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Why Digital Surveillance Systems Are Replacing Analog Systems
為什么說(shuō)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(shuō)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(shuō)數(shù)字監(jiān)控技術(shù)是CCTV監(jiān)控的未來(lái)，它將帶來(lái)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(shí)現(xiàn)，本文將對(duì)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(huà)面分割、多畫(huà)面混合、遠(yuǎn)程訪問(wèn)、視頻圖像的記錄全部集成在一個(gè)產(chǎn)品中，這個(gè)產(chǎn)品就是裝備微計(jì)算機(jī)和電子設(shè)備?quot;數(shù)字視頻服務(wù)器"。有了它，視頻攝像機(jī)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(gè)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(wèn)能力，這意味著從**上任何有通信線路的地方，用戶能夠**一個(gè)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(jì)算機(jī)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(gè)**電話線的撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)（一個(gè)Modem連接到單臺(tái)計(jì)算機(jī)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(gè)優(yōu)點(diǎn)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(jì)算機(jī)硬磁盤(pán)上，其**大優(yōu)點(diǎn)是既能夠提高存儲(chǔ)圖像的清晰度又能夠快速檢索到所存儲(chǔ)的圖像。
　　作為員茸柿�，泼洦制抒q枷翊媧⑼枷竦姆直媛室話鬮?40線，**高也就300線，這與前端攝像機(jī)具有480線的圖像分辨率顯得不相稱(chēng)，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(pán)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(shí)間值和攝像機(jī)號(hào)后，幾秒鐘后**搜索硬磁盤(pán)即可將結(jié)果顯現(xiàn)在計(jì)算機(jī)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(pán)，或者從硬盤(pán)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(gè)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(yùn)行是**自動(dòng)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(shí)所做的事情。
1.5 再一個(gè)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(shí)間有關(guān)，現(xiàn)在，只要是使用過(guò)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(cè)中提供有清晰明確的說(shuō)明。此外，數(shù)字式監(jiān)控主機(jī)因是模塊式組合故可以對(duì)系統(tǒng)大小作裁剪、在系統(tǒng)升級(jí)時(shí)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(diǎn)
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?yàn)閿?shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)能力為業(yè)主和經(jīng)理提供了一個(gè)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(shí)間管理。一天24小時(shí)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(chǎng)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(hù)理、嬰幼兒看護(hù)業(yè)都需要這種遠(yuǎn)程訪問(wèn)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(wú)法經(jīng)常在家的父母，只要將其PC機(jī)插入任何電話線，再撥通受口令保護(hù)的自己的數(shù)字視頻服務(wù)器，就可以在外實(shí)時(shí)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(lái)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(qiáng)等**點(diǎn)和易于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，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(pán)錄像機(jī)、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(huà)面處理、錄放像、矩陣控制、探測(cè)報(bào)警、遠(yuǎn)程傳輸?shù)榷喾N功能，為此需要在PC機(jī)平臺(tái)上集成以下三類(lèi)板卡，并應(yīng)有USB或IEEE1394接口，以實(shí)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(jī)，則其輸出的是圖像數(shù)據(jù)流VS（Video Streaming），可以直接與PC機(jī)快速進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將視頻圖像輸入到PC控制主機(jī)中。
（2）如果采用的是模擬式CCD攝像機(jī)，則**先要經(jīng)過(guò)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(chǔ)。這樣對(duì)于16路圖像掃描輸入速度，因有各路間的采集切換時(shí)間和系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，故速率一般為每路每秒數(shù)幀，但也有每秒25幀的實(shí)時(shí)產(chǎn)品。圖像畫(huà)面大小和清晰度有320′240、640′480及720′580等多種。
（3）在對(duì)圖像顯示速度要求不高的場(chǎng)合，也可采用價(jià)格低廉的CMOS數(shù)碼照像機(jī)，新型機(jī)種的分辨率已能達(dá)到640′480，視其內(nèi)快閃存儲(chǔ)器容量的大小，存儲(chǔ)圖片的數(shù)量可達(dá)數(shù)百?gòu)堉唷?BR>2.2 切換控制板塊
　　其功能是**軟件來(lái)控制攝像機(jī)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(gè)處理器并行處理的高速專(zhuān)用芯片，故其費(fèi)用要比模擬切換貴很多。在以芯片實(shí)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(lái)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(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖像的記錄采用硬盤(pán)錄像機(jī)，它不**500線以上的錄像分辨率和巨大的存儲(chǔ)空間，更能實(shí)現(xiàn)圖像或報(bào)警事件的快速檢索，是一種理想的將存儲(chǔ)、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(pán)錄像機(jī)的可靠性和簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)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(méi)有路由功能，因酥荒蘢齙降愕降愕牧櫻磽�，RS232/RS485通信協(xié)議也沒(méi)有糾錯(cuò)功能，因此在發(fā)生通訊錯(cuò)誤時(shí)，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(duì)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(jī)相當(dāng)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，所有對(duì)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(lái)越模糊，同時(shí)帶有IP地址的LAN接口攝像機(jī)、編解碼器、硬盤(pán)錄像機(jī)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(gè)視頻信息網(wǎng)對(duì)外表現(xiàn)為一個(gè)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(wèn)。視頻信息網(wǎng)對(duì)內(nèi)表現(xiàn)為專(zhuān)用網(wǎng)，由視頻服務(wù)器、鍵盤(pán)、編解碼器等組成，帶LAN接口的攝像機(jī)、編解碼器等可直接連接到LAN上，而模擬式的CCD攝像機(jī)則需經(jīng)過(guò)編碼器才能掛到網(wǎng)上。
