網(wǎng)絡(luò )高清視頻監控傳輸：如何減少帶寬消耗？

高清視頻監控在帶來(lái)更加清晰、逼真的視覺(jué)效果的同時(shí)，其海量的視頻數據也對網(wǎng)絡(luò )傳輸環(huán)境提出了更大的挑戰。例如，采用標準H.264MainProfile壓縮算法的高清網(wǎng)絡(luò )攝像機，單路視頻要達到1080P全實(shí)時(shí)(30fps)，需要的網(wǎng)絡(luò )帶寬至少要在4Mbsp以上，對于一個(gè)監控點(diǎn)在20個(gè)以上的大型監控項目來(lái)講，這樣的系統需要的網(wǎng)絡(luò )帶寬則約為80Mbsp。而在實(shí)際應用中，目前國內部分應用環(huán)境的網(wǎng)絡(luò )帶寬仍無(wú)法滿(mǎn)足這一要求，并且網(wǎng)絡(luò )的穩定性也不夠，這些使得高清視頻監控系統在網(wǎng)絡(luò )傳輸環(huán)節上存在著(zhù)巨大的安全隱患，具體來(lái)講，視頻流暢度以及帶寬負載是網(wǎng)絡(luò )高清監控技術(shù)在傳輸環(huán)節上面臨的主要困擾。

對此，現階段監控廠(chǎng)商主要是從產(chǎn)品和系統設計出發(fā)，加強其對網(wǎng)絡(luò )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。在系統平臺方面，大部分廠(chǎng)商采用的思路是在平臺設計時(shí)盡量減少分發(fā)，優(yōu)化路徑，減少中間環(huán)節，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)、提高前端攝像機對圖像的處理能力，以及規劃網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量(QoS)更高的傳輸系統，是目前眾多廠(chǎng)商主要的開(kāi)發(fā)策略。

高清網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統帶寬占用情況

優(yōu)化視頻壓縮標準

為了緩解海量視頻流對網(wǎng)絡(luò )帶寬提出的高品質(zhì)要求，雙碼流技術(shù)是許多廠(chǎng)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(lái)進(jìn)行數據傳輸。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(chǎng)商開(kāi)始運用更為優(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 )攝像機基于H.264 High profile高壓縮編解碼算法，實(shí)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(yōu)化視頻壓縮技術(shù)的基礎之上，一些廠(chǎng)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 )攝像機芯片(SoC)上，運用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的問(wèn)題。同時(shí)，支持感興趣區域(ROI)編碼技術(shù)也成為了廠(chǎng)商們紛紛開(kāi)發(fā)的一項重要功能，它在視頻編碼時(shí)把感興趣的區域編得更細膩，其余部份則可適當降低品質(zhì)，因而也減少了視頻傳輸時(shí)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(jìn)技術(shù)的相關(guān)網(wǎng)絡(luò )高清攝像機系列產(chǎn)品。

目前，H.264視頻壓縮標準仍然是監控市場(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數字視音頻編解碼技術(shù)標準在最近一段時(shí)期加大了市場(chǎng)推廣的力度。雖然現階段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(mǎn)足不同傳輸網(wǎng)絡(luò )帶寬和數據存儲環(huán)境的需求，大幅節省帶寬;支持感興趣區域(ROI)變量編碼，在網(wǎng)絡(luò )帶寬存儲空間有限的情況下，提供更符合監控需要的高質(zhì)量視頻編碼等等，這些都將有助于提升網(wǎng)絡(luò )高清視頻監控系統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(luò )傳輸的負荷，也是目前一些廠(chǎng)商的主要做法。如：采用E-PTZ電子云臺實(shí)現局部倍數放大功能，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 )攝像機芯片(SoC)為例，其采用運動(dòng)補償時(shí)間濾波技術(shù)(MCTF)用于降低噪聲，該算法分析每一幀數據中每個(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 )浪費在對噪聲的編碼上，提高了網(wǎng)絡(luò )傳輸的品質(zhì)。

通過(guò)智能分析技術(shù)來(lái)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的帶寬消耗。例如，網(wǎng)絡(luò )攝像機內置動(dòng)態(tài)偵測、越線(xiàn)檢測、面部識別、語(yǔ)音對話(huà)等智能分析模塊，結合動(dòng)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值，且提供高品質(zhì)的視頻源，并進(jìn)行存儲，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 )運行環(huán)境的高可靠性和高安全性是用戶(hù)普遍關(guān)注的另一大焦點(diǎn)。隨著(zhù)一些網(wǎng)絡(luò )高清監控系統在規模和監控點(diǎn)數量上的不斷增加，對網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量(QoS)也提出了更高的要求，特別是對于安防這類(lèi)對視頻資料安全度要求較高的應用來(lái)說(shuō)。為此，部分具有IT背景的廠(chǎng)商引入了大量的IT技術(shù)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品和系統的設計。

例如，華為采用視頻專(zhuān)利網(wǎng)傳技術(shù)(包括FEC超強糾錯、IRC智能調速、ROD斷線(xiàn)保護、ARQ丟包重傳等)，使系統具有較強的網(wǎng)絡(luò )糾錯能力，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 )攝像機可實(shí)時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò )狀況，自動(dòng)啟動(dòng)抗丟包策略;當異常斷網(wǎng)時(shí)可啟動(dòng)本地存儲(如SD卡等)，網(wǎng)絡(luò )恢復后則自動(dòng)回傳，不丟失數據。

另外，廣州睿捷(Ragile)網(wǎng)絡(luò )科技有限公司提供的網(wǎng)絡(luò )監控方案一方面采用流媒體服務(wù)器負責轉發(fā)和并發(fā)數據，使得DVR帶寬不被重復占用;另一方面，在服務(wù)器數據處理上則實(shí)現了負載均衡，解決了最大量突發(fā)訪(fǎng)問(wèn)所引起的網(wǎng)絡(luò )超負荷問(wèn)題，且運用N+M冗余最大可支持M臺設備離線(xiàn)，心跳偵測功能可激活備用機，實(shí)現短時(shí)間切換，從而維持系統的穩定運行。

對于網(wǎng)絡(luò )傳輸的安全性，也有廠(chǎng)商建議可采用更安全的認證機制如802.1x等，并利用各類(lèi)隔離設備來(lái)做隔離，或是采用視頻專(zhuān)網(wǎng)分級管理的模式。