IP化監控系統的架構策略

前言：傳統CCTV封閉式架構監控系統，在實際應用往往會碰到諸如布線、儲存、影像品質與服務穩定性…等諸多限制，而透過數位化手段，將監控終端裝置與系統網路整體數位化的效益，不但能減低整體系統布建難度，對於實質的應用目的也有極大的助益，而在選擇IP監控解決方案前，也必須針對目前該市場的發展趨勢有更深的了解。

本文：
IT科技對監控系統的發展，有其直接且重要的影響，傳統CCTV採封閉式架構，布建成本高、系統穩定性不佳，且對於終端裝置的服務品質無法有效掌控，而最主要的問題在於，透過類比攝影機取得的影像若透過類比卡匣式錄影機VCR（Video Cassette Recording）儲放於錄影帶中，對於後續的影像調閱、管理…等應用，反而增加許多困擾。

影像數位化 為安控架構提升應用價值

影像數位化的優勢相當多，目前IP監控系統發展，關鍵的角色在於為整體系統進行「數位化」改革，從最初將儲放錄像的VCR裝置改成DVR（Digital Video Recorder），透過數位化影像的方式，讓影片儲存可儲放於相對穩定的數位紀錄載體中，例如，光碟、硬碟或是數位磁帶DAT中。

如此即可透過檢索動作，以非線性方式快速調閱數位影像檔案，搭配Video Server或整合目前熱門的雲端運算，讓整個監控系統可以透過網路完成調閱、檢索…等操作，這是以前CCTV類比安控架構所難以達到的效用，而其改變僅單單DVR導入系統就能為整體系統進行初步的安控架構數位化升級。

數位化產生的加值應用，可以讓安控系統整合Internet架構，最直接的加值應用就是透過網路提供即時監控影像，這種服務架構可以針對不同應用產業而產生不同的系統效益。例如，用於托育機構，父母可以透過網路介面觀看小朋友的學習狀況；路政單位可在重點路口設置數位監控點，用路人上路前可先透過網站檢視關鍵閘道路況；施工單位可在營建工地設置監控點，讓相關人員可確實掌控施工進度；目前連鎖經營的加盟業者，也嘗試在各加盟店點設置IP安控系統，讓總部人員可以透過網站了解分散各地的加盟點營業狀況，不需派人親訪就能掌握其客流與相關需求。

IP Cam的重要發展趨勢

IP Cam的選擇，由於其地位往往是監控端點的第一道影像取樣關卡，若在攝錄品質與壓縮技術支援上限制較多，後端技術整合與呈現的相關服務，也會因此大受影響。

●百萬像素（Mega Pixel）

目前IP Cam的攝影畫面解析度，入門款式大多已超過640x480（或720x480），即標準VGA格式，但在對拍攝解析度要求相對較高的動態偵測、車牌辨識…等特殊應用場合，拍攝畫質將直接影響系統服務的正確性與效率，此時必須在重要監控點導入支援 D1畫質的IP Cam機型。

●乙太網路供電（Power over Ethernet；PoE）

乙太網路供電Power over Ethernet幾乎是主流IP Cam必備功能，此功能可利用現有支援PoE的乙太網路環境，在不增加電源配置線路條件下，直接連接IP Cam就能取得傳輸與電源供應應用，大幅簡化配線難度，並降低系統建置成本。

●H.264影像壓縮標準

H.264影像壓縮技術在IP Cam是極重要的關鍵技術，尤其在監控攝影機朝高解析度D1畫質的趨勢演進時，沒有高效率的壓縮技術奧援，將造成建構系統的排擠效應（即IP CAM數量將影響頻寬使用率），目前H.264在實測效果上是具備接近Motion JPEG畫質、並優於MPEG-4壓縮率。

●系統單晶片（System-on-Chip；SoC）

採SoC的目的雖在生產端，是降低產品成本的手段，但在應用端，也是益多於弊的設計趨勢。因為IP Cam透過SoC整合，可讓攝影機整機組裝體積更小，但卻能維持相同甚至更多的功能支援，而SoC整合晶片也能有效減少PCB面積，降低零組件故障率，而產品體積相對縮小，對於攝影機的防水、防塵設計要求，也能更容易達成。

