安防视频监控系统视频服务器的组成原理及特点

一、DVS的含义、组成及原理

数字视频服务器(Digital Video Server,DVS)是近几年发展起来的视频监控设备,它将输入的模拟视频信号数字化处理后,以数字信号的模式传送至网络上的专用设备,从而实现远程实时监控的目的。由于视频服务器能将模拟摄像机成功地转化为网络摄像机,因此它也是网络视频监控系统与当前模拟系统进行整合的最佳途径。

随着网络技术的发展及宽带网络的普及,网络视频监控系统也会逐渐侵吞传统视频监控设备的市场份额。尽管数字硬盘录像机(DVR)也具有网络监控功能,但它主要功能是存储,因而目前主流的网络视频监控设备还是视频服务器DVS。它可以把模拟的音/视频或者语音信号转化为数字信号并通过1P网络传送出去,同时还具有报警、云台控制等诸多的辅助功能。

利用上述嵌入式系统特点,构建的嵌入式视频服务器DVS的组成及工作原理框图如图1所示。

图1 嵌入式视频服务器的组成及工作原理框图

由图1可知,嵌入式视频服务器DVS由视频输入、A/D转换器、嵌入式处理器及ROM/Flash缓冲存储器、编码压缩模块、网络接口等部分组成。当1至4路摄像机(4路以上较少)的视频信号输入时,经A/D转换器转换为数字视频信号后,进入嵌入式处理器的处理或缓冲存储器。但是,经过A/D转换器转换后的数字信号数据量相当庞大,而目前国内的计算机网络带宽有限,不可能传输大量的数据流,这就需要对它进行编码压缩处理,即在尽量保证图像清晰度的同时对数据压缩,被压缩后变成小流量的数据才能在因特网上传输。

因此,数字视频信号最后经编码压缩模块处理后,送入网络接口输出进入网络传输,到达监控中心或授权用户。而网络部分则需要支持DHCP、DDNS,UPNP和NFS等网络协议。网络上的用户可以直接用浏览器观看视频服务器上的摄像机图像,授权用户还可以控制摄像机、云台、镜头的动作或对系统配置进行操作等。

二、DVS的特点

目前流行的视频服务器的特点如下所述。

(1)线缆连接简单,应用简便。在监控摄像机和DVS之间只需通过简短的传输线连接即可,从而可省去长距离铺设线缆的开销。DVS输出的视频数据只需要一根价格低廉的5类网络线缆,即可通过11前经济高效的计算机通信网络把视频数据传输到监控中心。如果视频服务器内部有Wi-Fi模块,采用无线局域网方式的话,还可省去5类网络线缆。如某DVS产品采用1路D1/CIF视频输入,压缩标准采用H.264编码技术,兼容PAL制和NTSC制式,音频采集标准为8K>16bitPCM,采用高度集成ARM9和DSP的处理器芯片,数据可采用100Mbps网络接口或者无线Wi-Fi传输(Wi-Fi支持802.11a/b/g通信协议),同时内部还含有3G功能模块,可以使视频服务器和3G移动网络融合。因此,能使用户选择通过有线网络或无线网络进行数据传输,充分体现了视频服务器应用简便的特点。

(2)能实现远程实时监控,节约监控成本。视频服务器网絡视频监控系统,只要是能够上网的地方就可以浏览画面,所有的视频信息,无论是实时的还是已经录制下来的,都可以在世界的任何角落安全地获得。只要是采用配套的解码器,就可以不需要计算机设备直接传输到电视墙等方式浏览,因而它能实现远程实时监控,且极大地节约远程监控的成本。

(3)有强大的中心控制能力。大家知道,只要利用一台工业标准的视频服务器和一套控制管理应用软件,就可以使整个视频监控系统运行。这时,用户只要打开一台与因特网连接的电脑上的客户端程序,在里面输入对应的视频服务器的IP地址,就可以进行全面远程监视。任何经授权客户都可直接访问任意摄像机,也可通过中央服务器访问所需监视的图像。如某DVS产品配有客户端管理应用软件,可以支持网络升级,而且在万一网络升级无法进行的情况下也能支持USB2.0通过U盘升级,这也充分体现了视频服务器有强大的中心控制能力的特点。

(4)能将多通道、网络传输、录像与播放等功能简单集成网络,应用广泛。视频服务器能将多通道、网络传输、录像与播放等功能简单集成网络,它除用于安防网络视频监控系统外,还广泛用于非安防监控领域。如现在已广泛用于电视领域中,因为利用视频服务器可以构建自动播出系统,并可实现视频点播。这是由于视频服务器能将多通道、录制与播放等功能集于一体,容易实现向前或向后的变速播放;它又具有非线性设备的优点,查找素材方便;素材可由多个输出通道共享;可同时或相继调出播放等。同时,也非常适用于延时播出和视频点播等领域。

