基于宽带IP网络的安防图象监控系统

宽带IP网络的安防图象监控系统.基于宽带IP网络的安防图象监控系统基于宽带l P网络的安防图象监控系统基于本文思路的宽带IP网络安防图象监控系统嵌入式核心部件已研制成功，需要详细资料者请联系。 看看已研制的产品介绍。 前言近年来，在安防图象监控领域中出现了不少数字硬盘录象机，它们以清晰度高、操作方便、硬盘存储等优点受到用户欢迎。数字视频产品取代传统的模拟产品已成为监控行业发展的必然趋势。同时，随着网络化的发展，特别是宽带网络的建设，对安防图象监控产品也提出了越来越高的网络化要求。目前有许多硬盘录象机也有一些网络接口，如ADSL或LAN接口等，但是整个设计还是基于单机功能的。市场呼唤面向宽带IP网络设计的图象监控产品，也就是真正意义上的“MPEGover IP以太网ATM”，使基于MPEG技术压缩的数字图象，不但是从单机传输到单机，而是在己建成的宽带IP网(如百兆或千兆以太网)上达到几百台同时传送到几百台的水准，在宽带网上平滑、通畅、稳定地运行。 宽带网对图象传输的要求 最常见的宽带计算机网络是以太网和ATM网络。IP协议都可在以太网或ATM网络上运行。以太网特别适合于IP网。绝大多数的LAN(局域网)现在几乎都是以太网，以太网已经达到了前所未有的普及。在美国，95以上的政府机关、企业和校园甚至家庭等都建有以太网，中国目前也把以太网从大学校园建到了中小学的校园、建到了住宅小区(“宽带小区”，每户带有10M以太网接口)和大厦。随着以太网交换机和网卡价格的下跌，以太网必将迅速在国内全面普及。另一方面，以太网的应用也从原来的局域网走进了城域和接入网。由于千兆以太网的出现，使以太网在城域网甚至主干网的应用成为可能；由于EPON(以太网无源光网络)的研究，使以太网进入家庭成为不久将来要实现的目标。以太网加上I P协议极有可能成为今后网络的一统天下。总之，利用现已建成的以太网，在上面传输图象和其他控制信号，实现真正的网络化安防图象监控，是一个经济实用、面向未来的解决方法，也是安防行业与三网合一、统一在lP之下的必经之路。 以前人们很难把以太网和图象应用结合起来。传统的、共享10Mbps带宽的以太网当然不能满足图象传输的要求，但交换式以太网的出现和速率的提高，加上图象压缩技术的完善已经把以太网技术和图象应用紧密联系在一起，但是图象在以太网上的传输，有许多方面的高性能需求对网络、对终端设备都以网络性能特征来表示。下面列举如下： 一吞吐需求 图象对网络吞吐性能的需求表现在三个方面： (1)高传输带宽需求 由于实时图象信息在打成IP数据包之后，由相当多的长短不一的突变数据包组成，对网络来讲必须有充足可用的传输带宽来完成图象信息的传送。在网络拥塞时，有效带宽的不足常常导致端到端延迟的增加以及分组的丢失。这意味着网络必须具备成倍处理这类信息资源的能力，而另一方面这需要图象终端(服务器客户机)具备对图象带宽自动适应网络带宽的要求，使网络不出现拥塞，保持平稳的数据传输。 (2)大存储带宽的需求 在吞吐量大的网络中，图象客户端系统必须保证足够的缓冲空间来接收不断送来的图象信息。缓冲区的数据输入速率保持足够大，以便容纳从网络不断传来的数据流。这种数据流的速率有时被看作缓冲区存储带宽。 (3) 流量需求 网络有足够的吞吐能力来确保信道的实时传输有效性，而图象服务器的流量必须做到对网络吞吐的可适应性。 二可靠性需求 由于图象传输在一定程度上是允许传输网络存在错误的，所以要精确地量化表示网络的差错控制需求是困难的。允许差错存在的原因是源于人类感知能力的局限。，例如在一个冗长的视频流中个别组块出了错，这时人眼是感觉不到的。