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采用1394技術(shù)限度地優(yōu)化安全攝像頭網(wǎng)絡(luò)

出處:電子工程專輯 發(fā)布于:2012-04-13 09:14:56

  FireWire(IEEE 1394接口)已經(jīng)成為各種工業(yè)自動(dòng)化和視覺系統(tǒng)應(yīng)用的選擇。現(xiàn)在,安全系統(tǒng)的制造商正面臨著重大技術(shù)轉(zhuǎn)型--轉(zhuǎn)換到全數(shù)字系統(tǒng)。這種轉(zhuǎn)型需要使用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)來連接系統(tǒng)中的所有攝像頭。

  對(duì)許多基于視頻的安全應(yīng)用而言,基于1394接口的網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)匹配。相比以太網(wǎng)等備選方案,1394可以提高更高的帶寬和同步功能(可以同步來自多個(gè)攝像頭的視頻流)、并具有靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和容錯(cuò)功能。

  通常,提及1394時(shí),意味著使用IEEE 1394-2008標(biāo)準(zhǔn),該版本整合了該標(biāo)準(zhǔn)以前所有的版本。2008版還引入了通過100m雙絞線電纜和同軸電纜實(shí)現(xiàn)800Mbps帶寬等功能,從下文中可以看到,該功能是數(shù)字安全應(yīng)用中非常重要的功能。

  1394的優(yōu)勢(shì)可歸功于其物理層(PHY),與以太網(wǎng)相比,該物理層提供了一組魯棒性高得多的功能。這里從以下幾方面介紹1394物理層所具備的優(yōu)勢(shì):

  * 帶寬

  * 同步功能

  * 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理

  * 容錯(cuò)

  * 靈活的拓?fù)?/FONT>

  就帶寬而言,1394可以達(dá)到或者超過以太網(wǎng)的帶寬。目前,在眾多投入使用的技術(shù)中,以太網(wǎng)接口以1Gbps的帶寬位居首位。業(yè)內(nèi)已開發(fā)出10Gbps帶寬技術(shù),但這種技術(shù)尚未成為主流。此外,10Gbps以太網(wǎng)將不可能使用安全應(yīng)用所要求的低成本電纜。10Gbps技術(shù)要么需要昂貴的光纖介質(zhì),要么需要依靠極短程(無法滿足安全應(yīng)用距離要求)的銅電纜。

  400Mbps(S400)和800Mbps(S800)帶寬的1394已在基于計(jì)算機(jī)的產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用,并經(jīng)過了可靠性驗(yàn)證。另外,S800 1394相當(dāng)于1Gbps的以太網(wǎng)接口,因?yàn)楹笳卟捎?B/10B數(shù)據(jù)編碼方式,其編碼開銷將以太網(wǎng)性能降低了20%.另外,1.6Gbps(S1600)的1394將在明年面世,且將與安全設(shè)備中所需的低成本銅電纜兼容。

  1394網(wǎng)絡(luò)能夠提供足夠的帶寬來傳送許多壓縮視頻流。能傳送的總量取決于攝像頭的分辨率和圖像捕獲設(shè)備的色彩深度。典型的安全攝像頭可能采用H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn),一般產(chǎn)生5至6Mbps的視頻流。1394網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)傳送20多個(gè)這樣的視頻流,同時(shí)仍有足夠的冗余備用帶寬。

  一些安全應(yīng)用還需要傳送未經(jīng)壓縮的視頻。壓縮往往會(huì)在編碼和解碼過程中增加少量的延遲。在某些安全應(yīng)用中,零點(diǎn)幾秒的延遲就可能非常關(guān)鍵。

  安全系統(tǒng)供應(yīng)商已經(jīng)在應(yīng)用中采用了1394技術(shù),以傳送混合的壓縮和未壓縮視頻流,比如,應(yīng)用可能會(huì)利用分辨率相對(duì)低的未壓縮視頻流以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí),還傳送并存儲(chǔ)較高分辨率的壓縮視頻流,以備安全人員進(jìn)行詳細(xì)的查看。

