影片伺服器

影片伺服器

影片伺服器(Video Server)是一種對視音頻資料進行壓縮、存儲及處理的專用嵌入式設備,在遠程監控影片等方面都有廣泛的套用。影片伺服器採用MPEG4或MPEG2等壓縮格式,在符合技術指標的情況下對影片資料進行壓縮編碼,以滿足存儲和傳輸的要求

  • 中文名稱
    影片伺服器
  • 外文名稱
    gWEG

綜述

網路影片伺服器是一種壓縮、處理視音頻資料的嵌入式設備,它由視音頻壓縮編 碼器、輸入/輸出通道、網路接口、視音頻接口、RS485/RS232串列接口、協定接口、軟體接口等構成。

影片伺服器影片伺服器

隨著音影片編碼技術的不斷發展和寬頻網路技術的發展,影片傳輸的實現變得更容易和成本更低,使得影片傳輸的需求日益成長。市場上推出滿足網路傳輸網路影片伺服器產品有非常多,同時包括影櫃影音伺服器。本文嘗試用簡單的語言從網路影片伺服器的概念、組成、數位音影片編碼技術、網路技術以及特點等方面,對影片伺服器的進行分析,以方便大家更容易了解網路影片伺服器及對其進行選擇。

概念

網路影片伺服器是一種對音影片資料進行編碼處理並完成網路傳輸的專用設備,從而實現遠程監控的功能。影音伺服器集影音資料整理、歸納、編輯、存儲、收藏于一體,任意復製藍光光碟、DVD、CD,整理成完整的資料資料。

構成

網路監控影片伺服器是一種實現音影片資料編碼、網路傳輸處理的專用設備,它由音影片編碼器、網路接口、音影片接口、RS422/RS485串列接口、RS232串列接口等構成。

音影片壓縮編碼器:由于模擬影片資料量非常大,通過數模轉化後,資料量也很大,故要利用成熟的編碼技術,將影片資料在滿足網路傳輸要求的技術指標下進行高壓縮比的編碼,以滿足傳輸要求。以前的網路影片伺服器一般採用M-JPEG等編碼器,使用者無法實現更高的壓縮碼率,以適合于各種不同的網路環境,隻能通過減低幀率實現效果一般的網路傳輸效果。各公司都已經推出了MPEG4的網路影片伺服器以更能影片網路傳輸的要求。

網路接口:由于以前的模擬產品的組網都主要通過建立昂貴的獨立光纖實現網路傳輸,網路影片伺服器的乙太網接口可以方便地實現IP組網,實現資料傳輸。網路影片伺服器主要採用TCP/IP等協定實現音影片資料、控製資料和狀態檢測信息等資料的網路傳送。

音影片接口:網路影片伺服器帶有標準模擬音影片輸入接口,方便監視各通道的影片信號。網視通採用Dynamic Stream Control技術保證雙向音頻即時傳輸,影片幀率根據頻寬自動調節,網路中斷後自動連線技術。

RS422/RS485串列接口:網路影片伺服器帶有RS422/RS485串列通訊接口,可通過通訊線外接如雲台、快球等各種外設。

網路影片伺服器可配合電腦中控軟體實現大系統組網方案,有的廠家網路影片伺服器提供開放的SDK,供使用者或第三方廠商開發和構建新的套用方式。

編碼技術

數位編碼技術,也就是通常所說的壓縮方式,是影片伺服器的技術核心,也是我們選擇網路影片伺服器的首要考察對象。比較流行的數位壓縮編碼格式有MPEG-4和H.264,某些國外的老方案產品中還有在使用小波壓縮和M-JPEG壓縮。由于本文主要是分析網路影片伺服器,對編碼技術的介紹將盡量簡單,如大家有興趣可以參考其他演算法分析專題。

