[訊息論壇] ICE Messaging Forum 翁穎晰
<應用篇> 多呈現端即時視訊方案剖析
在前期電子週報介紹了「多呈現端即時視訊方案」的應用範例。這是一個成功案例的引介 ，我們希望對於此方案，再進行比較完整的內容說明。接下來，我們就直接進入主題。
讓我們先稍微了解一下，影像監控產業在進入數位化、網路化時，所面臨的挑戰：
- 呈現端不只一種
在類比技術時代裡，視訊信號會經由 CCTV 電纜線接到分割器、矩陣系統，再接到監視器上，監視者只能透過螢幕去看，嚴格說來只有一種呈現端而已。
進入數位與網路時代之後，需求也跟著改變。除了保全需求之外，影像監控在許多其他應用中開始出現，像是交通路況、廠區監視、基地監視等等；在這些應用中，監看現場影像的人不再 只侷限於控制中心內的人而已，甚至外界的人也開始有監看現場影像的行為，譬如上一期把交通路況透過網際網路發佈，讓民眾可以使用瀏覽器就可以知道哪些道路的最即時狀況，就是一個例子。
另外，Windows 應用程式、PDA、電視牆，也都可以拿來進行影像監看。
從以上的描述中，我們可以理解：呈現端的多樣化是大勢所趨。
- 頻寬要省著點用
在類比時代裡，沒有別的選擇，一定要佈上又粗又重的電纜，所幸電纜可以滿足將視訊信號完整的傳輸需求，對於信號衰減則是用放大器來解決。
在數位和網路時代，問題正好顛倒過來：佈線的線材相對於類比時代大幅輕量化，施工也不難，但是頻寬卻是 錙銖必較，所以各種影像壓縮方式才會紛紛出現。但是，即使使用效率奇佳的影像壓縮技術，當使用者一多，仍然會面臨頻寬不足的問題。
- 整合之後的系統狀態偵測
進入數位網路時代之後，整個影像監視系統的範圍也隨之擴大，包含視訊資料產生裝置、網路、網路伺服器、多螢幕輸出裝置、甚至行動設備，系統狀態的偵測更加重要，也更複雜。
- 廠商間的數位落差
到目前為止，各種系統廠商間的資訊、網路技術水準仍不均一，在整合型專案的施作中，是一項 重要但極為不確定的因素。
以上這些新的挑戰，正是 ICE 多呈現端即時視訊方案所試圖解決的。
ICE 多呈現端即時視訊方案是一種視覺管理方案，將來自現場 DVR、Video Server 和 IP-Camera 的視訊資料匯集，再依據使用目的的不同，分別透過不同的管道 (網站、電視牆、控制室的多螢幕系統、甚至是接上 GPRS 或 802.11b 的 Pocket PC 都是) 發送出去。
在產品方案規劃之初，考慮的重點有幾項：
- 必須支援哪些種類的呈現端？
- 必須支援哪些視訊資料產生設備？
- 系統狀態檢測如何實施？
- 可以為用戶提供甚麼價值？
經過多方考量，我們認為本系統必須可以透過網路，連接影像伺服器、網路攝影機、Network DVR 等視訊設備，並將其影像快速傳輸廣播到使用者終端設備，包含網路瀏覽器 、桌上型應用程式、掌上型設備、以及多螢幕影像輸出系統。
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圖一、現有方案的限制 |
以目前多數 DVR、Video Server、或 IP-Camera 來說，幾乎都號稱有內建 HTTP 伺服器，可以 提供網際網路瀏覽服務，但是從實務觀點來看，這樣的 HTTP 伺服器可以同時服務多少連線？如上圖一所示，連線數會隨著呈現端的數量成倍數成長， 數量多一點就會造成服務的瓶頸。
另外，這樣的方案無法一次就滿足多種呈現端的需求 (只提供 Web 瀏覽方式)，必須再針對各種呈現端，像是 Windows 應用程式或多螢幕影像輸出系統之類，分別進行介接。這對專案承包商而言，呈現端種類越多，負擔就會越大。
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圖二、解決方式 ── 多呈現端即時視訊方案 |
我們認為，要解決這樣的問題，勢必需要一個中介角色，負責接收各視訊產生源所傳出的視訊，再將其派送出來，如此方能有效的遏止連線數急劇成長，讓有限的頻寬可以為更多對象服務。這樣的中介角色，由艾揚科技的 iPush® Server 來擔綱是再適合不過了。
iPush® Server 可以將來自一個訊息源頭的資訊封包複製多份，供應給所有訂閱此資訊的接收端，有效的將負擔由視訊產生源頭轉移到 中介伺服器 (即圖二中的 ICE VBS) 上，同時由於各視訊產生源只需傳送一份資料給中介伺服器，實際上已經大幅減少了對其索求服務的連線數量與封包傳送數量， 這將可以達到頻寬的經濟利用。
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圖三、頻寬的有效利用 ── Publish/Subscribe 傳訊模式 |
而針對多呈現端的需求，除了將多螢幕影像輸出系統和影像廣播伺服器的介接也納入方案中一次解決外，也可根據 iPush® Server 既有的多種 API，發展出各種影像瀏覽元件。
