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智能高清视频监控产业联盟

高清视频监控的多种传输模式

2015-09-25 11:18:17 来源: 浏览次数:0 网友评论 0
摘要:随着高清网络摄像头的大规模普及应用,形成了视频监控应用的网络化、高清化、智能化;整个领域中也出现了大容量存储、大数据处理、大平台集成的规模化应用,而承载整个视频监控的系统应用中的传输环节显得尤为重要,正在不断

随着高清网络摄像头的大规模普及应用,形成了视频监控应用的网络化、高清化、智能化;整个领域中也出现了大容量存储、大数据处理、大平台集成的规模化应用,而承载整个视频监控的系统应用中的传输环节显得尤为重要,正在不断地传递着海量数据信息流。本期栏目邀请到数位业界资深专业人士,共同探讨高清视频监控的多种传输模式及发展走向。

 

本期嘉宾:

韩立涛       北京惠智光达科技有限公司总经理

彭玉琴       深圳市光网视科技有限公司副总经理      

姚志宏       北京蛙视通信技术有限责任公司技术总监

            浙江红苹果电子有限公司技术总监

            杭州中威电子股份有限公司项目管理总监

 

一、传输环节对视频质量的影响

高清监控是统一的整体,涉及监控体系的多个环节,包括前端的视频采集,中间的视频传输,后端的高清存储、显示、分析、联动等。从传输环节来看,如何保证信息的清晰、有效?

姚志宏传输环节对视频的质量影响很大,传输质量不高会造成信号的畸变、误码、丢失、延时等情况,造成后端视频出现失真、马赛克、卡顿、跳帧、延时长等现象,影响监看和分析。

以模拟方式传输视频,传输环节需要有足够的通道带宽,良好的线性度,良好的防外界干扰措施,把传输过程产生的失真和干扰限制在允许的容限之内,使得视频的技术指标符合相关标准。

以数字方式传输视频,系统抗干扰能力强,传输环节只要保证有较低的误码率和码流抖动,以及输入、输出接口符合相关数字接口标准,就能得到满意的视频传输效果。这里需要注意,如果前端对视频进行过压缩处理,视频质量还取决于视频压缩算法、传输码率、解码性能等因素。

韩立涛由于视频监控本身技术特点的要求,在传输环节中不可忽略的传输卫士——网络高清光端机就承担起了视频监控系统的运输兵的工作。高清视频监控传输不同与普通的网络数据传输,其突出特点是:前端向后端时时传输大量的视频数据流,其数量级要远远高于普通的数据网络系统,但后端向前端传输的数据量相对要小的多。结合视频监控的实际要求,高清视频传输环节要突出保证几个方面:延时小、不卡顿、无马赛克、无丢包,较强的大数据处理能力;同时要求产品具有:工程方案设计简单、现场安装调试简单、后期维护简单的最终用户思维。

惠智光达作为专注于视频传输领域十余年的专业厂家,是业内第一家推出基于IP有线工作方式的整套传输解决方案的厂家。根据系统结构的不同,应用领域的不同,精心设计了模块化的标准网络高清传输解决方案,有效解决网络高清设备在传输部分的行业应用问题。

彭玉琴:高清视频监控分为模拟、数字和网络三种类型。当然目前安防市场的高清视频监控主流属于网络高清视频,那么首先就针对网络高清的传输特点介绍一下相关的注意事项,安防监控中,我们对数据丢包和传输停顿就有更高的要求,因为我们在应用中非常讲究实时性。我们不希望在观看视频画面的时候突然卡住,更不希望某些重要镜头会无缘无故丢失掉。实时性、完整性、流畅性是对于安防监控高清视频流传输的基本要求,但要达到这一点谈何容易。