  同步功能

  雖然1394和以太網(wǎng)的帶寬基本相等,但并非全部這些帶寬都是以同樣的方式實(shí)現(xiàn)的。1394標(biāo)準(zhǔn)本身就支持服務(wù)質(zhì)量(QoS)。以太網(wǎng)應(yīng)用雖然增加了QoS層,但是增加的這些QoS層只是優(yōu)先處理流量。相反,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以規(guī)劃1394網(wǎng)絡(luò)流量,確保實(shí)時(shí)傳送視頻流。

  在安全應(yīng)用中,1394傳送視頻流方面的優(yōu)勢(shì)更勝一籌。1394從一開始就支持同步功能。在安全應(yīng)用中,同步功能可用來地同步來自不同攝像頭的視頻流。

  在安全系統(tǒng)中采用1394的公司已經(jīng)使用同步功能將來自多個(gè)攝像頭的視頻流融合在一起。這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一種連續(xù)流送的顯示方式、它超越任何單個(gè)攝像頭可能達(dá)到的捕獲效果。

  網(wǎng)絡(luò)管理

  1394物理層(PHY)還可以充分滿足安全攝像頭網(wǎng)絡(luò)的各種要求。該物理層支持監(jiān)控中心的中央控制系統(tǒng)監(jiān)控和管理視頻攝像頭網(wǎng)絡(luò)。此外,控制系統(tǒng)可以檢測(cè)到企圖發(fā)起攻擊的網(wǎng)絡(luò)黑客。

  1394網(wǎng)絡(luò)可以提供完全即插即用的便利。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠全面掌握網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有其它設(shè)備。中央控制器可以通過網(wǎng)絡(luò)配置攝像頭等設(shè)備,這大大簡化了系統(tǒng)安裝過程。

  物理層的功能支持中央控制器連續(xù)監(jiān)控每個(gè)節(jié)點(diǎn)/攝像頭的狀況。而控制系統(tǒng)能對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涿鞑烨锖痢?如果節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障,系統(tǒng)可以立即地定位故障點(diǎn)。相反,以太網(wǎng)則需要安裝人員將IP地址映射到攝像頭位置,以便維修人員可以找到出現(xiàn)故障的攝像頭。

  1394物理層的即插即用功能還可以確保中央控制器能夠檢測(cè)到添加到網(wǎng)絡(luò)中的任何未經(jīng)授權(quán)的設(shè)備。比如,以黑客嘗試在網(wǎng)絡(luò)中插入錄像機(jī)或存儲(chǔ)設(shè)備而企圖捕獲視頻流為例,1394網(wǎng)絡(luò)中的控制器可以自動(dòng)檢測(cè)到這種私裝設(shè)備。

  1394物理層還支持控制器在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)干預(yù)管理網(wǎng)絡(luò),或者根據(jù)工作時(shí)間表管理網(wǎng)絡(luò)。比如,控制器可以對(duì)攝像頭網(wǎng)絡(luò)的一部分實(shí)施遠(yuǎn)程掉電。該操作可以由攝像頭故障來啟動(dòng)。或者,當(dāng)應(yīng)用可能不需要安全系統(tǒng)在全天的某些時(shí)段都處在工作狀態(tài)時(shí),控制器可以通過編程關(guān)閉所有或部分?jǐn)z像頭節(jié)點(diǎn)。

  容錯(cuò)功能

  安全系統(tǒng)本身就需要高可靠性。如果視頻監(jiān)控系統(tǒng)無法連續(xù)地捕獲視頻數(shù)據(jù),這種系統(tǒng)對(duì)于其所有者而言就形同雞肋。

  1394網(wǎng)絡(luò)可以提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以太網(wǎng)的靈活性和容錯(cuò)功能。1394物理層支持包括環(huán)型在內(nèi)的各種拓?fù)洹T诃h(huán)形拓?fù)鋺?yīng)用中,環(huán)上的任何單個(gè)連接出現(xiàn)故障對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的正常工作沒有任何的影響。

  1394貿(mào)易協(xié)會(huì)已經(jīng)通過現(xiàn)成產(chǎn)品和即興的網(wǎng)絡(luò)配置證明了其可靠性。該演示是由以環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接的攝像頭和PC實(shí)現(xiàn)的,其中每個(gè)攝像頭的視頻被流送到PC.你可以去掉網(wǎng)絡(luò)中的任何一條電纜,視頻仍然可以完美地從各攝像頭中繼續(xù)流送。

