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ADSL远程实时监控系统理论

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发表于 2013-3-19 13:45:31 |显示全部楼层
一、ADSL远程实时监控

  随着国家数字信息化的发展以及人们对安防意识的提高,传统的定点监看及录像的监控方式,已渐渐显出其不足的一面,远程实时监控的议题也渐为人们所常谈。

  近年来,网络信息业长足发展,很多地方都能用上网络宽频(有线电视网、长城宽带网、电信网络快车(ADSL)、小区宽带等各门各类的宽频网络),为远程实时监控提供了外部传输技术的支持。

  在存储技术上,数字硬盘录像的诞生,把传统的模拟信号转化为数字信号,从M-JPEG、MPEG1、MPEG2乃至当今的MPEG4技术的不断改进,图像画质越来越清晰,而存储容量越来越小,为远程实时监控提供了内部压缩技术的支持。

  下面,我们从几个相关的方面阐述一下我们的见解与探讨。

  二、广域网(Internet)接入方式的选择

  现在常用的接入方式中,主要有以下三类较为常用:

  A类:普通电话拔号方式(PSTN、ISDN);

  B类:专线方式(DDN、ATM、xDSL);

  C类:局域网转接方式(LAN)

  A类:普通电话拔号方式

  基本特点是使用简单方便,要求低。只要有市话的地方,配上modem,申请账号,就能直接上网,速率理论上可达56K/s。

  其缺点也是较为明显的:

  1.传输速率慢。

  PSTN 为56k/s(实际上只有7kB/s),ISDN为128k/s(实际上只有14kB/s)。可以满足一般的静态网页浏览,但对于通过Internet进行实时图像数据传输的远程监控来说,是远远不够的(通过后面的介绍,可知道远程实时监控最低要求有512k的上传速率)。

  2.通讯费用高。

  普通电话拨号的通讯费用是由两方面组成:网络费+电话费。网络费有包月制,在几十元之间;但电话费却要根据通话时间来计算,在远程传输时,要求网络一直处于连通状态,就相当于电话一天24小时在通话,这样计算下来,电话费就是个沉重的负担。

  总体来说,普通拨号方式,在远程监控方面的应用性是较差的,但由于某些特殊原因,也有可能使用到。

  B类:专线方式

  DDN、ATM等专线的昂贵费用令用户望而怯步。但近年来,虚拟专线系列产品(ADSL、VDSL、XDSL)的推出,使用费用不断下调,用户可以在低成本的基础用上高质量的宽频。在此我们将讨论ADSL。

  ADSL的优势是显著的:

  1.速率高。

  一般的ADSL提供最基本的512k/2M的速率,有些地区可根据用户的需求扩展上传、下行的速率(上传可达2M/下行可达8M)  。

  2.费用低。

  据不完全统计所得,全国各大城市对ADSL的包月费都在40~200元之间,此外,不含其它使用费用。

  但跟DDN,ATM等专线相比,也有一些不足之外,例如速率不稳定、IP动态分配等;

  总体来说,ADSL是目前为止远程实时监控应用最好的媒介,成本低、速度快。

  C类:局域网转接方式

  小区宽带网(长城宽带网、有线电视网等)的速率随着用户人数的增加而下降,有堪者会低到只有几十k的速率,另外,其IP的双重性,为网络识别主机身份带来一定的困难。在远程实时传输上是不利的。所以我们是不太主张在监控端使用此种接入方式。

  通过以上三种方式的介绍,我们在选择传输媒介时,推荐使用ADSL

  三、图像压缩技术的选择

  要实现远程图像的实时传输,除了选择外部网络传输方式外,也得考虑现有的图像压缩技术。

  目前数字硬盘录像机所用图像压缩技术,可分为以下几类:

  A、M-JPEG

  B、MPEG1

  C、MPEG2

  D、MPEG4

  A :M-JPEG压缩技术

  早期数字硬盘录像机使用的压缩技术,其压缩容量大(450-600M/小时)而图像效果差。

  应用于远程传输的主要参数:

  图像标准:358ⅹ288

  帧 容 量:5-6.7k/帧

  实 时 性(25帧/秒):125-167.5k/秒。

  B:MPEG1压缩技术

  对M-JPEG的图像质量及存储作了某些的优化,其压缩容量相对M-JPEG要小(300-500M/小时),图像质量要好。目前市面上的数字硬盘录像机都基本采用MPEG1技术。

