直到最近，標準在 IP 影像安全方面幾乎沒有發揮任何作用，但這種情況正在迅速改變。企業正在以截然不同的速度從專有的類比影像系統轉向開放的 IP 解決方案 —— 隨著市場的轉變，他們正在強化標準驅動力。
這種向 IP 的轉變，加上影像內容分析或影像分析的引入，有望將影像的覆蓋範圍，從安全範圍擴大到企業，為業務最佳化提供豐富的資料來源。
標準促進互操作性並降低整合成本。不幸的是，影像監控行業在採用標準方面進展緩慢。隨著功能豐富的 IP 攝影機和編碼器的引入，它們提供了更高的解析度和嵌入式分析功能，客戶從更多的裝置和功能選擇中受益。然而，由於缺乏標準，其中一些裝置無法觸及。除了限制客戶選擇外，這種標準的缺陷還增加了解決方案提供商和製造商的整合成本。
更重要的是，它導致機會成本，導致創新減少，因為影像管理系統（VMS）供應商，將研發資金浪費在整合活動上，而不是專注於新功能上。
好消息是，影像安全行業終於做出了回應，一些標準化嘗試正在進行中。其中一項努力是實體安全互操作性聯盟（PSIA），這是一個由領先的實體安全行業和 IT 製造商、系統整合商和分銷商組成的團體，他們聚集在一起，促進 IP 啟用安全裝置的互操作性，目前專注於幾項倡議。本報導將重點關注新增、配置和管理 IP 攝影機和編碼器的標準要求，以下簡稱 IP 媒體裝置或 IP 攝影機。
轉向 IP 影像 影像監控系統傳統上由 NTSC 或 PAL 類比攝影機組成，透過同軸電纜連線到 VHS 磁帶錄音機或數位影像錄影機（DVR）。 圖1 顯示了具有遠端辦公室監控功能的典型 DVR 佈署。類比攝影機直接連線到 DVR，影像通常儲存在 DVR 本身的內部硬碟上。
圖1：帶有遠端辦公室監控的典型 DVR 佈署
影像編碼器（見圖2）是一種將類比攝影機的訊號數位化，並透過 IP 網路將其傳輸到 VMS 解決方案的裝置。影像編碼器允許客戶在將部分解決方案轉換到 IP 時，保持對同軸電纜和類比攝影機的投資。圖2 中也顯示了 IP 攝影機，將類比攝影機和編碼器的功能，結合在單個裝置中。
圖2：混合類比和 IP 系統。
影像監控系統正在過渡到一個全 IP 環境，類似於最近在企業語音中看到的 IP 遷移路徑，許多私有分支交換（PBX）被 IP 語音（VoIP）解決方案取代。
所有 IP 實現 在過去的幾年裡，我們看到了智慧 IP 攝影機的引入，這些攝影機提供了增強的功能，如影像分析、多流影片和百萬畫素解析度。將一些智慧轉移到邊緣，使在商用現成（COTS）伺服器上執行的 VMS 解決方案得以擴充，在此過程中取代了類比攝影機和專有DVR。 圖3 顯示了所有 IP 影像的實現。
圖3：全 IP 影像實現。
IP 攝影機為組織提供了幾個好處，包括：
- 分散式計算，透過將智慧推向邊緣進行編碼、壓縮、影像分析、電子郵件通知、運動檢測和現場升級
- 透過使用結構化佈線系統（UTP 與同軸）降低佈線成本
- 透過利用乙太網供電（POE）簡化配電
- 聚合的 IT 管理基礎設施
- COTS 伺服器的使用
- 透過同一電纜傳輸平移、傾斜、變焦（PTZ）命令和警報
- 多流能力，例如 MJPEG 和 H.264，給不同的使用者或應用
- 更高的解析度，包括高畫質（HD）和百萬畫素功能
- 由於高解析度攝影機，降低了攝影機需求
IP 攝影機的主要缺點是缺乏標準，以及從供應商到供應商所需的不同實現影像串流、配置和狀態通知，以及實施這些裝置所需的網路技能。
利用 IP 協議 採用 IP 媒體裝置進行實體安全的一個障礙，是 IP 網路的複雜性。標準的主要目標是減少這種複雜性，以便任何使用者都能夠安裝裝置，並在不損害網路安全的情況下辨識和執行裝置。在可隨時獲得專業知識的託管企業網路中，實施 IP 媒體裝置的挑戰與小企業或臨時網路的挑戰不同。
透過網際網路工程任務組（IETF）啟動了降低臨時或非管理網路 IP 網路複雜性的努力。零網路配置（Zeroconf）透過允許裝置：
- 在沒有 DHCP 伺服器的情況下獲取 IP 地址
- 在沒有 DNS 伺服器的情況下解析網路名稱
- 發現網路上有哪些服務可用
例如，蘋果的 Bonjour 是 Zeroconf 的實現，允許使用者在沒有網路管理員幫助的情況下在會議上無縫連線。在家庭或小型企業中，它允許使用者新增網路裝置，獲得分配的唯一本地網路名稱，並自動發現所有可用服務。在網管型的網路環境中，Bonjour 可用於發現可用的裝置。許多網路印表機支援Bonjour，透過安裝適用於 Windows 的 Bonjour 外掛，這些裝置可以輕鬆檢測並用於列印。同樣，支援 Bonjour 的 IP 攝影機可以新增到網路中並自動發現。
