xiàn)在用什么樣的壓縮卡上，如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4及M-JPEG等。目前的中國市場上發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮囊徊糠志褪沁@類，也成為價格戰(zhàn)上的焦點。
2．嵌入式無硬盤類：設(shè)計非常緊湊小巧，包括目前“網(wǎng)絡(luò)攝象機”也是這一類，可以經(jīng)過設(shè)置IP地址連到因特網(wǎng)上。
3．嵌入式帶硬盤類：樣子做成與家電產(chǎn)品(如DVD播放機等)一樣，直接在面板上設(shè)有錄象、快放、慢放等按鈕，硬盤做成可拆卸式，只需按一下按鈕，整個硬盤就可象過去置換錄象帶一樣，方便退出和放入。
上述三大類產(chǎn)品是隨著最近幾年圖象壓縮技術(shù)的發(fā)展而應(yīng)運而生的產(chǎn)品，目前在中國市場占主導(dǎo)地位。產(chǎn)品雖然在圖象壓縮上取得很大進展，但尚沒有和目前飛速發(fā)展的寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)同步。它們雖然“具備網(wǎng)絡(luò)連接”功能，但是僅僅帶有網(wǎng)絡(luò)接口，主要的功能是把壓縮后的圖象通過網(wǎng)絡(luò)(有的通過TCP／IP)傳到另一端，使另一端可以看到。而真正用在寬帶網(wǎng)上的產(chǎn)品，主要體現(xiàn)下列幾點要求：
1．前端有多臺(常常有幾十臺至幾百臺)圖象服務(wù)器，每一臺服務(wù)器接有多個攝象頭，使另一端(客戶端)可以接收所有這些圖象通道；或者一臺圖象服務(wù)器，可以有大量終端(客戶端)同時觀看。
2．所有連在網(wǎng)絡(luò)上的圖象通道，在到達接收端時要“同時”顯示，即要求有特殊處理方法使其嚴格同步；
3．往往是用廣域網(wǎng)把兩個局域網(wǎng)互連，這時如在一個局域網(wǎng)中連入大量圖象通道，傳到另一個局域網(wǎng)時，圖象服務(wù)器需有內(nèi)置路由功能；
4．圖象占有大量帶寬，為了不影響網(wǎng)絡(luò)的正常運行，必須加有網(wǎng)絡(luò)流量控制和速率分類，如OBR或VBR。
5．整個網(wǎng)絡(luò)必須有十分完善的網(wǎng)絡(luò)管理功能，能對每一條圖象通道分別進行參數(shù)調(diào)整和實時控制。
6．對圖象錄象不但可錄制在設(shè)有權(quán)限的客戶端，而且可以集中設(shè)置在一個專用的錄象文件服務(wù)器里，以加強文件集中管理。
7．為達到圖象全實時顯示和全實時回放，必須考慮網(wǎng)絡(luò)的QoS。
8．在雙向、多向、定向傳輸?shù)幕A(chǔ)上可以控制流量、流速、傳輸時間、傳輸幀率，精密、定量地來控制所有數(shù)字數(shù)據(jù)。
9．保證網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性。
圖象網(wǎng)絡(luò)化的關(guān)鍵技術(shù)
TOP／IP協(xié)議最初是為提供非實時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而設(shè)計的。為了使lP網(wǎng)絡(luò)同時支持非實時和實時的數(shù)據(jù)信息，l ETF(因特網(wǎng)工程任務(wù)組)規(guī)定了一個ISA(綜合業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu))。IsA通過定義一系列的技術(shù)和協(xié)議來確保IP網(wǎng)絡(luò)上的QoS(業(yè)務(wù)質(zhì)量)要求。IETF還公布了IPv6，其主要內(nèi)容是把lP地址從32位擴展到128位，具有動態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)地址和指定實時業(yè)務(wù)的功能，并引入分級業(yè)務(wù)量流的概念，同時增加了數(shù)字認證和加密功能，增強了安全性能。圖象網(wǎng)絡(luò)化的關(guān)鍵技術(shù)包括專門的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實施和QoS策略等。
RTP(實時傳輸協(xié)議)：
RTP協(xié)議是為支持實時視音頻通信而設(shè)計的傳輸層協(xié)議，為應(yīng)用進程之間提供了實時信息通信的能力。RTP被設(shè)計成在多站點IP上運行，目的是為了提供時間信息和實現(xiàn)流同步。RTP協(xié)議族包括兩個協(xié)議：RTP和RTCP。RTCP負責(zé)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量、通信帶寬以及網(wǎng)上傳送的信息，并將其通知給發(fā)送端。若可用的帶寬一旦帶窄，RTCP立即將該信息通知發(fā)送端，發(fā)送端根據(jù)此信息進行調(diào)整發(fā)送，繼續(xù)進行圖象傳輸。
RTP／RTOP充分考慮了在現(xiàn)有的l P網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，配以先進的擁擠控制方法、限制時延抖動的排隊算法，公平的帶寬分配法就可傳送相當質(zhì)量的圖象。
DiffServ(區(qū)分服務(wù))的多點廣播：
區(qū)分服務(wù)是針對不同應(yīng)用給以分類服務(wù)提供的一種簡單的方法，目前定義兩種每跳行為標準(PHB)來代表兩種服務(wù)水平：迅速轉(zhuǎn)發(fā)(EF)和確保轉(zhuǎn)發(fā)(AF)。
