淺談視頻監控系統網絡傳輸質量檢測

何振釗

（廣州市盛通建設工程質量檢測有限公司　510075）

前言

視頻監控業務具有悠久的歷史，以其直觀、方便、信息內容豐富而被廣泛應用于公安系統、交通系統、金融系統和教育等眾多領域。隨著現代科學技術的不斷發展和進步，傳統的采用模擬方式傳輸的閉路電視監控技術已不再適應時代發展的需要，而以網絡通信技術為基礎，結合數字圖像處理、大數據處理、視音頻處理、軟件管理等技術，以智能圖像分析為特色的網絡視頻監控系統逐漸成為監控領域的發展方向。在網絡視頻監控系統中，無論是前端傳輸視頻信號回后臺，還是后臺各子系統中的相互通信，確保整個系統的網絡傳輸質量，就是保證整個系統穩定運行的關鍵所在。在國家推薦標準《公共安全視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》（GB/T28181-2016）中，規定網絡傳輸質量應符合以下要求：網絡時延上限值為400ms；時延抖動上限值為50ms；丟包率上限值為0.1%；包誤差率上限值為0.01%。

1　網絡視頻監控系統的技術及其優勢

1.1　視頻監控系統中的網絡技術

網絡視頻監控系統集數字圖像處理、大數據處理、視音頻處理、軟件管理等多種技術與一身，可以實現將視頻的模擬信號和語音轉換為數字信號，并通過光纖網絡等途徑實現信號的傳輸，從而實現視音頻信號數字化，控制多媒體化，管理智能化。為了解決了視頻流在網絡上的傳輸問題，網絡視頻監控系統一開始就將采集到的圖像進行數字化處理，這樣使得該系統得數據能通過多種渠道進行傳輸，使整個系統趨向智能化和平臺化。在整個系統中存在多個雙向通信，有前端網絡攝像機和后臺存儲服務器之間的通信、有管理客戶端和應用服務器之間的通信、有各應用服務器之間的通信，也有各監控中心管理客戶端之間的通信。這些通信既有音、視頻等數據量大的數據，也有控制命令、請求消息等小的數據。在目前的網絡視頻監控系統中，主要通過線纜和交換機等設備組成轉發視頻圖像數據的傳輸網絡，將圖像數據從前端監控設備傳送到后端的監控主機和存儲設備上，傳輸端的主要設備和線材包括：雙絞線、光纖、光纖收發器、交換機等。

1.2　網絡視頻監控系統的優勢

由于目前越來越成熟的網絡視頻監控系統存在諸多不可比擬的優點，符合信息化、智能化、網絡化的發展方向，使得網絡視頻監控系統取代模擬監控系統和DVR系統成為必然，更多地應用于大型項目建設中。其優勢有以下幾點：

（1）適合遠距離傳輸，數字信息抗干擾能力強

網絡視頻監控系統中的數字信息抗干擾能力強，不易受傳輸線路信號衰減的影響，可以完美的解決跨地域的監控需求。

（2）具有良好的擴展能力

監控點需要增加時，只需要增加網絡攝像機，而不需對布線系統做改動；不但可隨時增加前端設備，而且根據需要還能增加分控站，以滿足其他部門圖像遠程監視的要求。

（3）可靠性、安全性高

系統的主要設備網絡攝像機采用了嵌入式實時操作系統，而圖像的傳輸是通過光纖網絡實現的，系統的可靠性高；系統能設置不同等級的使用者權限，僅有最高級權限的用戶才可對整個系統進行設置或更改。

（4）易于管理和維護

系統主要由電子設備組成，集成度高，系統的安裝、接線十分簡潔，設備的可靠性很高，維護性能好，且可實現遠程維護管理。

2　Y.1564測試標準簡介

Y.1564與RFC2544都是進行以太網性能測試的標準，這兩個標準有些區別。

RFC2544出現時間比較早，是RFC組織制定用于評測網絡互連設備的國際標準，主要用來測試設備的極限性能。也可以進行網絡方面的測試，但是測試時間比較長，而且不能并行操作。

Y.1564是由國際電信聯盟批準的標準，是全新一代的以太網測試標準。是針對以太網測試而設計的，因此Y.1564具有很多專為電信運營商測試網絡而設計的內容。使用Y.1564進行網絡測試，可以多項測試任務并行進行，測試時間較使用RFC2544要短很多。

