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流媒體技術如何應用于IP視頻監控系統
發布時間 : 2021-06-11 02:52:41
目前大部分廠家推出的IP視頻監控系統都是采用這種模式。這種模式的核心在于利用系統中獨立的流媒體服務器或者某個設備中的流媒體功能模塊來實現視頻流的復制分發，從而實現視頻客戶端解碼播放，視頻解碼上墻，而系統中的存儲服務器或者存儲功能模塊則獲取流媒體服務器轉發來的視頻，實現視頻存儲。這種模式本身也經過了一系列的演化和發展。
此時的存儲服務器和流媒體服務器都是一臺高性能的電腦。流媒體服務器從前端攝像機獲取視頻流，然后將視頻流復制，分發至存儲服務器。由于IP監控系統中，存儲的要求基本上是全天候實時存儲，所以，這路分發給錄像存儲服務器的視頻流將是源源不斷始終存在的。如果客戶端軟件或者解碼器上墻需要實時視頻流，則流媒體服務器再會復制一路或者若干路視頻流給客戶端和解碼器上墻。
流媒體服務器從前端攝像機獲取視頻流，然后將視頻流復制，一路肯定會分發至存儲服務器。由于IP監控系統中，存儲的要求基本上是全天候實時存儲，所以，這路分發給錄像存儲服務器的視頻流將是源源不斷始終存在的。如果客戶端軟件或者解碼器上墻需要實時視頻流，則流媒體服務器再會復制一路或者若干路視頻流給客戶端和解碼器上墻。
這種結構中，工作壓力主要在流媒體服務器上，一臺服務器的轉發能力是有限的，如果系統中是高清攝像機，轉發數量將有明顯下降。再說存儲，系統的存儲功能主要由存儲服務器和磁盤陣列來完成，存儲服務器作用在于從流媒體服務器獲取視頻流，然后將其打包成文件的格式再發送至磁盤陣列保存，這里存儲服務器和磁盤陣列將有兩種連接方式：一種是通過IDE或者SATA線纜直接連接，即DAS方式;另一種方式就是通過網絡方式，即NAS/IPSAN方式。
上述結構最大的問題在于系統中服務器的數量將會很多，對于多點數的大型監控系統尤其如此，這顯然會增加系統的成本和維護復雜度。同時由于流媒體服務器和存儲服務器均為普通PC式服務器，其中運行的程序也基本基于WINDOWS開發，其在穩定性上也存在一定隱患。
流媒體模塊和存儲模塊整合的結構
改良后的IP視頻監控系統結構，主要就是將流媒體服務器和存儲服務器作為兩個獨立的功能模塊合二為一安裝在一臺服務器上，這樣做既減少了系統中服務器的數量，而且通過計算機內部的總線將視頻流交給存儲模塊，減少網絡帶寬壓力，同時存儲模塊獲取流媒體模塊轉發的視頻流也更加可靠穩定。但是，存儲模塊將視頻數據處理成文件包后仍將通過網絡傳送至磁盤陣列存儲，這仍然會消耗網絡帶寬資源。
加入嵌入式NVR的結構
為提升存儲部分的穩定性，嵌入式NVR出現了。嵌入式NVR在結構上將原來的NVR服務器和磁盤陣列整合起來，一般是服務器機頭加若干盤位的存儲構成，系統內的軟件也由以前的基于WINDOWS的存儲軟件改成嵌入式軟件，運行更加穩定可靠，伴隨著嵌入式NVR的面世，相當一部分IP監控系統的結構演變成圖3描述的形式。
由于早期嵌入式NVR只具備存儲功能而不具備轉發視頻的功能，所以系統中的流媒體服務器繼續存在，但是存儲部分則變成了一體式的嵌入式NVR設備，除了存儲運行更加穩定可靠，NVR獲取到流媒體轉發來的視頻流后余下的工作均在本機內完成，不再把視頻數據發到網絡上轉給獨立的磁盤陣列，這就降低了網絡帶寬的壓力。
不帶流媒體轉發服務器的結構
嵌入式NVR很快變成了IP監控系統中一個非常重要的部分，除了存儲功能，更多的功能被添加到嵌入式NVR上，其中最重要的就是視頻流轉發功能和視頻管理功能，原來系統中流媒體轉發服務器將不再需要，視頻管理功能使嵌入式NVR具備單獨構成小型系統的能力，在類似小區，連鎖店之類的項目中，嵌入式NVR就是系統的核心，具備IP數字監控系統的一切主要功能，在大型系統中，嵌入式NVR將作為一個基本組成單元融入整個系統。這也是目前主流的IP監控系統結構之一。