  系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以通過獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)充分利用1394的容錯(cuò)功能,開發(fā)出比上述簡單示例更加牢靠耐用的功能。選用以太網(wǎng)時(shí)可能獲得一定程度的容錯(cuò)功能。但事實(shí)是,大多數(shù)以太網(wǎng)交換機(jī)和路由器并不支持這種功能。

  靈活的拓?fù)?/STRONG>

  無論是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還是介質(zhì)材料,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和安裝人員都會(huì)受益于1394物理層固有的靈活性。比如,你可以將1394攝像頭組成一個(gè)菊花鏈網(wǎng)絡(luò),而以太網(wǎng)不支持這種功能。以太網(wǎng)只能用于星型網(wǎng)絡(luò)或分層星型網(wǎng)絡(luò)中。采用1394技術(shù)時(shí),可以同時(shí)使用星型、環(huán)型和其它拓?fù)洹?/FONT>

  1394標(biāo)準(zhǔn)還支持各種介質(zhì)類型,包括Cat-5/6電纜、同軸電纜和光纖電纜。事實(shí)上,采用1394技術(shù)的系統(tǒng)在大多數(shù)情況下都使用同軸電纜,而這種電纜業(yè)已鋪設(shè)在以前的模擬安全系統(tǒng)中。

  IP攝像頭

  以太網(wǎng)的擁躉們一直推崇IP攝像頭的簡單性。因?yàn)槿藗冊(cè)絹碓綃故焓孢m地與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)共處共榮,所以可以認(rèn)為安裝和使用IP攝像頭是件容易的事。此外,一些以太網(wǎng)擁躉指出,只要攝像頭有集成的IP節(jié)點(diǎn),安全系統(tǒng)就可以使用遠(yuǎn)程登錄等現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

  IP概念是否有真正的優(yōu)勢(shì)還有待觀察。但是IP攝像頭概念不需要以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。1394貿(mào)易協(xié)會(huì)很久以前發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)就支持借助1394網(wǎng)絡(luò)的IP操作。使用1394構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò),可以輕松地搭建IP攝像頭。

  數(shù)字安全網(wǎng)絡(luò)可能的實(shí)現(xiàn)方案在任何情況下都需要專用的視頻流量網(wǎng)絡(luò)。將企業(yè)IT流量與視頻流混合會(huì)使網(wǎng)絡(luò)飽和,這會(huì)同時(shí)給想快速訪問互聯(lián)網(wǎng)的IT用戶和需要可靠視頻傳輸?shù)陌脖H藛T帶來麻煩。

  然而訪問從企業(yè)IT網(wǎng)絡(luò)捕獲的視頻的需求確實(shí)存在。理想的實(shí)現(xiàn)會(huì)采用1394網(wǎng)絡(luò)將攝像頭連接至控制中心。但是控制中心的視頻服務(wù)器也可以通過IT網(wǎng)絡(luò)訪問。實(shí)時(shí)視頻捕獲不會(huì)影響IT網(wǎng)絡(luò)。但是員工可以通過IT網(wǎng)絡(luò)選擇性地訪問存儲(chǔ)的視頻。

  可擴(kuò)展性

  就網(wǎng)絡(luò)大小和保真度來說,安全應(yīng)用可以有眾多選擇。便利店或其它小型零售店可能需要幾個(gè)分辨率相對(duì)低的攝像頭就足夠了。大型體育場(chǎng)館等所在的安全系統(tǒng)可能需要在較大的區(qū)域內(nèi)安裝幾十甚至幾百個(gè)攝像頭。而像賭場(chǎng)這類高要求的應(yīng)用則需要許多分辨率達(dá)到可查看賭臺(tái)上的細(xì)節(jié)要求的攝像頭。

  想開發(fā)各種系統(tǒng)功能的安全系統(tǒng)廠商會(huì)發(fā)現(xiàn),1394技術(shù)可以通過擴(kuò)展來滿足各種應(yīng)用。即使是在只有幾個(gè)攝像頭的系統(tǒng)中,1394都是個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方案。對(duì)于大型應(yīng)用來講,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以采用多個(gè)1394分段為幾百個(gè)攝像頭服務(wù)。此外,1394技術(shù)可以支持所需的任何分辨率以及混合的壓縮與未壓縮視頻。

