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Why Digital Surveillance Systems Are Replacing Analog Systems
為什么說數(shù)字式監(jiān)控系統(tǒng)將要取代模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為什么說數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是CCTV監(jiān)控業(yè)的正向發(fā)展，為什么說數(shù)字監(jiān)控技術(shù)是CCTV監(jiān)控的未來，它將帶來什么樣的好處，如何影響我們的生活質(zhì)量，數(shù)字式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)如何實現(xiàn)，本文將對此作出解釋。
1 數(shù)字式監(jiān)控系統(tǒng)及其優(yōu)越性
　　數(shù)字式監(jiān)控系統(tǒng)正在和將要取代模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的原因在于：
1.1 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)將四畫面分割、多畫面混合、遠(yuǎn)程訪問、視頻圖像的記錄全部集成在一個產(chǎn)品中，這個產(chǎn)品就是裝備微計算機和電子設(shè)備?quot;數(shù)字視頻服務(wù)器"。有了它，視頻攝像機只需要直接連到數(shù)字視頻服務(wù)器的接口即可，比模擬系統(tǒng)需要安裝多個設(shè)備和**電纜互連進(jìn)行配置要容易許多。
1.2 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程訪問能力，這意味著從**上任何有通信線路的地方，用戶能夠**一個網(wǎng)絡(luò)連接到他們的數(shù)字視頻服務(wù)器，從而能在他們選擇的PC計算機上觀看到所需的視頻圖像，連接的網(wǎng)絡(luò)既可是局域網(wǎng)也可是廣域網(wǎng)，也可以是一個**電話線的撥號網(wǎng)絡(luò)（一個Modem連接到單臺計算機或連接到Internet）。而模擬系統(tǒng)則是**能遠(yuǎn)程觀看到視頻圖像的。 1.3 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是取消了視頻錄像帶。與記錄在視頻錄像帶上不同，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是將視頻圖像記錄在視頻服務(wù)器中的計算機硬磁盤上，其**大優(yōu)點是既能夠提高存儲圖像的清晰度又能夠快速檢索到所存儲的圖像。
　　作為員茸柿�，泼洦制抒q枷翊�磱z⑼枷竦姆直媛室話鬮?40線，**高也就300線，這與前端攝像機具有480線的圖像分辨率顯得不相稱，致使從錄像帶放出圖像往往不夠清晰，影響到使用的效果。相反，記錄在硬磁盤上圖像的分辨率能夠達(dá)到近500線，圖像的清晰度高。
　　為了能看到你感興趣的視頻圖像，僅需鍵入需要的時間值和攝像機號后，幾秒鐘后**搜索硬磁盤即可將結(jié)果顯現(xiàn)在計算機的顯示器屏幕上，根據(jù)需要，你可以打印它、在網(wǎng)上作E-mail發(fā)送，也可將其繼續(xù)保存在硬盤，或者從硬盤中將其刪除。
1.4 可靠性是選擇數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)而不選擇模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的另一個關(guān)鍵因素。采用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，故障率大大降低。而視頻錄像帶則易遭破壞或磨損。此外，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運行是**自動的，不需要人去介入。即使發(fā)生電源故障，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有的自舉（re-boots）功能將能繼續(xù)電源中斷時所做的事情。
1.5 再一個考慮是數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶給你生活質(zhì)量的改善。而這直接與安裝、配置、業(yè)主培訓(xùn)所需要的時間有關(guān)，現(xiàn)在，只要是使用過Internet的人，都具備安裝和配置數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本技能，生產(chǎn)商也在安裝與使用手冊中提供有清晰明確的說明。此外，數(shù)字式監(jiān)控主機因是模塊式組合故可以對系統(tǒng)大小作裁剪、在系統(tǒng)升級時可保留原有系統(tǒng)資源、具有通用性不受廠家規(guī)格限制等優(yōu)點
