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一、DVS的含義、組成及原理
數字視頻服務器(Digital Video Server,DVS)是近幾年發展起來的視頻監控設備,它將輸入的模擬視頻信號數字化處理后,以數字信號的模式傳送至網絡上的專用設備,從而實現遠程實時監控的目的。由于視頻服務器能將模擬攝像機成功地轉化為網絡攝像機,因此它也是網絡視頻監控系統與當前模擬系統進行整合的最佳途徑。
隨著網絡技術的發展及寬帶網絡的普及,網絡視頻監控系統也會逐漸侵吞傳統視頻監控設備的市場份額。盡管數字硬盤錄像機(DVR)也具有網絡監控功能,但它主要功能是存儲,因而目前主流的網絡視頻監控設備還是視頻服務器DVS。它可以把模擬的音/視頻或者語音信號轉化為數字信號并通過1P網絡傳送出去,同時還具有報警、云臺控制等諸多的輔助功能。
利用上述嵌入式系統特點,構建的嵌入式視頻服務器DVS的組成及工作原理框圖如圖1所示。
圖1 嵌入式視頻服務器的組成及工作原理框圖
由圖1可知,嵌入式視頻服務器DVS由視頻輸入、A/D轉換器、嵌入式處理器及ROM/Flash緩沖存儲器、編碼壓縮模塊、網絡接口等部分組成。當1至4路攝像機(4路以上較少)的視頻信號輸入時,經A/D轉換器轉換為數字視頻信號后,進入嵌入式處理器的處理或緩沖存儲器。但是,經過A/D轉換器轉換后的數字信號數據量相當龐大,而目前國內的計算機網絡帶寬有限,不可能傳輸大量的數據流,這就需要對它進行編碼壓縮處理,即在盡量保證圖像清晰度的同時對數據壓縮,被壓縮后變成小流量的數據才能在因特網上傳輸。
因此,數字視頻信號最后經編碼壓縮模塊處理后,送入網絡接口輸出進入網絡傳輸,到達監控中心或授權用戶。而網絡部分則需要支持DHCP、DDNS,UPNP和NFS等網絡協議。網絡上的用戶可以直接用瀏覽器觀看視頻服務器上的攝像機圖像,授權用戶還可以控制攝像機、云臺、鏡頭的動作或對系統配置進行操作等。
二、DVS的特點目前流行的視頻服務器的特點如下所述。
(1)線纜連接簡單,應用簡便。在監控攝像機和DVS之間只需通過簡短的傳輸線連接即可,從而可省去長距離鋪設線纜的開銷。DVS輸出的視頻數據只需要一根價格低廉的5類網絡線纜,即可通過11前經濟高效的計算機通信網絡把視頻數據傳輸到監控中心。如果視頻服務器內部有Wi-Fi模塊,采用無線局域網方式的話,還可省去5類網絡線纜。如某DVS產品采用1路D1/CIF視頻輸入,壓縮標準采用H.264編碼技術,兼容PAL制和NTSC制式,音頻采集標準為8K>16bitPCM,采用高度集成ARM9和DSP的處理器芯片,數據可采用100Mbps網絡接口或者無線Wi-Fi傳輸(Wi-Fi支持802.11a/b/g通信協議),同時內部還含有3G功能模塊,可以使視頻服務器和3G移動網絡融合。因此,能使用戶選擇通過有線網絡或無線網絡進行數據傳輸,充分體現了視頻服務器應用簡便的特點。
(2)能實現遠程實時監控,節約監控成本。視頻服務器網絡視頻監控系統,只要是能夠上網的地方就可以瀏覽畫面,所有的視頻信息,無論是實時的還是已經錄制下來的,都可以在世界的任何角落安全地獲得。只要是采用配套的解碼器,就可以不需要計算機設備直接傳輸到電視墻等方式瀏覽,因而它能實現遠程實時監控,且極大地節約遠程監控的成本。
(3)有強大的中心控制能力。大家知道,只要利用一臺工業標準的視頻服務器和一套控制管理應用軟件,就可以使整個視頻監控系統運行。這時,用戶只要打開一臺與因特網連接的電腦上的客戶端程序,在里面輸入對應的視頻服務器的IP地址,就可以進行全面遠程監視。任何經授權客戶都可直接訪問任意攝像機,也可通過中央服務器訪問所需監視的圖像。如某DVS產品配有客戶端管理應用軟件,可以支持網絡升級,而且在萬一網絡升級無法進行的情況下也能支持USB2.0通過U盤升級,這也充分體現了視頻服務器有強大的中心控制能力的特點。
(4)能將多通道、網絡傳輸、錄像與播放等功能簡單集成網絡,應用廣泛。視頻服務器能將多通道、網絡傳輸、錄像與播放等功能簡單集成網絡,它除用于安防網絡視頻監控系統外,還廣泛用于非安防監控領域。如現在已廣泛用于電視領域中,因為利用視頻服務器可以構建自動播出系統,并可實現視頻點播。這是由于視頻服務器能將多通道、錄制與播放等功能集于一體,容易實現向前或向后的變速播放;它又具有非線性設備的優點,查找素材方便;素材可由多個輸出通道共享;可同時或相繼調出播放等。同時,也非常適用于延時播出和視頻點播等領域。