  隨著安全攝像頭網(wǎng)絡(luò)向數(shù)字領(lǐng)域的轉(zhuǎn)移,1394技術(shù)正成為攝像頭聯(lián)網(wǎng)的選擇。該技術(shù)可以提供安全應(yīng)用所需的保真度、靈活性和可靠性。安裝人員會(huì)發(fā)現(xiàn),即插即用的1394設(shè)備比以太網(wǎng)設(shè)備更便于處理。雖然以太網(wǎng)可能在成本上略占優(yōu)勢(shì),但是1394設(shè)備由于安裝簡便以及在終端產(chǎn)品中更具魯棒性的特性,足以抵消以太網(wǎng)的成本優(yōu)勢(shì)。

  總部位于美國安阿伯市的Pixel Velocity公司開發(fā)的采用1394技術(shù)的攝像頭監(jiān)控視頻系統(tǒng)集成了密歇根大學(xué)現(xiàn)有的IT架構(gòu),該系統(tǒng)既可以滿足當(dāng)前的安全監(jiān)控要求,又可以滿足未來提供先進(jìn)視頻功能的需要。Pixel Video FusionTM可以生成支持工作人員查看現(xiàn)場(chǎng)視頻和錄像視頻的高清細(xì)節(jié)的全景畫面。其獨(dú)特架構(gòu)在節(jié)省帶寬的同時(shí),還可以提供廣域的全景高清視頻。有關(guān)細(xì)節(jié),請(qǐng)?jiān)L問Pixel Velocity公司網(wǎng)站。

  過去,視頻安全系統(tǒng)一般采用模擬連接將遠(yuǎn)程攝像頭連接至監(jiān)控控制中心。比較舊的系統(tǒng)甚至將視頻存儲(chǔ)在磁帶等模擬介質(zhì)上。更現(xiàn)代的模擬設(shè)計(jì)則采用控制中心的服務(wù)器對(duì)視頻進(jìn)行編碼。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮技術(shù)導(dǎo)致視頻被存儲(chǔ)在磁盤上以便于快速檢索,并提供即時(shí)跳轉(zhuǎn)至錄制的視頻流中任意一點(diǎn)的能力。通過將壓縮/編碼步驟直接集成到攝像頭,就有了相當(dāng)多極具說服力的理由支持向全數(shù)字安全系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移。

  編解碼器IC和高速實(shí)惠的微處理器支持在攝像頭內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)壓縮,此舉可以大大降低監(jiān)控中心對(duì)設(shè)備數(shù)量以及電源和冷卻的要求。此外,模擬系統(tǒng)常常受到丟幀或圖像失真的困擾。數(shù)字?jǐn)z像頭中的模數(shù)轉(zhuǎn)換和編碼功能與CCD或CMOS圖像傳感器相鄰,這樣可以消除噪聲失真,并且不再需要較長的傳輸線纜。數(shù)字網(wǎng)絡(luò)在嘈雜的環(huán)境中也能流送完美的視頻。

  相比專用電纜必須從監(jiān)控中心布線至每個(gè)攝像頭的模擬系統(tǒng),數(shù)字網(wǎng)絡(luò)還具有拓?fù)浞矫娴撵`活性。1394這樣的技術(shù)可以傳送數(shù)據(jù)有效載荷和攝像頭的搖拍和縮放等控制信息,某些情況下甚至可以為攝像頭供電。在模擬系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)和控制一般都需要獨(dú)立的電纜。

  一旦產(chǎn)品設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)決定開發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)安全系統(tǒng),選擇網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就是一個(gè)關(guān)鍵決策。安裝商要求簡單性。但是選擇的網(wǎng)絡(luò)必須滿足各種特別的要求,包括支持多個(gè)視頻流、支持某種級(jí)別的未壓縮視頻和極高的可靠性。

  無線網(wǎng)絡(luò)用起來可能極其簡單。但是無線網(wǎng)絡(luò)的可靠性或帶寬只能應(yīng)付業(yè)余玩家的"票友"級(jí)安全系統(tǒng)。因此,只能選用如以太網(wǎng)和1394等有線方案。

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