淺析NVR的應用對視頻監控系統圖像性能的積極影響

文｜蘇州科達科技有限公司

淺析NVR的應用對
視頻監控系統圖像性能的積極影響

文｜蘇州科達科技有限公司

本文從NVR網絡化傳輸的特性，以及其ANR存儲技術、雙碼流技術的角度，分析了NVR的應用對視頻監控系統圖像性能的積極影響。

NVR 網絡化 ANR 雙碼流

圖像性能對視頻監控系統來說毫無疑問是最重要的。視頻監控系統的圖像性能包括兩個主要方面：圖像的清晰度和圖像的完整性。圖像不清晰或錄像圖像不完整會直接讓視頻監控喪失其主要價值，因此，視頻監控領域受到關注最多的就是系統的圖像性能。

監控圖像的清晰度首先取決于攝像機、顯示設備的清晰度，然而，在設備清晰度有保證的前提下，采用模擬視頻監控產品構建的監控系統，其圖像清晰度仍舊會因視頻被干擾而受到影響。此外，當監控系統的設備或傳輸線纜發生故障時，還將直接導致圖像數據丟失，如此，后果將更加嚴重。

另一方面，隨著網絡視頻監控產品圖像清晰度的不斷優化，監控系統對視頻流傳輸帶寬環境的要求越來越高。因此，不但網絡承載監控資源的壓力將越來越大，甚至解碼設備的性能也將面臨日益巨大的挑戰，而這又反過來影響著視頻監控系統圖像性能的提升。這使得高清監控即將興起之際，業界愈發關注高清監控廠商將如何解決帶寬環境這一問題。

1 網絡化傳輸讓NVR系統的圖像更清晰

在傳統的CCTV和DVR模擬監控系統中，視頻干擾一直是一個十分棘手的問題，目前在實際應用中，模擬視頻監控系統常見的干擾包括以下幾種：

（1）前端攝像機和后端設備由于接地方式和接地位置不同，會產生不同的接地電阻和視頻電纜屏蔽層的電阻，因此在電力系統的作用下，兩端設備的地信號會存在電壓差。這一電壓差會通過視頻電纜的屏蔽層與大地之間的回路，對視頻信號形成50Hz的工頻干擾。工頻干擾表現在圖像上是出現暗橫紋或者網紋不停滾動，影響圖像觀看效果。

（2）空中的電磁波信號對傳輸線路也存在影響，特別是電纜空中架設距離較長時，傳輸線上會形成較大的干擾電流，在電纜的屏蔽層和大地之間形成的回路中流動，導致對傳輸的視頻信號和終端設備均造成較大的干擾，最終影響到監控圖像的質量，使圖像畫面出現較密的網狀條紋。

（3）大型負載的啟停及變頻電機的工作，會形成大量的高頻干擾信號，對附近的模擬視頻傳輸系統形成較嚴重的影響，導致圖像出現雪花點等現象的發生。

在實際使用中，要通過規避和保護去解決這些干擾問題勢必抬高成本，并且還不能從根本上完全消除隱患。這時，視頻瀏覽和錄像這一視頻監控系統最核心的功能就會大受影響，從而嚴重影響用戶的使用體驗。

而采用基于全網化構建的NVR則可以完全擺脫這些困擾。NVR是采用全網絡部署設計的小型中心平臺設備，配合IP前端即可取代DVR等模擬中心設備，構建完善的網絡視頻監控系統。

在NVR監控系統中，前端采集環節就已對所攝取的圖像進行了數字化，加之整個傳輸線路采用數字化載體，因而具備極強的信號還原能力，此外，數字傳輸技術支持檢錯糾錯，可以讓數據的傳輸更有保障，讓圖像信號“毫發無損”地傳遞到后端。

另一方面，NVR網絡監控系統配套的前端為網絡攝像機，信號傳輸基于數據網絡。網絡視頻傳輸的優勢使得系統可直接基于前端傳輸來的數字化視頻流進行顯示和錄像，在保證視頻圖像清晰無干擾的同時，還可實現高質量的錄像和回放，且回放的圖像質量與實時瀏覽的圖像質量完全相同。

2008年12月，蘇州日本電波科技有限公司構建的科達NVR網絡視頻監控系統完工后不久，即在使用中遇到了這樣的現象：一臺顯示模擬系統圖像的監視器持續出現斜紋，且情況非常嚴重，而同張桌上的顯示NVR系統圖像的監視器卻完全正常。模擬產品上出現的這種現象往往被解釋為受到變頻、大型電機設備啟停等原因造成的干擾影響所致，屬不可避免現象，只能任其發生，而NVR的全網絡化傳輸特性卻讓這一頑疾得到了根治。該公司工作人員指出，對于該公司應用的普通的企業監控來說，意外事件發生后需要調看的錄像圖像是最寶貴的，NVR因采用全網絡化部署，使回放時的錄像和實時瀏覽時的圖像一樣清晰、完整，從而更有效地滿足了他們的安全需求。

2 ANR存儲讓錄像更安全、更完整

除了圖像清晰度，錄像的圖像數據完整性和安全性也是視頻監控系統的一項極為重要的性能，因為錄像數據一旦丟失就表示有可能無法獲知一些重要安全隱患，后果將十分嚴重。

從前文已知，與模擬監控相比，NVR網絡監控能夠提供更卓越的圖像清晰性能。但是，在錄像數據的安全性上，過去，NVR卻一直因網絡環境的不穩定會大大增加數據丟失的風險而受到業界的質疑。現在，ANR技術的應用使這一問題不復存在了。

