數(shù)字視頻系統(tǒng)向模擬視頻轉(zhuǎn)入技術(shù)的選擇

數(shù)字視頻系統(tǒng)向模擬視頻轉(zhuǎn)入技術(shù)的選擇

由于模擬視頻系統(tǒng)向數(shù)字視頻系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的便利性和靈活性無法由測(cè)量，新的ip攝像頭和視頻解決方案的影響是系統(tǒng)設(shè)計(jì)師無法結(jié)束的選擇。任何得到授權(quán)的用戶都可以通過安全網(wǎng)絡(luò)提取和查看視頻,添加新的裝置也很容易實(shí)現(xiàn),只要簡(jiǎn)單地插入安全網(wǎng)絡(luò)即可。但是,要轉(zhuǎn)變到基于IP的網(wǎng)絡(luò)框架還需要充分考慮各種不同的因素,比如應(yīng)當(dāng)采用哪種帶寬?使用哪種網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以滿足處理全部視頻流的需要?如何將IP視頻系統(tǒng)集成到其余的物理安全系統(tǒng)(包括入口控制、指揮、控制及通信)?本篇來自美國著名的Sandia國家實(shí)驗(yàn)室的研究報(bào)告所討論的正是這方面的各種考慮,以期為安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們提供一定指導(dǎo),幫助他們決定哪種視頻系統(tǒng)最適合其實(shí)際應(yīng)用。大家對(duì)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的視頻管理平臺(tái)的諸多好處都非常清楚,理由也不言自喻。但在向數(shù)字視頻系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的過程中需要考慮許多新的情況和因素。本文集中討論作者認(rèn)為在設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)物理安全系統(tǒng)的視頻監(jiān)控與評(píng)估構(gòu)件時(shí)需要考慮的一些問題。這里重點(diǎn)討論的幾個(gè)重要主題是:攝像機(jī)靈敏度;數(shù)字壓縮與解壓縮;服務(wù)器與工作站;網(wǎng)絡(luò)和集成傳感器報(bào)警。由于視頻監(jiān)控與評(píng)估可能會(huì)不斷集成其他物理安全因素,視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師們應(yīng)當(dāng)掌握更多不同的技能,從而創(chuàng)建出一個(gè)有效全面的安全系統(tǒng),這樣在設(shè)計(jì)過程中的每一步都有可能使系統(tǒng)變得更具價(jià)值。一、模擬編碼/ip攝像機(jī)視頻存儲(chǔ)目前商業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)有的IP視頻監(jiān)控與評(píng)估有三種不同的結(jié)構(gòu)可供選擇。對(duì)于那些使用模擬攝像機(jī)的來說,利用基于網(wǎng)絡(luò)的DVR(數(shù)字視頻錄像系統(tǒng))和模擬編碼器有可能將輸入的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼并與IP網(wǎng)絡(luò)連接。但這些系統(tǒng)最典型的是所輸入的是低分辨率IP視頻(最大分辨率為4CIF,或704x480),因此其功能受到一定的限制。但要想從模擬視頻那里獲得更高分辨率是不現(xiàn)實(shí)的。而本身就是IP型的攝像機(jī)可以創(chuàng)建一個(gè)完全I(xiàn)P視頻平臺(tái),提供更具靈活性的分辨率為4CIF和更高像素分辨率的視頻流。但是這些IP系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與DVR或編碼器大不相同,它會(huì)要求在現(xiàn)場(chǎng)安裝其他網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),從而對(duì)現(xiàn)有模擬系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。使用模擬編碼器或IP攝像機(jī)的系統(tǒng)都可以使用NVR(網(wǎng)絡(luò)視頻錄像系統(tǒng))存儲(chǔ)視頻錄像。圖1所示的三個(gè)圖形是對(duì)上文所討論的三種結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單說明。