數字網絡視頻的帶寬計算方法

在數字視頻監控系統設計與實際應用中，經常需要規劃數字視頻系統的網絡帶寬及存儲帶寬，這對于整個系統的應用非常重要，而如何規劃網絡，涉及到系統實際配置、最終使用及存儲、編解碼設備、工作站等分布等等因素，是數字視頻監控中最重要，而又比較難規劃和計算的。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，連續的幀就形成動畫，如電視圖象等。我們通常說幀數，簡單地說，就是在1秒鐘時間里傳輸的圖片的數，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 (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使用的數據流量，也叫碼率，是他是視頻編碼中畫面質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，畫面質量就越高。

分辨率概念視頻分辨率是指視頻成像產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、數字視頻系統中帶寬
系統中主要設備是編碼器、網絡錄像機NVR、及工作站，根據系統不同，可能有中央服務器，管理服務器，存儲歸檔服務器、流媒體服務器等，本文以典型架構說明。在系統中，網絡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，及工作站實時監視視頻流。

實時視頻流
對于實時視頻流，工作站調用某個通道視頻時，工作站調用的流類型不同，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量。工作站與NVR之間帶寬主要決定于工作站調用的視頻資源數量。（本討論中假定編碼器沒開組播功能，否則另外一回事了）。

轉發視頻流 NVR的一個功能是轉發視頻，首先要考慮的是服務器的輸出帶寬，服務器是通過網卡進行數據輸出的，在100Base-TX交換以太網環境下，單塊網卡的輸出帶寬是1000M，一個視頻流的帶寬是1.5M，所以1000M 的網絡都足夠。因此網卡不是瓶頸。而NVR服務器的轉發機制、內存、CPU等、錄像對總體資源的消耗，都會對并發用戶數有所影響。

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，視頻服務器的主要功能是以穩定的速率向網絡上的客戶端傳輸實時及回放視頻數據，當系統中有大量的并發用戶時，磁盤盤的輸出能力是系統的主要瓶頸。典型的磁盤陣列可以提供40MB的I/O，一個標準的MPEG4視頻流帶寬為1.5Mbps，因此I/O不是瓶頸，但是NVR服務器的存儲機制、內存、CPU等、實時查看回放等對總體資源的消耗，都會對存儲通道數有所影響。

三、網絡錄像機NVR設計

系統內存需求設計
NVR系統內存需求與單位數據流所占內存、數據流速率的大小、最大流數和流媒體軟件體系本身占用的內存密切相關。一般來說NVR軟件本身需要占用128MB可用內存，每1kbps數據流要占用12K的內存，系統在使用最大流數時的內存可以通過公式計算： 128M+12×數據流速率×最大流數。

并發用戶數和網絡帶寬控制技術網絡帶寬是網絡中的瓶頸資源，網絡可以同時支持的最大并發用戶數與網絡帶寬、視頻流的帶寬是密切相關的。網絡帶寬可根據公式計算：網絡帶寬=每kbps數據速率×最大流數。

服務器存儲空間和傳輸能力 網上視頻的所有錄像資源都存儲在視頻服務器NVR中，系統需要的存儲空間大小需要依據用戶的實際情況來確定，存儲空間＝通道數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，而碼流也是動態的，因此可能存在一定偏差。