(5)可易于升級與全面擴展。視頻服務器DVS易于升級與全面擴展,如可以支持網絡升級,可輕松添加攝像機,中心服務器也能夠方便升級到更快速的處理器、更大容量的磁盤驅動器,以及更大帶寬等。實際上,視頻服務器的擴展性非常好,可以從一臺擴充到上千臺的容量,可以無限制地提供實時的用戶;可選擇幀率輸出。
(6)具有經濟高效的架構,系統維耗費低。視頻服務器具有更加經濟高效的、基礎的架構,現在的大多數設備都由雙絞線接入,這就為視頻服務器提供了很好的前期準備。只需接入網絡線,就可以使所有的數據、視頻、聲音及控制通過網絡進行傳輸和管理。
視頻服務器是目前所有的攝像機安裝方式中最為經濟型的選擇,它基于開放的標準網絡協議,這就使它對比于DVR的優勢得以凸顯。如需存儲圖像信息即可加一塊硬盤,而它簡捷的安裝和簡單的維護卻是DVR所不能比擬的,因而系統維護費用低。
三、DVS的發展方向數字視頻服務器DVS還必須朝向高清、前端存儲、無線和特殊防護,以及增加視頻內容分析的智能化方向發展。
(1)要高清化。高清的視頻服務器必須滿足高清的需求,其核心編碼芯片必須支持高清視頻分辨率的輸出,對于總線或采集芯片的處理也不能對高清的流量產生影響。此外,一般的BNC滿足不了高清視頻傳輸,因而必須配備高清輸入端口,即具備如VGA、DVI、HDMI等接口,這些接口都可以支持到高清以上。
(2)要有前端存儲。前端存儲是近幾年興起的一項功能需求,其基本的要求是將錄像文件可以在一定時間段內在視頻服務器內存儲,存儲的介質可以是CF卡、SD卡、IDE硬盤、SATA硬盤等。前端錄像的設置,通常也可以在雙碼流的情況下操作,可單獨對前端進行錄像分辨率、碼流的設定,并且可設置響應的觸發條件,如報警觸發、定時觸發、手動觸發、繼電器觸發等類型。
(3)要能無線監控。無線監控在目前應用得比較普遍,除了可以使用無線發射器和接收器來連接外,視頻服務器還可以內置無線模塊,以實現短距離的無線網絡構建,以滿足短距離無線監控的需求。目前,第三代數字通信在傳輸聲音和數據的速度上都得到了提升,它能夠在全球范圍內更好地實現無縫漫游,并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式,因此也需要視頻服務器能夠融入其中。
(4)要能面向特殊的環境應用。在當前監控設備應用廣泛的情況下,一些特殊的環境應用也需要視頻服務器有特殊的防護措施來保證實施。如海港,在應用視頻服務器時就需要特殊的防腐蝕處理,部分條件惡劣的海港,其濕度幾乎能達到98%,鹽霧等級也較高;在亞熱帶及熱帶區域,溫度達40°C以上等。在這種高溫、高濕、高鹽度的情況下,金屬就容易被腐蝕,容易造成電路板短路,接口處也容易生銹,因而視頻服務器必須要有特殊的防護措施。
(5)要智能化。是整個安防監控系統的發展方向,因此數字視頻服務器DVS必須要增加智能化功能,即針對前端采集的視頻信息進行分析處理與識別,以代替人來分析一些事物,如攝像機工作不正常、有遺留化學與爆炸物體、非法跨越圍欄、汽車違章等人與物的異常等,這尤其在卡口檢查、圍欄警戒,博物館布控等一些特定的領域比較實用。
四、網絡DVS智能化的實現框架由嵌入式網絡視頻服務器的組成可知,在上述的基礎上,只要再嵌入具有智能功能軟件算法的智能功能模塊,即可構成嵌入式智能網絡視頻服務器。其實現方案的組成及工作原理框圖如圖2所示。
圖2 實現智能網絡視頻服務器方案的組成及工作原理框圖
由圖2可知,當多路監控點的攝像機輸出的視頻信號輸入智能網絡視頻服務器后,即進行A/D轉換,并進行嵌入式處理,一方面將數字視頻圖像信號送入緩沖存儲器,另方面送入嵌入所需功能的智能軟件算法模塊進行分析與識別。編碼壓縮模塊一方面將預/報警前的圖像壓縮后送網絡接口進入網絡傳輸,另一方面接收經智能識別需預/報警的圖像進行壓縮再送到網絡接口經網絡傳輸到監控中心。這樣,既可節省網絡帶寬資源,又可遏制犯罪的發生。
這種智能網絡視頻服務器的網絡視頻監控系統擁有更好的系統彈性,相對模擬系統而言,可依靠視頻服務器來連接本地的模擬攝像機,并可在通過網絡對其視頻流進行監控和存儲前,對視頻流進行數字化、智能分析與識別,然后壓縮傳輸。系統的優勢是數字化和壓縮的過程都在本地完成,此時可通過已連入互聯網的現有網絡設備來傳輸智能數據,從而有效降低使用成本。
智能軟件算法模塊除嵌入各監控點均需要的基本的智能功能外,其不同場景應用的智能功能則應分別嵌入不同的模塊,這一方面便于按需進行組合使用,另一方面可避免很多智能功能放一起而需要采用高端的IC。因此,只需要進行基本的配置,就可以搜集特定的智能信息,使管理者更容易決定分派哪些具體的工作。隨著各機構希望能增強其視頻系統,不同類型的分布式智能應用可能會被組合到一起,而網絡分布式智能擁有無限的擴展能力,未來的擴展就如同搭積木一樣簡單。