二、攝像機(jī)的選擇一般來講,IP攝像機(jī)在低照度條件下的靈敏度不如模擬安全攝像機(jī),任何IP攝像機(jī)的結(jié)構(gòu)都必須考慮到這一點(diǎn)。在內(nèi)部使用時(shí)光照條件比較好,其拍攝效果可以得到保障,因此不用考慮這個(gè)問題,但當(dāng)在戶外搭建安全系統(tǒng)時(shí)如果要選擇使用這種攝像機(jī)就要充分考慮到它的這一特點(diǎn)。各種IP攝像機(jī)的圖像噪聲類型有所不同,可以通過某種IP攝像機(jī)技術(shù)查看到。攝像機(jī)如果成像尺寸更大、像素更高,那么在低照度條件下靈敏度會(huì)更高,因?yàn)槌叽绺蟆⑾袼馗呖梢跃奂嗟墓饩€。三、測(cè)分辨率:4cif,5fb如果使用模擬系統(tǒng),那么傳送到操作員控制臺(tái)的視頻流的圖像質(zhì)量與攝像機(jī)直接拍攝到的視頻圖像相差無幾。而使用數(shù)字系統(tǒng)的話,壓縮和解壓縮過的視頻流在操作員控制臺(tái)的視頻質(zhì)量會(huì)有很大差別。人們對(duì)幾個(gè)不同制造商生產(chǎn)的幾種不同的IP裝置進(jìn)行了調(diào)查和研究。每家制造商所采用的編碼方案都不相同,這對(duì)上文所討論的三種結(jié)構(gòu)下的編碼與解碼會(huì)造成不同影響,也會(huì)帶來一些問題。主要問題是,有效的線分辨率會(huì)丟失,這與像素分辨率略有不同。當(dāng)今市場(chǎng)上的IP攝像機(jī)聲稱分辨率為4CIF,相當(dāng)于704x480像素,而更新的安全攝像機(jī)分辨率甚至可以達(dá)到百萬像素。美國Sandia實(shí)驗(yàn)室曾經(jīng)用模擬系統(tǒng)做過測(cè)試,結(jié)果表明要想得到某目標(biāo)的有效評(píng)估最低分辨率必須達(dá)到6HTVL/ft,分辨率是由EIARETMA分辨圖決定的。這種6HTVL/ft制式一般能夠讓操作者充分區(qū)別不同類型的報(bào)警來源,因此仍然適用于數(shù)字系統(tǒng)。需要注意的是,像素分辨率在計(jì)算時(shí)不能簡(jiǎn)單地替換有效線分辨率加以使用。在Sandia所做的調(diào)查中,對(duì)一些4CIFDVR、編碼器、4CIFIP攝像機(jī)和百萬像素IP攝像機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。由于這是不全面的市場(chǎng)測(cè)試,所以只選擇了在當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上采用有代表性技術(shù)的產(chǎn)品。測(cè)試的4CIF產(chǎn)品的有效線分辨率大大降低。這可能是零售商們所采用的數(shù)字壓縮技術(shù)造成的,這也是所有4CIF數(shù)字視頻產(chǎn)品普遍性的問題。百萬像素?cái)z像機(jī)有一個(gè)與生俱來的好處,其有效線分辨率與其更高的像素分辨率受數(shù)字壓縮的影響很小,通過調(diào)焦放大的影像圖表明百萬像素?cái)z像機(jī)的整個(gè)有效線分辨率大概為625HTVL。操作員控制臺(tái)還必須考慮視頻解壓縮這個(gè)因素。對(duì)于一個(gè)時(shí)間性和可獲取性要求都很高的系統(tǒng)來說,安裝一個(gè)有效的視頻編/解碼器是最起碼的要求。WindowsMedia的視頻編/解碼器對(duì)于某種特殊編碼方案可能不是最好的。例如,采用MJPEG這種壓縮方式,利用一種更優(yōu)化的編/解碼器相比WindowsMedia編/解碼器而言,所占用的CPU可能會(huì)減少30-50%。節(jié)省下來的CPU空間可以使系統(tǒng)操作更加順暢。四、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用自從典型的商業(yè)服務(wù)器軟件產(chǎn)品出現(xiàn)以來,使用模擬編碼器和IP攝像機(jī)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)引入了許多全新的視頻監(jiān)控與評(píng)估元素。視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們必須很熟悉這些服務(wù)器硬件和軟件,這樣才能將其應(yīng)用到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中并進(jìn)行有效的維護(hù)。計(jì)算機(jī)安全技能現(xiàn)在也非常流行,系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們必須能夠允許適當(dāng)一部分人讀取他們需要的東西,同時(shí)又得阻擋那些未經(jīng)授權(quán)的人。