網(wǎng)絡高清視頻監(jiān)控傳輸：如何減少帶寬消耗？

高清視頻監(jiān)控在帶來更加清晰、逼真的視覺效果的同時，其海量的視頻數(shù)據(jù)也對網(wǎng)絡傳輸環(huán)境提出了更大的挑戰(zhàn)。例如，采用標準H.264MainProfile壓縮算法的高清網(wǎng)絡攝像機，單路視頻要達到1080P全實時(30fps)，需要的網(wǎng)絡帶寬至少要在4Mbsp以上，對于一個監(jiān)控點在20個以上的大型監(jiān)控項目來講，這樣的系統(tǒng)需要的網(wǎng)絡帶寬則約為80Mbsp。而在實際應用中，目前國內(nèi)部分應用環(huán)境的網(wǎng)絡帶寬仍無法滿足這一要求，并且網(wǎng)絡的穩(wěn)定性也不夠，這些使得高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)在網(wǎng)絡傳輸環(huán)節(jié)上存在著巨大的安全隱患，具體來講，視頻流暢度以及帶寬負載是網(wǎng)絡高清監(jiān)控技術(shù)在傳輸環(huán)節(jié)上面臨的主要困擾。

對此，現(xiàn)階段監(jiān)控廠商主要是從產(chǎn)品和系統(tǒng)設計出發(fā)，加強其對網(wǎng)絡環(huán)境的適應能力，力爭盡可能地減少對帶寬的消耗，以保證高清視頻的傳輸安全。在系統(tǒng)平臺方面，大部分廠商采用的思路是在平臺設計時盡量減少分發(fā)，優(yōu)化路徑，減少中間環(huán)節(jié)，以降低時延，確保視頻的流暢度。另一方面，在產(chǎn)品開發(fā)上，采用更為優(yōu)化的高畫質(zhì)視頻壓縮技術(shù)、提高前端攝像機對圖像的處理能力，以及規(guī)劃網(wǎng)絡服務質(zhì)量(QoS)更高的傳輸系統(tǒng)，是目前眾多廠商主要的開發(fā)策略。

高清網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶寬占用情況

優(yōu)化視頻壓縮標準

為了緩解海量視頻流對網(wǎng)絡帶寬提出的高品質(zhì)要求，雙碼流技術(shù)是許多廠商常用的一種方法，即針對不同的應用需求，分別選擇不同的視頻壓縮技術(shù)、不同的比特率來進行數(shù)據(jù)傳輸。而實際上，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，因此部分廠商開始運用更為優(yōu)化的、高畫質(zhì)H.264High Profile視頻壓縮技術(shù)，使得相同質(zhì)量的高清視頻流對帶寬的占用量大幅下降。例如，華為系列高清網(wǎng)絡攝像機基于H.264 High profile高壓縮編解碼算法，實現(xiàn)了高壓縮比、碼流控制準確穩(wěn)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(yōu)化視頻壓縮技術(shù)的基礎之上，一些廠商還進一步提高了產(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)絡攝像機芯片(SoC)上，運用CBR/VBR/ABR混合碼率控制技術(shù)，可自動判定網(wǎng)路帶寬的條件與變化，動態(tài)選擇傳輸速率，更為有效地解決了帶寬傳輸?shù)膯栴}。同時，支持感興趣區(qū)域(ROI)編碼技術(shù)也成為了廠商們紛紛開發(fā)的一項重要功能，它在視頻編碼時把感興趣的區(qū)域編得更細膩，其余部份則可適當降低品質(zhì)，因而也減少了視頻傳輸時對帶寬需求的壓力。目前松下、三星均已推出了采用這些先進技術(shù)的相關網(wǎng)絡高清攝像機系列產(chǎn)品。

