前言
近年來，在安防圖象監(jiān)控領域中出現(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)字視頻產品取代傳統(tǒng)的模擬產品已成為監(jiān)控行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。同時，隨著網絡化的發(fā)展，特別是寬帶網絡的建設，對安防圖象監(jiān)控產品也提出了越來越高的網絡化要求。目前有許多硬盤錄象機也有一些網絡接口，如ADSL或LAN接口等，但是整個設計還是基于單機功能的。市場呼喚面向寬帶IP網絡設計的圖象監(jiān)控產品，也就是真正意義上的“MPEGover IP／以太網／ATM”，使基于MPEG技術壓縮的數(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(如百兆或千兆以太網)上達到幾百臺同時傳送到幾百臺的水準，在寬帶網上平滑、通暢、穩(wěn)定地運行。
寬帶網對圖象傳輸?shù)囊?
最常見的寬帶計算機網絡是以太網和ATM網絡。IP協(xié)議都可在以太網或ATM網絡上運行。以太網特別適合于IP網。絕大多數(shù)的LAN(局域網)現(xiàn)在幾乎都是以太網，以太網已經達到了前所未有的普及。在美國，95％以上的政府機關、企業(yè)和校園甚至家庭等都建有以太網，中國目前也把以太網從大學校園建到了中小學的校園、建到了住宅小區(qū)(“寬帶小區(qū)”，每戶帶有10M以太網接口)和大廈。隨著以太網交換機和網卡價格的下跌，以太網必將迅速在國內全面普及。另一方面，以太網的應用也從原來的局域網走進了城域和接入網。由于千兆以太網的出現(xiàn)，使以太網在城域網甚至主干網的應用成為可能；由于EPON(以太網無源光網絡)的研究，使以太網進入家庭成為不久將來要實現(xiàn)的目標。以太網加上I P協(xié)議極有可能成為今后網絡的一統(tǒng)天下�？傊矛F(xiàn)已建成的以太網，在上面?zhèn)鬏攬D象和其他控制信號，實現(xiàn)真正的網絡化安防圖象監(jiān)控，是一個經濟實用、面向未來的解決方法，也是安防行業(yè)與三網合一、統(tǒng)一在lP之下的必經之路。
以前人們很難把以太網和圖象應用結合起來。傳統(tǒng)的、共享10Mbps帶寬的以太網當然不能滿足圖象傳輸?shù)囊�，但交換式以太網的出現(xiàn)和速率的提高，加上圖象壓縮技術的完善．已經把以太網技術和圖象應用緊密聯(lián)系在一起，但是圖象在以太網上的傳輸，有許多方面的高性能需求．對網絡、對終端設備都以網絡性能特征來表示。下面列舉如下：
一．吞吐需求
圖象對網絡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)據包之后，由相當多的長短不一的突變數(shù)據包組成，對網絡來講必須有充足可用的傳輸帶寬來完成圖象信息的傳送。在網絡擁塞時，有效帶寬的不足常常導致端到端延遲的增加以及分組的丟失。這意味著網絡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(服務器／客戶機)具備對圖象帶寬自動適應網絡帶寬的要求，使網絡不出現(xiàn)擁塞，保持平穩(wěn)的數(shù)據傳輸。
(2)大存儲帶寬的需求
在吞吐量大的網絡中，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)據輸入速率保持足夠大，以便容納從網絡不斷傳來的數(shù)據流。這種數(shù)據流的速率有時被看作緩沖區(qū)存儲帶寬。
(3) 流量需求
網絡有足夠的吞吐能力來確保信道的實時傳輸有效性，而圖象服務器的流量必須做到對網絡吞吐的可適應性。
二．可靠性需求
由于圖象傳輸在一定程度上是允許傳輸網絡存在錯誤的，所以要精確地量化表示網絡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。使用專門的網絡協(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。并且要求所有連在網絡上的圖象服務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)據流以基本相同的速率經網絡同時抵達終端系統(tǒng)，那么則稱這種端到端連接是同步的。
關鍵是面向寬帶I P網絡設計
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：設計非常緊湊小巧，包括目前“網絡攝象機”也是這一類，可以經過設置IP地址連到因特網上。
3．嵌入式帶硬盤類：樣子做成與家電產品(如DVD播放機等)一樣，直接在面板上設有錄象、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。
上述三大類產品是隨著最近幾年圖象壓縮技術的發(fā)展而應運而生的產品，目前在中國市場占主導地位。產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)展的寬帶網絡建設同步。它們雖然“具備網絡連接”功能，但是僅僅帶有網絡接口，主要的功能是把壓縮后的圖象通過網絡(有的通過TCP／IP)傳到另一端，使另一端可以看到。而真正用在寬帶網上的產品，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)圖象服務器，每一臺服務器接有多個攝象頭，使另一端(客戶端)可以接收所有這些圖象通道；或者一臺圖象服務器，可以有大量終端(客戶端)同時觀看。
2．所有連在網絡上的圖象通道，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．往往是用廣域網把兩個局域網互連，這時如在一個局域網中連入大量圖象通道，傳到另一個局域網時，圖象服務器需有內置路由功能；
4．圖象占有大量帶寬，為了不影響網絡的正常運行，必須加有網絡流量控制和速率分類，如OBR或VBR。
5．整個網絡必須有十分完善的網絡管理功能，能對每一條圖象通道分別進行參數(shù)調整和實時控制。
6．對圖象錄象不但可錄制在設有權限的客戶端，而且可以集中設置在一個專用的錄象文件服務器里，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，必須考慮網絡的QoS。