从几个方面来分析高清视频流传输的相关问题:第一个关键点是我们得了解我们前端设备对传输带宽的真实需求,不同的摄像机组网,1080P960P720PD1等要求带宽从8M2M不等,然后是否还需要子码流或者多码流带宽预留,端口带宽需求是多少,汇聚后的上联输出带宽需求是多少。这就对应了我们应该选择纯百兆交换机,还是下联口百兆上联口千兆的交换机,或者是全千兆的交换机。第二个关键点是我们应该选择什么样的交换机或者PoE交换机。依据交换机的特性不一样,我们可以分为家用/商用交换机(TP-LINK、腾达等)、工业级交换机(HIRSCHMANNMOXA等)、安防专用交换机(华三、光网视等)三大类。当然家用/商用交换机用在背板带宽、包转发率等方面均不合适安防监控对实时性的要求,安防监控需要的无阻塞结构设计、背板带宽充足余量、应用稳定可靠的专业交换机,因此我们只能选择工业交换机或者安防专用交换机。最后一个关键点就是组网技巧,要保证视频传输清晰、有效,其核心就是无丢包丢帧、误码率低,当然延时小也是很重要的一个参数。网络的组网方式多,灵活多变,要达到好的传输效果还必须遵循以太网的组网规律,比方组网节点规律、网络带宽利用率规律、组网拓扑规律等。只要从上述三个方面逐一落实,高清监控传输一定能够满足我们的需求。

郭勇:无论采用何种高清监控技术,对传输要求都是一致的:要想信息清晰、有效,传输通道必须误码率低,延时少。误码率高,必然会导致图像质量的下降。特别对于基于IP的高清监控系统来说,图像都是压缩以后再封装在IP报文中进行传输,传输的误码率高,IP报文的丢包率必然就高,最终导致图像在解压显示端马赛克现象严重,甚至无法显示。基于IP高清监控对传输延时的要求同样比较高。带宽足够时,参与IP报文转发的路由器、交换机等设备可以保证单个设备的延时在毫秒级以内,一旦出现流量拥塞,单个设备转发报文的延时就会大幅度上升到几十乃至上百毫秒,甚至出现丢包,最终让用户感觉到视频图像马赛克现象严重、卡顿等。

李鹏从整个传输环节来说,我们关注的是整个带宽问题。不管是编码之后的传输,还是非压缩的传输,要保证它的清晰、有效、不延时,没有马赛克,没有卡顿,一般来说带宽足够大,并且能够保持稳定,传输的问题就不大。如果带宽不足,清晰度可能就会有些影响。现在主要有两种传输模式,一种是压缩的,常见的比如MPGE;另一种是非压缩的,高清传输一路要1.485G的带宽;1080P高清的话,一路需要近3G的带宽。

 

二、高清传输模式的多样化

高清视频监控主要有哪些传输模式?技术特点如何?

姚志宏高清视频传输主要有模拟、IP网络压缩、HD-SDI数字非压缩、视觉无损压缩等几种传输模式。

模拟方式是采用模拟高清摄像机通过同轴电缆方式传输,距离可达300~500m,这种方式和原来传统的标清视频监控架构一样,系统连接简单,方便非专业人士安装和使用。缺点是模拟信号容易受外界干扰,对线缆质量要求较高,传输距离越远,信号衰减越大,图像会越模糊。

IP网络压缩方式是采用高清网络摄像机通过以太网络传输,双绞线的传输距离100m左右,可以通过以太网交换机、以太网光纤收发器、网络传输设备等延长传输距离。IP方式的传输、组网十分方便,支持多级联网,能组建任意规模的监控网络。IP视频是数字视频,传输环节对视频质量影响不大,但是IP视频的码率波动较大,设计时交换、传输设备要留一定的带宽裕度。IP视频是经过压缩的,视频质量有一定损伤,虽然图像像素数能到很高,但压缩后带来的延时、复杂画面的清晰度、动态画面拖尾等现象还是不能满足一些要求高质量监控的需求。

HD-SDI数字非压缩方式是采用HD-SDI摄像机通过同轴电缆传输,距离在100~200m左右。HD-SDI视频是非压缩的串行数字码流,码率是1.485Gbps,对线缆质量要求较高,远距离传输要通过专用的光端机。由于是非压缩视频,视频质量很高,系统延时极小,能满足高质量监控需求。但较高的码率对传输、交换设备要求很高,尤其在多路数传输时,需要使用高带宽光端机,例如单波长10Gbps、或者多个2.5Gbps粗波分复用光端机,这两种方式成本都非常高。