3 **局域網(wǎng)實(shí)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(chǎng)傳輸過(guò)來(lái)的攝像機(jī)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(duì)應(yīng)每臺(tái)攝像機(jī)圖像的視頻流VS（Video Streaming）**諸如一個(gè)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(shí)現(xiàn)了數(shù)字式的視頻矩陣切換。如圖2所示。
　　CamHub是無(wú)盤(pán)工作站，為嵌入式PC機(jī)，可支持1～4臺(tái)攝像機(jī)輸入，支持CIF/QCIF壓縮格式，有一個(gè)RJ45以太網(wǎng)接口。Displayer也是無(wú)盤(pán)工作站，同樣是嵌入式PC機(jī)，有一個(gè)RJ45以太網(wǎng)接口和一個(gè)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(dòng)探測(cè)功能，也可配合外接報(bào)警傳感器進(jìn)行連動(dòng)。還可透過(guò)網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)端中心對(duì)攝像機(jī)的云臺(tái)和變焦鏡頭進(jìn)行遙控。
圖2 **局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字圖像監(jiān)視系統(tǒng)
　
4 IP攝像機(jī)和IP網(wǎng)關(guān)
　　IP攝像機(jī)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(jī)，也被稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（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(yùn)動(dòng)圖像相鄰幀間有很大相關(guān)性的**點(diǎn)，使得相鄰幀的存儲(chǔ)可以只保留變動(dòng)部分的數(shù)據(jù)，以此來(lái)提高壓縮率。MPEG-1**對(duì)于圖像的壓縮技術(shù)與H.261**類(lèi)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(duì)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(jī)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(gè)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(gè)用戶可以同時(shí)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(jī)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(chǎng)安裝時(shí)可以做到即插即用。IP攝像機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)講功能，采用的是G.711或G.728壓縮。攝像機(jī)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(lái)控制云臺(tái)和鏡頭。IP攝像機(jī)還可直接連接多路報(bào)警輸入和多路報(bào)警輸出。
　　IP攝像機(jī)的硬件，包含有32bit RISC嵌入式處理器、2MB快閃存儲(chǔ)器、16MBRAM（可存儲(chǔ)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(hù)和IP地址保護(hù)，從軟件上而言，配置和組態(tài)可用以太網(wǎng)口，快閃存儲(chǔ)器允許**TCP/IP網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到新版本軟件。
　　與IP攝像機(jī)基本一樣，IP 網(wǎng)關(guān)（Internet GateWay或稱(chēng)為IP-codec）實(shí)現(xiàn)了低成本的音視頻以及報(bào)警信號(hào)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(jī)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(lái)使用。當(dāng)作編碼器使用時(shí)，可以將**多4路模擬視頻信號(hào)同時(shí)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(shí)，可將數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬的視頻信號(hào)，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(tái)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(bào)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(jiǎn)稱(chēng)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(wú)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(tái)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的視頻聯(lián)網(wǎng)，迎來(lái)數(shù)字式視頻矩陣切換的新時(shí)代。
　　Internet互連網(wǎng)是由多個(gè)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(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)組織方式，**不存在一個(gè)統(tǒng)一管理用戶和控制所有信息流的主機(jī)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(lái)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(dòng)網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)和骨干網(wǎng)。用戶驅(qū)動(dòng)網(wǎng)由分布式計(jì)算機(jī)與分布式數(shù)據(jù)庫(kù)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T(mén)1/E1；骨干網(wǎng)則是**或部級(jí)網(wǎng)絡(luò)。
　　Internet是一個(gè)**開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)，接入Internet網(wǎng)的每個(gè)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(diǎn)，并可控制攝像機(jī)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(shí)間要求不嚴(yán)格的場(chǎng)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(kāi)發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如IPV6、RSVP、實(shí)時(shí)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(qǐng)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(yùn)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(chǎng)視頻、教學(xué)培訓(xùn)和視頻點(diǎn)播VOD等應(yīng)用。