网络高清视频监控传输：如何减少带宽消耗？

高清视频监控在带来更加清晰、逼真的视觉效果的同时，其海量的视频数据也对网络传输环境提出了更大的挑战。例如，采用标准H.264MainProfile压缩算法的高清网络摄像机，单路视频要达到1080P全实时(30fps)，需要的网络带宽至少要在4Mbsp以上，对于一个监控点在20个以上的大型监控项目来讲，这样的系统需要的网络带宽则约为80Mbsp。而在实际应用中，目前国内部分应用环境的网络带宽仍无法满足这一要求，并且网络的稳定性也不够，这些使得高清视频监控系统在网络传输环节上存在着巨大的安全隐患，具体来讲，视频流畅度以及带宽负载是网络高清监控技术在传输环节上面临的主要困扰。对此，现阶段监控厂商主要是从产品和系统设计出发，加强其对网络环境的适应能力，力争尽可能地减少对带宽的消耗，以保证高清视频的传输安全。在系统平台方面，大部分厂商采用的思路是在平台设计时尽量减少分发，优化路径，减少中间环节，以降低时延，确保视频的流畅度。另一方面，在产品开发上，采用更为优化的高画质视频压缩技术、提高前端摄像机对图像的处理能力，以及规划网络服务质量(QoS)更高的传输系统，是目前众多厂商主要的开发策略。高清网络视频监控系统带宽占用情况优化视频压缩标准为了缓解海量视频流对网络带宽提出的高品质要求，双码流技术是许多厂商常用的一种方法，即针对不同的应用需求，分别选择不同的视频压缩技术、不同的比特率来进行数据传输。而实际上，采用更高压缩比的视频处理技术是有效降低带宽消耗的良好途径之一，因此部分厂商开始运用更为优化的、高画质H.264High Profile视频压缩技术，使得相同质量的高清视频流对带宽的占用量大幅下降。例如，华为系列高清网络摄像机基于H.264 High profile高压缩编解码算法，实现了高压缩比、码流控制准确稳定、高清低带宽的效果，可在2M-4M带宽上达到1080P@30fps的视频传输效率。此外，在优化视频压缩技术的基础之上，一些厂商还进一步提高了产品在视频编解码方面的处理能力。如海思在其新一代的网络摄像机芯片(SoC)上，运用CBR/VBR/ABR混合码率控制技术，可自动判定网路带宽的条件与变化，动态选择传输速率，更为有效地解决了带宽传输的问题。同时，支持感兴趣区域(ROI)编码技术也成为了厂商们纷纷开发的一项重要功能，它在视频编码时把感兴趣的区域编得更细腻，其余部份则可适当降低品质，因而也减少了视频传输时对带宽需求的压力。目前松下、三星均已推出了采用这些先进技术的相关网络高清摄像机系列产品。目前，H.264视频压缩标准仍然是监控市场上的主流，但值得注意的是，由中星微电子和公安部一所主推的SVAC数字视音频编解码技术标准在最近一段时期加大了市场推广的力度。虽然现阶段SVAC还不是强制标准，但其应用优势同样不容忽视，如：它可支持可伸缩视频编码(SVC)，满足不同传输网络带宽和数据存储环境的需求，大幅节省带宽支持感兴趣区域(ROI)变量编码，在网络带宽存储空间有限的情况下，提供更符合监控需要的高质量视频编码等等，这些都将有助于提升网络高清视频监控系统在传输上的适应能力。提升图像处理能力增强前端摄像机对视频或图形的处理能力，尽可能地减少对网络传输的负荷，也是目前一些厂商的主要做法。如：采用E-PTZ电子云台实现局部倍数放大功能，以降低光学放大所需的较大带宽3D降噪技术重点区域影像提升技术以及智能分析技术等等。以安霸A5s 网络摄像机芯片(SoC)为例，其采用运动补偿时间滤波技术(MCTF)用于降低噪声，该算法分析每一帧数据中每个像素的时空域信息，进而能够有效过滤静态和动态噪声，经过过滤的画面不仅更加清晰，而且有助于提高图像压缩率——即有限的带宽不会浪费在对噪声的编码上，提高了网络传输的品质。通过智能分析技术来触发传输、存储的方式，也可以大量减少前端图像向中心传输的带宽消耗。例如，网络摄像机内置动态侦测、越线检测、面部识别、语音对话等智能分析模块，结合动态自适应视频流控制技术，在正常情况下，视频播放速率可以设置为较低数值，以减少带宽使用量一旦有突发事件，则立即触发报警，播放速率增加至更高数值，且提供高品质的视频源，并进行存储，这种方式可同时在录制过程中确保影像品质及提高带宽使用率。确保网络传输安全性网络运行环境的高可靠性和高安全性是用户普遍关注的另一大焦点。随着一些网络高清监控系统在规模和监控点数量上的不断增加，对网络服务质量(QoS)也提出了更高的要求，特别是对于安防这类对视频资料安全度要求较高的应用来说。为此，部分具有IT背景的厂商引入了大量的IT技术来进行产品和系统的设计。例如，华为采用视频专利网传技术(包括FEC超强纠错、IRC智能调速、ROD断线保护、ARQ丢包重传等)，使系统具有较强的网络纠错能力，能允许5%的网络丢包率，而图像质量仍无影响同时，网络摄像机可实时检测网络状况，自动启动抗丢包策略当异常断网时可启动本地存储(如SD卡等)，网络恢复后则自动回传，不丢失数据。另外，广州睿捷(Ragile)网络科技有限公司提供的网络监控方案一方面采用流媒体服务器负责转发和并发数据，使得DVR带宽不被重复占用另一方面，在服务器数据处理上则实现了负载均衡，解决了最大量突发访问所引起的网络超负荷问题，且运用N+M冗余最大可支持M台设备离线，心跳侦测功能可激活备用机，实现短时间切换，从而维持系统的稳定运行。