视觉无损压缩方式是利用人眼的视觉特性,通过一些压缩算法,把视频中人眼不可察觉或对人眼没有任何作用的冗余信息除去,在保证主观质量没有明显变化的前提下,把1.485Gbps非压缩视频码率降到了原先的1/4~1/5,同时延时控制在微秒级别,这样既降低了传输、交换设备的压力,又保证了视频的高质量。视觉无损压缩的传输可通过同轴电缆或者光纤传输。同轴电缆传输距离比HD-SDI非压缩方式要长一些,可达300m。通过光纤传输时,由于码率降低,可以在12.5G速率下传输多达8路视频,同时还能在较低成本下实现节点式光传输。

郭勇:对照OSI七层模型的划分,基于IP的高清视频监控传输在网络层采用IP技术来实现。至于链路层乃至物理层如何实现,也就是说IP报文具体采用何种设备进行传输,能够充分借用IP通信技术发展的各项成熟产品和解决方案。项目在实施时,可以根据项目的规模、范围、实施场地等各种因素相应的选择路由器、交换机、光传输乃至Wifi4G等无线接入设备。这一点也是IP高清视频监控最大的优势所在。

SDI作为另外一种高清视频监控解决方案,它的传输仍然沿用模拟时代的光端机方案。和IP监控相比,SDI的传输必须设计新的SDI光端机,设备成本和成熟度上都不占优势。

韩立涛目前的在高清视频监控中传输模式大致可以分为如下几类:

IP有线(光纤)传输模式(主流应用,分以太网工作方式和PON工作模式,市场占有率高,成本低廉,施工简单);

SDI传输模式(非主流应用,多用于单点高清部署,多应用于广电领域,成本高,配套设备昂贵,未大量普及);

无线网传输模式(非主流应用,解决不宜布线、跨度大的少量节点应用,实时性不好,易受干扰)。

基于以上特点,IP有线(光纤)传输模式是目前通用的视频监控应用模式,由此而配套网络高清光端机就成为了时代的宠儿,被大量的应用到了视频监控的传输部分。

彭玉琴:高清视频监控的传输也离不开模拟、数字、网络三大块。不管是哪一类的高清监控视频,都具有三类传输模式:光纤传输、金属线缆传输、无线传输。当然金属线缆传输的扩展性又更为细致,又分为网线、同轴电缆、电话线、电力线等。光纤传输速度快、信道容量大、不受电磁干扰可靠性强、传输距离远;金属线缆传输种类多样化、成本低、安装方便、新技术应用多(如以太网供电PoE技术);无线传输应用更加灵活不再受到通信线缆的限制、但是受环境影响大。

李鹏压缩的传输模式带宽的利用率比较高,但会出现延时,主要体现在压缩和解压缩的过程中。非压缩的传输实时性会比较高。

 

三、各种高清传输模式的应用情况

高清监控不同的传输模式各有特点,应用情况也不同。高清监控作为一个系统,怎样根据不同的场景选择适合的高清传输模式、高质量的传输线缆和设备,并按专业规范进行安装,才能实现有效的高清监控传输?

彭玉琴:第一类光纤传输中常用有单模光纤传输和多模光纤传输两种,目前主流应用为单模传输,传输距离远,信号稳定,带宽资源丰富,单模光纤传输是通信领域效果最好,应用最多的传输模式。多模光纤传输属于光纤传输的过渡产品,传输距离近,可靠性差,设备兼容性差。现在随着光纤通信技术的发展,安防行业逐步引进了多波长共缆传输技术(波分复用技术又称光级联技术)、全光组网技术(GPONEPON),当然该两类通信模式的设备成本高,施工要求更严格,目前安防行业较少采用此类光传输模式。

