IP視頻監控中采用流媒體轉發(fā)服務(wù)器利弊

　　IP視頻監控，從最早通過(guò)一臺視頻管理服務(wù)器，以Windows界面，在一臺PC上實(shí)現對數十臺編碼器進(jìn)行觀(guān)看、存儲、報警等管理的原始方案，現在已經(jīng)進(jìn)化為硬件設備工業(yè)化設計(部件熱插拔，硬件冗余，低功耗，)系統中各功能模塊獨立，模塊接入、離線(xiàn)不不影響整個(gè)系統其他設備運行，部件維護系統不停機，各模塊盡可能采用嵌入式系統提高網(wǎng)絡(luò )和防病毒穩定性，甚至引入了虛擬存儲技術(shù)和云計算功能等最新IT技術(shù)，成為非常專(zhuān)業(yè)和可靠的系統。

　　獨立的核心數據庫：核心仲裁和管理設備，支持多設備在線(xiàn)冗余。提供對所有設備和用戶(hù)的IP和域名地址管理，不同用戶(hù)登錄和操作權限管理，設備安全加密校驗，設備運行狀態(tài)檢測，系統日志生成和備份，系統時(shí)鐘校驗……

　　監控顯示界面：實(shí)現數字化虛擬矩陣的顯示界面。接入電視墻的設備有輸出到獨立監視器為主要功能的視頻解碼器(包括DVR和IPC)，進(jìn)行多畫(huà)面輸出的視頻監控平臺;桌面多畫(huà)面監控軟件，電子地圖和報警等其他功能顯示模塊……

　　系統設定管理界面：系統主要設定管理界面。提供簡(jiǎn)單的監視窗口，主要用于對前端編碼器和IP攝像機工作參數、用戶(hù)設定、虛擬矩陣顯示策略、存儲策略，以及系統各模塊工作模式的管理和設定，也提供歷史數據檢索和導出、備份操作……

　　存儲池管理設備：提供監控視頻資料的存儲服務(wù)。包括實(shí)時(shí)存儲、報警存儲、存儲時(shí)間設定、覆蓋方式，還有RIAD、容災備份、基于iSCSI、FC、SAS等協(xié)議外部擴展存儲的管理等等……

　　特殊功能管理設備：幫助系統實(shí)現特殊功能擴展。例如：提供視頻監控子系統專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò )安全管理的網(wǎng)關(guān)，對不同廠(chǎng)商IP攝像機和編碼器統一管理的網(wǎng)絡(luò )、編碼、控制協(xié)議進(jìn)行轉換、翻譯的控制器，對數字-模擬矩陣系統互聯(lián)提供的編解碼轉換設備，和報警、門(mén)禁系統實(shí)現通訊的集成單元模塊等等……

　　按照百度百科的解釋?zhuān)?a href="http://healthyzion.com/product/lubomeitifuwuqi/list.html" target="_blank" class="inlink">媒體服務(wù)器是“流媒體應用的核心系統，是運營(yíng)商(在安防監控項目中特制視頻安防系統)向用戶(hù)提供視頻服務(wù)的關(guān)鍵平臺。其主要功能是對媒體內容進(jìn)行采集、緩存、調度和傳輸播放，流媒體應用系統的主要性能體現都取決于媒體服務(wù)器的性能和服務(wù)質(zhì)量。所以，流媒體服務(wù)器是流媒體應用系統的基礎，也是最主要的組成部分。主要產(chǎn)品流媒體服務(wù)器：大并發(fā)視頻服務(wù)器、直播時(shí)移服務(wù)器、P2P直播服務(wù)器、視頻交互應用服務(wù)器視頻應用管理：媒體內容管理系統、H.264/MPEG-4編碼工具、機頂盒終端管理系統、節目導航與發(fā)布系統。”

　　市場(chǎng)主力IP視頻監控系統中，許多國內品牌廠(chǎng)商都提出來(lái)“流媒體轉發(fā)服務(wù)器”的解決方案。常見(jiàn)架構如下：

　　視頻安防系統中的流媒體轉發(fā)服務(wù)器功能主要有：

　　一、對多用戶(hù)猝發(fā)性訪(fǎng)問(wèn)提供運算支持，減低系統核心管理服務(wù)器負荷。特別是有些廠(chǎng)商的系統架構，核心服務(wù)器同時(shí)負責管理圖像虛擬矩陣觀(guān)看，又進(jìn)行存儲轉發(fā)時(shí)，響應多用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)，極其容易造成核心管理服務(wù)器運算能力不足，使系統崩潰。

　　二、對多用戶(hù)集中訪(fǎng)問(wèn)少量編碼器(包括DVR和IPC)畫(huà)面時(shí)，進(jìn)行單博協(xié)議到組播協(xié)議的轉換，以及數據分發(fā)的工作。常見(jiàn)于國內編碼器，支持只TCP/IP傳輸協(xié)議。

