网络传输在视频监控中的应用

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1、网络传播在视频监控中的应用 随着全球安防监控产业需求和有关技术的迅猛发展,数字图像压缩解决、流媒体技术、计算机网络通信、自动控制技术、智能报警技术、人工智能技术等已在安防领域得到广泛应用。在现代安防系统中，网络传播技术是实现多种安防设备集成应用的基本。采用合适的网络传播技术,既可以减少安防工程的施工成本，也可以构建规模更大的安防网络系统。 一、安防系统中的常用网络 安防监控系统中的网络传播重要用途是电源传播、信号传播，甚至两者结合传播。一般提到网络传播一方面考虑的是信号传播，信号传播基本是“信道”。信道:传播信息的必经之路称为“信道”。 从信道的传播介质来分,信道可以分为有线与无线信道,而按其

2、频率来划分,可以分为窄带、话音频带、宽带。如果从它所传播的信号类型来分，又有数字信道与模拟信道的概念。一般网络的拓扑构造有总线型、星型、环型、树型。总线型拓扑构造采用一种专用信道作为传播媒体，所有站点都通过相应的硬件接口直接连到这一公共传播媒体上。总线型构造的长处是构造简朴、易于扩大。总线型构造的缺陷是传播距离有限、故障诊断和隔离较困难、实时性较差。星型拓扑构造由中心节点和通过通信链路接到中心节点的各个端节点构成。星型构造的长处是故障诊断和隔离容易、便于管理。星型构造的缺陷是中心节点承当较重,容易形成瓶颈，传播信道的安装调试工作量较大。 环型拓扑构造由节点和连接节点的链路构成一种闭合环。环型构

3、造的长处是传播所需的物理媒介（电缆、光纤等)消耗较少,便于扩大。环型构造的缺陷是节点故障会引起全网故障，信道运用率较低。 树型拓扑构造由从总线拓扑演变而来,形状类似一棵树。树型构造的长处是故障隔离较容易，便于扩大。树型构造的缺陷是子节点对父节点、根节点的依赖性较大。 典型的安防传播网络有视频信号网、以太网、R-2325/422串行总线等等，下面将就某些典型的网络构造结合实际应用分析。二、RS-5串型总线型网络 几乎所有做过安防系统工程安装调试的技术人员对-485串型总线都不会陌生,基本上绝大多数的摄像机云台、镜头控制都是通过RS-485总线完毕控制的,采用RS-485通信方式具有布线成本低、施

4、工调试以便等明显长处。 RS-23、S22、RS48都是串行数据接口原则，由电子工业协会(EI)制定并发布。RS232于196年发布，最初命名为EIA-2-E,作为一项工业原则来保证不同厂家产品之间的兼容。RS-2由RS23发展而来,重要为弥补RS32之局限性而提出。为改善RS-2通信距离短、速率低的缺陷,R-422定义了一种平衡通信接口,将传播速率提高到10Mb,传播距离延长到40英尺（速率低于10k/s时）,并容许在一条平衡总线上连接最多10个接受器。RS-422是一种单机发送、多机接受的单向、平衡传播规范,被命名为TI/EIA-42A原则。为扩展应用范畴，I于1983年在RS-42基本上

5、制定了RS-45原则,增长了多点、双向通信能力,容许多种发送器连接到同一条总线上，同步增长了发送器的驱动能力和冲突保护特性,扩展了总线共模范畴,后命名为TIA/A-485-A原则。由于EIA提出的建议原则都是以“RS”作为前缀,因此习惯将上述原则以RS作前缀称谓。 S-5原则只对接口的电气特性做出规定，不波及接插件、电缆或合同，在此基本上顾客可以建立自己的高层通信合同。因此对于在安防的应用,许多厂家都建立了一套高层通信合同，一般作为私有合同或公开使用。国内的安防设备厂家大多采用原则R485串行通信合同方式，国外厂家大多采用曼切斯特(Mnester）编解码合同方式通信。 RS-32、R42、RS

6、-485电气参数表、RS-48电气规定 R-5一般采用两线平衡差分信号传播,两条通信线上的信号极性正好相反。一般安防工程中采用的传播介质是双绞线。采用双绞线传播可以有效减少高速率长距离传播数字信号时常用的辐射电磁干扰(radiatdMI）和接受电磁干扰(rceed EMI)。RS-85与RS-422同样,其最大传播距离约为119米，最大传播速率为10Mbs。平衡双绞线的长度与传播速率成反比，在00kb/s速率如下,才也许使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才干获得最高速率传播。一般00米长双绞线最大传播速率仅为Mb/s。 辐射电磁干扰:数字信号传播时的上升沿和下降沿处集中了信号的高频分量