第二类金属线缆传输中最常用的是网线传输高清网络视频信号,也是目前最普及的传输模式,伴随着以太网供电技术PoE的引进,网线在传输网络信号的同时还解决了供电问题,四类传输需求(视频信号、控制信号、音频信号、电源供应)一线解决 ,光网视科技在安防通信中众多产品中,以PoE交换机产品应用面最广泛、数量也最多。 PoE传输模式以应用方便、供电安全、省钱省事、标准化兼容性好即插即用的特点独占金属线缆传输模式的鳌头。同轴电缆传输是目前模拟高清、SDI数字高清的最常用的传输模式,也是传统的模拟视频传输模式,传输距离适中,抗干扰能力好。在网络高清方面部分厂家(例如光网视科技)也推出了网络高清视频同轴电缆传输器产品,将网络视频信号调制后通过同轴电缆传输。同轴电缆传输模式在网络高清项目中处于过渡性质的应用,主要针对模拟改网络高清的项目,方便资源再利用,也缩短了改造项目工期。电话线传输模式常用来实现组网项目中个别远距离(大于100米距离而低于1公里范围)监控点的高清视频传输。该模式传输距离较远是对网线传输的一个很好的补充,当然传输的稳定性差和带宽窄的特点也制约了该模式的大面积使用。电力线传输模式又成为PLC技术,是将网络信号调制加载到现有的强电电力线中传输,节约了网络通信线的部署。安防网络高清监控引进该传输模式用来解决局部不方便再施工安装通信线路的区域,该技术在高清监控加装项目中可选用,但是该传输模式受电力干扰严重,稳定性差的特点制约了该技术的普及应用。

无线传输模式又分为专网无线传输和公网无线传输,无线传输模式的引进让高清监控组网更加灵活方便,突破了有线传输制约,不管是传输距离,还是传输带宽都已经充分满足高清视频的需求,做到了只要有电的地方就可以安装高清摄像机的地步,当然无线传输效果和性能受环境和天气影响大,设备和运营成本还高居不下,在一定程度上局限了无线传输模式的大范围使用。

高清监控系统前端视频信号采集,中间信号传输,后端信号处理(存储或上墙)是一个严密的一体化系统,任何一方选择不合适,都达不到最后高清的效果。高清传输最佳传输效果是将信号无损、无延时、不间断、可靠的从A地点传送到B地点。依据上面分析的各类传输模式优劣势,应当优先选择光纤通信模式,短距离情况下网络高清选择标准的网线传输,模拟高清和数字高清选择同轴电缆传输。当遇到应用场景有特殊之处,如通信线缆安装不便可选择无线传输模式、电力线传输模式等,通过其他不同传输技术的引进弥补光纤通信与网线或者同轴线传输的不足,达到灵活轻松组网的目的。在选择传输设备的时候,必须从传输产品的信道带宽、传输距离、环境要求、稳定性等各方面做细致分析。安防传输产品安装还必须灵活,一般要求桌面式、壁挂式、机架式、插卡式等多种安装方式,才能够满足安防监控的不同应用场景。

韩立涛:根据相关的行业规范及标准,视频传输部分的所有设备需具备如下特性:

工业级的模块化系列化设备,设备具备室外恶劣安装条件,如工作温度在-40度到+80度的工况环境,单模单芯FC螺纹式接口确保可靠连接,设备亦符合IP65防护等级要求;

设备支持标准及扩展网络协议,全面支持H.264协议及配套协议;

设备对传输中的数据信息进行优化,降低网络延时,杜绝网络丢包,优化图像质量,提高了传输质量的同时降低系统的网络开销;

整个系统能实现规范中要求的时延小于400MS,时延抖动小于50ms及丢包率小于10-3的技术要求。

惠智光达公司推出的网络高清光端机解决了视频监控系统的传输部分线路问题,将整个系统进行了优化,在系统中可以完全使用现有的工程设计及实施标准去完成视频监控的部署工作。

硬件方面:考虑到工程的特殊性及施工特点等,网口接插件宜使用屏蔽方式铜缆接头以适应室外工作,铜缆宜采用室外型双绞线防止老化,光缆采用室外单模铠装缆,单芯传输,接口采用螺纹式FC接口,法兰选用磷青铜式法兰,光纤耗材宜选用高质量尾纤及跳线。在线路上严格执行防雷接地等保护措施,避免因此造成的财产及安全损失。由于系统的特殊性,要求所有产品采用工业设计,满足各种恶劣环境要求,设备接口模块宜为固化方式,以适应不同情况下的环境应用。前端设备全面杜绝使用家用及商用型传输设备,同时综合考虑供电方式,设备供电采用与摄像机相同供电电压及供电方式,方便产品的安装与维护。