ANR（即Automatic Network Replenishment Technology）是一種結合本地存儲和網絡存儲的技術。ANR技術包括以下三個部分：

◆ 偵測網絡狀況，即在網絡失效時，能記錄下失效前的傳輸數據，以待網絡連接恢復后把數據轉回到管理中心；

◆ 雙重錄像，即當網絡出現問題或不穩定時，管理中心和前端雙方都會把圖像數據單獨存儲在緩沖區以作備份；

◆ 自動修復數據，即當網絡恢復正常后，管理中心和前端雙方會檢查對比各自在網絡失效時的圖像數據，然后自動修復管理中心錯誤或遺失的數據。

綜上所述，具備ANR技術的NVR會在網絡出現故障時自動啟用前端存儲，網絡恢復后再將前端存儲數據自動同步至NVR中心（并且是在不影響實時視頻傳輸質量的前提下），從而實現了中心與前端的雙存儲備份，有效提升了存儲的可靠性與靈活性。

3 雙碼流技術讓系統對帶寬的適應更靈活

雙碼流，顧名思義，即監控系統將同一視頻源編成兩路視頻碼流，這兩路視頻碼流可以擁有相同的視頻分辨率，也可以擁有各自高低不同的視頻分辨率。這樣一來，在使用時，系統可以根據用戶需求分配相應的視頻碼流，從而降低帶寬壓力，有效優化網絡帶寬環境。

目前，有些廠家的網絡視頻前端可以編出兩路相同視頻分辨率的碼流，分別傳輸至瀏覽客戶端和存儲服務器，如圖1所示。這種編碼與傳輸的方式，可以充分降低監控主機的碼流轉發壓力，但容易造成網絡的擁塞，只能用在網絡帶寬非常充裕的場合。

另一些廠家的網絡視頻前端可以編出兩路不同視頻分辨率的碼流，視頻分辨率較高的碼流用作錄像存儲，視頻分辨率較低的碼流用作實時瀏覽，如圖2所示。這樣可以充分降低遠程瀏覽所占的網絡帶寬，但會使得用戶在帶寬充裕的情況下也只能瀏覽低分辨率的圖像，不夠靈活。

在這種情況下，綜合以上兩種方式的優點，能夠提供更加全面和完善的雙碼流功能的NVR產品應運而生。

以科達NVR為例，在與網絡前端配合，編出兩路不同視頻分辨率的視頻碼流后，針對NVR本地存儲，NVR可以為之提供高視頻分辨率碼流，而針對實時瀏覽，NVR則可以根據用戶瀏覽畫面的大小和網絡帶寬的高低自動調節碼流的視頻分辨率。例如：當用戶將高視頻分辨率碼流設置為D1時，NVR可令實時瀏覽的碼流在D1、CIF和QCIF間自動調節，從而充分適應不同的網絡帶寬環境。

NVR雙碼流性能有以下兩個優點：

◆ 可以在錄像所用視頻分辨率的碼流不變的情況下，根據用戶實際帶寬的高低自動調節視頻分辨率，從而使用戶可以在帶寬低時用低視頻分辨率的方式進行流暢的視頻圖像瀏覽，而在帶寬較充裕時用高視頻分辨率進行視頻瀏覽，如圖3所示。

◆ 可以在錄像所用視頻分辨率的碼流不變的情況下，根據用戶所使用的客戶端畫面分割的不同方式自動調節視頻分辨率，即NVR在用戶使用大畫面瀏覽時，為之傳輸高分辨率視頻碼流，在用戶使用小畫面瀏覽時，則傳輸低視頻分辨率碼流，從而充分提升解碼設備的性能和效率，其效果如圖4所示。

由此可見，具有雙碼流特性的NVR能夠根據用戶不同的應用需求和帶寬環境進行多方面的靈活設置，因而能夠更好地滿足網絡視頻監控傳輸的需求，并且既能幫助用戶在計算機性能有限的條件下，實現更多路視頻圖像的同時瀏覽，又能保證視頻錄像的質量不因此受到影響。

由于采用雙碼流技術可有效降低帶寬壓力，因此，正如前文所說，在當前互聯網環境尚不完全穩定，而高清監控等更高視頻分辨率技術不斷普及的情況下，這一性能顯得尤為重要。2009年，科達公司為江蘇丹陽農村合作銀行布建了一套分布式多級級聯網絡視頻監控系統，在該套系統中，NVR的雙碼流性能就發揮了極其重要的作用。因為銀行的特殊行業背景，銀行監控系統對視頻圖像的清晰度一直有著非常高的要求，所以用戶要求在一些重要場所布設分辨率達到720p以上的高清攝像機，以提供符合管理要求的高清晰圖像。眾所周知，視頻分辨率越高，視頻碼流自然越大，相應的，圖像信息傳輸所需的帶寬就越高；而事實上，當前，包括丹陽農村合作銀行在內的大多數銀行的儲蓄網點到分行之間的帶寬都非常有限，根本無法同時傳輸多路高清分辨率的視頻圖像。雙碼流技術能夠非常有效地緩解上述矛盾。在丹陽農村合作銀行監控系統中，NVR為營業網點的本地存儲提供高清分辨率的視頻流，而為分行或支行遠程瀏覽提供低分辨率視頻流，這樣一來，監控系統既實現了高清晰度的錄像存儲，又保證了遠程瀏覽的流暢，從而有效提升了監控系統尤其是高清監控的圖像性能和實際應用性。