7、,这些高频分量在长线传播时会产生较强的辐射电磁干扰。使用双绞线时，两条线上的辐射幅度相等,极性相反,净辐射为零。 接受电磁干扰:传播电缆同步相称于接受天线,会接受到空间的杂散信号（噪声），会对有用的48通信信号导致干扰。双绞线避免了平衡传播时的电磁辐射,也就减少了接受电磁干扰的也许。同步双绞线上接受的噪声几乎是同样的(这种噪声叫共模噪声）。S-8接受器只寻找两条线上形状相似极性相反的信号。因此噪声信号不会被接受。 、RS-85总线匹配电阻 R45总线方式采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短,以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。网络连接尽管

8、不对的，在短距离、低速率仍也许正常工作,但随着通信距离的延长或通信速率的提高,其不良影响会越来越严重,重要因素是信号在各支路末端反射后与原信号叠加，会导致信号质量下降。 因此,一般在RS-8总线电缆的开始和末端都需要并接终接电阻,一般在300米如下短距离传播时可不需终接电阻终接电阻阻值一般为20。这种匹配措施简朴有效，但有一种缺陷，匹配电阻要消耗较大功率，对于功耗限制比较严格的系统不太适合。采用RC匹配(电阻、电容匹配）、二极管匹配等措施通过节能和削弱反射信号,可解决由于功率消耗导致的信号弱现象。3、S45总线接地问题电子系统的接地非常重要、不容被忽视。RS-485总线接地系统不合理睬影响整个

9、网络的稳定性,特别是在工作环境比较恶劣和传播距离较远的状况下,对于接地的规定更为严格，否则接口损坏率较高。诸多实际的应用中，连接S-5通信链路时只是简朴地用一对双绞线将各个接口的“”、“”端连接起来。而忽视了信号地的连接,这种连接措施在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的问题隐患,会带来共模干扰问题、电磁干扰(EMI）问题。 1)共模干扰问题： R8接口均采用差分方式传播信号方式,并不需要相对于某个参照点来检测信号,系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范畴,S8收发器共模电压范畴为-7+2,当网络线路中共模电压超过此范畴时就会影响通信的稳定可靠，甚至

10、损坏接口。地电位差也许会有很大幅度，并也许伴有强干扰信号，致使接受器共模输入电压超过正常范畴，并在传播线路上产生干扰电流，轻则影响正常通信，重则损坏通信接口电路。 2)电磁干扰（EI)问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一种返回通路，如没有一种低阻的返回通道(信号地），就会以辐射的形式返回源端,整个总线就会像一种巨大的天线向外辐射电磁波。 由于上述因素，RS-2、R-485尽管采用差分平衡传播方式,但对整个RS42或R-485网络，必须有一条低阻的信号地。通过信号地将两个接口的工作地连接起来，使共模干扰电压被短路。这条信号地可以是额外的一条线(非屏蔽双绞线），或者是屏蔽双绞线的屏蔽层。、R

11、45总线瞬态保护 信号接地措施,针对低频率的共模干扰有保护作用,对于频率很高的瞬态干扰就无能为力了。由于传播线对高频信号相称于电感,因此对于高频瞬态干扰，接地线实际等同于开路。这样的瞬态干扰虽然持续时间短暂,但也许会有成百上千伏的电压。 实际应用环境下还是存在高频瞬态干扰的也许。一般在切换大功率感性负载如变压器、继电器等或闪电过程中都会产生幅度很高的瞬态干扰,如果不加以合适防护就会损坏RS-8通信接口。对于这种瞬态干扰可以采用隔离或旁路的措施加以防护。重要有隔离保护、旁路保护等措施可以实既有效的瞬态保护。 1)隔离保护措施。这种方案事实上将瞬态高压转移到隔离接口中的电隔离层上,由于隔离层的高绝

12、缘电阻，不会产生损害性的浪涌电流,起到保护接口的作用。一般采用高频变压器、光耦等元件实现接口的电气隔离。 2）旁路保护措施。这种方案运用瞬态克制元件（如TVS、MOV、气体放电管等)将危害性的瞬态能量旁路到大地,长处是成本较低,缺陷是保护能力有限，只能保护一定能量以内的瞬态干扰，持续时间不能很长,并且需要有一条良好的连接大地的通道,实现起来比较困难。实际应用中是将上述两种方案结合起来灵活加以运用。5、RS-485总线安防应用总结 在诸多实际安防工程应用中，由于总线构造不合理导致匹配阻抗问题，引起诸多终端设备无法通讯,例如：在同一种RS总线上的部分摄像机不可控。针对典型安防工程中浮现的某些状况,

13、给出如下建议：1） RS-8总线构造尽量采用类菊花链型串接，如果是星型构造要采用R85Hub来汇聚；2） 在总线的起始端和末端要添加120匹配电阻，减少信号反射干扰；3) 要选用带S485瞬态保护电路的安防设备，减少设备故障的概率;4)采用屏蔽双绞线的屏蔽层作为地线,或者额外敷设一条地线来达到系统信号地共地。三、 迅速以太网（Fast Eher) 以太网是Xeox公司发明的基带LAN原则。它采用带冲突检测的载波监听多路访问合同(CSMACD)，最初的设计速率为10Mbp，传播介质为同轴电缆。以太网是在20世纪7年代为解决网络中零散和偶尔的堵塞而开发的,而E0原则是在最初的以太网技术基本上于19