  应用于远程传输的主要参数:

  图像标准:358ⅹ288

  帧 容 量:3.3-5.6k/帧

  实 时 性(25帧/秒):83-140k/秒

  C:MPEG2压缩技术

  对MPEG1图像质量低下而改造的技术,有效地提高了图像质量,但同时却又大大增加了图像压缩容量(500-800M/小时),故很少数字硬盘录像机采用些技术。

  应用于远程传输的主要参数:

  图像标准:358ⅹ288

  帧 容 量:5.6k-8.8k/帧

  实 时 性(25帧/秒):140k-220k/秒

  D:MPEG4压缩技术

  新型图像压缩技术,有效解决容量与图像质量的问题。MPEG4提供DVD级的图像质量而存量却又能大大降低(80-220M/小时  )。

  应用于远程传输的主要参数:

  图像标准:358 ⅹ288

  帧 容 量:0.8-2.5k/帧

  实 时 性(25帧/秒):20-62.5k/秒

  (注:帧容量:0.8~2.5k/帧,0.8k/帧代表静态时的压缩容量,2.5k/帧代表动态时的压缩容量)

  第二部份所述的各接入方式最大上传速率:

  普通电话拔号最大上传速率:56K/112K

  ADSL最大上传速率:512K

  局域网转接最大上传速率:不稳定,视其用户数目(以后不作讨论)

  当数据传输时,各最大上传速率要除以一个系数8(具体参数来源,请参考有关计算机语言算法),所以真正能上传的最大速率为:

  普通拔号速率:7K   ADSL速率:64k

  四、远程传输的实现原理

  网络视频系列提供两种实现远程访问的方法:第一,可以采用NAT的方式,即用一个IP地址的不同端口来解决(如192.168.0.100:82、如 192.168.0.100:83就代表两个不同的设备)或用不同的IP地址来解决;第二,在Internet中,则可以采用在网络上建DDNS服务器(即动态域名解析)的方法来解决动态IP地址的问题,也就是每一台网络摄像机或视频服务器都有一个网络二级域名(名字由客户定义),这个二级域名对应网络摄像机或视频服务器的MAC地址,只要网络摄像机或视频服务器在网络上使用,就会自动连接到DDNS,无论它的IP地址如何变化,客户只要在IE地址栏中键入这个域名,就能够通过DDNS服务器将网络摄像机或视频服务器的IP地址与远程访问客户进行连接,达到域名解析的目的。

  五、用户自身提供

  1、申请虚拟专线(ADSL、VDSL、XDSL等具有公网IP的网络),费用自理。

  2、MODEM具有路由功能或有单独的路由器

  3、如果服务器端有云台、变焦镜头时,需要购置相应的解码器及转换口。

  六、功能陈述

  可分监视及监控两部分功能。

  监视功能:远程用户,通过IE浏览观看监控情况,不能作任何操作,不能发布命令。

  监控功能:远程用户,不用安装专门的客户端程程序,可直接对视频服务器端设备进行远程操作,控制镜头左右上下摆动,对可变镜头进行远近调节,异地保存记录等。

  七、同类产品比较

  以下对一些同类产品作一些的简单的比较。

  1.普通电话拨号方式的Quicksever

  支持M-JPEG压缩技术。由于电话拨号的上传速率仅仅只有7k/s,但图像数据传输量大(最小大于80K/S),所以它的远程传送效果较差,平均是每秒只有不足1帧的速度,远程客户端的丢帧现象严重。当IP是变换后,要双方通过打电话询问主机IP,才能联接。

  2.硬盘录像机内置远程程序,直接modem传送

  随着远传的发展,后期的硬盘录像机功能中都带有着远程监控的客户端工具及主机服务器平台,在局域网中的传输效果上有了很大的提高,但在Internet的使用中,用户只能通过普通电话拨号实现远程监控的功能,其本质上跟使用Quicksever效果一样,只是减少了外置设备。