就目前来看，5G 不等于运营商商用网络，通常讲到 5G，我们会提到 5G 支持三种基本类型的通信：增强型移动宽带（eMBB），大规模机器类型通信（mMTC）和高可靠低延迟通信（URLLC）。正是这3种通信的各种优点，让人们对5G在工业的应用充满了想象。

工厂内的5G网络：设备数据通信，大规模数据传输等

随着工业互联网的发展，越来越多的车间设备，如机床、机器人、AGV等开始接入工厂内网，尤其是 AGV 等移动设备的通信，有线网络难以满足，对工厂内网的灵活性和带宽要求越来越高。传统工厂有线网络可靠性带宽高，但是灵活性较差，无线网络灵活性较高，但是可靠性，覆盖范围，接入数量等都存在不足。兼具灵活性、高带宽和多终端接入特点的 5G，成为承载工厂内设备接入和通信的新选择。

当前应用试点的 5G 设备数据通信主要是基于 5G 大带宽和接入设备量多的特性，带来的延迟下降及更好的可靠性，替换目前的WiFi类无线通信方案。WiFi 目前用于设备通信主要问题是和 4G 网络频段接近，易被干扰，覆盖能力不足，接入能力不足。5G 网络相比 WiFi 的优势，主要是传输速率更快，延时更低，支持同时接入的设备更多，通信的抗干扰性更强。5G 传输速度相比 WiFi 提升还算明显。

5G 时代，连接将突破 70亿 人口的上限，拓展至整个物理世界，连接数至少将提升 2-3 个数量级。连接赋能的重点业务也将从消费拓展至产业，覆盖工业、车联网、智慧城市、智慧能源等多种场景。

面对工业发展的需要，图扑软件认为，工业和互联网的结合离不开数据可视化的支持。工业互联网的实质是达到机器之间的互联互通，依靠提取到产生的数据更好的控制机器工作。可以让工作达到事半功倍的效果，图扑软件 在数据可视化领域一直潜心摸索，不断追求为企业或者机构挖掘潜在数据价值的信念，为应急决策提供准确的数据支持。