　　三、在分布式系統的各個(gè)監控區域中，降低前端編碼設備到系統核心管理設備的帶寬。系統核心管理設備只需要訪(fǎng)問(wèn)各區域的流媒體轉發(fā)服務(wù)器，由流媒體轉發(fā)服務(wù)器去調用前端編碼設備的數據，而不必每個(gè)前端設備都跟系統核心通訊。在各防范區域距離較遠，帶寬有限時(shí)比較有效。

　　四、對不同編碼格式和控制協(xié)議的前端編碼設備(例如采用MPEG-2和H.264兩種不同編碼方式的多個(gè)不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品)進(jìn)行轉換管理，使后臺用戶(hù)獲得統一的訪(fǎng)問(wèn)界面和控制方式。

　　據廠(chǎng)商稱(chēng)，流媒體轉發(fā)服務(wù)器在系統中扮演的主要角色是：為多用戶(hù)同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)某一(或某少數)畫(huà)面時(shí)，提供組播和轉發(fā)的功能。由于嵌入式DVR、視頻編碼器、IPC等設備，無(wú)法以自己的網(wǎng)絡(luò )和IO處理能力，提供多個(gè)用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)，而出現宕機和故障的現象。流媒體服務(wù)器充當了接受用戶(hù)界面訪(fǎng)問(wèn)請求，從前端視頻源(DVR、IPC、編碼器)獲取實(shí)時(shí)圖像，或者從存儲池獲取歷史錄像，通過(guò)組播或者UTP協(xié)議分發(fā)到用戶(hù)的角色。說(shuō)白了，在這個(gè)系統中，前端編碼設備提供原始數據，就像電影公司制作出的電影母片，由一個(gè)出版商，也就是流媒體轉發(fā)服務(wù)器，根據用戶(hù)要求，把母片復制成許多份拷貝，四處分發(fā)。

　　但是，這樣做有一個(gè)特殊的技術(shù)背景：國產(chǎn)編碼器的內部軟件多做得比較簡(jiǎn)單，多數產(chǎn)品只支持簡(jiǎn)單的編碼、報警聯(lián)動(dòng)、控制數據通訊功能，在網(wǎng)絡(luò )協(xié)議上的工作不夠深入。所謂雙碼流產(chǎn)品，也多半是為了解決不同壓縮方式在系統中互通互聯(lián)(如MPEG-2和MPEG-4)，或者不同分辨率圖像(如CIF和D1)在觀(guān)看和存儲時(shí)的帶寬、存儲空間方面的權衡。

　　多數編碼器支持：TCP/IP、UTP/MULTICAST、RTP/RTCP、DCHP、HTTP等網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，并且把TCP/IP作為主要的傳輸通訊協(xié)議，以單播方式進(jìn)行視頻流輸出。TCP工作于TCP/IP的傳輸層，它為用戶(hù)進(jìn)程定義了一個(gè)可靠的、面向連接的、全雙工字節流。UDP則提供了無(wú)握手連接、“不可靠”的數據報服務(wù)，它沒(méi)有連接的概念，適用于無(wú)須應答并且一次只傳少量數據的應用軟件。

　　因為單播協(xié)議需要每個(gè)前端編碼設備，在收到多個(gè)后臺圖像訪(fǎng)問(wèn)請求時(shí)，都發(fā)出一份內容完全相同的編碼流，所以，在監控系統發(fā)現突發(fā)事件，或者概率很小的隨機事件中(例如公安天網(wǎng)系統中，眾多單位同時(shí)關(guān)注一個(gè)地點(diǎn)的社會(huì )治安事件)，當多個(gè)用戶(hù)同時(shí)對同一個(gè)編碼設備進(jìn)行圖像請求時(shí)，前端編碼器就不堪重負，出現編碼異常、網(wǎng)絡(luò )丟包、死機等現象。常見(jiàn)編碼器的多用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)參數，一般是不超過(guò)6個(gè)用戶(hù)。

　　單播協(xié)議在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )存儲時(shí)，是有優(yōu)勢的，由于存儲需要數據傳輸可靠，單播協(xié)議的握手校驗模式，可以保證寫(xiě)入到存儲池中的數據，沒(méi)有遺漏和丟失。但是在實(shí)時(shí)觀(guān)看環(huán)境中，單播流的握手校驗方式，到達用戶(hù)桌面的畫(huà)面會(huì )增加網(wǎng)絡(luò )傳輸時(shí)延。

