高清網絡攝像機碼流處理技術分析

　　網絡監(jiān)控應用問題分析

　　網絡基礎環(huán)境是網絡視頻監(jiān)控市場良好發(fā)展的重要因素之一。目前，我國網絡視頻監(jiān)控市場缺乏良好的網絡基礎環(huán)境，使得網絡視頻監(jiān)控、尤其是高清網絡視頻的應用受到了一定的阻礙。

　　高清網絡攝像機在圖像清晰度上有了質的飛躍的同時，也給網絡監(jiān)控系統(tǒng)帶來了一系列的問題：

　　·網絡帶寬緊張：分辨率越大、清晰度超高，傳輸?shù)拇a流就會增大，增加了網絡帶寬壓力;

　　·存儲空間大：數(shù)據(jù)流量的翻倍，增大了存儲量，增加了網絡存儲的壓力;

　　·管理平臺軟硬件負載加劇;

　　·建設成本加倍。

　　因此，在追求高畫質的同時，對網絡視頻監(jiān)控設備的廠家提出了解決以上問題的要求。所以，需要對視頻碼流的處理與控制技術予以不斷的發(fā)展，以應對高清所帶來高帶寬、大容量存儲等問題。

　　視頻壓縮技術發(fā)展

　　在視頻監(jiān)控領域，視頻壓縮編碼格式從M-JPEG、H.263、MPEG4到H.264的發(fā)展，目前H.264是主流應用的壓縮算法。其最大的優(yōu)勢是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮率，在同等圖像質量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-4的1.5-2倍。H.264在具有高壓縮比的同時還擁有高質量流暢的圖像，正因為如此，經過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，在網絡傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經濟，大大節(jié)省了用戶的下載時間和數(shù)據(jù)流量。

　　在技術上，H.264集中了以往標準的優(yōu)點，并吸收標準制定中積累的經驗。與H.263、MPEG4相比，H.264做到了大幅度降低碼率，最多可節(jié)省50%的碼率，有效地實現(xiàn)了碼流控制?，F(xiàn)在有較多的廠家的網絡視頻產品均采用了先進的H.264壓縮算法。

　　碼流處理技術分析

　　即使采用了先進的H.264壓縮算法，高清720P也需要3-4M的碼流，高清1080P也需要4-6M的碼流，仍然解決不了網絡、存儲壓力等問題，于是出現(xiàn)了多種碼流處理方式。

　　流模式選擇功能

　　網絡攝像機一般傳輸音視頻流，但支持碼流可選模式，即：音視頻流、純視頻流，也有攝像機支持純音頻流模式。在根據(jù)不同的音視頻需求時，選擇相應的流模式，可以大大緩解網絡壓力、存儲壓力、降低投資成本等。

　　多種編碼技術

　　高清網絡攝像機較多都支持三種編碼技術，即支持JPEG/MPEG-4/H.264三種不同的壓縮格式，可以根據(jù)客戶實際情況設置這三種碼流。比如：將較低碼流的H.264視頻壓縮格式的D1圖像傳向遠端給客戶進行實時監(jiān)看，同時將百萬像素的H.264視頻壓縮格式實時圖像傳入存儲服務器進行錄像，另外還可以在報警的時候傳輸百萬像素的JPEG圖像，便于事后進行放大確認，尋找可疑對象等。多種編碼技術的配合應用，同樣解決了緩解網絡壓力、存儲壓力的問題。

　　雙碼流處理技術

　　雙碼流，即在網絡攝像機中同時并存兩種碼流。雙碼流是通過在編碼端采用兩種格式分別編碼來實現(xiàn)的。一種碼流用于網絡傳輸，另一種碼流用于高品質實時存儲，雙碼流同時兼顧了本地存儲和遠程網絡傳輸，解決了網絡傳輸?shù)钠款i。雙碼流的實現(xiàn)，為本地存儲掀啟了新的一頁。分別編碼，另行存儲，根據(jù)網絡帶寬靈活選擇碼流大小，讓本地高清存儲與低碼流傳輸并存成為可能。

　　多碼流處理技術

　　相對于雙碼流，多碼流對碼流的輸出提供了多組獨立的選擇，通過多個客戶端分別訪問該攝像機預先設置好的多種碼流。如：300萬（15幀/秒）、1080P（25幀/秒）、720P（25幀/秒）和D1（25幀/秒），每個客戶端都能同步接受到預先設置的碼流。該技術是要實現(xiàn)在多種應用需求的環(huán)境下，攝像機能提供多種獨立碼流選擇的同時，且能同樣減低網絡的負載和壓力。例如存儲用300萬，本地客戶端訪問用1080P，電視墻顯示用720P，遠程客戶端訪問用D1，而手機移動用戶選擇CIF或QCIF等更小分辨率，彼此之間毫無影響且能同時發(fā)送。如此一來，就避免了網絡攝像機中只有一個選擇，既滿足了高清監(jiān)控需求，也節(jié)省了存儲空間。

　　目前各個廠家對多碼流處理技術有所不同。如支持多個并發(fā)碼流，但是這些視頻碼流必須是相同參數(shù)配置的，修改任何一路碼流的參數(shù)配置，如分辨率、幀速等，則其他所有的碼流配置都將發(fā)生變化，這并不能做到真正的多碼流控制。真正的多碼流技術，多個碼流是完全獨立配置的，可以分別為不同的分辨率、不同的幀速、不同的壓縮比率或者不同的編碼方式，與此同時，在多碼流性能上支持多個并發(fā)的全分辨率、全幀速的獨立并發(fā)碼流。業(yè)內，已有廠商的網絡視頻產品具有該多碼流單獨處理技術。

　　流控制機制

　　對于網絡攝像機，處理多碼流外，對于每一個獨立配置的視頻碼流，實現(xiàn)良好的流控制機制，在應用中同樣起著十分重要的作用。碼流控制包含可變碼流、恒定碼流以及最大流限制模式。

　　·可變碼流，保持設定的視頻配置參數(shù)，如分辨率、幀速等，視頻流比特率將隨著視頻內容的變化而上下波動;

　　·保持視頻碼流于恒定的比特率，而圖像質量和碼流將隨著視頻內容的變化而進行調整。用戶也可以在保持恒定比特率的情況下，選擇圖像畫質優(yōu)先或者幀速優(yōu)先;

　　·最大流限制，是允許視頻流的比特率的上下波動，但設置了最大限定的閥值，當比特率達到最大限定的閥值時，將相應地降低視頻畫質以保持視頻碼流不超過設定的最大閥值。

　　可見，對于真正的多碼流技術提供了良好的芯片處理支持，并且能相應地提供多種完善的流控制管理機制，才能保證網絡視頻產品在實際使用中真正的可用性和對于網絡視頻流的合理化管理，使更好地滿足實際應用的需求。

　　結語

　　總之，做到較好的碼流處理和控制，解決網絡、存儲等壓力問題，才能更好地符合高清網絡視頻監(jiān)控的實際需要?，F(xiàn)在。有的安防廠家的網絡視頻產品應用H.264壓縮算法和多碼流處理技術已經比較成熟，其網絡視頻產品已能勝任大型高清網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求，并使客戶總體投入成本降低，同時先進的技術也會促進安防行業(yè)高清網絡視頻監(jiān)控的更大規(guī)模的應用。