1.M-JPEG

M-JPEG作為一種數位壓縮格式,從模擬到數位、從錄像機硬碟錄像機,M-JPEG為我們帶來了嶄新的數位化播出手段,它把信號變成了資料,應該來說M-JPEG壓縮技術在影片壓縮的出現過程中具有裏程碑式的意義。M-JPEG是基于幀內、幀獨立的壓縮方式,所以相對于後來出現的MPEG-4、H.264的壓縮方式,它資料量更大,傳輸困難,所以該編碼技術的網路影片伺服器已經基本上不能滿足遠程監控需求,隻能算是曾經的產品。

2.MPEG-4

在MPEG(運動圖像專家組)系列壓縮方式中,MPEG-4技術屬于是碼流與畫質比中較好的一種,所以很多公司都推出了該編碼的產品。採用的幀間壓縮方式,利用幀之間的冗餘信息大大減少壓縮資料量,達到同樣的影片質量MPEG-4所需的碼率隻有M-JPEG的1/30甚至更少。大家一般意義上認為MPEG-4 IBP的壓縮方式已經滿足了網路傳輸的要求,所以也使得網路影片伺服器在普通網路環境中套用成為可能。

3.H.264

聯合影片工作組(JVT,Joint Video Team)在H26L的基礎上提出了H.264編碼技術,它通過增加運算的復雜性降低了碼流的同時提高畫質。H.264的出現為低碼流網路傳輸的實現提供了解決方式,也使得現有頻寬的情況下多路數網路影片伺服器的套用成為可能。

網路技術

網路影片監控伺服器由于具有獨立完成網路傳輸功能,不需要另外設定電腦,故其能實現簡單的IP方式組網,是傳統的模擬監控所無法實現的。每部網路影片伺服器具有網段內唯一IP地址,通過網路連線方便方便對該設備(IP地址)進行控製管理,也即通過IP地址識別、管理、控製該網路影片伺服器所連線的影片源,故其組網隻是簡單的IP網路連線,新增一個設備隻需要增加一個IP地址,極大的方便了原由模擬系統的網路升級改造和其他網路需求情況。

IP組網是網路影片伺服器的特徵,但是由于國內IP地址資源的貧乏,目前國內的經濟性寬頻(ADSL、有線寬頻等)都採用動態IP方式上網,這就使得網路影片伺服器需要解決上網問題,網路影片伺服器基本上都能採用域名方式來支持DDNS(動態IP),如果網路影片伺服器不支持域名解析,則需要額外增加昂貴的網路使用成本。

由于網路影片伺服器的工作可以不需要外置的電腦,故網路影片伺服器能獨立自動上網就很有必要,否則一台網路影片伺服器配置一台電腦來實現撥號則失去了網路影片伺服器的意義。目前國內的網路影片伺服器基本上都能夠實現該功能,如網視通產品專門為國內寬頻情況而設計的ADSL自動撥號技術則非常方便的。

網路影片伺服器的組網方式有諸多優點,結合中央控製管理軟體及伺服器模式可以實現更多的網路套用,由于此處篇幅有關,不再詳細討論,後續我們將會提供專門的網路套用文章。

特點

網路影片伺服器具有傳統設備所不具備的諸多特點,具體表現如下:

(1)將多通道、網路傳輸、錄像與播放等功能簡單集成網路,這點對H264網路型硬碟錄像機而言也很容易實現,但是兩種產品的基本功能不同也導致了其套用場合不同,對于模擬階段及第一代的網路性能不好的設備而言,網路影片伺服器可以提供較低成本的解決方案。

(2)網路影片伺服器通過網路技術,可以在實現隻要能上網的地方就可以流覽畫面,採用配套的解碼器則可以不需要電腦設備直接傳輸到電視牆等方式流覽,極大的節約了遠程監控的成本。