  5. 远程监控系统

  远程监控系统则从日常费用低、实用性强、操作方便等角度考虑而开发的产品。

  a.日常费用低

  利用一般动态IP的ADSL作为传输(本系统不限制静态IP),日常操作费用低,深圳地区每月的费用也仅仅是200元,一些城市上ADSL的包月费更低至40元。

  b.成本低、实用性强

  视频服务器就是一个不带硬盘的数字硬盘录象机,带有多种实用功能,同时实现远程实时传送,用户不需另购置其它设备。适用于任何摄像机类型,为用户提供了很大的选择范围。

  c.操作方便

  基本上全自动执行,也可根据用户要求调速参数,操作简单,跟一般的硬盘录像机没有区别。

  在客户端直接通过IE浏览,开放性强,客户可随时随地观看监控情况。

  从诸多的对比中,我们相信我们的产品具有很强的竟争优势。

  八、常见问题解答

  1.客户端可不可以多画面同时实时监控?

  上面已计算过,对于一路图像的实时上传就要求有至少512K的速率,才能实现25帧/秒的实时效果。如果服务器端只接了一条ADSL的话,那么上传速度就局限在25帧/秒了,如果想同时多路监控,则要分享这25帧,例如说:要两路同时上传,则每路只能上传到12帧/秒的速度,如果要三路上传,则只能到8 帧/秒的速度,如此类推。

  但是,如果有两个服务器,各自接了单独的ADSL,则每个服务器可单独上传25帧/秒的速度,此时客户端就可以同时监控2路分别来自不同服务器端的实时情况,如此类推。

  但这种情况也不是无限扩展的,也要根据接受端的上网方式来判断,如果使用ADSL,因为ADSL的下行的速度也局限在2M的速度,也就是说,下传实时只能达100帧/秒,最多只能支持4路实时同时监控。无论服务器有多少个也无济于事。

  2.往后能不能扩展为多路实时监控?

  如果ADSL上传能提供2M、或是更宽的速率,就可以实现更多路的实时图像,此标准就用512K/路来作为计算单位,是此单位的几倍速度,就可实现几路的实时传送。或是图像压缩技术有更进一步发展,将来出现比M-JPEG更低压缩容量的技术,就越有可能实现多路实时监控了。

  3.每月费用多少?

  每月的费用,只是用户向电信局交纳的ADSL使用费(深圳地区200元包月,其它地区按各地方的包月费用计算),除此之外就是电费了。其它没有附加费用。

  4.如果客户端是普通电话拨号,能不能监控?

  也可以监控,不过看到的图像是断断续续的,因为据上面的计算,一般56K的速度,只能支持3-6帧/秒的速度,比起实时25帧/秒的要求,就远远不够了。

  5.如果客户端是其它宽带上网,能不能实时监控?

  对于其它宽带上网(长城宽带、有线电视网、或其它小区网),只要下行速度大于512K/秒时,就能实现单路实时监控。有某些小区宽带,虽然说能达到2M接入,但由于多用户共享这2M的速度,有可能使真正的用户会少于512K/秒的要求,此时,实时监控的效果就可能不太如意。

  6. 远程监控距离有限制?

  没有。原则上只要有Internet网达到的地方就可以监控。如果这样计算,在国外也可以监控的,但由于我国的Internet出国端口是有限的,全国网民都共享这些端口,所以图像传送到国外时是有一定的影响。但在国内传送基本上就影响不大了,只是当网络使用高峰时,可能会造成某些地方网络阻塞,图像传送不到。

  7.图像传送真正达到实时?

  ADSL的理论上传最大值是512k/s,但大多的时间里它的速率只能维持有300k/s左右的速度,所在实际传送时,严格来说,只能实现到15帧/秒左右的速度。

  8.在局域网中使用多台安居宝网络视频系列,都能实现每路远程监控?

  能。如果有固定IP,那么我们只需要简单设置一下路由器里面的虚拟服务器,设定一个跟网络视频设备一致的端口号和IP地址,在浏览器地址栏输入公网IP:端口号即可访问。如果没有固定IP,可以通过我们的DNS做域名解析,同样也要做端口映射。

  9.如果多个人同时远程观看监控点,会影响效果?

  经过初步实验所知,当多人分别同时观看时,会对网络传输速度造成一定的负担,各人所看的图像速度是会受一定的影响。一般情况下,在一条单独的ADSL(512k/2M)线上,可以容纳大约10~25个人同时观看.
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