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- 2012/3/15 14:57:00 网路环境及传输协议是不是决定画面维持传输水平恒定的关键？
- 网路环境及传输协议是不是决定画面维持传输水平恒定的关键？如何做设置才对？
回答
- 2012/3/15 15:53:00回复者：程实
- 网路监控的案件规划上，摄影机、网路交换器、伺服器、软体平台以及储存设备是重点的五大支柱，每一个环节都必须审慎考虑。尤其是在高解析度或者HDTV画质的诉求下，如何有效的管理频宽，是我们通常都会遇到的课题。会影响高解析画质传输的因素有很多，包含：影像解析度(image resolution)、压缩演算法(algorithm)、压缩比(compression ratio)、影像张数(frame rate)、变动率(bit rate)、GOV(Group of Video)，而上述这些设定的组合就是所谓的串流设定(Stream Profile)。针对各种因素，我在下方做相关的说明：
影像解析度(image resolution)：越高的解析度，代表着越高的频宽需求。在高画质的传递上，现在的主流标準为HDTV规範中的1280x720或者1920x1080。过去是市场常见的1280x960， 1280x1024也因为不符合16：9的显示比例趋势而逐渐乏人问津。
压缩演算法(algorithm)：H.264绝对是目前市场上的主流，这种演算法基于MPEG4的基础，提供更小的频宽需求以方便在网际网路上传递。当然，跟MPEG4一样H.264都是採用动态补偿的演算法类型，因此如果监控的场景是较复杂的环境，例如：人来人往的车站，那幺採用H.264也很难有效的控制频宽。
压缩比(compression ratio)：监控影像是一连串的图片所组合出来的画面，每一张图片均採用破坏式的压缩(将人眼感受不到的部分略去)，在高画质的解析度下，压缩比的设定会影响频宽与影像品质。
影像张数(frame rate)：如果选择H.264的演算法，这个算是影响最小的设定。但是如果是MJPEG，则张数越高、频宽需求越高。
变动率(bit rate)：当採用H.264来传递高画质影像的时候，bit rate是一个很重要的结果。各家厂商在变动率的计算上不尽相同，但是，设定上可以分为两种VBR(Variable Bit Rate)与CBR(constant Bit Rate)。
VBR是告诉摄影机在传递的影像允许每个画面的变动率不固定，当场景活动度高的时候，将bit rate提高，相对地，场景静止的时候，bit rate就会降低。这样的设定比较适合在一般性的24小时监控环境，可以有效地节省储存空间。
CBR则与VBR相反，将bit rate固定在某个限定值。唯一需要注意的地方是，当指定了CBR的时候，一旦画面的bit rate高于设定的上限，此时，摄影机就会选择减少张数或者减少画质来符合bit rate的限制。这样的设定，通常建议设在确定频宽有限的网际网路传递上。必须要提醒大家注意的地方是，当设定CBR的时候，还是要小心网路速度的问题，如果连外的频宽採用ADSL这样无法保证频宽的方式，建议还是将传输上限打八折会比较稳当，例如：如果连外频宽为2Mbps，那幺CBR上限不要超过1.6Mbps(也需要考虑摄影机的总数量)。还有，大部分的厂商在实作CBR的时候，会将bit rate控制在所设定的值，这样的方式，是相当浪费储存空间的。以国际领导品牌Axis的CBR设定，则提供了厂商更有竞争力的方式，其CBR是设定目标变动率(Target bit Rate)，并且提供了优先权的设定，只限制画面所需要的最高上限，如果画面变动小，则会主动降低该值来达到频宽控制的需求。而优先权则可以让厂商自行地去选择在变动率固定的状况下，要以画质优先(提供好的精细度)还是张数优先(提供不延迟的效果)。
GOV(Group of Video)：这是一个在H.264裡面相当重要的设定观念，大多数的厂商由于技术上的问题，有限地开放或者关闭该设定。GOV是影像群组的意思。H.264对于将每一张影像依照属性分为I-frame， P-frame， B-frame叁种格式。I-frame提供最完整的场景资讯，P-frame则是以前一张I-frame或者P-frame进行演算预测，而B-frame则是会以前后的I-frame或者P-frame进行演算预测与修正。但是，由于 B-frame会需要更多的演算，而造成严重的延迟，所以在厂商所提供的产品大多不会採用B-frame的方案。GOV则是表示在两张I-frame之间可以允许多少张的P-frame。诚如先前所提到，I-frame提供最完整的画面资讯，P-frame仅提供变动的部分，因此，如果GOV的质设定越高，表示频宽需求量就会越小;反之亦然。大多数的厂商，在GOV的设定为4，但是项比较重视频宽与画质的平衡性的厂商会开放此部分的设定，例如：Axis在频宽控制可以比其他厂商少30%~50%就是因为GOV的最佳化设定。但是，如果将GOV的设定调得太高，的确会在频宽控制上得到显着的效果。但是，如果网路上环境较为雍塞，那很有可能发生遗失资讯(P-frame lose)的问题。
实务上，我们还是会建议不要仅用单一的设定来调整所有的摄影机。应该依照网路频宽限制以及应用面的需求来调整不同的串流。大多数的状况，通常会应用到两个串流，一个是即时监看(Live View)，一个是录影(Recording)，也有些需要连上网际网路提供手机间看也有可能会产生其他的串流设定，也就是坊间常常提到的多串流功能(multi-streaming profile)，能够支援的串流数量，取决于厂商所採用的晶片运算效能，以AXIS为例，其自行研发的ARTPEC-3晶片可以达到同时在HDTV 720P的条件下，提供2组H.264 1280x720且30fps的串流(很多厂商仅能提供一组)。在设计规划上唯一要注意的是，每多一组串流，就是代表额外的频宽消耗，很多厂商在规划上都忽略到此点，而错估了核心频宽的需求。
至于，在网路条件的问题上，必须先釐清规划上是否要透过网际网路对外连接。如果需要透过外部的连结观看摄影机影像时，所需要考虑的是联外的频宽。我想大家都已经知道xDSL是一种不对称的传输方式，目前大多是下行频宽高于上行频宽。不过，如同先前所提到的xDSL的服务并不保证频宽的使用，例如：10M/2M的服务，该数据仅为理论最大值，这点是在规划上需要注意的。如果想透过3.5G或者WiMAX的方式来传递影像，则是要考虑各家业者目前所能够提供的频宽为何?你也可以透过一些工具，如SPEEDTEST.NET(个人推荐，除了网页版之外，还有支援iPhone以及Android系统)先了解实际上频宽的限制后，再进行profile的调整。
最后，在网路交换器(network switch)以及传输标準上，也建议厂商需要多思考实际上的使用需求而选用适当的等级，如果专案的规划上全部都是高解析度(以HD720p为例)的摄影机，当专案需求量会需要多台网路交换器的时候，建议採用堆叠的架构取代串接的架构，以避免传输的瓶颈受限于单一个网路埠传输率。Giga等级的规画可以放置于核心交换器即可，在前端的交换器採用100Mbps来连接摄影机在频宽上已经够用了。
