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數(shù)字網(wǎng)絡視頻的帶寬計算方法介紹
中國自動化網(wǎng)
摘要: 在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計與實際應用中,經(jīng)常需要規(guī)劃數(shù)字視頻系統(tǒng)的網(wǎng)絡帶寬及存儲帶寬,這對于整個系統(tǒng)的應用非常重要,而如何規(guī)劃網(wǎng)絡,涉及到系統(tǒng)實際配置、最終使用及存儲、編解碼設備、工作站等分布等等因素,是數(shù)字視頻監(jiān)控中最重要,而又比較難規(guī)劃和計算的。
Abstract:
Key words :

  在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計與實際應用中,經(jīng)常需要規(guī)劃數(shù)字視頻系統(tǒng)的網(wǎng)絡帶寬及存儲帶寬,這對于整個系統(tǒng)的應用非常重要,而如何規(guī)劃網(wǎng)絡,涉及到系統(tǒng)實際配置、最終使用及存儲、編解碼設備、工作站等分布等等因素,是數(shù)字視頻監(jiān)控中最重要,而又比較難規(guī)劃和計算的。首先需要明確如下概念:
一、幀率、碼流與分辨率
  幀率概念
  一幀就是一副靜止的畫面,連續(xù)的幀就形成動畫,如電視圖象等。我們通常說幀數(shù),簡單地說,就是在1秒鐘時間里傳輸?shù)膱D片的數(shù),也可以理解為圖形處理器每秒鐘能夠刷新幾次,通常用fps(Frames Per Second)表示。每一幀都是靜止的圖象,快速連續(xù)地顯示幀便形成了運動的假象。高的幀率可以得到更流暢、更逼真的動畫。每秒鐘幀數(shù) (fps) 愈多,所顯示的動作就會愈流暢。
  碼流概念碼流(Data Rate),是指視頻文件在單位時間內使用的數(shù)據(jù)流量,也叫碼率,是他是視頻編碼中畫面質量控制中最重要的部分。同樣分辨率下,視頻文件的碼流越大,壓縮比就越小,畫面質量就越高。
  分辨率概念視頻分辨率是指視頻成像產(chǎn)品所成圖像的大小或尺寸。常見的視像分辨率有352×288,176×144,640×480,1024×768。在成像的兩組數(shù)字中,前者為圖片長度,后者為圖片的寬度,兩者相乘得出的是圖片的像素,長寬比一般為4:3。
二、數(shù)字視頻系統(tǒng)中帶寬
  系統(tǒng)中主要設備是編碼器、網(wǎng)絡錄像機NVR、及工作站,根據(jù)系統(tǒng)不同,可能有中央服務器,管理服務器,存儲歸檔服務器、流媒體服務器等,本文以典型架構說明。在系統(tǒng)中,網(wǎng)絡中跑的主要是上行的視頻流,一般為UDP,下行的控制命令,一般為TCP。主要碼流來源于從編碼器到NVR的視頻存儲流,及工作站實時監(jiān)視視頻流。
  實時視頻流
  對于實時視頻流,工作站調用某個通道視頻時,工作站調用的流類型不同,碼流不同,主要考慮的是分辨率,4CIF分辨率下碼流大小均值可以考慮1.5M,而編碼器到NVR之間總帶寬主要取決于每個通道碼流大小及總的通道數(shù)量。工作站與NVR之間帶寬主要決定于工作站調用的視頻資源數(shù)量。(本討論中假定編碼器沒開組播功能,否則另外一回事了)。
  轉發(fā)視頻流 NVR的一個功能是轉發(fā)視頻,首先要考慮的是服務器的輸出帶寬,服務器是通過網(wǎng)卡進行數(shù)據(jù)輸出的,在100Base-TX交換以太網(wǎng)環(huán)境下,單塊網(wǎng)卡的輸出帶寬是1000M,一個視頻流的帶寬是1.5M,所以1000M 的網(wǎng)絡都足夠。因此網(wǎng)卡不是瓶頸。而NVR服務器的轉發(fā)機制、內存、CPU等、錄像對總體資源的消耗,都會對并發(fā)用戶數(shù)有所影響。
  存儲視頻流 NVR的另外一個功能是存儲視頻并接收回放命令,此功能主要在NVR及磁盤陣列,首先要考慮的是服務器的輸出帶寬,另外要考慮的問題是磁盤的輸出帶寬及讀寫速度,視頻服務器的主要功能是以穩(wěn)定的速率向網(wǎng)絡上的客戶端傳輸實時及回放視頻數(shù)據(jù),當系統(tǒng)中有大量的并發(fā)用戶時,磁盤盤的輸出能力是系統(tǒng)的主要瓶頸。典型的磁盤陣列可以提供40MB的I/O,一個標準的MPEG4視頻流帶寬為1.5Mbps,因此I/O不是瓶頸,但是NVR服務器的存儲機制、內存、CPU等、實時查看回放等對總體資源的消耗,都會對存儲通道數(shù)有所影響。
三、網(wǎng)絡錄像機NVR設計
  系統(tǒng)內存需求設計
  NVR系統(tǒng)內存需求與單位數(shù)據(jù)流所占內存、數(shù)據(jù)流速率的大小、最大流數(shù)和流媒體軟件體系本身占用的內存密切相關。一般來說NVR軟件本身需要占用128MB可用內存,每1kbps數(shù)據(jù)流要占用12K的內存,系統(tǒng)在使用最大流數(shù)時的內存可以通過公式計算: 128M+12×數(shù)據(jù)流速率×最大流數(shù)。
  并發(fā)用戶數(shù)和網(wǎng)絡帶寬控制技術網(wǎng)絡帶寬是網(wǎng)絡中的瓶頸資源,網(wǎng)絡可以同時支持的最大并發(fā)用戶數(shù)與網(wǎng)絡帶寬、視頻流的帶寬是密切相關的。網(wǎng)絡帶寬可根據(jù)公式計算:網(wǎng)絡帶寬=每kbps數(shù)據(jù)速率×最大流數(shù)。
  服務器存儲空間和傳輸能力 網(wǎng)上視頻的所有錄像資源都存儲在視頻服務器NVR中,系統(tǒng)需要的存儲空間大小需要依據(jù)用戶的實際情況來確定,存儲空間=通道數(shù)CH×碼流×保存日期。注意:磁盤空間計算是粗略的、不可能非常精確,因為每個攝像機的場景是隨時變化的,而碼流也是動態(tài)的,因此可能存在一定偏差。

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