软件方面:传输部分产品宜使用透明方式传输,固化操作系统,优化协议栈,专网专用,非特殊技防要求的网络不追加通信网中的防火墙设备,仅在系统核心处提高外梁接口,优化传输网络,保证实时性,并对基于H.264的监控视频进行特殊处理,如采用独家专利技术--超长包传输技术,增大系统视频流吞吐量,减少系统延时。

网络高清监控是对实时性要求较高的网络应用。这就要求作为其基础的承载网络有较高的带宽和对网络中的业务流量有较高的控制能力。高清监控系统本身对带宽的要求为1M20M,为了满足流畅的视音频效果,就要求带宽单点接入百兆端口以上,汇聚点千兆端口以上。

姚志宏模拟高清方式传输,可使用原来标清传输的线缆,系统升级简单。缺点是模拟信号容易受外界干扰,线缆衰减会直接影响清晰度,一般应用在小范围的监控场所,远距离监控是通过专用的光端机传输。

IP网络视频的优势是组网灵活,传输介质有很多,可以是双绞线、光纤、无线等,应用十分广泛。另外,传输码流可直接存储,存储成本低。缺点是视频质量相比非压缩视频有较明显的损失,另外,网络出现的故障不易排查,要求安装和使用维护人员要有一定的网络知识。

HD-SDI数字非压缩方式有着最高的视频质量,也可使用原来标清传输的线缆进行高清升级,系统架构和标清监控一样,使用维护较为方便。缺点是远距离传输、交换成本高,对传输设备性能要求高,存储时需要压缩编码,存储成本较高。目前,应用在需要高质量视频监控的场合。

视觉无损压缩方式也有较高的视频质量,传输距离比非压缩方式远,传输和交换成本也比非压缩方式低,可以和IP网络视频方式的成本相当。随着更高分辨率视频的需求出现,视觉无损压缩方式比非压缩方式在传输、交换上优势更明显。

高清监控系统需要根据具体的应用场景进行设计,要根据视频质量的需求、系统的整体规模、系统的造价等因素来选用不同模式的监控系统。

比如,小范围监控像小区、别墅、超市等可以选择高清模拟或IP网络方式;在城市安防、交通、军队、航空航天、大型企业等工业应用场合前端可选用视觉无损压缩、非压缩方式提升监控效果,后端联网选择IP网络方式。

郭勇:显然,基于IP的高清监控系统传输方式由于可以借鉴IP通信的现有成果,设备和技术都更加成熟、选择也更加多样。至于IP高清监控系统具体采用哪种传输方式,需要根据项目的具体情况进行选择,只能说不同的传输方式之间各有所长。当然现在IP高清监控在实际应用时普遍存在一个问题,就是路由器、交换机这些IP设备的功能实际上已经远超视频监控所需,特别是网络规模达到一定的级别时,需要相当程度的IP专业知识才能使网络达到并维持在我们所说的低延时要求,这在相当程度上提高了IP高清监控项目的设计、建设和维护成本。

对于IP高清监控,根据不同的场景可以选择针对性的传输模式。一般情况,利用二层以太网交换机就可以完成组网;项目建设规模较大,前端和机房传输距离较远,可以选择带有光接口的以太网交换机或者路由器实现传输,距离特别远的,甚至可以选择专用的光传输设备。一些特别的情况,不适合通过布线方式完成物理连接的,可以通过运营商的4G无线网络完成IPC的接入。

李鹏目前高清传输还是以压缩为主,否则带宽不够。像手机、平版电脑上看高清视频,那必须要经过压缩。在高速监控、平安城市的视频监控行业,以压缩的为主,非压缩的为辅。但具体到不同的案例也有很大不同。像深圳有两个区的平安城市建设,预算比较充足,全部采用非压缩传输

如果监控场景对延时不敏感的话,可以采用压缩的传输方式。如果对延时比较敏感,比如你要控制摄像头的转动,就要选择非压缩的传输方式。今年下半年我们会推出一种摄像机,可以输出多种码流,我们称之为三码流设备,既可以输出压缩的码流,也可以输出非压缩的码流。

 

四、民用行业是高清监控的机会

随着高清监控跨入民用行列,对高清监控的传输技术及模式提出了哪些不同的需求?