(3)網路影片伺服器的多協定支持,與電腦設備進行完美的結合,形成更大的系統集成網路,完成數位化進程。

網路影片伺服器在目前影片領域中的套用主要是利用網路影片伺服器構建遠程監控系統。基于網路影片伺服器的多通道數位傳播技術具有傳統的基于磁帶錄像機的模擬輸出系統無可比擬的諸多優勢,網路影片伺服器採用開放式軟硬體平台和標準或通用接口協定,系統擴展能力較強,能夠與未來全數位、網路化、系統化、多通道資源共享等體系相銜接。是目前CCTV設備由模擬向數位過渡的最佳方案。而從長遠來看,網路影片伺服器的系統集成有巨大的潛在市場和深遠的發展前景,因為從深層次來看,影片網路化、系統集成不僅僅是影片傳輸的問題,它代表未來影片套用的網路化和信息互動的套用發展趨勢,是一種從內容上更深層次上的互動,具有廣闊的發展潛力,是未來3G、寬頻業務的核心內容之一。因此可以肯定,隨著數位技術和網路技術的不斷發展,網路影片伺服器在影片領域中的套用將有更多的延伸

網眼網路攝像機、網路影片伺服器特點:

(1) 採用先進的技術,且符合國際潮流

(2) 網路化數位化

(3) 高清晰度圖像

(4) 多許可權功能

(5)實用性與即插即看

(6) 多畫面圖像切換、顯示

(7) 遠程報警及聯動控製

(8) 中文介面

(9)設備簡單,便于施工

(10) 遠程系統維護和系統管理

(11) 防黑客攻擊

(12) 防病毒入侵

(13) 良好的可擴容性

(14) 保密性能優越

(15) 能夠自動連線ADSL,拔號上網。

(16) 先進的二級域名解析系統

選購網路影片伺服器要點

在影片圖像監控領域,數位化、網路化、智慧型化已成為一種發展趨勢,數位影片圖像監控系統也逐步進入大規模商業套用階段。和傳統的第一代模擬影片監控系統相比,數位影片圖像監控系統至今已經歷了兩個發展階段:九十年代末期,利用電腦多媒體技術來實現影片圖像的數位化監控,稱為第二代準數位化在地影片監控系統,典型的產品就是數位硬碟錄像機(DVR);二十一世紀初期,以網路為依托,以數位影片處理技術為核心,綜合利用光電感測器、數位化圖像處理、嵌 入式電腦系統、資料傳輸網路、自動控製和人工智慧等技術的一種新型數位監控系統橫空出世,它不僅具有第一代在地數位監控系統所具有的電腦快速處理能力、數位信息抗幹擾能力、便于快速查詢記錄、影片圖像清晰及單機顯示多路圖像等優點,而且依托網路,真正發揮了寬頻網路的優勢,通過IP網路,把監控中心和網路可以到達的任何地方的監控目標組合成一個系統,真正適應了對影片監控系統遠程、即時、集中的需求,這就是第三代全數位化遠程影片監控系統,典型的產品就是網路影片伺服器。

雖然,與傳統的模擬監控系統相比,基于數位硬碟錄像機的準數位化在地影片監控系統不亞于一次飛躍,在此就不贅述了。

網路影片伺服器產品市場雖不至于像數位硬碟錄像機市場那樣五花八門、良莠不齊的現狀,但實際質量、性能差異性還是比較大的。所以,客戶包括安防工程商應該考慮具體的套用環境尤其是網路環境,並從以下幾個產品標準、性能指標、功能完善度進行權衡來做出購買決定。

頻寬需求

這是衡量網路影片伺服器整體性能的重要指標之一。高頻寬意味著網路使用費用的增加,對最終使用者而言,這將動搖他們採用數位監控模式的決心,畢竟經濟性是任何企業單位都不得不考慮的問題。

由于不同的圖像狀態(靜止、正常活動、高速運動)、圖像解析度、傳送圖像幀數,其佔用網路頻寬差異很大,因此許多 網路影片伺服器生產廠家在推薦產品時,總是竭力嘗試模糊這一指標。對此,我們可以設定一種比較統一的圖像狀態,即對于正常活動圖像,圖像解析度達到352*288,幀數為 25幀/秒的情況下,一路影片圖像所佔用的網路頻寬。據我們了解,包括台灣、韓國的相當一部分廠家的產品的頻寬要求在500-600K之間,有的甚至要求 800-900K。

延時性

雖然說,傳輸延時對任何一種網路影片伺服器都是不可避免的,但是不同的網路影片伺服器的延時值不同。延時值高低將直接影響數位監控的效果。試想一下,當監控人員在監控中心通過滑鼠控製前端攝像機雲台時,在五秒鍾內點擊了五次滑鼠,而在第十秒鍾後才在顯示器上看到第一次點擊後的雲台控製效果,那會怎麽樣呢?