從理論上講,因?yàn)檫@些是網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng),任何有條件利用計(jì)算機(jī)進(jìn)入安全系統(tǒng)的人也能夠讀取系統(tǒng)的每個(gè)攝像機(jī)或編碼器,只要正確地建立了網(wǎng)絡(luò)安全。服務(wù)器也必須維護(hù)物理進(jìn)入控制,防止系統(tǒng)遭到破壞。服務(wù)器和工作站的穩(wěn)定性也是一個(gè)重要的問題。市場(chǎng)上出現(xiàn)了越來越多的更加穩(wěn)定的服務(wù)器平臺(tái),如基于Linux的產(chǎn)品,但工作站常常受限制于標(biāo)準(zhǔn)PC。五、系統(tǒng)性能分析有效視頻監(jiān)控與評(píng)估必須能夠?yàn)椴僮鲉T們提供及時(shí)的、高質(zhì)量的視頻。這里包括下列幾種情況:一是不能為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬而將視頻過度壓縮,因?yàn)檫@樣的壓縮視頻操作者可能無法打開。二是操作員不能過度地存取視頻,特別是對(duì)于PTZ監(jiān)視攝像機(jī)來說,操作員應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)地查看PTZ的變化情況。在所測(cè)試的IP裝置中,網(wǎng)絡(luò)帶寬在12至15Mbps的情況很普通?？墒乾F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)要處理這樣的帶寬可能會(huì)存在一些問題,特別是當(dāng)他們不是專門用于物理安全的時(shí)候。如果使用分辨率稍低的攝像機(jī)、更高的壓縮、或更低的幀速率可能會(huì)在價(jià)格方面得到一定的實(shí)惠,但還應(yīng)當(dāng)考慮系統(tǒng)的使用效果如何。建議安裝一個(gè)專用安全網(wǎng)絡(luò)來控制系統(tǒng)安全保證系統(tǒng)有效運(yùn)轉(zhuǎn)。表1所反映的是上文所討論的三種結(jié)構(gòu)均衡使用網(wǎng)絡(luò)帶寬的情況。這些帶寬不是永恒不變的,速率最高的是百萬像素?cái)z像機(jī),能達(dá)到20Mpbs。確定這些數(shù)字的前提條件是要得到相似的圖像質(zhì)量,并且針對(duì)的是每一臺(tái)攝像機(jī)或編碼器。六、視頻零售商的界面控制在過去時(shí)間里,警報(bào)通信和顯示(AC&D)系統(tǒng)只需要控制一個(gè)視頻矩陣交換機(jī),并且常常是通過一個(gè)直接的、分配好的序列連接到交換機(jī)。這些交換機(jī)允許輸入不同的視頻并顯示在操作員的控制臺(tái)上,可以是某報(bào)警事件的視頻,也可以是操作員自行定義的某種視頻。網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)擁有相比模擬交換機(jī)更多的特征,比如回路預(yù)報(bào)警重放,將視頻發(fā)布到多個(gè)地點(diǎn),并在網(wǎng)絡(luò)上顯示出來。許多監(jiān)視控制只能通過視頻零售商的界面進(jìn)行控制,盡管這對(duì)于物理安全系統(tǒng)來說還是一個(gè)不現(xiàn)實(shí)的辦法。周界安全操作員應(yīng)當(dāng)只連接到一個(gè)系統(tǒng),那就是AC&D系統(tǒng),以防造成混亂。這也意味著,AC&D系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)與視頻系統(tǒng)通信相集成,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)周界安全系統(tǒng)的無縫連接和操作。視頻零售商們必須擁有一個(gè)開放式的AIP(應(yīng)用程序界面),或者愿意與AC&D系統(tǒng)分享其界面。與此相類似的,視頻零售商們必須愿意并能夠與市場(chǎng)上任何新出現(xiàn)的IP視頻裝置相連接。這樣以來,對(duì)于任何類型的IP視頻或通信連接都適用的開放式標(biāo)準(zhǔn)越來越受人追捧。MJPEG、MPEG-2、MPEG-4等就是這樣的例子,它們采用標(biāo)準(zhǔn)IP視頻協(xié)議。而標(biāo)準(zhǔn)XML信息格式是開放式通信界面的一個(gè)例子。七、視頻監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)建設(shè)的必要性用于物理安全的視頻監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)正越來越與其他物理安全系統(tǒng)相集成。與其他系統(tǒng)的