(5)可易于升级与全面扩展。视频服务器DVS易于升级与全面扩展,如可以支持网络升级,可轻松添加摄像机,中心服务器也能够方便升级到更快速的处理器、更大容量的磁盘驱动器,以及更大带宽等。实际上,视频服务器的扩展性非常好,可以从一台扩充到上千台的容量,可以无限制地提供实时的用户;可选择帧率输出。

(6)具有经济高效的架构,系统维耗费低。视频服务器具有更加经济高效的、基础的架构,现在的大多数设备都由双绞线接入,这就为视频服务器提供了很好的前期准备。只需接入网络线,就可以使所有的数据、视频、声音及控制通过网络进行传输和管理。

视频服务器是目前所有的摄像机安装方式中最为经济型的选择,它基于开放的标准网络协议,这就使它对比于DVR的优势得以凸显。如需存储图像信息即可加一块硬盘,而它简捷的安装和简单的维护却是DVR所不能比拟的,因而系统维护费用低。

三、DVS的发展方向

数字视频服务器DVS还必须朝向高清、前端存储、无线和特殊防护,以及增加视频内容分析的智能化方向发展。

(1)要高清化。高清的视频服务器必须满足高清的需求,其核心编码芯片必须支持高清视频分辨率的输出,对于总线或采集芯片的处理也不能对高清的流量产生影响。此外,一般的BNC满足不了高清视频传输,因而必须配备高清输入端口,即具备如VGA、DVI、HDMI等接口,这些接口都可以支持到高清以上。

(2)要有前端存储。前端存储是近几年兴起的一项功能需求,其基本的要求是将录像文件可以在一定时间段内在视频服务器内存储,存储的介质可以是CF卡、SD卡、IDE硬盘、SATA硬盘等。前端录像的设置,通常也可以在双码流的情况下操作,可单独对前端进行录像分辨率、码流的设定,并且可设置响应的触发条件,如报警触发、定时触发、手动触发、继电器触发等类型。

(3)要能无线监控。无线监控在目前应用得比较普遍,除了可以使用无线发射器和接收器来连接外,视频服务器还可以内置无线模块,以实现短距离的无线网络构建,以满足短距离无线监控的需求。目前,第三代数字通信在传输声音和数据的速度上都得到了提升,它能够在全球范围内更好地实现无缝漫游,并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,因此也需要视频服务器能够融入其中。

(4)要能面向特殊的环境应用。在当前监控设备应用广泛的情况下,一些特殊的环境应用也需要视频服务器有特殊的防护措施来保证实施。如海港,在应用视频服务器时就需要特殊的防腐蚀处理,部分条件恶劣的海港,其湿度几乎能达到98%,盐雾等级也较高;在亚热带及热带区域,温度达40°C以上等。在这种高温、高湿、高盐度的情况下,金属就容易被腐蚀,容易造成电路板短路,接口处也容易生锈,因而视频服务器必须要有特殊的防护措施。

(5)要智能化。是整个安防监控系统的发展方向,因此数字视频服务器DVS必须要增加智能化功能,即针对前端采集的视频信息进行分析处理与识别,以代替人来分析一些事物,如摄像机工作不正常、有遗留化学与爆炸物体、非法跨越围栏、汽车违章等人与物的异常等,这尤其在卡口检查、围栏警戒,博物馆布控等一些特定的领域比较实用。

四、网络DVS智能化的实现框架

由嵌入式网络视频服务器的组成可知,在上述的基础上,只要再嵌入具有智能功能软件算法的智能功能模块,即可构成嵌入式智能网络视频服务器。其实现方案的组成及工作原理框图如图2所示。

图2 实现智能网络视频服务器方案的组成及工作原理框图

由图2可知,当多路监控点的摄像机输出的视频信号输入智能网络视频服务器后,即进行A/D转换,并进行嵌入式处理,一方面将数字视频图像信号送入缓冲存储器,另方面送入嵌入所需功能的智能软件算法模块进行分析与识别。编码压缩模块一方面将预/报警前的图像压缩后送网络接口进入网络传输,另一方面接收经智能识别需预/报警的图像进行压缩再送到网络接口经网络传输到监控中心。这样,既可节省网络带宽资源,又可遏制犯罪的发生。

这种智能网络视频服务器的网络视频监控系统拥有更好的系统弹性,相对模拟系统而言,可依靠视频服务器来连接本地的模拟摄像机,并可在通过网络对其视频流进行监控和存储前,对视频流进行数字化、智能分析与识别,然后压缩传输。系统的优势是数字化和压缩的过程都在本地完成,此时可通过已连入互联网的现有网络设备来传输智能数据,从而有效降低使用成本。

智能软件算法模块除嵌入各监控点均需要的基本的智能功能外,其不同场景应用的智能功能则应分别嵌入不同的模块,这一方面便于按需进行组合使用,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,只需要进行基本的配置,就可以搜集特定的智能信息,使管理者更容易决定分派哪些具体的工作。随着各机构希望能增强其视频系统,不同类型的分布式智能应用可能会被组合到一起,而网络分布式智能拥有无限的扩展能力,未来的扩展就如同搭积木一样简单。

 

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