目前，H.264視頻壓縮標準仍然是監(jiān)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(shù)字視音頻編解碼技術(shù)標準在最近一段時期加大了市場推廣的力度。雖然現(xiàn)階段SVAC還不是強制標準，但其應用優(yōu)勢同樣不容忽視，如：它可支持可伸縮視頻編碼(SVC)，滿足不同傳輸網(wǎng)絡帶寬和數(shù)據(jù)存儲環(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)絡帶寬存儲空間有限的情況下，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)絡高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)在傳輸上的適應能力。

提升圖像處理能力

增強前端攝像機對視頻或圖形的處理能力，盡可能地減少對網(wǎng)絡傳輸?shù)呢摵?，也是目前一些廠商的主要做法。如：采用E-PTZ電子云臺實現(xiàn)局部倍數(shù)放大功能，以降低光學放大所需的較大帶寬;3D降噪技術(shù);重點區(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)絡攝像機芯片(SoC)為例，其采用運動補償時間濾波技術(shù)(MCTF)用于降低噪聲，該算法分析每一幀數(shù)據(jù)中每個像素的時空域信息，進而能夠有效過濾靜態(tài)和動態(tài)噪聲，經(jīng)過過濾的畫面不僅更加清晰，而且有助于提高圖像壓縮率——即有限的帶寬不會浪費在對噪聲的編碼上，提高了網(wǎng)絡傳輸?shù)钠焚|(zhì)。

通過智能分析技術(shù)來觸發(fā)傳輸、存儲的方式，也可以大量減少前端圖像向中心傳輸?shù)膸捪?。例如，網(wǎng)絡攝像機內(nèi)置動態(tài)偵測、越線檢測、面部識別、語音對話等智能分析模塊，結(jié)合動態(tài)自適應視頻流控制技術(shù)，在正常情況下，視頻播放速率可以設置為較低數(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，并進行存儲，這種方式可同時在錄制過程中確保影像品質(zhì)及提高帶寬使用率。

確保網(wǎng)絡傳輸安全性

網(wǎng)絡運行環(huán)境的高可靠性和高安全性是用戶普遍關注的另一大焦點。隨著一些網(wǎng)絡高清監(jiān)控系統(tǒng)在規(guī)模和監(jiān)控點數(shù)量上的不斷增加，對網(wǎng)絡服務質(zhì)量(QoS)也提出了更高的要求，特別是對于安防這類對視頻資料安全度要求較高的應用來說。為此，部分具有IT背景的廠商引入了大量的IT技術(shù)來進行產(chǎn)品和系統(tǒng)的設計。

例如，華為采用視頻專利網(wǎng)傳技術(shù)(包括FEC超強糾錯、IRC智能調(diào)速、ROD斷線保護、ARQ丟包重傳等)，使系統(tǒng)具有較強的網(wǎng)絡糾錯能力，能允許5%的網(wǎng)絡丟包率，而圖像質(zhì)量仍無影響;同時，網(wǎng)絡攝像機可實時檢測網(wǎng)絡狀況，自動啟動抗丟包策略;當異常斷網(wǎng)時可啟動本地存儲(如SD卡等)，網(wǎng)絡恢復后則自動回傳，不丟失數(shù)據(jù)。

另外，廣州睿捷(Ragile)網(wǎng)絡科技有限公司提供的網(wǎng)絡監(jiān)控方案一方面采用流媒體服務器負責轉(zhuǎn)發(fā)和并發(fā)數(shù)據(jù)，使得DVR帶寬不被重復占用;另一方面，在服務器數(shù)據(jù)處理上則實現(xiàn)了負載均衡，解決了最大量突發(fā)訪問所引起的網(wǎng)絡超負荷問題，且運用N+M冗余最大可支持M臺設備離線，心跳偵測功能可激活備用機，實現(xiàn)短時間切換，從而維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

對于網(wǎng)絡傳輸?shù)陌踩裕灿袕S商建議可采用更安全的認證機制如802.1x等，并利用各類隔離設備來做隔離，或是采用視頻專網(wǎng)分級管理的模式。