由于不同幀速率下傳輸延時不等(同一產品,幀速率越高,傳輸延時越低),為對比統一性,條件設為25幀/秒的情況下。

錄像功能

市場上各種網路影片伺服器在錄像功能上均相當完善,有即時錄像、定時錄像、報警錄像等,報警錄像又可分為移動觸發錄像、手動觸發錄像、外界感測器(比如紅外線探測器)觸發錄像等。

但是,比如手動觸發報警,基本是在事故發生後結束前才啓動,錄像記錄的也隻能是報警觸發後的圖像。對于事件的事後追蹤而言,其記錄資料是不完整的。

目前有少數廠家的 網路影片伺服器已具備報警預觸發錄像功能,能夠儲存報警觸發前數秒鍾至數十秒鍾的圖像信號,這一功能對于使用者事後的報警事件跟蹤判斷具有特別的意義。

電子地圖

對于大型的網路監控套用系統,由于監控點多且分散,客戶端在監控管理上諸多不便,電子地圖功能將大大簡化使用者的功能操作。

網路影片伺服器管理軟體具備電子地圖功能,可自主配置系統監控點示意圖,通過示意圖的方式形象地描繪監控點的系統分布結構,對于項目系統監控點較多的情況下該功能可直觀地顯示各監控點分布狀況信息,並且通過在示意圖上直接點擊選取影片監控點就可以觀看即時監控圖像,極大地方便了使用者的操控。

監控功能

常規的監控管理軟體為實現功能的完整性,操作繁瑣不便,甚至需要專門培訓學習才能熟練掌握。

管理軟體提供了適合于領導或非專業監控管理人員使用的簡單的WEB版監控管理軟體選擇,可以IE網頁形式提供單畫面圖像的監看、錄像、控製等功能,使用者無須安裝專業軟體,在進行監控圖像選擇時無須記憶輸入不同 網路影片伺服器的復雜IP地址,僅需訪問系統的WEB伺服器下載事先設定的監控點名稱等配置信息控制項,滑鼠點擊選擇相關圖像名稱就可以實現監控功能。

傳輸幀數

市場上的網路影片伺服器可支持一路或兩路或四路影片圖像輸入。由于支持的圖像路數越多,對產品技術及處理性能的要求越高,因此多數產品為單路或"準多路"產品。

我們所說的真正的多路網路影片伺服器 ,能夠支持每路輸出25幀/秒的數位影片圖像,是真正的"即時"。而"準多路"產品無論兩路或四路,其輸出的數位影片圖像的總幀數資源為25幀/秒,也就是 多路共享25幀/秒,在圖像處理技術上和單路產品幾乎沒有區別。這一點從價格上可以進行簡單的判別,某些廠家的單路和兩路產品價格僅相差數百元,基本上可以判斷其兩路產品為"準兩路產品"。

演算法標準

網路影片伺服器的壓縮演算法標準不外乎有MJPEG、MPEG-1、MPEG-4三種。

MJPEG壓縮技術標準源于JPEG圖片壓縮技術,是一種簡單的幀內JPEG壓縮,壓縮後圖像清晰度較好。但由于這種方式本身的技術限製,無法作大比例壓縮,資料量較高,錄像每小時1-2G空間,網路傳輸耗費大量的頻寬資源,不大適用于移動物體圖像的壓縮,也不大適用于國內長時間保全錄像的需求。

