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视频服务器

视频服务器(Video Server)是一种对视音频数据进行压缩、存储及处理的专用嵌入式设备,在远程监控及视频等方面都有广泛的应用。视频服务器采用MPEG4或MPEG2等压缩格式,在符合技术指标的情况下对视频数据进行压缩编码,以满足存储和传输的要求。

网络视频服务器是一种压缩、处理视音频数据的嵌入式设备,它由视音频压缩编 码器、输入/输出通道、网络接口、视音频接口、RS485/RS232串行接口、协议接口、软件接口等构成。

随着音视频编码技术的不断发展和宽带网络技术的发展,视频传输的实现变得更容易和成本更低,使得视频传输的需求日益增长。市场上推出满足网络传输的网络视频服务器产品有非常多,同时包括影柜、影音服务器。本文尝试用简单的语言从网络视频服务器的概念、组成、数字音视频编码技术、网络技术以及特点等方面,对视频服务器的进行分析,以方便大家更容易了解网络视频服务器及对其进行选择。

网络视频服务器是一种对音视频数据进行编码处理并完成网络传输的专用设备,从而实现远程监控的功能。影音服务器集影音资料整理、归纳、编辑、存储、收藏于一体,任意复制蓝光光盘、DVD、CD,整理成完整的数据资料。 [1]

网络监控视频服务器是一种实现音视频数据编码、网络传输处理的专用设备,它由音视频编码器、网络接口、音视频接口、RS422/RS485串行接口、RS232串行接口等构成。

音视频压缩编码器:由于模拟视频数据量非常大,通过数模转化后,数据量也很大,故要利用成熟的编码技术,将视频数据在满足网络传输要求的技术指标下进行高压缩比的编码,以满足传输要求。以前的网络视频服务器一般采用MJPEG等编码器,用户无法实现更高的压缩码率,以适合于各种不同的网络环境,只能通过减低帧率实现效果一般的网络传输效果。各公司都已经推出了MPEG4的网络视频服务器以更能视频网络传输的要求。

网络接口:由于以前的模拟产品的组网都主要通过建立昂贵的独立光纤实现网络传输,网络视频服务器的以太网接口可以方便地实现IP组网,实现数据传输。网络视频服务器主要采用TCP/IP等协议实现音视频数据、控制数据和状态检测信息等数据的网络传送。

音视频接口:网络视频服务器带有标准模拟音视频输入接口,方便监视各通道的视频信号。网视通采用Dynamic Stream Control技术保证双向音频实时传输,视频帧率根据带宽自动调节,网络中断后自动连接技术。

RS422/RS485串行接口:网络视频服务器带有RS422/RS485串行通讯接口,可通过通讯线外接如云台、快球等各种外设。

网络视频服务器可配合计算机中控软件实现大系统组网方案,有的厂家网络视频服务器提供开放的SDK,供用户或第三方厂商开发和构建新的应用方式。

数字编码技术,也就是通常所说的压缩方式,是视频服务器的技术核心,也是我们选择网络视频服务器的首要考察对象。比较流行的数字压缩编码格式有MPEG-4和H.264,某些国外的老方案产品中还有在使用小波压缩和M-JPEG压缩。由于本文主要是分析网络视频服务器,对编码技术的介绍将尽量简单,如大家有兴趣可以参考其他算法分析专题。

1.M-JPEG

M-JPEG作为一种数字压缩格式,从模拟到数字、从录像机到硬盘录像机,M-JPEG为我们带来了崭新的数字化播出手段,它把信号变成了数据,应该来说M-JPEG压缩技术在视频压缩的出现过程中具有里程碑式的意义。M-JPEG是基于帧内、帧独立的压缩方式,所以相对于后来出现的MPEG-4、H.264的压缩方式,它数据量更大,传输困难,所以该编码技术的网络视频服务器已经基本上不能满足远程监控需求,只能算是曾经的产品。

2.MPEG-4

在MPEG(运动图像专家组)系列压缩方式中,MPEG-4技术属于是码流与画质比中较好的一种,所以很多公司都推出了该编码的产品。采用的帧间压缩方式,利用帧之间的冗余信息大大减少压缩数据量,达到同样的视频质量MPEG-4所需的码率只有M-JPEG的1/30甚至更少。大家一般意义上认为MPEG-4 IBP的压缩方式已经满足了网络传输的要求,所以也使得网络视频服务器在普通网络环境中应用成为可能。