　　組播流組播協(xié)議的特點(diǎn)是：支持同一個(gè)組的主機可以接受到此組內的所有數據，網(wǎng)絡(luò )中的交換機和路由器只向有需求者復制并轉發(fā)其所需數據。主機可以向路由器請求加入或退出某個(gè)組，網(wǎng)絡(luò )中的路由器和交換機有選擇的復制并傳輸數據，即只將組內數據傳輸給那些加入組的主機。這樣既能一次將數據傳輸給多個(gè)有需要(加入組)的主機，又能保證不影響其他不需要(未加入組)的主機的其他通訊。RTP與控制協(xié)議(RTCP)配合工作，RTCP使得大的組播網(wǎng)絡(luò )能夠監視數據傳輸。

　　組播加上UDP，非常適合于IP視頻監控系統中，基于虛擬矩陣的多用戶(hù)瀏覽。即使少量數據在路由傳輸中滯后或丟包，后臺顯示軟件可以丟掉這些錯誤的信息，跳過(guò)少數出錯的幀，繼續顯示新的畫(huà)面，不影響總體的觀(guān)看效果。

　　組播功能非常重要，可以使得客戶(hù)端不經(jīng)過(guò)流媒體服務(wù)器的轉發(fā)而直接接受組播流。這樣，眾多用戶(hù)可以直接和任何一個(gè)前端編碼器設備進(jìn)行通訊，獲取實(shí)時(shí)圖像，而不經(jīng)過(guò)其它中轉環(huán)節。前端編碼器設備，也只需要發(fā)出一份組播協(xié)議的視頻流，在交換機、路由器等設備的組播協(xié)議管理下，將數據發(fā)送到需要這些數據的用戶(hù)桌面。一般支持組播視頻流的設備，都沒(méi)有受訪(fǎng)用戶(hù)的數量限制，哪怕數千用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)同一個(gè)攝像機，只要網(wǎng)絡(luò )支持，這個(gè)攝像機就能夠發(fā)出實(shí)時(shí)的、清晰度不受影響的視頻流!

　　前端編碼器的單播輸出的視頻流

　　另外，前端編碼器的單播輸出的視頻流，假設要通過(guò)流媒體轉發(fā)服務(wù)器進(jìn)行中轉，意味著(zhù)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)流程如下：

　　用戶(hù)對前端畫(huà)面提出訪(fǎng)問(wèn)請求→系統進(jìn)行判斷和仲裁→當這個(gè)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)多用戶(hù)集中針對少數個(gè)別畫(huà)面時(shí)，將訪(fǎng)問(wèn)路徑指向流媒體服務(wù)器→流媒體服務(wù)器接收并響應多用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)，判斷并聯(lián)系相應的實(shí)時(shí)編碼設備或存儲設備→受訪(fǎng)問(wèn)設備輸出視頻流到流媒體服務(wù)器→由流媒體服務(wù)器將用戶(hù)需要的視頻流，以組播、廣播的方式分發(fā)到用戶(hù)手中。

　　這個(gè)流程太冗長(cháng)了：

　　一、多次仲裁和轉發(fā)，會(huì )大大增加用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)的網(wǎng)絡(luò )延時(shí)。特別是客戶(hù)進(jìn)行PTZ操控時(shí)，較長(cháng)的網(wǎng)絡(luò )延時(shí)會(huì )使操作員錯過(guò)捕捉突發(fā)事件的瞬間。

　　二、視頻流在網(wǎng)絡(luò )傳輸系統中多次、來(lái)回流動(dòng)，增加了網(wǎng)絡(luò )的負荷。流媒體轉發(fā)服務(wù)器一般設置在控制中心，客戶(hù)端用戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)，意味著(zhù)前端編碼器的視頻流要先進(jìn)入控制中心，送達存儲服務(wù)器或者流媒體轉發(fā)服務(wù)器，然后再由流媒體轉發(fā)服務(wù)器從存儲設備讀出(限于多用戶(hù)回放時(shí))，或者將需要的那些編碼器畫(huà)面，通過(guò)控制中心核心交換機，送出到各個(gè)客戶(hù)端，對核心交換機造成多次反復傳輸的壓力。

　　三、根據系統容量，特別是提出同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)的用戶(hù)數量的擴大，流媒體服務(wù)器在系統中的配置數量需增加，用戶(hù)要支出成本。特別是平時(shí)集中訪(fǎng)問(wèn)少數圖像的用戶(hù)很少時(shí)，該服務(wù)器閑置嚴重，而突發(fā)災難事件出現(如大型工廠(chǎng)出現嚴重事故、或者公安天網(wǎng)系統出現嚴重群體性治安事件時(shí))后，可能有超出系統設計預期的用戶(hù)提出訪(fǎng)問(wèn)需求，現有流媒體轉發(fā)服務(wù)器可能又不能承擔足夠的轉發(fā)任務(wù)。

　　所以，前端設備提供多碼流，多種網(wǎng)絡(luò )協(xié)議支持，可以有效的解決這個(gè)問(wèn)題。