8．在雙向、多向、定向傳輸?shù)幕A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。
9．保證網絡的安全性、可靠性、穩(wěn)定性。
圖象網絡化的關鍵技術
TOP／IP協(xié)議最初是為提供非實時數(shù)據業(yè)務而設計的。為了使lP網絡同時支持非實時和實時的數(shù)據信息，l ETF(因特網工程任務組)規(guī)定了一個ISA(綜合業(yè)務結構)。IsA通過定義一系列的技術和協(xié)議來確保IP網絡上的QoS(業(yè)務質量)要求。IETF還公布了IPv6，其主要內容是把lP地址從32位擴展到128位，具有動態(tài)分配網絡地址和指定實時業(yè)務的功能，并引入分級業(yè)務量流的概念，同時增加了數(shù)字認證和加密功能，增強了安全性能。圖象網絡化的關鍵技術包括專門的網絡協(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計的傳輸層協(xié)議，為應用進程之間提供了實時信息通信的能力。RTP被設計成在多站點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負責監(jiān)視網絡服務質量、通信帶寬以及網上傳送的信息，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)送端根據此信息進行調整發(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網絡基礎上，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量的圖象。
DiffServ(區(qū)分服務)的多點廣播：
區(qū)分服務是針對不同應用給以分類服務提供的一種簡單的方法，目前定義兩種每跳行為標準(PHB)來代表兩種服務水平：迅速轉發(fā)(EF)和確保轉發(fā)(AF)。
區(qū)分服務假設在捌有共同邊界的網絡之問有服務水平協(xié)議SLA。SLA確定了策略原則，制定數(shù)據流規(guī)劃，在輸出點按照SLA對數(shù)據流執(zhí)行策略和平滑。
QoS的實現(xiàn)策略： ．
要保證IP網絡的QoS(業(yè)務質量)，需要策略來決定哪種流應該得到哪種服務，為此還需要對用戶進行認證。對整個網絡而言，實時圖象傳輸需保持一定的傳輸優(yōu)先，在應用時按規(guī)則及執(zhí)行規(guī)則的策略進行“裁決”決策，這是QoS網絡在傳統(tǒng)的I P網絡中，從一臺服務器發(fā)送出的每個數(shù)據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器調看圖象，而圖象服務器必須向每個用戶發(fā)送他們要求的圖象數(shù)據包拷貝。這種巨大冗余的代價是圖象服務器負擔過重，對整個網絡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。l P組播技術允許路由器一次將數(shù)據包復制到幾個通道上，也就是說，采用組播技術，一個服務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)據拷貝，從而大大減少引起網絡阻塞的可能性。
基于寬帶l P網的圖象監(jiān)控系統(tǒng)“CRV”
“CRV”就是基于寬帶IP網絡的監(jiān)控系統(tǒng)，該產品精心考慮了寬帶lP網絡的各種特點和要求，采用了專門的網絡協(xié)議和控制。“CRV”具有獨立的網絡I P地址、網關、子網掩碼，本身具有數(shù)據壓縮功能，支持報警數(shù)據的接入與傳輸，支持云臺的網絡控制。該產品是“面向寬帶IP網絡”的設計，使用以太網或ATM網絡作為監(jiān)控架構主體，充分考慮了寬帶I P網絡上數(shù)據流傳輸?shù)母鞣N特點，使幾百上千個圖象通道在網絡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”已經在地鐵、大學和銀行等得到了成功應用，這些應用全部基于千兆或百兆以太網。
“CRV”系統(tǒng)采用多點廣播方式，單臺“CRV”服務器能夠對幾千臺桌面終端同時發(fā)送單一連續(xù)數(shù)據流而無時延，達到從未有過的傳送能力。另外，最新版本的I P組播技術可以讓“CRV”服務器做到檢測和重發(fā)個別終端用戶未接收到的數(shù)據包，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”大大提高了網絡資源的利用率
圖二、使用‘'CRV”達到了大范圍、大面積的圖象監(jiān)控覆蓋
結束語
安防產業(yè)最佳利用的網絡當然是局域網，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、城域網和廣域網的界線正在消失。現(xiàn)在的局域網從傳輸技術來說很容易推廣到廣域網，幾千公里都可以傳到，可以做一個全球局域網。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進行多路高清晰度實時數(shù)字圖象的傳輸。
從長遠的應用發(fā)展來看，具備將所有的各種應用設備統(tǒng)一規(guī)劃、綜合布線、分級管理的只有寬帶l P網絡。這樣一種網絡可以將圖象監(jiān)控、電話、電腦數(shù)據、v0D點播、因特網服務、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、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或VLAN，互不干擾。
寬帶I P技術的發(fā)展為網絡經濟的發(fā)展提供了基礎。網絡經濟的誕生和快速發(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)控過渡到網絡化、區(qū)域化的監(jiān)控系統(tǒng)。對國內寬帶網建設本身來說，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)控也恰恰是寬帶網絡的最佳應用。