14、80年开发成功的。目前，以太网一词泛指所有采用CMD合同的局域网。以太网0版由数字设备公司、In公司和Xer公司联合开发，它与IEE802.3兼容。 在基于广播的以太网中,所有的工作站都可以收到发送到网上的信息帧。每个工作站都要确认该信息帧是不是发送给自己的,一旦确认是发给自己的,就将它发送到高一层的合同层。在采用CSAD传播介质访问的以太网中，任何一种CMA/CD工作站在任何一时刻都可以访问网络。发送数据前,工作站要侦听网络与否堵塞,只有检测到网络空闲时,工作站才干发送数据。在基于竞争的以太网中，只要网络空闲，任一工作站均可发送数据。当两个工作站发现网络空闲而同步发出数据时，就发生冲突。这时

15、，两个传送操作都遭到破坏，工作站必须在一定期间后重发，何时重发由延时算法决定。所有的以太网都遵循EE 8023原则。以太网重要有两种传播介质,分别是双绞线和同轴电缆。以0Base-原则为例,前面的数字表达传播速度，单位是“Mbps”，Bse表达“基带”的意思,表达采用双绞线传播。在诸多安防工程应用中,采用类线缆构成局域网，实现10Mbps迅速以太网已成为典型应用。四、安防监控中的流媒体监控应用 在以视频监控为主的安防监控系统中，IP监控正成为主流趋势，通过计算机网络技术、流媒体技术，网络化监控打破了地区的限制，基于国际互联网的应用也越来越多。1、安防流媒体监控总体规定 由于流媒体信号是交互的、

16、互动的,因此对网络提出了如下的应用规定：1）吞吐(Throughtpu)的规定：是指对高传播带宽、大存储缓冲带宽的规定和对流量的控制。 2）可靠性的规定:合适的数据丢失不会过多影响视频播出的实际效果。）网络延时规定:对网络延时、抖动规定较高，由于多媒体视频流对网络传播延时和抖动比较敏感。如传播的视频信号与音频信号必须同步等。因此，通过对网络构造的优化和调节对完毕良好的流媒体监控十分必要,重要可采用如下措施:1)如果条件容许，为安防流媒体监控建立专门的传播网络可大大提高系统稳定性、安全性。2)网络互换设备支持组播功能，流媒体数据采用组播形式在网络内传播,可减少一定数量的转发服务器,减少网络骨干的

17、传播压力；同步应用软件系统可更加强健,避免CP、UD传播会话异常断开时回收工作带来的资源挥霍。3）网络互换设备如支持QOS(服务质量）控制将缩短云镜控制延时、流媒体传播延时,一般觉得此类延时控制在1秒以内是非常必要的,否则操作者将感觉操作不便。4)使用多级网络构造,通过划分不同的核心互换机、骨干互换机、接入互换机来实现层次化的应用。2、网络互换机的选择1)网络互换机规定可以支持链路汇聚（Link Aggregation)。网络中所有互换机必须支持链路汇聚技术,就目前状况分析,核心互换机、骨干互换机一般是支持链路汇聚功能,通链路汇聚技术可无缝扩展骨干网络带宽。如果系统前端互换机不能支持链路汇聚技

18、术,将来系统扩展时前端至中心的百兆链路也许成为网络传播瓶颈,加大网络延时，导致系统实时监控效果下降。2)网络互换机规定可以支持组播（Multicast)功能。 组播技术可以减少骨干网络线路的通信压力，减少网络流媒体会话异常时的差错控制。组播技术有助于网络流媒体传播,如果系统互换机不能支持组播技术,将来系统网络扩展时，网络也许浮现传播瓶颈，加大网络延时，导致系统实时监控效果下降。3）网络互换机规定可以支持四层互换、QS（服务质量控制）。 通过四层互换技术、QS（服务质量控制）提高系统实时性。通过S配备减少云镜控制命令网络传播延时,网络互换机可配备云镜控制命令最优先转发,另一方面优先转发流媒体数据

19、。如果系统前端互换机不能支持四层互换、QoS（服务质量控制），会导致云镜控制命令网络传播延时过大,系统实时监控效果下降。五、 结束语 在现代安防系统中，网络化应用将成为主流趋势,网络数字音视频服务器(DVS)、P摄像机、网络数字硬盘录像机（VR）等产品都是和网络应用紧密有关的，前端数字化带来的直接成果就是后端的网络应用,越来越多的系统强调网络应用。系统的网络化在某种限度上打破了布防区域和设备扩展的地区和数量界线。系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源实现共享,同步任务和负载也可共享。 通过进一步理解网络传播技术的某些底层细节，在安防工程设计、施工、调试时加以优化，可以达到更加稳定、实时的效果,安防系统的可靠性、扩展性也将进一步提高。