3.H.264

联合视频工作组(JVT,Joint Video Team)在H26L的基础上提出了H.264编码技术,它通过增加运算的复杂性降低了码流的同时提高画质。H.264的出现为低码流网络传输的实现提供了解决方式,也使得现有带宽的情况下多路数网络视频服务器的应用成为可能。

网络视频监控服务器由于具有独立完成网络传输功能,不需要另外设置计算机,故其能实现简单的IP方式组网,是传统的模拟监控所无法实现的。每部网络视频服务器具有网段内IP地址,通过网络连接方便方便对该设备(IP地址)进行控制管理,也即通过IP地址识别、管理、控制该网络视频服务器所连接的视频源,故其组网只是简单的IP网络连接,新增一个设备只需要增加一个IP地址,极大的方便了原由模拟系统的网络升级改造和其他网络需求情况。

IP组网是网络视频服务器的特性,但是由于国内IP地址资源的贫乏,国内的经济性宽带(ADSL、有线宽带等)都采用动态IP方式上网,这就使得网络视频服务器需要解决上网问题,网络视频服务器基本上都能采用域名方式来支持DDNS(动态IP),如果网络视频服务器不支持域名解析,则需要额外增加昂贵的网络使用成本。

由于网络视频服务器的工作可以不需要外置的计算机,故网络视频服务器能独立自动上网就很有必要,否则一台网络视频服务器配置一台计算机来实现拨号则失去了网络视频服务器的意义。国内的网络视频服务器基本上都能够实现该功能,如网视通产品专门为国内宽带情况而设计的ADSL自动拨号技术则非常方便的。

网络视频服务器的组网方式有诸多优点,结合中央控制管理软件及服务器模式可以实现更多的网络应用,由于此处篇幅有关,不再详细讨论,后续我们将会提供专门的网络应用文章。

网络视频服务器具有传统设备所不具备的诸多特点,具体表现如下:

(1)将多通道、网络传输、录像与播放等功能简单集成网络,这点对H264网络型硬盘录像机而言也很容易实现,但是两种产品的基本功能不同也导致了其应用场合不同,对于模拟阶段及第一代的网络性能不好的设备而言,网络视频服务器可以提供较低成本的解决方案。

(2)网络视频服务器通过网络技术,可以在实现只要能上网的地方就可以浏览画面,采用配套的解码器则可以不需要计算机设备直接传输到电视墙等方式浏览,极大的节约了远程监控的成本。

(3)网络视频服务器的多协议支持,与计算机设备进行结合,形成更大的系统集成网络,完成数字化进程。

网络视频服务器在视频领域中的应用主要是利用网络视频服务器构建远程监控系统。基于网络视频服务器的多通道数字传播技术具有传统的基于磁带录像机的模拟输出系统无可比拟的诸多优势,网络视频服务器采用开放式软硬件平台和标准或通用接口协议,系统扩展能力较强,能够与未来全数字、网络化、系统化、多通道资源共享等体系相衔接。是CCTV设备由模拟向数字过渡的最佳方案。而从长远来看,网络视频服务器的系统集成有巨大的潜在市场和深远的发展前景,因为从深层次来看,视频网络化、系统集成不仅仅是视频传输的问题,它代表未来视频应用的网络化和信息交互的应用发展趋势,是一种从内容上更深层次上的互动,具有广阔的发展潜力,是未来3G、宽带业务的核心内容之一。因此可以肯定,随着数字技术和网络技术的不断发展,网络视频服务器在视频领域中的应用将有更多的延伸

网眼网络摄像机、网络视频服务器特点:

(1) 采用先进的技术,且符合国际潮流

(2) 网络化、数字化

(3) 高清晰度图像

(4) 多权限功能

(5)实用性与即插即看

(6) 多画面图像切换、显示

(7) 远程报警及联动控制

(8) 中文界面

(9)设备简单,便于施工

(10) 远程系统维护和系统管理

(11) 防黑客攻击

(12) 防病毒入侵

(13) 良好的可扩容性

(14) 保密性能优越

(15) 能够自动连接ADSL,拔号上网。

(16) 先进的二级域名解析系统

选购网络视频服务器要点

在视频图像监控领域,数字化、网络化、智能化已成为一种发展趋势,数字视频图像监控系统也逐步进入大规模商业应用阶段。和传统的第一代模拟视频监控系统相比,数字视频图像监控系统已经历了两个发展阶段:九十年代末期,利用计算机多媒体技术来实现视频图像的数字化监控,称为第二代准数字化本地视频监控系统,典型的产品就是数字硬盘录像机(DVR);二十一世纪初期,以网络为依托,以数字视频处理技术为核心,综合利用光电传感器、数字化图像处理、嵌 入式计算机系统、数据传输网络、自动控制和人工智能等技术的一种新型数字监控系统横空出世,它不仅具有第一代本地数字监控系统所具有的计算机快速处理能力、数字信息抗干扰能力、便于快速查询记录、视频图像清晰及单机显示多路图像等优点,而且依托网络,真正发挥了宽带网络的优势,通过IP网络,把监控中心和网络可以到达的任何地方的监控目标组合成一个系统,真正适应了对视频监控系统远程、实时、集中的需求,这就是第三代全数字化远程视频监控系统,典型的产品就是网络视频服务器。

虽然,与传统的模拟监控系统相比,基于数字硬盘录像机的准数字化本地视频监控系统不亚于一次飞跃,在此就不赘述了。

网络视频服务器产品市场虽不至于像数字硬盘录像机市场那样五花八门、良莠不齐的现状,但实际质量、性能差异性还是比较大的。所以,客户包括安防工程商应该考虑具体的应用环境尤其是网络环境,并从以下几个产品标准、性能指标、功能完善度进行权衡来做出购买决定。 [2]

这是衡量网络视频服务器总体性能的重要指标之一。高带宽意味着网络使用费用的增加,对最终用户而言,这将动摇他们采用数字监控模式的决心,毕竟经济性是任何企业单位都不得不考虑的问题。

由于不同的图像状态(静止、正常活动、高速运动)、图像分辨率、传送图像帧数,其占用网络带宽差异很大,因此许多 网络视频服务器生产厂家在推荐产品时,总是竭力试图模糊这一指标。对此,我们可以设置一种比较统一的图像状态,即对于正常活动图像,图像分辨率达到352*288,帧数为 25帧/秒的情况下,一路视频图像所占用的网络带宽。据我们了解,包括台湾、韩国的相当一部分厂家的产品的带宽要求在500-600K之间,有的甚至要求 800-900K。

虽然说,传输延时对任何一种网络视频服务器都是不可避免的,但是不同的网络视频服务器的延时值不同。延时值高低将直接影响数字监控的效果。试想一下,当监控人员在监控中心通过鼠标控制前端摄像机云台时,在五秒钟内点击了五次鼠标,而在第十秒钟后才在显示器上看到第一次点击后的云台控制效果,那会怎么样呢?

由于不同帧速率下传输延时不等(同一产品,帧速率越高,传输延时越低),为对比统一性,条件设为25帧/秒的情况下。

市场上各种网络视频服务器在录像功能上均相当完善,有实时录像、定时录像、报警录像等,报警录像又可分为移动触发录像、手动触发录像、外界传感器(比如红外线探测器)触发录像等。

但是,比如手动触发报警,基本是在事故发生后结束前才启动,录像记录的也只能是报警触发后的图像。对于事件的事后追踪而言,其记录资料是不完整的。

有少数厂家的 网络视频服务器已具备报警预触发录像功能,能够保存报警触发前数秒钟至数十秒钟的图像信号,这一功能对于用户事后的报警事件跟踪判断具有特别的意义。

对于大型的网络监控应用系统,由于监控点多且分散,客户端在监控管理上诸多不便,电子地图功能将大大简化用户的功能操作。

网络视频服务器管理软件具备电子地图功能,可自主配置系统监控点示意图,通过示意图的方式形象地描绘监控点的系统分布结构,对于项目系统监控点较多的情况下该功能可直观地显示各监控点分布状况信息,并且通过在示意图上直接点击选取视频监控点就可以观看实时监控图像,极大地方便了用户的操控。

常规的监控管理软件为实现功能的完整性,操作繁琐不便,甚至需要专门培训学习才能熟练掌握。

管理软件提供了适合于领导或非专业监控管理人员使用的简单的WEB版监控管理软件选择,可以IE网页形式提供单画面图像的监看、录像、控制等功能,用户无须安装专业软件,在进行监控图像选择时无须记忆输入不同 网络视频服务器的复杂IP地址,仅需访问系统的WEB服务器下载事先设定的监控点名称等配置信息控件,鼠标点击选择相关图像名称就可以实现监控功能。