來自 UPnP 論壇的通用即插即用（UPnP）提供了一些類似的功能，並使用相同的方法自動獲取 IP 地址。UPnP 的主要好處之一是，使用通用協議消除了對自定義驅動程式的需求，並且獨立於作業系統和寫程式語言。
與上述情況一樣，IP 媒體裝置標準應支援裝置和服務發現協議，以允許自動發現裝置。IP 媒體裝置提供音訊和影像串流、事件通知和攝影機位置控制功能。為了最佳化這些裝置提供的好處，必須正確配置和管理它們。我們將更詳細地研究這些功能，並確定標準應解決的最佳配置和管理領域。
媒體選擇 媒體選擇涉及串流媒體類型和使用的編解碼器選擇。
流媒體類型IP 媒體裝置可以使用多個 IP 協議和協議組合（如 HTTP、即時傳輸協議（RTP）和即時串流協議（RTSP））透過 IP 串流式傳輸影像和音訊。 這些協議組合可以透過 TCP（一種面向連線的協議）傳輸，以確保交付，或 UDP 來提高效能。
IP 媒體標準必須支援所有協議組合，以允許在各種網路環境中佈署攝影機。
編解碼器 為了儲存和觀看影片，影像串流必須數位化。影像串流由一系列連續快速顯示的靜止影像或幀組成。在北美，當在一秒鐘（每秒 30 幀）向觀眾顯示 30 張影像時，就達到了即時影像，這被稱為 NTSC（國家電視系統委員會）。北美電視以這種速度接收和顯示影像。然而，在歐洲，速率降至 25 fps —— 稱為 PAL（相位交替線）。每個靜止影像都是一個矩形，由一系列圖片元素組成，也稱為畫素。畫素代表攝影機以黑白或彩色看到的光強度。標準清晰度電視顯示器為 720 x 480 可用畫素，提供所謂的 4 x 3 寬高比。較新的高畫質電視的畫素數要高得多。例如，1080p 的影像解析度為 1920 x 1080 畫素。
為了建立數位影像串流，必須將光轉換為可以傳輸的值。這是使用光感測器完成的。光感測器對它「看到」的光的強度做出反應，並返回電壓訊號。在黑白攝影機中，每個畫素都可以由單獨的光感測器表示。然而，在彩色攝影機中，感測器被分成三組。紅色、綠色和藍色（RGB）有一個，因為這些顏色在不同變化中的組合，可以產生任何其他顏色。
感測器提供的電壓，透過使用類比數位轉換器（A/D），轉換為離散數字值。 A/D 轉換器吸收電壓並將其轉換為 8位值，導致簡單的黑白畫素為 8 位，或彩色畫素為 24 位。
如前所述，影像只是另一種形式的資料，那麼為什麼 IT 專業人員比使用其網路的任何其他流量更擔心它呢？答案是音量。就頻寬利用率而言，透過網路傳輸影像可能很昂貴。當影像消耗更多的頻寬時，語音、資料和關鍵任務系統等其他應用可用的頻寬就會減少。除此之外，傳輸大型影像串流可能會透過可能收取使用費的廣域網變得成本高昂。為了降低頻寬利用率，IP 媒體裝置使用不同的壓縮技術和編解碼器壓縮影像。
編解碼器在影像壓縮和效能之間進行了權衡。早期的 IP 攝影機提供 MJPEG 壓縮，每個影像都被壓縮和傳輸。雖然這些攝影機提供了令人印象深刻的解析度能力，但頻寬和儲存要求限制了它們的有用性。與 MJPEG 相比，MPEG4 可以減少高達 50% 的資料量和儲存要求，而 H.264 編解碼器可以帶來高達 30% 的額外效能收益。這些重大壓縮改進的權衡在於處理效能。需要更強大的處理器或數位訊號處理器（DSP）來處理 MPEG4 和 H.264。
IP 攝影機具有分散式計算能力，允許 IP VMS 解決方案擴充。透過將影像訊號的數位化和壓縮移動到邊緣，客戶可以選擇最佳編解碼器來實現。編解碼器的選擇很重要，因為處理密集型編解碼器，可以顯著減少頻寬和儲存要求。隨著摩爾定律的生效，IP 攝影機處理效能已經提高，並可能繼續提高，而成本可能會繼續下降。隨著價格的下跌，IP 攝影機承擔了更多的 CPU 密集型任務，包括分析處理和 H.264 等高階壓縮演算法。
雖然 MPEG4 和 H.264 編解碼器的標準變體存在，但許多供應商已經實現了特定的效能增強，需要使用特定於供應商的編解碼器。
一些 IP 攝影機或編碼器還支援音訊，並配備了麥克風或麥克風輸入。音訊以幾種格式之一進行編碼，例如 G.711，G.726，G.729，MP3。與影像一樣，音訊編解碼器的選擇將取決於所需的音訊品質，以及可用的頻寬和效能。