本方案係由視訊廣播伺服器 (Video Broadcasting Server, VBS)、多螢幕系統伺服器 (Multi-display Server)、整合監控台 (Integrated Monitoring Console)、影像瀏覽元件 (Image Viewer) 等四種軟、硬體所組成。
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圖四、ICE 多呈現端即時視訊方案系統架構 |
- 視訊廣播伺服器
本系統是以艾揚科技的 iPush® Server 即時訊息中介軟體平台為核心，搭配影像解譯模組 (Video Server Gateway)，以 Publish / Subscribe 機制進行影像數據的分派與廣播，接收端只需進行訂閱即可收到影像，不需再用專屬的解譯元件解開。雖然影像傳輸所需的頻寬遠較一般的數據傳輸要大得多，但是在 Publish/Subscribe 機制之下，所需保留給影像傳輸使用的連線頻寬得以大幅降低。
另外，由於 iPush® Server 可以採用叢集架構 (Clustering) 進行容量擴充，並具備負載平衡 、Fail-Over 等容錯能力，足以應付可能的成千上萬連線。
另外，本系統亦具備圖形化管理介面，可針對影像來源進行新增/修改/預視等操作。
- 整合監控台
具備同時線上監測和離線監測功能，管理者在工作時間可以線上即時監測全系統的狀態，遇到異常可以迅速判斷、處理；也可以打開系統狀態 Log 檔，查看在非工作時間全系統是否有出現異常狀態。
整合監控台所監測的範圍有視訊廣播伺服器、多螢幕系統伺服器、網路、Socket、影像數據收發狀態等等，讓管理者一目了然，可以有效的監督系統運作狀態。
- 多螢幕影像輸出系統
使用 Linux 系統，效能穩定，足以支撐多個 VGA 視訊輸出 (實際數量由影像卡與插槽數量決定)。具備 VGA 視訊輸出分配管理軟體，可讓管理者動態調整螢幕輸出的形式。由於完全採用 TCP/IP 網路架構，視訊廣播伺服器搭配多部多螢幕影像輸出系統的使用，可以讓架設多螢幕系統變成是隨時隨地都可以做的事情，所能搭建的電視牆尺寸也沒有限制。
- 影像瀏覽器元件
可以直接嵌在網頁上的輕量化 (Light-weight) 元件，不需要另外下載安裝 Plug-in 軟 體，外界使用者只需打開網頁就可以開始觀看即時畫面。目前先提供 Java Applet 版本。
- Mobile AP
這是針對行動監控需求而產生的軟體元件，可在 Pocket PC 上運作，透過 GPRS 或 802.11b 等無線網路連上監視系統，從影像廣播伺服器接收即時影像資料。
在硬體部分，視訊廣播伺服器 (型號：VBS-2400，VBS-2400C) 和多螢幕影像輸出系統 (型號：MT-1200，MT-1600)，都是採用標準 19”工業機構，搭配性能穩定的工業級主機板、網路卡 、和影像繪圖卡 (nVidia 產品)，提供穩定可靠的系統硬體平台。
本方案的功能特性大致如下：
- 超強的訊息處理核心 (VBS-2400/2400C 內建 iPush® Server)。
- 採用非同步即時推播技術，達成快速反應速度並減少頻寬浪費。
- 支援各種影像瀏覽元件，包括 ActiveX Control、Java Applet、.NET Framework、Pocket PC 等相關元件。
- 支援各式影像伺服器、網路攝影機、Network DVR 等視訊來源，並可針對個別設備進行客製化參數調整設定，達成遠端控制等目的。
- 搭配多螢幕輸出系統 (MT-1200 / 1600)，將遠端即時視訊分派給多部螢幕，可快速建構控制中心電視牆等多螢幕應用。
我們認為，多呈現端即時視訊方案可以為業主提供以下這些價值：
- 系統彈性：採用集中式架構，可彈性調整網路架構與規模。
- 快速診斷、強化控管：強化網路傳輸控管能力，可快速診斷傳輸問題。
- 頻寬使用效率高：先進之頻寬與傳輸管理技術，可強化頻寬使用效率。
- 高擴充性：可不斷加入新的視訊設備與輸出裝置，提供系統強大之整合能力。
- 大幅減少整體持有成本 (TOC)。
而對於承包商而言，本方案所提供的價值則是：
- 一次購足的便利：一次就能把網站、多螢幕影像輸出等軟硬體整合工作搞定。
- 減少溝通成本：少一家合作廠商，就少了相當多的溝通時間與費用。
- 確保專案品質、降低專案結案風險：減少因為異質系統介接所帶來的各項問題，進而確保專案品質、專案時程的掌控，降低專案無法結案的可能，以及所可能造成的損失。
自 911 事件以來，數位影像監控產業一飛沖天，成為新興的市場熱點。數位監控在眾多領域有廣大的發揮空間，像是防災、國土保安、交通、廠區保全、警勤消防等等，我們有足夠的理由相信，這些領域正是多呈現端即時視訊方案可以發揮的 領域。
如果您對於多呈現端即時視訊方案有興趣，歡迎與本公司聯絡。
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