1.6 **，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的潛在效益要比模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)大得多。這是因為數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問能力為業(yè)主和經(jīng)理提供了一個商業(yè)管理工具，可用于貴重物品的管理和重要人員的有效時間管理。一天24小時的遠(yuǎn)程可視能力也改善了監(jiān)控系統(tǒng)值班人員的生活質(zhì)量。這樣，使得數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的潛在市場要比模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)大得多。餐飲業(yè)、銀行業(yè)、老年銀發(fā)族護理、嬰幼兒看護業(yè)都需要這種遠(yuǎn)程訪問數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。例如有了它，作為白領(lǐng)階層而又無法經(jīng)常在家的父母，只要將其PC機插入任何電話線，再撥通受口令保護的自己的數(shù)字視頻服務(wù)器，就可以在外實時看到家里所發(fā)生發(fā)的一切，這該是何等愜意的事情啊。
1.7 從戰(zhàn)略上考慮，模擬視頻監(jiān)控裝置發(fā)展到今天已經(jīng)快到**限，技術(shù)發(fā)展空間受到較大的限制，要滿足未來更高的要求和**的挑戰(zhàn)，必須另辟新徑。而數(shù)字化設(shè)備由于具有失真小、精度高、傳輸**性好、抗干擾性能強等**點和易于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢，故成為轉(zhuǎn)型的必由之路和當(dāng)然途徑。 2 如何構(gòu)成數(shù)字式監(jiān)控系統(tǒng)
　　一種構(gòu)成數(shù)字式電視監(jiān)控系統(tǒng)的可能結(jié)構(gòu)如圖1所示，它以硬盤錄像機、圖像切換裝置和網(wǎng)絡(luò)傳輸接口三部分構(gòu)成，具有多畫面處理、錄放像、矩陣控制、探測報警、遠(yuǎn)程傳輸?shù)榷喾N功能，為此需要在PC機平臺上集成以下三類板卡，并應(yīng)有USB或IEEE1394接口，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速交換。
2.1 圖像輸入、壓縮及處理板塊
（1）如果采用的是新型數(shù)字式攝像機，則其輸出的是圖像數(shù)據(jù)流VS（Video Streaming），可以直接與PC機快速進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將視頻圖像輸入到PC控制主機中。
（2）如果采用的是模擬式CCD攝像機，則**先要經(jīng)過系統(tǒng)的視頻接口及處理模塊，逐次從多路輸入中選出一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并壓縮成MPEG**數(shù)據(jù)后予以存儲。這樣對于16路圖像掃描輸入速度，因有各路間的采集切換時間和系統(tǒng)開銷，故速率一般為每路每秒數(shù)幀，但也有每秒25幀的實時產(chǎn)品。圖像畫面大小和清晰度有320′240、640′480及720′580等多種。
（3）在對圖像顯示速度要求不高的場合，也可采用價格低廉的CMOS數(shù)碼照像機，新型機種的分辨率已能達(dá)到640′480，視其內(nèi)快閃存儲器容量的大小，存儲圖片的數(shù)量可達(dá)數(shù)百張之多。
2.2 切換控制板塊
　　其功能是**軟件來控制攝像機輸入圖像的切換，并按需要將切換圖像送往各指定的顯示器上。有模擬切換和數(shù)字切換兩種不同的技術(shù)層次，數(shù)字切換可得到**質(zhì)量的圖像，但因要采用有多個處理器并行處理的高速專用芯片，故其費用要比模擬切換貴很多。在以芯片實現(xiàn)切換控制之后，便可**將分割顯示圖像數(shù)據(jù)流送往不同顯示器的VRAM之中，循環(huán)刷新來達(dá)到顯示的目的。此外，從理論上講，還可以在圖像輸入采集切換與輸出顯示之間引入同步控制機制來實現(xiàn)。圖像的記錄采用硬盤錄像機，它不**500線以上的錄像分辨率和巨大的存儲空間，更能實現(xiàn)圖像或報警事件的快速檢索，是一種理想的將存儲、分割、顯示集于一身的數(shù)字化裝置，其操作系統(tǒng)除了Windows外，還可采用Linux、RTOS、FreeBSD等操作系統(tǒng)，以便提高硬盤錄像機的可靠性和簡化操作的復(fù)雜性。
2.3 網(wǎng)絡(luò)連接與遠(yuǎn)程傳輸板塊
　　早期的視頻圖像遠(yuǎn)程傳輸和聯(lián)網(wǎng)一般都是基于計算機之間的低層控制通訊網(wǎng)絡(luò)，如RS232/RS485通信協(xié)議，由于RS232/RS485通信協(xié)議沒有路由功能，因酥荒蘢齙降愕降愕牧�綑熏链撯，RS232/RS485通信協(xié)議也沒有糾錯功能，因此在發(fā)生通訊錯誤時，聯(lián)網(wǎng)功能就失敗。因此新型的遠(yuǎn)程視頻圖像傳輸需要改進(jìn)為**LAN傳輸聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)。
對于CCTV而言，要求的是全數(shù)字的視頻信息聯(lián)網(wǎng)，數(shù)字CCTV主機相當(dāng)于一個網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，所有對視頻的需求都由視頻服務(wù)器控制和完成。當(dāng)前由于視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展和LAN 及Internet的普及，網(wǎng)絡(luò)帶寬成本正在下降，千兆以太網(wǎng)及**路由器產(chǎn)品使局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的界限也越來越模糊，同時帶有IP地址的LAN接口攝像機、編解碼器、硬盤錄像機等也已經(jīng)出現(xiàn)，這使得有可能建立視頻信息網(wǎng)。
