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以適應性調變技術解決超低頻寬即時影像傳輸問題

以適應性調變技術解決超低頻寬即時影像傳輸問題
影像監控技術的發展趨勢,以「高畫質、低頻寬」為主,若想達到影像即時監控功能,須透過無線傳輸將影像回傳至管理中心,便需要一定的頻寬。然而,在導入網路監控時,往往受限於頻寬的負載能力,使得影像畫面模糊且遲緩,如何降低高畫質影像對傳輸頻寬造成的負擔,提供更穩定快速的影像資料傳輸品質,成為最重要的課題。

案例分享

案例一
泰國某購物中心,其網路環境已於兩年前拉好線且裝潢完成,但需要在現有的網路條件下,新加裝200支的網路攝影機。追加攝影機為1080p高清,但只能共享現有固網頻寬,每支網路攝影機僅能有768kbps的頻寬可傳送影像。

案例二
匈牙利物流公司需在運送車輛加裝車載攝影機以及4G路由器,由於4G上網費用問題,業主僅能容許1Mbps給車用攝影機發送影像回行控中心,且車上裝有前置型+後座型網路攝影機各一台。在此條件下,聯發光電提出「不只傳送單張圖片,而是傳送即時影像」的解決方案,讓一台車用網路攝影機基於384kbps CBR之下,傳送720p實時幀速率(real-time frame rate),透過4G網路往外發送給行控中心,因此取得物流車隊專案,安裝380支車用攝影機。
加值項目:所使用車用網路攝影機具有DI/DO介面,可外接門窗感應器,當貨車門未解除而開啟時,網路攝影機受到發報,除了原本的即時影像外,還會彈出警告訊息發送通知至行控中心與手機App上。


案例三
船舶上的監視系統多是利用衛星上網頻寬,當船行至遠洋,便超出岸上基地台的可接收範圍,船隊業主因而向特許經營商申請衛星上網的功能。衛星上網的頻寬除了為船上人員對外連網使用,業主更提出能否傳送船上網路攝影機與NVR的即時影像,作為避免船隻擦撞爭議的有效證據。但衛星頻寬屬稀少資源,不但費用高,尚有三大技術問題須解決:
1. 超低頻寬,且還須與船上其他設備共用網路,表示網路攝影機及NVR的可用頻寬是不穩定的。
2. 衛星打出去到中繼衛星再到接收端衛星,時程較久,網路攝影機與NVR接收到回饋的時間因此拉長。
3. 上、下行頻寬差異極大。

在接受業主委託後,即開發適用於衛星特性的船艦用網路攝影機、NVR,以及岸上中控軟體與手機App解決以上技術問題,預計分年安裝30艘船,讓船行外海的安全問題得到監控與保障。
加值項目:船舶用設備的耐受性為一大挑戰,機殼需用不鏽鋼防鹽蝕,且需耐Z軸上下波動,在產品設計與船舶認證上,提供了完整的方案與產品。


能自我調變解碼的低頻寬傳輸技術

上述所接觸到的案例,其共通背景皆為「頻寬受限」,在此需求前提下,網路攝影機便需自己掌握影像解壓縮與調變的技術,方能配合不同案場需求,因此研發出能自我調變解碼(Adaptive Decoding Methodology),可於200kbps的超低頻寬下,即時傳輸4路網路攝影機影像的技術。此技術仍走標準H.265壓縮及支援ONVIF,無須擔憂特殊解碼壓縮的問題,同時亦能解決下列超低頻寬的技術問題:

1. Frame無法送出時如何重新發送?
2. 如何進行交握(Handshake)讓發送方與接收方知道需要重送?
3. 如何讓畫面維持流暢而不會時快時慢?
4. 能否支援多種解碼方如VMS、Web、手機App?

200kbps,幾乎是撥接數據機時代的數字,但依然有不少這種環境存在,卻往往被高解析度、高畫質的訴求給忽略。而網路攝影機與NVR的完美互動,可提供320x240/30fps、同時4路網路攝影機即時影像;以及1280x720/30fps、單路彈出畫面的兩種分割畫面。VMS的Web化設計,則可用來作為網路攝影機解碼方使用,進而降低對圖形使用者介面(GUI)的依賴,讓解碼方用最小頻寬、最快速度看到使用者操作介面。此外,VMS也兼具影像接收與轉發的功能,當作為轉發伺服器時,可以讓手機App由VMS拉取即時安全監控影像,一方面無須再跟發送端索取資訊以減少頻寬占用,另一方面可對連線進來觀看的人員權限進行管理。

結語

透過可用於低照全彩環境、採用Sony Starvis感光元件的網路攝影機,加上優越的軟體技術,便能讓同一台攝影機提供多組串流影像,讓低頻寬、低解析度影像用於網外及同時間錄影最高解析度與網內存儲裝置,達到最大的適應性與成本控制;使原本低頻寬下的單張抓拍,升級到即時串流(RTSP streaming)。台灣廠商在安全監控的市場,除了做出廣度,更重要的是做出深度,低頻寬傳輸即時影像技術為車載通訊、軌道列車通訊、船舶通訊等打造出適合方案,為業主提供最有效的安全監控設置。
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