2.1　Y.1564測試的測試速率

Y.1564根據用于以太網虛擬電路（EVC）的MEF服務屬性和UNI帶寬特征，定義了三個主要測試速率。

CIR（承諾信息速率）規定了在一定性能目標得到滿足時的服務最大傳輸速率；這些目標一般通過SLA來定義和執行。

EIR（超額信息速率）規定了超過承諾信息速率的最大傳輸速率，這部分速率被稱為超額流量。超額流量在容量允許時被轉發，不需要滿足任何保證的性能目標（盡力而為型轉發）。

Over Shoot（超速）規定了超過CIR或EIR的測試傳輸速率，用于確保被測設備或被測網絡不轉發超過服務的CIR或EIR所規定的流量。

2.2　Y.1564測試的關鍵性能指標

Y.1564測試的網絡服務質量關鍵性能指標有以下4個：

帶寬：指可用的或使用的數據通信資源比特率。

時延：指測得的幀傳輸和接收時間之間的時延。通常情況下，這是一個往返測量過程，即同時測量從近端到遠端和從遠端到近端兩個方向。

時延抖動：指測得的數據包傳輸之間的時延變化。數據包在網絡內向目標傳輸時，經常會排隊，以突發的形式傳輸到下一跳。可能隨機劃分優先級，造成數據包以隨機速率進行傳輸。因此，接收數據包的時間間隔沒有規律。這種抖動的直接后果是給端點節點的接收緩沖帶來壓力，在出現抖動大幅搖擺時，這些緩沖可能會使用過度或使用不足。

丟包率：指丟失的數據包數與發送的數據包總數之比。導致丟幀的原因有很多，包括傳輸時出現網絡擁塞或錯誤。

3　Y.1564測試的測試方法

Y.1564測試方法的建立是圍繞按照順序進行的兩個主要子測試，即服務配置測試和服務性能測試。

服務配置測試是驗證在開始一個長期的測試（服務性能試驗）之前每個服務的網絡配置是否正確。為了測試網絡配置，每個配置的服務將產生一個階梯。在測試的第一階段中，速率將逐步增加，直到承諾信息速率（CIR）水平達到。在第一階段，時延、時延抖動和丟包率被測量。在測試的第二階段，當啟用超額信息速率（EIR）復選框時，速率將逐步增加到超額信息速率（EIR）水平并超過超額信息速率（EIR）進一步和預期的最大吞吐量閾值比較。每一階梯的時間可以根據實際測試需要設置為1～60s。

服務性能測試的目的是通過同時運行多個服務驗證SLA參數滿足時間。時延、時延抖動、丟包率和平均吞吐量被測量并和標準上限值比較。整個Y.1564測試流程如圖1所示。

在輸入測試參數時，用于服務配置測試和服務性能測試的幀大小可以是恒定的，也可以是多個幀大小的分布。其中常用的有64幀、128幀、256幀、512幀、1024幀、1280幀、1518幀，當然也可以根據實際需要進行自定義需要的幀大小。

在網絡視頻監控系統中，影響網絡性能的主要為帶寬、時延、時延抖動、丟包率，因此可以將網絡性能要求的帶寬設置為Y.1564測試時的承諾信息速率，將標準要求的上限值設置為SLA閾值參數。在測試的過程中，測試前端網絡攝像機在承諾信息速率下發送數據所產生的時延、時延抖動、丟包率，由此驗證該網絡攝像機的傳輸鏈路的網絡性能是否能達到標準的要求。

圖1　Y.1564測試流程圖

4　結束語

綜上所述，在網絡視頻監控系統中，其相對于傳統的模擬監控系統有著顯著的優勢，也將更多地應用于各種領域的視頻監控項目中。結合網絡視頻監控系統的網絡特點及Y.1564測試標準在測試中多項測試任務并行進行的特點，可以使用Y.1564測試設備模擬前端多路視頻監控設備在承諾信息速率下工作時的網絡傳輸狀態，亦可以用于監控中心間的通信網絡傳輸的檢測，測試網絡傳輸性能的帶寬、時延、時延抖動和丟包率。