IP 媒體裝置標準應允許在 VMS 解決方案和 IP 媒體裝置之間進行協商，以便自動選擇相容的音訊和/或影像編解碼器。IP 電話透過使用會話描述協議（SDP）媒體級資訊交換，來解決這個問題，以確保互操作性。
事件通知、影像分析、PTZ 資訊事件通知 可以為各種操作或資訊條件生成事件。操作事件會告訴你有關裝置狀態的資訊，並可能包括錯誤條件，如影像丟失或硬體或軟體故障。
資訊事件提供使用者預定義條件的狀態。例如，當門開啟時，會生成門觸點關閉事件，檢測到破碎玻璃的聲音時會生成音訊分析事件，檢測到影像運動時會生成影像分析事件。
影像分析元資料資訊 影像監控中最有趣的技術之一是影像分析。維基百科將影像分析定義為「一種用於分析特定資料、行為、物件或態度的影像的技術」。影像分析可能會將大量很少使用的影像資料轉化為數位資產，為業務最佳化提供豐富的資料來源，並有效地將影像的覆蓋範圍擴充到監控之外。這方面的例子包括使用高架攝影機來計算進出商店的人數。正確佈署，可以定位攝影機來測量客戶在商店的停留時間，從而最大限度地增加商品銷售機會。
在安全控制室，警衛必須長時間檢視顯示即時影像的多個螢幕，分析可以透過吸引對相關事件的注意，來減少疲勞和所需的顯示器數量。雖然影像分析技術仍然不完善，但實際佈署可以產生業務效率。完整的影像幀元資料定義，超出了 IP 媒體裝置規範的範圍。然而，分析事件可以由裝置以一致的方式傳輸，以允許不同的應用消耗影像。
IP 媒體裝置標準應定義單一的資訊事件通知方法，但允許透過 IP 傳輸，並在有意義的操作問題時利用 SNMP。
攝影機位置控制（平移、傾斜、變焦 —— PTZ）攝影機的垂直、水準和變焦運動，由其 PTZ 功能處理。類比攝影機使用單獨的電纜和序列埠來支援 PTZ。攝影機的 PTZ 協議通常是特定於供應商的，導致互操作性挑戰增加。
IP 攝影機允許透過 IP 傳輸 PTZ 命令，無需序列介面。IP 攝影機還可以提供虛擬 PTZ 功能。一些高解析度 IP 攝影機允許使用者垂直或水準移動，並在固定影像區域內進行縮放。由於影像大小和解析度更大，這是可能的。
有時有必要根據一天中的時間，將攝影機的位置更改為不同的預設位置。攝影機可以有幾個預設位置。預設可以由使用者遠端控制，也可以在計劃中執行。 在客戶端影像應用中，執行的預設檢視時間表，通常被稱為警衛之旅。
IP 媒體裝置標準應包括用於 PTZ 和虛擬 PTZ 攝影機的單一命令結構。該標準應足夠全面，以滿足不同的 PTZ 要求。例如，PTZ 運動的速度要求可能因實現而異，應作為可選擇的參數來處理。還需要包括預置和時間表等其他參數。
管理和配置 將裝置新增到網路中會自動簡化實現。然而，這些裝置日益豐富的功能，可能需要一些安裝後配置來設定警報條件、編解碼器選擇、多串流功能和其他流的目標地址、日誌檔案參數、運動檢測區域對映、計劃、PTZ 參數、本地儲存清除和安全許可權。一些 VMS 解決方案不會抽象 IP 媒體裝置的配置複雜性，這迫使使用者或系統管理員訪問裝置的本機介面。這增加了網路管理員的學習曲線和支援成本。
為了實現互操作性，IP 媒體標準應該解決：
- IP 媒體裝置狀態資訊
- 使用者訪問許可權
- 上傳以支援裝置升級
- 裝置重新啟動
- 基本系統設定
- 網路設定
- IO 埠控制
- 音訊/影像參數
- 電腦電腦
- 預設
- 運動檢測
- 多流媒體
- 事件通知
摘要 採用開放標準並與 HP Open View、IBM Tivoli、Microsoft System Center 和 CA Unicenter 等企業管理系統整合，將透過將訪問、日誌記錄和審計任務，聚合到現有網路應用程式中，幫助減輕企業實體安全的支援負擔。
IP 媒體裝置標準應利用現有協議，同時定義與網路行業一致的新協議。隨著行業組織和技術融合，採用這些協議可能會加快企業影像安全向 IP 影像網路的轉換，並最終降低成本。製造商和整合商都歡迎引入 IP 媒體裝置標準，而且早就應該推出。客戶和行業顧問將迅速掌握其好處，並可能透過將此類標準的支援，作為 RFP 中的強制性要求來推動其採用。
關於作者Peter Kuciak 是 March Networks 的研發副總裁。在加入公司之前，他在電信行業工作了18年。從 2000 年到 2008 年，Peter 擔任 Ubiquity Software 的研發、專業服務和產品管理總監。
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