　　每一個視頻信息網(wǎng)對外表現(xiàn)為一個視頻網(wǎng)站，有IP地址，**網(wǎng)關(guān)或路由器即可接入 Intrnet，這樣就可供其它遠(yuǎn)程用戶訪問。視頻信息網(wǎng)對內(nèi)表現(xiàn)為專用網(wǎng)，由視頻服務(wù)器、鍵盤、編解碼器等組成，帶LAN接口的攝像機、編解碼器等可直接連接到LAN上，而模擬式的CCD攝像機則需經(jīng)過編碼器才能掛到網(wǎng)上。
3 **局域網(wǎng)實現(xiàn)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)
　　數(shù)字圖像監(jiān)視系統(tǒng)是先將前端現(xiàn)場傳輸過來的攝像機圖像在數(shù)字視頻控制器（CamHub）進(jìn)行數(shù)字化和作壓縮處理，之后就可以將對應(yīng)每臺攝像機圖像的視頻流VS（Video Streaming）**諸如一個100M以太網(wǎng)絡(luò)或千兆以太網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)域內(nèi)的傳輸，送往指定的監(jiān)視器（Displayer）和記錄裝置（Recorder），從而**局域網(wǎng)實現(xiàn)了數(shù)字式的視頻矩陣切換。如圖2所示。
　　CamHub是無盤工作站，為嵌入式PC機，可支持1～4臺攝像機輸入，支持CIF/QCIF壓縮格式，有一個RJ45以太網(wǎng)接口。Displayer也是無盤工作站，同樣是嵌入式PC機，有一個RJ45以太網(wǎng)接口和一個RCA視頻輸出接口。除此之外，數(shù)字化圖像還可增加視頻移動探測功能，也可配合外接報警傳感器進(jìn)行連動。還可透過網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)端中心對攝像機的云臺和變焦鏡頭進(jìn)行遙控。
圖2 **局域網(wǎng)實現(xiàn)的數(shù)字圖像監(jiān)視系統(tǒng)
　
4 IP攝像機和IP網(wǎng)關(guān)
　　IP攝像機是內(nèi)置有IP服務(wù)器可以直接連接到網(wǎng)絡(luò)上的攝像機，也被稱為網(wǎng)絡(luò)攝像機（LAN Camera）。視頻格式有MJPEG、H.261、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等不同的形式，分辨率**高可達(dá)720×576。H.261**是利用運動圖像相鄰幀間有很大相關(guān)性的**點，使得相鄰幀的存儲可以只保留變動部分的數(shù)據(jù)，以此來提高壓縮率。MPEG-1**對于圖像的壓縮技術(shù)與H.261**類似，不同的是其數(shù)據(jù)流除包含有視頻數(shù)據(jù)外還包含有音頻數(shù)據(jù)。MPEG-2**是對MPEG-1**的一種改進(jìn)，使之不但能處理逐行掃描的圖像信息，也可處理隔行掃描的圖像信息。MPEG-4因采用了小波壓縮技術(shù)而進(jìn)一步提高了圖像的壓縮率，改善了圖像的清晰度，更加適合Internet圖像環(huán)境的應(yīng)用，為眾多應(yīng)用看好。
　　使用IP攝像機可以在現(xiàn)有的以太網(wǎng)上傳輸視頻和音頻，在指定IP地址后，也可以在網(wǎng)絡(luò)上的任何一個位置**瀏覽器（MS IE4.0 或Netscape 4.5）在本地或遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上調(diào)閱圖像，多個用戶可以同時調(diào)閱同一圖像，圖像傳輸速度可以達(dá)到每秒25幀。調(diào)閱的圖像既可以顯示在電腦屏幕上，也可以顯示在常規(guī)監(jiān)視器上。
　　IP攝像機的IP地址及圖像的各種參數(shù)均可預(yù)先設(shè)置好，這樣在現(xiàn)場安裝時可以做到即插即用。IP攝像機由于能將雙向音頻以多播方式傳輸，帶有1vp-p雙向音頻接口，故可實現(xiàn)對講功能，采用的是G.711或G.728壓縮。攝像機內(nèi)置的低速數(shù)據(jù)傳輸格式，支持RS232、 RS422、RS485接口，傳輸速率為1200bps～115.2Kbps，可以用來控制云臺和鏡頭。IP攝像機還可直接連接多路報警輸入和多路報警輸出。
　　IP攝像機的硬件，包含有32bit RISC嵌入式處理器、2MB快閃存儲器、16MBRAM（可存儲多達(dá)500幀），還內(nèi)置有Web服務(wù)器，從而可在任何TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下一插即用。安全性有口令保護和IP地址保護，從軟件上而言，配置和組態(tài)可用以太網(wǎng)口，快閃存儲器允許**TCP/IP網(wǎng)絡(luò)升級到新版本軟件。
　　與IP攝像機基本一樣，IP 網(wǎng)關(guān)（Internet GateWay或稱為IP-codec）實現(xiàn)了低成本的音視頻以及報警信號的傳輸，發(fā)射和接收采用多播方式在以太網(wǎng)上傳輸雙向音頻和視頻，有效地減低安裝布線成本。如果事先設(shè)置好IP地址，攝像機的安裝可以做到即插即用。
