數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻的帶寬計算方法

在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實際應(yīng)用中，經(jīng)常需要規(guī)劃數(shù)字視頻系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)帶寬及存儲帶寬，這對于整個系統(tǒng)的應(yīng)用非常重要，而如何規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，涉及到系統(tǒng)實際配置、最終使用及存儲、編解碼設(shè)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
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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(nèi)使用的數(shù)據(jù)流量，也叫碼率，是他是視頻編碼中畫面質(zhì)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(zhì)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(shè)備是編碼器、網(wǎng)絡(luò)錄像機NVR、及工作站，根據(jù)系統(tǒng)不同，可能有中央服務(wù)器，管理服務(wù)器，存儲歸檔服務(wù)器、流媒體服務(wù)器等，本文以典型架構(gòu)說明。在系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)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(diào)用某個通道視頻時，工作站調(diào)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(diào)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(zhuǎn)發(fā)視頻流 NVR的一個功能是轉(zhuǎn)發(fā)視頻，首先要考慮的是服務(wù)器的輸出帶寬，服務(wù)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(luò)都足夠。因此網(wǎng)卡不是瓶頸。而NVR服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)機制、內(nèi)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(wù)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(wù)器的主要功能是以穩(wěn)定的速率向網(wǎng)絡(luò)上的客戶端傳輸實時及回放視頻數(shù)據(jù)，當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)的MPEG4視頻流帶寬為1.5Mbps，因此I/O不是瓶頸，但是NVR服務(wù)器的存儲機制、內(nèi)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(luò)錄像機NVR設(shè)計

系統(tǒng)內(nèi)存需求設(shè)計
NVR系統(tǒng)內(nèi)存需求與單位數(shù)據(jù)流所占內(nèi)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(nèi)存密切相關(guān)。一般來說NVR軟件本身需要占用128MB可用內(nèi)存，每1kbps數(shù)據(jù)流要占用12K的內(nèi)存，系統(tǒng)在使用最大流數(shù)時的內(nèi)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(luò)帶寬控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)帶寬是網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸資源，網(wǎng)絡(luò)可以同時支持的最大并發(fā)用戶數(shù)與網(wǎng)絡(luò)帶寬、視頻流的帶寬是密切相關(guān)的。網(wǎng)絡(luò)帶寬可根據(jù)公式計算：網(wǎng)絡(luò)帶寬=每kbps數(shù)據(jù)速率×最大流數(shù)。

服務(wù)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(wù)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。