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量，新的ip攝像頭和視頻解決方案的影響是系統(tǒng)設(shè)計師無法結(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現(xiàn),只要簡單地插入安全網(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國家實驗室的研究報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)最適合其實際應(yīng)用。大家對數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的視頻管理平臺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為在設(shè)計和評價物理安全系統(tǒng)的視頻監(jiān)控與評估構(gòu)件時需要考慮的一些問題。這里重點討論的幾個重要主題是:攝像機靈敏度;數(shù)字壓縮與解壓縮;服務(wù)器與工作站;網(wǎng)絡(luò)和集成傳感器報警。由于視頻監(jiān)控與評估可能會不斷集成其他物理安全因素,視頻系統(tǒng)設(shè)計工程師們應(yīng)當掌握更多不同的技能,從而創(chuàng)建出一個有效全面的安全系統(tǒng),這樣在設(shè)計過程中的每一步都有可能使系統(tǒng)變得更具價值。一、模擬編碼/ip攝像機視頻存儲目前商業(yè)市場現(xiàn)有的IP視頻監(jiān)控與評估有三種不同的結(jié)構(gòu)可供選擇。對于那些使用模擬攝像機的來說,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進行數(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)實的。而本身就是IP型的攝像機可以創(chuàng)建一個完全IP視頻平臺,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,它會要求在現(xiàn)場安裝其他網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),從而對現(xiàn)有模擬系統(tǒng)進行升級。使用模擬編碼器或IP攝像機的系統(tǒng)都可以使用NVR(網(wǎng)絡(luò)視頻錄像系統(tǒng))存儲視頻錄像。圖1所示的三個圖形是對上文所討論的三種結(jié)構(gòu)的簡單說明。二、攝像機的選擇一般來講,IP攝像機在低照度條件下的靈敏度不如模擬安全攝像機,任何IP攝像機的結(jié)構(gòu)都必須考慮到這一點。在內(nèi)部使用時光照條件比較好,其拍攝效果可以得到保障,因此不用考慮這個問題,但當在戶外搭建安全系統(tǒng)時如果要選擇使用這種攝像機就要充分考慮到它的這一特點。各種IP攝像機的圖像噪聲類型有所不同,可以通過某種IP攝像機技術(shù)查看到。攝像機如果成像尺寸更大、像素更高,那么在低照度條件下靈敏度會更高,因為尺寸更大、像素更高可以聚集更多的光線。三、測分辨率:4cif,5fb如果使用模擬系統(tǒng),那么傳送到操作員控制臺的視頻流的圖像質(zhì)量與攝像機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的視頻質(zhì)量會有很大差別。人們對幾個不同制造商生產(chǎn)的幾種不同的IP裝置進行了調(diào)查和研究。每家制造商所采用的編碼方案都不相同,這對上文所討論的三種結(jié)構(gòu)下的編碼與解碼會造成不同影響,也會帶來一些問題。主要問題是,有效的線分辨率會丟失,這與像素分辨率略有不同。當今市場上的IP攝像機聲稱分辨率為4CIF,相當于704x480像素,而更新的安全攝像機分辨率甚至可以達到百萬像素。美國Sandia實驗室曾經(jīng)用模擬系統(tǒng)做過測試,結(jié)果表明要想得到某目標的有效評估最低分辨率必須達到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,像素分辨率在計算時不能簡單地替換有效線分辨率加以使用。在Sandia所做的調(diào)查中,對一些4CIFDVR、編碼器、4CIFIP攝像機和百萬像素IP攝像機進行了測試。由于這是不全面的市場測試,所以只選擇了在當時市場上采用有代表性技術(shù)的產(chǎn)品。測試的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。百萬像素攝像機有一個與生俱來的好處,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攝像機的整個有效線分辨率大概為625HTVL。操作員控制臺還必須考慮視頻解壓縮這個因素。對于一個時間性和可獲取性要求都很高的系統(tǒng)來說,安裝一個有效的視頻編/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)控與評估元素。視頻系統(tǒng)設(shè)計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)計當中并進行有效的維護。計算機安全技能現(xiàn)在也非常流行,系統(tǒng)設(shè)計者們必須能夠允許適當一部分人讀取他們需要的東西,同時又得阻擋那些未經(jīng)授權(quán)的人。從理論上講,因為這些是網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng),任何有條件利用計算機進入安全系統(tǒng)的人也能夠讀取系統(tǒng)的每個攝像機或編碼器,只要正確地建立了網(wǎng)絡(luò)安全。服務(wù)器也必須維護物理進入控制,防止系統(tǒng)遭到破壞。服務(wù)器和工作站的穩(wěn)定性也是一個重要的問題。市場上出現(xiàn)了越來越多的更加穩(wěn)定的服務(wù)器平臺,如基于Linux的產(chǎn)品,但工作站常常受限制于標準PC。五、系統(tǒng)性能分析有效視頻監(jiān)控與評估必須能夠為操作員們提供及時的、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,因為這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,特別是對于PTZ監(jiān)視攝像機來說,操作員應(yīng)當實時地查看PTZ的變化情況。在所測試的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存在一些問題,特別是當他們不是專門用于物理安全的時候。如果使用分辨率稍低的攝像機、更高的壓縮、或更低的幀速率可能會在價格方面得到一定的實惠,但還應(yīng)當考慮系統(tǒng)的使用效果如何。建議安裝一個專用安全網(wǎng)絡(luò)來控制系統(tǒng)安全保證系統(tǒng)有效運轉(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攝像機,能達到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,并且針對的是每一臺攝像機或編碼器。六、視頻零售商的界面控制在過去時間里,警報通信和顯示(AC&D)系統(tǒng)只需要控制一個視頻矩陣交換機,并且常常是通過一個直接的、分配好的序列連接到交換機。這些交換機允許輸入不同的視頻并顯示在操作員的控制臺上,可以是某報警事件的視頻,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更多的特征,比如回路預(yù)報警重放,將視頻發(fā)布到多個地點,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行控制,盡管這對于物理安全系統(tǒng)來說還是一個不現(xiàn)實的辦法。周界安全操作員應(yīng)當只連接到一個系統(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)當與視頻系統(tǒng)通信相集成,從而實現(xiàn)整個周界安全系統(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上任何新出現(xiàn)的IP視頻裝置相連接。這樣以來,對于任何類型的IP視頻或通信連接都適用的開放式標準越來越受人追捧。MJPEG、MPEG-2、MPEG-4等就是這樣的例子,它們采用標準IP視頻協(xié)議。而標準XML信息格式是開放式通信界面的一個例子。七、視頻監(jiān)控與評估系統(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