因为在许多情况下差错控制需求与端到端的等待时间是相冲突的，所以也很难将差错控制需求定量化。使用专门的网络协议可得到很好的差错控制。 三延迟需求 对实时图象传输来说，要求端到端的传输维持在极小的范围内。并且要求所有连在网络上的图象服务器传到同一个图象客户端时保持图象的同步。同步的概念是如果两个数据流以基本相同的速率经网络同时抵达终端系统，那么则称这种端到端连接是同步的。 关键是面向宽带I P网络设计 硬盘录象机的出现加速了安防数字化的全面进程。目前，国内外的硬盘录象机可录以分为3大类，即基于PC硬件类、嵌入式无硬盘类和嵌入式带硬盘类。 1基于Pc硬件类：由于硬盘价格降低，市场迅速扩展，目前主要的产品区分体现在用什么样的压缩卡上，如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4及M-JPEG等。目前的中国市场上发展潜力最大的一部分就是这类，也成为价格战上的焦点。 2嵌入式无硬盘类：设计非常紧凑小巧，包括目前“网络摄象机”也是这一类，可以经过设置IP地址连到因特网上。 3嵌入式带硬盘类：样子做成与家电产品(如DVD播放机等)一样，直接在面板上设有录象、快放、慢放等按钮，硬盘做成可拆卸式，只需按一下按钮，整个硬盘就可象过去置换录象带一样，方便退出和放入。 上述三大类产品是随着最近几年图象压缩技术的发展而应运而生的产品，目前在中国市场占主导地位。产品虽然在图象压缩上取得很大进展，但尚没有和目前飞速发展的宽带网络建设同步。它们虽然“具备网络连接”功能，但是仅仅带有网络接口，主要的功能是把压缩后的图象通过网络(有的通过TCPIP)传到另一端，使另一端可以看到。而真正用在宽带网上的产品，主要体现下列几点要求： 1前端有多台(常常有几十台至几百台)图象服务器，每一台服务器接有多个摄象头，使另一端(客户端)可以接收所有这些图象通道；或者一台图象服务器，可以有大量终端(客户端)同时观看。 2所有连在网络上的图象通道，在到达接收端时要“同时”显示，即要求有特殊处理方法使其严格同步； 3往往是用广域网把两个局域网互连，这时如在一个局域网中连入大量图象通道，传到另一个局域网时，图象服务器需有内置路由功能； 4图象占有大量带宽，为了不影响网络的正常运行，必须加有网络流量控制和速率分类，如OBR或VBR。 5整个网络必须有十分完善的网络管理功能，能对每一条图象通道分别进行参数调整和实时控制。 6对图象录象不但可录制在设有权限的客户端，而且可以集中设置在一个专用的录象文件服务器里，以加强文件集中管理。 7为达到图象全实时显示和全实时回放，必须考虑网络的QoS。 8在双向、多向、定向传输的基础上可以控制流量、流速、传输时间、传输帧率，精密、定量地来控制所有数字数据。 9保证网络的安全性、可靠性、稳定性。 图象网络化的关键技术 TOPIP协议最初是为提供非实时数据业务而设计的。为了使lP网络同时支持非实时和实时的数据信息，l ETF(因特网工程任务组)规定了一个ISA(综合业务结构)。IsA通过定义一系列的技术和协议来确保IP网络上的QoS(业务质量)要求。IETF还公布了IPv6，其主要内容是把lP地址从32位扩展到128位，具有动态分配网络地址和指定实时业务的功能，并引入分级业务量流的概念，同时增加了数字认证和加密功能，增强了安全性能。图象网络化的关键技术包括专门的网络协议实施和QoS策略等。 RTP(实时传输协议)： RTP协议是为支持实时视音频通信而设计的传输层协议，为应用进程之间提供了实时信息通信的能力。