系統中除了管理服務器不可或缺之外，嵌入式NVR成了組成系統的基本單元，其具備視頻轉發和存儲功能。這些NVR單元通過配置，直接從所管轄的前端IP攝像機獲取視頻流，如果外界沒有實時瀏覽的需求，則直接將這些視頻流變成文件包存入本機內的磁盤陣列，如果有來自客戶端或者解碼器的實時瀏覽需求，則響應這些需求，復制另一路或者若干路視頻流轉發至客戶端軟件或者解碼器。整個系統的結構更加簡單清晰，網絡的帶寬壓力也有大幅度下降。
上述幾種結構其實本質相同，都是基于流媒體轉發技術來實現瀏覽和存儲。這幾種結構存在兩個問題：
瀏覽視頻流和存儲視頻流來自同一個源頭，應用起來不夠靈活
具體地說，在這種基于流媒體轉發技術的結構中，流媒體部分(不論是功能模塊還是獨立設備)只會從前端獲取一個視頻流，然后轉發給存儲或者瀏覽設備。如果前端攝像機是高清攝像機，用戶存高清視頻，那么瀏覽的也必然是高清視頻，一臺客戶端電腦解碼超過9路高清視頻可能就吃不消了。再者如果客戶的存儲空間有限，希望瀏覽高清視頻但是存儲標清視頻，在這種結構下如果不做特殊處理也很難實現。一個更實際的需求是高清視頻需要存儲，但是瀏覽時并不需要始終是高清視頻，當客戶端上開9畫面或者16畫面時，單個畫面是不是高清的已經分辨不出來了，此時完全可以顯示標清或者更小分辨率的視頻，客戶端電腦解碼這些非高清視頻時將比較輕松，畫面的流暢度也更高，當切回單畫面時，才需要再顯示高清視頻。
目前解決這個問題主要有兩個方法。
一是流媒體部分通過管理服務器偵測客戶端的多畫面數量，一旦發現客戶端設置為9畫面以上，則流媒體模塊將高清視頻流進行裁剪，降為低分辨率的視頻轉發客戶端，一旦偵測到客戶端恢復單畫面窗口，則重新發送高分辨率的視頻流。但是這樣做會使流媒體模塊的負擔進一步增加，在總資源一定的情況下，必然會影響到復制轉發視頻流的能力，同時，前端攝像機的高清視頻流最好也是支持多級別可裁剪的。
另一種方法是借助前端攝像機的另一路碼流，目前高清攝像機一般都至少支持一個高清碼流和一個低分辨率碼流輸出，當流媒體模塊偵測到客戶端開多畫面窗口后，則重新從前端攝像機獲取一個低分辨率的視頻流進行轉發，同時斷開原來轉發的高清視頻流，這樣做有時會造成客戶端進行多畫面單畫面切換時，出現短暫的無視頻現象，在采用無線設備傳輸視頻時這個現象可能更明顯。
NVR存儲模式不夠靈活
在這種結構下，每臺NVR都會管理一定數量的前端視頻，具體地說，就是每若干路視頻往一臺NVR設備里存儲。雖然嵌入式NVR比以前的PC式NVR要穩定很多，但是若某一臺NVR發生故障，被這臺NVR管理的若干路前端視頻都無法錄像了，后來采用N+1的模式使這種問題得到一定程度的解決。N+1模式就是除了必要的若干臺NVR之外，系統中再熱備一臺或者多臺(一般為一臺)NVR，平時這臺NVR不工作，只是處于預備狀態，一旦管理服務器檢測到某一臺NVR故障或離線，則向熱備的NVR發出指令，熱備的NVR則主動接管受影響的前端攝像機，把視頻資料保存在熱備的NVR內，同時系統報警，提醒維護人員去檢查維修故障設備。一旦原來故障的NVR修好或者重新上線，熱備的NVR會把本機內保存的視頻通過網絡送回給原來的NVR，同時原來的NVR重新接管相關的攝像機，熱備NVR在傳送完視頻資料后繼續處于熱備狀態。但是系統中如果有更多的NVR故障怎么辦?到底要熱備幾臺NVR?目前主流的廠商都基本只支持N+1的模式，即只允許一臺NVR故障。
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