MPEG-1壓縮技術標準採用前後幀多幀預測的壓縮演算法,具有很大的壓縮彈性,套用最為廣泛,這種演算法技術發展成熟,資料壓縮率相比MJPEG要高,但資料量還是較大,錄像每小時300-400M空間,若用于銀行長時間即時錄像,佔用硬碟空間較大,尤其是網路傳輸佔用頻寬較大,不大實用于影片圖像遠程傳輸。

MPEG-4壓縮技術標準是目前進入實用階段的最為先進的壓縮技術,它利用很窄的頻寬,通過幀重建技術壓縮和傳送圖像,以求以最少的資料獲得最佳的圖像質量。MPEG-4的特點使其更適于互動AV服務以及遠程監控,採用MPEG-4壓縮演算法,圖像壓縮比較高,錄像每小時100-200M空間,圖像清晰度高,網路傳輸佔用頻寬小,能通過各種傳輸方式進行遠程影片圖像傳輸。

影片路數

由于網路影片監控伺服器多用于對多個分散網點的遠程、即時、集中監控,因此,監控中心可以同時監控、錄像的影片路數是衡量遠程集中監控效果的重要指標。

在理論上可同時對無限多個監控位點圖像實施遠程即時監控、錄像。但在實際套用中受監控中心實際網路頻寬的限製,如中心網路頻寬為10M的話,假設每路影片佔用250K,則最多可實現40路影片的錄像,除非降低每路影片頻寬或增加網路頻寬。

監控前端

在基于網路影片伺服器的大型網路影片集中監控系統中,監控中心通常設定了多個監控客戶端,往往存在同一時間段訪問某一個前端監控網點並發出即時監控或錄像調用請求的情況。當監控中心有N個監控客戶端需要同時觀看遠程某一個監控點圖像時(假設一路圖像頻寬佔用為250K),常規模式下外網頻寬佔用為(N*250)K,通常會導致資料堵塞從而影響監控效果,因此常規的網路影片伺服器系統一般隻能支持三、四個客戶端的同時訪問要求。

是否支持在地錄像資料的遠程線上智慧型化檢索、回放和轉錄 針對于多個分散網點的遠程、即時、集中監控系統套用情況,由于公網頻寬資源的稀缺性和有償性,出于經濟方面的考慮,多數使用者會採用ADSL寬頻線路進行遠程數位影片信號的傳輸。電信部門提供的包月ADSL線路頻寬理論值為上行頻寬512K,下行2M,但實際的上行頻寬往往隻有200多K。為充分滿足監控套用需求,實際系統中多採用"中心遠程即時輪巡監控、網點在地即時錄像、中心遠程隨時調看錄像"的功能模式。

對于網點在地錄像資料的遠程調看套用,多數網路影片伺服器軟體還不能提供有效的解決方案,多數由網點在地的工作人員選擇所需的錄像資料檔案並遠程拷貝或E-MAIL給中心監控人員,中心監控人員接收到後再開啟觀看,操作繁瑣費時。

地圖功能

在大型的影片監控系統中,由于監控網點多、分布廣,各個監控點的狀態信息復雜(如部分點設定成報警聯動錄像功能,部分點設定成定時錄像功能,部分點設定成 全即時錄像功能等等),監控中心的工作人員在選擇性監控、錄像、功能設定時將面臨操作復雜繁瑣的問題。電子地圖功能可以提供全系統監控網點分布示意圖,示意圖上可直觀顯示監控點分布狀況以及監控點的預警、報警聯動等狀態信息,使用者可以在示意圖上根據需要自主配置各監控點的功能,並可快捷提取監控點影片圖像。

自動連線

在基于ADSL寬頻線路的網路套用環境下,電信公司提供給使用者的接入方式是動態IP接入方式,即使用者通過虛擬撥號技術動態獲得IP地址來上網的方式:使用者通過在地電腦安裝的撥號程式,驅動ADSL Modem撥號接入INTERNET時,ISP通常會隨機分配給使用者一個公共IP地址,在斷線之前這個IP地址是唯一的,其他使用者可以通過這個IP地址來 訪問該使用者,但是一旦斷線後再次連線時,ISP會重新隨機分配另外一個IP地址給該使用者。