　　**配置可以將IP 網(wǎng)關(guān)當(dāng)作編碼器或者解碼器來使用。當(dāng)作編碼器使用時，可以將**多4路模擬視頻信號同時上網(wǎng)，并可以直接在電腦上察看圖像。將網(wǎng)關(guān)當(dāng)作解碼器使用時，可將數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換成模擬的視頻信號，在普通的監(jiān)視器上顯示圖像。
　　網(wǎng)關(guān)自帶的雙向數(shù)據(jù)接口可以供用戶在網(wǎng)絡(luò)上直接控制前端的云臺和鏡頭。網(wǎng)關(guān)可以選擇TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)間協(xié)議） 或者UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）、HTTP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，采用H.261方式壓縮的圖像，傳輸速率可以達(dá)到每秒25幀。采用MJPEG方式壓縮的圖像，傳輸速率可以達(dá)到每秒15幀。網(wǎng)絡(luò)化視頻解決方案（IP Solution）如圖3所示。
5 在IP網(wǎng)絡(luò)上**網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的傳輸方案
　　視頻圖像可在Internet網(wǎng)（簡稱IP網(wǎng)）上傳輸。數(shù)字式網(wǎng)上視頻切換是采用IP作為視頻傳送載體，而與頻矩壓縮**無關(guān)，這樣中繼次數(shù)將不受限制，可跨越不同傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)大規(guī)模的視頻聯(lián)網(wǎng)，迎來數(shù)字式視頻矩陣切換的新時代。
　　Internet互連網(wǎng)是由多個不同的網(wǎng)絡(luò)**網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備連接而成，它采用自由和開放式的網(wǎng)絡(luò)組織方式，**不存在一個統(tǒng)一管理用戶和控制所有信息流的主機或公司，而是以統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP和通用的地址體系（IP地址）來保證網(wǎng)絡(luò)互通。
　　Internet網(wǎng)絡(luò)，自下而上可分為三層結(jié)構(gòu)--用戶驅(qū)動網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)和骨干網(wǎng)。用戶驅(qū)動網(wǎng)由分布式計算機與分布式數(shù)據(jù)庫構(gòu)成；區(qū)域網(wǎng)是地區(qū)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)，包括局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，網(wǎng)間通信速率為T1/E1；骨干網(wǎng)則是**或部級網(wǎng)絡(luò)。
　　Internet是一個**開放式的網(wǎng)絡(luò)，接入Internet網(wǎng)的每個用戶均可利用網(wǎng)絡(luò)上的資源，也可以將自己的資源加入Internet網(wǎng)供所有用戶享用。
圖4 IP網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸
IP網(wǎng)絡(luò)上的視頻傳輸方案之一是利用基于TCP/IP 協(xié)議、****的H.323**、采用Motion JPEG或MPEG-4 等視頻壓縮技術(shù)，、以**立模塊方式構(gòu)建而成的網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品IP-Vedio，具有集成度高、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬、視頻效果好、即插即用、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，并可控制攝像機鎖定目標(biāo)，是網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)全新的解決方案，有廣泛的應(yīng)用范圍。如圖4所示，但它僅局限用于傳送時間要求不嚴(yán)格的場合，如果要在TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中支持有多種QoS要求的業(yè)務(wù)，一種方法是研究開發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如IPV6、RSVP、實時傳送協(xié)議RTP（Realtime Transport Protocol）等，另一種方法則是改造路由器使其具備處理QoS請求的功能，這是**根本的方法。
　　此外，作為網(wǎng)絡(luò)視頻解決方案，可**在Cisco IP/TV 3400系列服務(wù)器上運行Cisco IP/TV軟件，**IP網(wǎng)或企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)給桌面PC提供電視質(zhì)量的視頻，支持現(xiàn)場視頻、教學(xué)培訓(xùn)和視頻點播VOD等應(yīng)用。