●雙模影音串流（Dual Streams）

雙模影音串流的需求，是源於即時監看與錄影是兩種完全不同的應用需求，其中包括畫面、品質、每秒畫面禎數、編碼都有影響，而IP Cam可以同時提供儲存用與行動監看用兩種資料源，可同時傳送2種格式與解析度影像，方便用戶針對終端設備需求進行對應設定。

●嵌入式Web Server

IP Cam在整合上，相關壓縮比、傳送格式、路徑…等設定，新的趨勢是透過內建的嵌入式Web Server處理相關功能調整，在管理上由於採視覺化設定功能，工程人員可以快速完成裝置設定，而對於端點的管理整合，有Web管理介面也會增加其設定效能。

●攝影機影像壓縮格式

主要有Motion JPEG、MPEG 4、H.264 3種，其中以Motion JPEG畫質表現最佳，但錄製檔案也相對較大，若要整合網頁端即時瀏覽應用，在頻寬相對受限的限制下，使用效果可能會因此受到影響。至於MPEG 4壓縮格式，則具備檔案小、回傳速度快優勢，畫面相對流暢，但監控影像的細節表現相對較為遜色。H.264近年之所以會讓安控市場趨之若騖，其實在於其兼具影像細節與傳輸效能要求，為兼具前兩者之優點，也是目前的主流標準。

架構安控系統的評估重點

Video Server與DVR是整體系統的核心，目前實際架構應用兩種方式都有，也各有利弊，Video Server是針對類比安控架構下，將類比視訊轉換成數位化的格式的設備，其處理數位影像的壓縮與上傳NVR（Network Video Recorder），Video Server與NVR整合，緊密整合IP環境的架構，也能讓舊有安控架構輕易整合網路服務優勢，提供如遠端監控、瀏覽、調閱影像的加值應用。

DVR則是在部份安控系統短期內無法全面更換IP Cam的升級選擇，DVR的運行重點在為由各類比攝影機經由同軸電纜傳回的類比影像，在DVR端進行即時數位化壓縮、儲存。而多數應用狀況是，採漸進式的升級汰換手段，即整個安控架構同時擁有類比與數位攝影機，則可導入Hybrid DVR，透過同時擁有數位/類比影像輸入端，處理安控影像的儲存需求。

雖然看起來Hybrid DVR的架構彈性最大，但須注意，目前Hybrid DVR並未有明確的工業標準，在不同品牌間的IP Cam相容性與溝通傳輸可能存在整合障礙，至於類比轉數位的部份則無太大問題，對於系統要導入時仍需考量設計需求。

●影像清晰度

監控影像的最大解析度，在選擇終端監控點的攝影機時就已決定，目前IP Cam的解析度多半已有640x480以上，部份特殊應用會有更高的畫面解析能力，即便如此，建構安控系統有時為了儲存彈性（儲存容量限制），多半會將DVR的終端壓縮格式再進行畫面縮減，此都繪影響最終的影像品質。架構需針對業主對於品質、頻寬、成本與備援機制規劃，評估最佳的系統設定。

●網路架構

目前主流安控架構，大多會跟隨主流的乙太網路架構，此舉除了讓監控系統可以輕鬆利用相對穩定、容易架設的乙太網路環境建構監控系統，但也出現有些系統選擇直接搭附現有乙太網路的架構方式，雖然此舉可讓網路建制成本壓低，但也因為使用舊有的資訊網路，因此安控系統需與公司營運的資訊網路分享頻寬，如果資訊網路的應用頻寬已呈現滿載，就可能影響安控系統的效能表現。

其實也不是說安控架構不能與現有的資訊網路進行整合，只是在架構系統時，也必須將安控系統所需的有效頻寬一併考量，在資訊網路規劃時設置頻寬管理機制，避免資訊網路流量影響關鍵安控系統的正常運作，妥善做好流量管制才能讓多種系統安然共存。