RTP被设计成在多站点IP上运行，目的是为了提供时间信息和实现流同步。RTP协议族包括两个协议：RTP和RTCP。RTCP负责监视网络服务质量、通信带宽以及网上传送的信息，并将其通知给发送端。若可用的带宽一旦带窄，RTCP立即将该信息通知发送端，发送端根据此信息进行调整发送，继续进行图象传输。 RTPRTOP充分考虑了在现有的l P网络基础上，配以先进的拥挤控制方法、限制时延抖动的排队算法，公平的带宽分配法就可传送相当质量的图象。 DiffServ(区分服务)的多点广播： 区分服务是针对不同应用给以分类服务提供的一种简单的方法，目前定义两种每跳行为标准(PHB)来代表两种服务水平：迅速转发(EF)和确保转发(AF)。 区分服务假设在捌有共同边界的网络之问有服务水平协议SLA。SLA确定了策略原则，制定数据流规划，在输出点按照SLA对数据流执行策略和平滑。 QoS的实现策略： 要保证IP网络的QoS(业务质量)，需要策略来决定哪种流应该得到哪种服务，为此还需要对用户进行认证。对整个网络而言，实时图象传输需保持一定的传输优先，在应用时按规则及执行规则的策略进行“裁决”决策，这是QoS网络在传统的I P网络中，从一台服务器发送出的每个数据包只能传送给一个客户机。如果有另外的用户想顺路获得这个数据包的拷贝是做不到的。在图象监控系统中，每个用户分别对图象服务器调看图象，而图象服务器必须向每个用户发送他们要求的图象数据包拷贝。这种巨大冗余的代价是图象服务器负担过重，对整个网络造成资源浪费和巨大压力。 解决的办法是采用l P组播技术。l P组播技术允许路由器一次将数据包复制到几个通道上，也就是说，采用组播技术，一个服务器可向一组终端用户发送单一图象信息流，无需同时向每个目标站点发送一个数据拷贝，从而大大减少引起网络阻塞的可能性。 基于宽带l P网的图象监控系统“CRV” “CRV”就是基于宽带IP网络的监控系统，该产品精心考虑了宽带lP网络的各种特点和要求，采用了专门的网络协议和控制。“CRV”具有独立的网络I P地址、网关、子网掩码，本身具有数据压缩功能，支持报警数据的接入与传输，支持云台的网络控制。该产品是“面向宽带IP网络”的设计，使用以太网或ATM网络作为监控架构主体，充分考虑了宽带I P网络上数据流传输的各种特点，使几百上千个图象通道在网络上平滑传输成为可能，达到大范围、大面积的监控覆盖。“CRV”已经在地铁、大学和银行等得到了成功应用，这些应用全部基于千兆或百兆以太网。 “CRV”系统采用多点广播方式，单台“CRV”服务器能够对几千台桌面终端同时发送单一连续数据流而无时延，达到从未有过的传送能力。另外，最新版本的I P组播技术可以让“CRV”服务器做到检测和重发个别终端用户未接收到的数据包，从而确保每一终端用户的需求。 相当于4条图象通道带宽的端到 端连接 只需相当于l条图象通道带宽的多站点连接 图一、使用“CRV”大大提高了网络资源的利用率 图二、使用CRV”达到了大范围、大面积的图象监控覆盖 结束语 安防产业最佳利用的网络当然是局域网，因为它的带宽宽，特别适合传输实时图象；它可以覆盖大、中企业、机场、地铁、校园等等。局域网、城域网和广域网的界线正在消失。现在的局域网从传输技术来说很容易推广到广域网，几千公里都可以传到，可以做一个全球局域网。这样的话，在不久的将来，各家企业、政府部门等等可以非常方便地在全国范围内进行多路高清晰度实时数字图象的传输。 从长远的应用发展来看，具备将所有的各种应用设备统一规划、综合布线、分级管理的只有宽带l P网络。这样一种网络可以将图象监控、电话、电脑数据、v0D点播、因特网服