市场上的网络视频服务器可支持一路或两路或四路视频图像输入。由于支持的图像路数越多,对产品技术及处理性能的要求越高,因此多数产品为单路或“准多路”产品。

我们所说的真正的多路网络视频服务器 ,能够支持每路输出25帧/秒的数字视频图像,是真正的“实时”。而“准多路”产品无论两路或四路,其输出的数字视频图像的总帧数资源为25帧/秒,也就是 多路共享25帧/秒,在图像处理技术上和单路产品几乎没有区别。这一点从价格上可以进行简单的判别,某些厂家的单路和两路产品价格仅相差数百元,基本上可以判断其两路产品为“准两路产品”。 [3]

网络视频服务器的压缩算法标准不外乎有MJPEG、MPEG-1、MPEG-4三种。

MJPEG压缩技术标准源于JPEG图片压缩技术,是一种简单的帧内JPEG压缩,压缩后图像清晰度较好。但由于这种方式本身的技术限制,无法作大比例压缩,数据量较高,录像每小时1-2G空间,网络传输耗费大量的带宽资源,不大适用于移动物体图像的压缩,也不大适用于国内长时间保安录像的需求。

MPEG-1压缩技术标准采用前后帧多帧预测的压缩算法,具有很大的压缩灵活性,应用最为广泛,这种算法技术发展成熟,数据压缩率相比MJPEG要高,但数据量还是较大,录像每小时300-400M空间,若用于银行长时间实时录像,占用硬盘空间较大,尤其是网络传输占用带宽较大,不大实用于视频图像远程传输。

MPEG-4压缩技术标准是进入实用阶段的最为先进的压缩技术,它利用很窄的带宽,通过帧重建技术压缩和传送图像,以求以最少的数据获得最佳的图像质量。MPEG-4的特点使其更适于交互AV服务以及远程监控,采用MPEG-4压缩算法,图像压缩比较高,录像每小时100-200M空间,图像清晰度高,网络传输占用带宽小,能通过各种传输方式进行远程视频图像传输。

由于网络视频监控服务器多用于对多个分散网点的远程、实时、集中监控,因此,监控中心可以同时监控、录像的视频路数是衡量远程集中监控效果的重要指标。

在理论上可同时对无限多个监控位点图像实施远程实时监控、录像。但在实际应用中受监控中心实际网络带宽的限制,如中心网络带宽为10M的话,假设每路视频占用250K,则最多可实现40路视频的录像,除非降低每路视频带宽或增加网络带宽。

在基于网络视频服务器的大型网络视频集中监控系统中,监控中心通常设置了多个监控客户端,往往存在同一时间段访问某一个前端监控网点并发出实时监控或录像调用请求的情况。当监控中心有N个监控客户端需要同时观看远程某一个监控点图像时(假设一路图像带宽占用为250K),常规模式下外网带宽占用为(N*250)K,通常会导致数据堵塞从而影响监控效果,因此常规的网络视频服务器系统一般只能支持三、四个客户端的同时访问要求。

是否支持本地录像资料的远程在线智能化检索、回放和转录 针对于多个分散网点的远程、实时、集中监控系统应用情况,由于公网带宽资源的稀缺性和有偿性,出于经济方面的考虑,多数用户会采用ADSL宽带线路进行远程数字视频信号的传输。电信部门提供的包月ADSL线路带宽理论值为上行带宽512K,下行2M,但实际的上行带宽往往只有200多K。为充分满足监控应用需求,实际系统中多采用“中心远程实时轮巡监控、网点本地实时录像、中心远程随时调看录像”的功能模式。

对于网点本地录像资料的远程调看应用,多数网络视频服务器软件还不能提供有效的解决方案,多数由网点本地的工作人员选择所需的录像资料文件并远程拷贝或E-MAIL给中心监控人员,中心监控人员接收到后再打开观看,操作繁琐费时。