區(qū)分服務(wù)假設(shè)在捌有共同邊界的網(wǎng)絡(luò)之問有服務(wù)水平協(xié)議SLA。SLA確定了策略原則，制定數(shù)據(jù)流規(guī)劃，在輸出點按照SLA對數(shù)據(jù)流執(zhí)行策略和平滑。
QoS的實現(xiàn)策略： ．
要保證IP網(wǎng)絡(luò)的QoS(業(yè)務(wù)質(zhì)量)，需要策略來決定哪種流應(yīng)該得到哪種服務(wù)，為此還需要對用戶進行認證。對整個網(wǎng)絡(luò)而言，實時圖象傳輸需保持一定的傳輸優(yōu)先，在應(yīng)用時按規(guī)則及執(zhí)行規(guī)則的策略進行“裁決”決策，這是QoS網(wǎng)絡(luò)在傳統(tǒng)的I P網(wǎng)絡(luò)中，從一臺服務(wù)器發(fā)送出的每個數(shù)據(jù)包只能傳送給一個客戶機。如果有另外的用戶想順路獲得這個數(shù)據(jù)包的拷貝是做不到的。在圖象監(jiān)控系統(tǒng)中，每個用戶分別對圖象服務(wù)器調(diào)看圖象，而圖象服務(wù)器必須向每個用戶發(fā)送他們要求的圖象數(shù)據(jù)包拷貝。這種巨大冗余的代價是圖象服務(wù)器負擔(dān)過重，對整個網(wǎng)絡(luò)造成資源浪費和巨大壓力。
解決的辦法是采用l P組播技術(shù)。l P組播技術(shù)允許路由器一次將數(shù)據(jù)包復(fù)制到幾個通道上，也就是說，采用組播技術(shù)，一個服務(wù)器可向一組終端用戶發(fā)送單一圖象信息流，無需同時向每個目標站點發(fā)送一個數(shù)據(jù)拷貝，從而大大減少引起網(wǎng)絡(luò)阻塞的可能性。
基于寬帶l P網(wǎng)的圖象監(jiān)控系統(tǒng)“CRV”
“CRV”就是基于寬帶IP網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)，該產(chǎn)品精心考慮了寬帶lP網(wǎng)絡(luò)的各種特點和要求，采用了專門的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和控制�！癈RV”具有獨立的網(wǎng)絡(luò)I P地址、網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)掩碼，本身具有數(shù)據(jù)壓縮功能，支持報警數(shù)據(jù)的接入與傳輸，支持云臺的網(wǎng)絡(luò)控制。該產(chǎn)品是“面向?qū)拵P網(wǎng)絡(luò)”的設(shè)計，使用以太網(wǎng)或ATM網(wǎng)絡(luò)作為監(jiān)控架構(gòu)主體，充分考慮了寬帶I P網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)流傳輸?shù)母鞣N特點，使幾百上千個圖象通道在網(wǎng)絡(luò)上平滑傳輸成為可能，達到大范圍、大面積的監(jiān)控覆蓋�！癈RV”已經(jīng)在地鐵、大學(xué)和銀行等得到了成功應(yīng)用，這些應(yīng)用全部基于千兆或百兆以太網(wǎng)。
“CRV”系統(tǒng)采用多點廣播方式，單臺“CRV”服務(wù)器能夠?qū)浊_桌面終端同時發(fā)送單一連續(xù)數(shù)據(jù)流而無時延，達到從未有過的傳送能力。另外，最新版本的I P組播技術(shù)可以讓“CRV”服務(wù)器做到檢測和重發(fā)個別終端用戶未接收到的數(shù)據(jù)包，從而確保每一終端用戶的需求。
相當于4條圖象通道帶寬的端到
端連接
只需相當于l條圖象通道帶寬的多站點連接
圖一、使用“CRV”大大提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率
圖二、使用‘'CRV”達到了大范圍、大面積的圖象監(jiān)控覆蓋
結(jié)束語
安防產(chǎn)業(yè)最佳利用的網(wǎng)絡(luò)當然是局域網(wǎng)，因為它的帶寬寬，特別適合傳輸實時圖象；它可以覆蓋大、中企業(yè)、機場、地鐵、校園等等。局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的界線正在消失�，F(xiàn)在的局域網(wǎng)從傳輸技術(shù)來說很容易推廣到廣域網(wǎng)，幾千公里都可以傳到，可以做一個全球局域網(wǎng)。這樣的話，在不久的將來，各家企業(yè)、政府部門等等可以非常方便地在全國范圍內(nèi)進行多路高清晰度實時數(shù)字圖象的傳輸。
從長遠的應(yīng)用發(fā)展來看，具備將所有的各種應(yīng)用設(shè)備統(tǒng)一規(guī)劃、綜合布線、分級管理的只有寬帶l P網(wǎng)絡(luò)。這樣一種網(wǎng)絡(luò)可以將圖象監(jiān)控、電話、電腦數(shù)據(jù)、v0D點播、因特網(wǎng)服務(wù)、電子公告、各種弱電控制信號(如消防、防盜報警、鍋爐、蓄水池、空調(diào)、電梯等)使用統(tǒng)一的干線連接，并通過路由器、交換機和集線器劃分成各個子網(wǎng)或VLAN，互不干擾。
寬帶I P技術(shù)的發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟的誕生和快速發(fā)展標志著人類正在進入知識社會。安防監(jiān)控行業(yè)的必然發(fā)展一定是從單機型數(shù)字監(jiān)控過渡到網(wǎng)絡(luò)化、區(qū)域化的監(jiān)控系統(tǒng)。對國內(nèi)寬帶網(wǎng)建設(shè)本身來說，目前有一部分往往建成后它的帶寬沒有得到充分利用，大大浪費資源，而圖象傳輸和圖象監(jiān)控也恰恰是寬帶網(wǎng)絡(luò)的最佳應(yīng)用。