韩立涛高清监控跨入民用行业,将会带来行业的爆发性增长,这对整个行业都是一个巨大的机会!同时也使整个行业的从业公司面临着巨大的挑战,当然高清监控的传输技术及模式也必须要跟上和引领行业的发展。高清监控大规模的进入民用行列,要求传输技术及模式要进行市场细分、针对不同细分市场的不同特点和要求,设计出具有前瞻性和适用性的解决方案和产品。比如惠智光达针对平安农村高清监控的特点:每个村子点位少(10个左右)、点位分散(无法进行汇聚集中传输)、投入资金较少等,专门推出的“农安宝”系列传输套餐,就非常的适合于像农村高清监控这种特点的工程,“农安宝”传输套餐一经推出,立刻就获得了市场的高度好评,针对性极强的解决了这个细分市场广大工程商所头疼的问题。

彭玉琴:高清监控跨入民用行列是安防行业发展的必然趋势,传输产品也必须顺势而为,民用市场需要的是安全可靠、应用方便、使用简单、功能强大的传输产品。PoE的传输模式在解决了通信问题之余还解决了安全供电问题,将是民用高清监控传输的一个热门技术;无线传输模式应用方便,无需重新布置通信线缆同样具有很好的前景。当然光纤到户的光纤传输模式功能更加强大,潜力无限。这些传输模式要在民用行列快速拓展应用,还必须简化专业的操作,如后台繁琐的设置,选型门类繁多。必须简化到能够让非专业人士能选会用,轻松上手。另外,还需要更好的整合能力。家庭一般有电话、电视、网络等传输需求,再加上安防高清传输不能简单的做加法,需要做整合。一体化传输设计,更好的纳入其他信号接入服务。

姚志宏在民用消费类市场,高清监控系统和设备要求美观、易用、成本低、维护简单。会较多的采用IP网络方式,远程监控时使用互联网。目前,移动互联网的发展迅速,会更有利于民用高清监控市场增长。

郭勇:随着高清监控在民用市场的应用越发广泛,IP高清监控将越发的凸显其优势。在民用市场,Wifi接入、语音对讲,手机终端的远程访问都会是基本需求,这些都是IP高清监控的长处,而民用市场一般而言系统规模较小,没有复杂的系统管理问题,这恰恰又是IP高清监控目前的短处。对于民用市场,监控系统一定要能够借用电信运营商已经能够提供的接入手段,比如家庭宽带,这样才能降低用户安装和使用成本,从而促进民用监控市场的发展。

李鹏我们主要做的还是非民用产品。如果民用的话,可能更加关注价格,还有操作的简易性。我们现在的转输设备以工业级的为主,安装、调试这一块还是有相应的要求。民用产品可能需要即插即用,不需要怎么调试。高清在民用领域肯定是以压缩传输为主。

 

五、IP传输仍然是未来两年的主流

彭玉琴:以太网供电PoE网线传输模式、无线传输模式在目前具有更好的发展潜力,将会在未来两年被更多的应用。

姚志宏IP方式传输在未来两年会持续的增长,包括IP无线视频也会在有线传输受限的场合有较大的应用市场。

同时,随着对高视频质量的需求不断增多,HD-SDI非压缩视频传输,特别是视觉无损压缩方式,也会出现爆炸性的增长。

郭勇:总体上讲,基于IP的高清视频监控解决方案将越来越占据市场的主导地位。

李鹏未来两年还是以压缩传输为主。非压缩这一块,如果有新技术可以让它在带宽的利用率上提高的话,非压缩方式还会有很好的发展,毕竟它的图像传输质量要好很多。

韩立涛根据对现有的应用技术分析,未来的视频监控逐步过渡到平台化、云存储、1080P全面升级、物联化、智能家居安防报警、智能分析等综合应用,由此升级传输系统也是未来的迫在眉睫的大趋势,由此而诞生的产品升级及技术升级也是必然趋势,可以预料未来IP有线依然是主流应用,而配套的设备技术也将实现终端光纤化及千兆应用,终端设备具有智能分析及安全防护功能、全面接入公共安全网的应用、系统结构更加扁平化。

至于未来两三年内,我认为毫无疑问,网络高清光端机的传输模式将会被更多的应用。当然,这还需所有从业公司和广大客户共同努力,共同将高清监控市场这个蛋糕做大!

 

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