在大型的视频监控系统中,由于监控网点多、分布广,各个监控点的状态信息复杂(如部分点设置成报警联动录像功能,部分点设置成定时录像功能,部分点设置成 全实时录像功能等等),监控中心的工作人员在选择性监控、录像、功能设置时将面临操作复杂繁琐的问题。电子地图功能可以提供全系统监控网点分布示意图,示意图上可直观显示监控点分布状况以及监控点的预警、报警联动等状态信息,用户可以在示意图上根据需要自主配置各监控点的功能,并可快捷提取监控点视频图像。

在基于ADSL宽带线路的网络应用环境下,电信公司提供给用户的接入方式是动态IP接入方式,即用户通过虚拟拨号技术动态获得IP地址来上网的方式:用户通过本地电脑安装的拨号程序,驱动ADSL Modem拨号接入INTERNET时,ISP通常会随机分配给用户一个公共IP地址,在断线之前这个IP地址是特定的,其他用户可以通过这个IP地址来 访问该用户,但是一旦断线后再次连接时,ISP会重新随机分配另外一个IP地址给该用户。

在利用网络视频服务器 实现远程视频集中监控应用中,在基于ADSL宽带线路的网络应用环境下,如何简便地实现动态IP地址条件下监控中心对监控前端的实时访问,仍是困扰诸多工程商、系统集成商以及 网络视频服务器 生产厂家的难题之一。许多网络视频服务器 不能提供动态IP接入的解决方案,一旦工程商或用户利用 网络视频服务器并通过ADSL来组建远程监控系统,很可能会导致系统无法实现预期的功能。 [4]

常规的ADSL宽带应用必须通过和ADSL Modem相连的电脑驱动拨号上网。但是,如果该ADSL仅作远程监控接入用途,那么为了一个简单的ADSL拨号功能而专门在每一个监控前端配置一台电脑,无疑造成用户设备资源的极大浪费。在上述情况下,是否具备ADSL自动拨号功能将直接影响用户的投资预算。

在某些系统应用情况下,视频监控系统仅仅是整个大型系统的一个应用子系统,如果能将视频监控系统和其它系统进行有机整合,将大大方便用户的系统操作使用。

1、图象:高清晰图像实 时传输,所谓实时就是说要求延时小,高清晰就是要求图像清晰、色彩丰富不失真。

2、多用户访问:在视频流上加载组播协议,满足多用户并发访问,并不会造成网络堵塞。

3、智能视频监控(Intelligent Video):这是更高端的视频监控应用,在网络摄像机或视频服务器中嵌入智能视频模块,对监控画面进行不间断分析,过滤掉用户不关心的信息,提供有用关键信息。发现异常情况以最快方式发出警报,最大限度减少误报和漏报,大大提高报警精度。改变以往由安全工作人员对监控画面进行监视和分析的模式。

1、视频服务器的画面质量

这个是远程视频监控的基本前提,是保证视频服务器能否实现远程视频监控、无人值守的基本要素,假设看不清楚监视画面,那是没有意义的。市场上一般有两种画质CIF和D1的视频服务器选择,分别是352*288及704*576的分辨率。不考虑其他因素的情况下,当然是D1视频服务器相当于DVD画质,是最理想的。但若是考虑带宽的问题,CIF视频服务器相当于VCD的画质,也能满足一些普通场合的需求。需要注意的是,一定要亲眼通过网络看,同样的D1,有些视频服务器产品可能会比好的CIF视频服务器产品效果还差,所以不能以参数为标准,必须眼见为实。

2、视频服务器的带宽需求

这个是视频服务器的指标之一,在同等画面质量下,占用带宽越低,表示该视频服务器的压缩率越高,在大规模应用的时候,高压缩率能让你的网络使用成本大大下降,所以选择这样的产品时,设备费用会相对较高,但后续整体费用则会降低很多。

3、视频服务器的传输延时性

这也是视频服务器产品的重要指标。因为要保证现场信号的及时性,一般带宽没有限制的情况下,要求视频服务器产品保持在微秒级,就是说,在没有带宽的因素下,视频服务器本身的延时要忽略不计,所以最好在局域网内,给予充足的带宽,测试视频服务器的性能。同时还要考虑在实际情况下,你的视频服务器要求多少带宽,否则用了高端视频服务器产品,却难以发挥它的作用,就如一部赛车在较差的道路上行驶发挥不出其速度优势,所以也是没有意义的。

4、其他常用重点附属功能。

如:视频服务器的前端抓图功能、语音对讲功能、本地录像功能。


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