利用物联网和传感器收集的数据，对工业设备和网线进行实时监控并分析产生数据。采用 3D 可视化系统，提供更接近现实设备的画面，易于用户接受，提升对设备的辨识度。可以让用户洞悉整个系统同时，还可以观测到部分细节。兼顾了整体与局部，提供了丰富的交互体验。并且在成熟的 5G 技术支持下，因其大于 4G 数倍的带宽，快 4G 百倍的传输速率能更好的让图扑软件的 HT For Web 轻量可视化在浏览器或移动端上实现远程可视化监控；图扑（IoTopo）Web 组态软件，运行人员和系统工程师可以在任何有网络的地方通过手机、平板电脑和普通 PC 机就可以实现对整个系统的实时监控，方便快捷，大大提高了工作的灵活性，也为整个系统的监控、维护和紧急维修提供了更加灵活方便的新平台。

5G 广域网络：实现设备远程遥控和大规模数据传输，在广阔室外运行的一些作业车辆、飞行器等，由于工况危险、作业范围偏僻等原因，有一定的遥控需求，也初步实现了一些遥控功能。但这些遥控要么使用近距离通信方式，场景受限，要么使用广域无线网络，但数据传输能力有限。广阔场景，如大型矿山，只能使用广域网络，但 4G 实时行驶画面传输延滞后明显 ，导致车辆运行速度无法提高，不能实现远程遥控的有效应用。

除了远程遥控，车辆、无人机等运行、作业时，还有运行信息回传的需求。随着通信网络发展，车辆回传信息从 2G 时代基本 GPS 信息，到 3G 时代各类运行参数，以及 4G 时代的视频，一直在持续提升。5G 的大带宽网络用更低的延时实时回传高清视频，结合数据的实时云端分析和结果返回，则可以形成一系列实时分析控制应用。

作为为运营商网络而生的技术，5G 网络天然就是要构建一张巨大的公网，但这个网络跟日常工业企业的内网需求存在显著差别，工厂内部不同的业务需要的网络不同，更重要的是工厂网络一般是局域网，为了安全很多都追求与公网的物理隔离。

总结：5G适应的行业场景

短期看，5G比较适合优先应用的场景有大概四种：

1. 一般工厂车间，5G 用于 AGV 等移动设备。

2. 一般工厂车间，5G 用于大规模数据传输和后台实时分析。

3. 港口、矿山等面积较大的封闭工业现场，5G 用于设备远程遥控作业等。

4. 燃气管道、电力输送线、河流等开放场景，通过 5G 实现远程巡检和监测

在 5G 物联网支持下，产业中所有的基础设施、生产设备、各种电子产品都将被连接起来，更多的创新空间随之而生，传统产业将迎来非常巨大的市场机遇。这些行业规模巨大，每一个都不亚于消费行业。工业、城市管理都是百万亿级的行业规模，物流产业有 20 万亿的规模，能源的体量也在万亿以上。

纵观通信发展进程，5G 代表的是一场夸际革命，也是支撑未来 5 年产业创新的重要底层基础设施。工业领域大体有三个创新方向：企业数字化和联网化；数据资产管理，驱动产能升级；产业生态创新，纵向改造垂直行业产业链不同环节的效率，实现产业上下游信息互联、高效协同。

你的40万像素的摄像机能采集不少于640x 480的视频，视频宽带和高度要看你的选择。

视频宽度 x 视频高度 x 播放速率 (fps) = 总的带宽( bits/sec)

但是要注意的是，在使用FCS录制的时候，使用的是Bps，而不是kbps，要转换（8 bits ＝1 byte ）

打开比方，使用640×480的视频窗口以30fps的速率录制，其带宽消耗计算：

640 x 480 x 30 fps = 9.2 Mbps ＝ 1.15MByte

使用320×240的视频窗口以30fps的速率录制，其带宽消耗计算：

320 x 240 x 30 fps = 2.3 Mbps ＝ 288kByte

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