在利用網路影片伺服器 實現遠程影片集中監控套用中,在基于ADSL寬頻線路的網路套用環境下,如何簡便地實現在動態IP地址條件下監控中心對監控前端的即時訪問,仍是困擾諸多工程商、系統集成商以及 網路影片伺服器 生產廠家的難題之一。許多網路影片伺服器 不能提供動態IP接入的解決方案,一旦工程商或使用者利用 網路影片伺服器並通過ADSL來組建遠程監控系統,很可能會導致系統無法實現預期的功能。

撥號功能

常規的ADSL寬頻套用必須通過和ADSL Modem相連的電腦驅動撥接。但是,如果該ADSL僅作遠程監控接入用途,那麽為了一個簡單的ADSL撥號功能而專門在每一個監控前端配置一台電腦,無疑造成使用者設備資源的極大浪費。在上述情況下,是否具備ADSL自動撥號功能將直接影響使用者的投資預算。

進行集成

在某些系統套用情況下,影片監控系統僅僅是整個大型系統的一個套用子系統,如果能將影片監控系統和其它系統進行有機整合,將大大方便使用者的系統操作使用。

發展趨勢

1、圖象:高清晰圖像實 時傳輸,所謂即時就是說要求延時小,高清晰就是要求圖像清晰、色彩豐富不失真。

網路影片伺服器及其拓撲結構圖網路影片伺服器及其拓撲結構圖

2、多使用者訪問:在影片流上載入組播協定,滿足多使用者並發訪問,並不會造成網路堵塞。

3、智慧型影片監控(Intelligent Video):這是更高端的影片監控套用,在網路攝像機或影片伺服器中嵌入智慧型影片模組,對監控畫面進行不間斷分析,過濾掉使用者不關心的信息,提供有用關鍵信息。發現異常情況以最快方式發出警報,最大限度減少誤報和漏報,大大提高報警精度。改變以往由安全工作人員對監控畫面進行監視和分析的模式。

選購須知

1、影片伺服器的畫面質量

這個是遠程影片監控的基本前提,是保證影片伺服器能否實現遠程影片監控、無人值守的基本要素,假設看不清楚監視畫面,那是沒有意義的。市場上一般有兩種畫質CIF和D1的影片伺服器選擇,分別是352*288及704*576的解析度。不考慮其他因素的情況下,當然是D1影片伺服器相當于DVD畫質,是最理想的。但若是考慮頻寬的問題,CIF影片伺服器相當于VCD的畫質,也能滿足一些普通場合的需求。需要註意的是,一定要親眼通過網路看,同樣的D1,有些影片伺服器產品可能會比好的CIF影片伺服器產品效果還差,所以不能以參數為標準,必須眼見為實。

2、影片伺服器的頻寬需求

這個是影片伺服器的指標之一,在同等畫面質量下,佔用頻寬越低,表示該影片伺服器的壓縮率越高,在大規模套用的時候,高壓縮率能讓你的網路使用成本大大下降,所以選擇這樣的產品時,設備費用會相對較高,但後續整體費用則會降低很多。

3、影片伺服器的傳輸延時性

這也是影片伺服器產品的重要指標。因為要保證現場信號的及時性,一般頻寬沒有限製的情況下,要求影片伺服器產品保持在微秒級,就是說,在沒有頻寬的因素下,影片伺服器本身的延時要忽略不計,所以最好在區域網路內,給予充足的頻寬,測試影片伺服器的性能。同時還要考慮在實際情況下,你的影片伺服器要求多少頻寬,否則用了高端影片伺服器產品,卻難以發揮它的作用,就如一部賽車在較差的道路上行駛發揮不出其速度優勢,所以也是沒有意義的。

4、其他常用重點附屬功能。

如:影片伺服器的前端抓圖功能、語音對講功能、在地錄像功能。

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