视频监控方案与多媒体应用系统介绍

视频监控方案与多媒体应用系统介绍

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---来 源： cmvc.com.cn 　---作者： ■ 文 / 中国科学院自动化研究所 陈 龙
WWW.CMVC.COM.CN中国多媒体视讯 录入日期：2004-12-22

　　 9.11恐怖事件突显出安全的重要性，反恐已成为全球共同关注的课题。而对于中国而言，比较关键的还有2008年奥运会的安全保障问题。在此背景下，强化治安的需求增长十分强劲，安全防范系统变得大有作为。据不完全统计，2003年我国安防系统工程额在400亿人民币左右，美国则是240亿美元左右。

由此可见，以视频监控为核心的安全防范系统市场广阔，安全防范产业将伴随IT行业同步增长，成为令人瞩目的朝阳行业，更会延伸出许多多媒体应用的新领域。

一、视频监控系统可选择的方案

1. 全模拟式视频监控系统

模拟式视频监控系统已属要淘汰之列，若选择此种方案，则需增加上层的应用管理软件，以方便检索和调用。如采用优网通公司的UniArgus数字监控管理平台，透过Web浏览器即可随时监看远程摄像机的图像，查询监控资料，也可通过网络进行远程参数设定，从而将监控、报警、门禁、语音信息集成，进行综合的安防信息管理，当然，其注重的是管理和调用功能，完成的时间取决于网络的通畅程度，不太能保证实时性。

2. 模拟矩阵加数字硬盘录像机组成的混合视频系统

图1是普通模拟加数字混合视频系统示意图，此类视频监控系统设备选型要点如下：

（1）视频切换矩阵容量一般应能扩充到一定的规模（如256×32）。

（2）前端摄像机。全方位监控宜采用一体化球型摄像机；一般监控点可使用分体枪式摄像机。摄像机的好坏直接影响整个系统的图像质量，高分辨率（彩色≥470线，黑白≥560线）和低照度（彩色1LUX，黑白0.02 LUX）是标准的选择。

（3）显示装置。价格便宜的CRT显示器可采用逐行扫描的精密数显纯平电视机；液晶（LCD）和等离子（PDP）显示器有轻、薄的优势；最被看好的是数字光学处理DLP显示器。

（4）记录设备。硬盘录像机DVR存储最有优势，DVR+DVS（数字式网络视频服务器）以及组合矩阵切换功能的DVX等设备代表了发展的方向。光盘与刻录机可用于临时存储数字视频资料。

3. 以高档次DVR为核心的中央控制视频系统

例如图2所示的YD5000 plus超级数字视频中控系统，有64路视频输入和8路视频输出、8路报警输入输出，通过RS485总线最多可连接8个模拟分控键盘，采用Z1510音视频压缩处理芯片，可变码流 MPEG-1压缩，画质得到全面提升。录像分辨率为768×576像素和384×288像素，显示分辨率为1024×768像素，显示和录像速度达到每路25帧/秒。每路每小时录像占用空间为0.1～0.5GB，能支持16台硬盘录像机联网。

中央控制视频系统采用纯硬件解压缩音视频卡，将音视频采集、编码压缩、解码显示集成在一片芯片上，利用计算机PCI总线结构，将多路音视频流直接分配传输到计算机显卡，IDE总线进行图像显示和存储，系统CPU只起到控制和分配作用，因而处理音视频流占用计算机系统的资源与处理音视频路数无关，根据目前的PC机的PCI总线的资源可以实现64路音视频同步处理和压缩，成为新型的大容量硬盘录像机。该系统在某种程度上可以认为是纯硬件的音视频嵌人系统，因而系统的稳定性不是基于Windows操作系统，克服了传统的基于PC机的数字硬盘录像机的不稳定问题。

4. 以编解码器为代表的数字视频系统

数字化设备具有失真小、精度高、传输特性好、抗干扰性强等特点和易于大规模生产的优势，因此，数字视频监控系统将是CCTV监控的未来。尽管模拟式安全防范系统还会在一段时间内和数字监控系统相互共存，但数字式监控系统会逐步取代模拟视频监控系统，而且这种发展趋势将是不可逆转的。

作为数字化监控的突出代表，硬盘录像机不仅有里程碑式的作用，更有可能动摇安全防范系统原有的格局。硬盘录像机目前在部分应用场合，已可替代32路以下，特别是16路的视频矩阵切换控制器；但是硬盘录像机当前从功能上而言，还是以“录”为主以“控”为辅，而且它难以解决网络远程监控环境中的长时延和多路同时监控，因此只能说它是数字式监控的雏形。此外与模拟式切换控制器相比，其可切换的路数还有较大差距。

理想的数字式监控设备则是编解码器通过网络来实现的虚拟矩阵切换。

德国Dallmeier数字视频系统，如图3所示，是一款多功能音／视频双工同步录制／播放网络传输编码／解码的硬盘录像服务器，已用于澳门新赌场的监控。它采用MPEG-2压缩方式，提供DVD画质（720×576像素）的实时图像，支持CVBS或网络播放，2Mbit/s带宽就可以顺利传输，网络传输实时误差小于0.2s，硬盘容量最大可达600GB，是实时录像和虚拟矩阵的较佳解决方案，已有1200输入×60输出的成功应用案例。英国Videobridge公司产品采用MPEG-4压缩，0.1s延迟，已成功地应用于雅典奥运会监控。

此外，还有英国V1SIOPRIME DVR（KALAGATE）、加拿大SmartSight数字系统设备、美国PELCO数字硬盘录像机、以色列NICE数字硬盘录像机、英国DM硬盘录像机等十多种知名品牌，能提供客户多样的选择与解决方案。

5. 网络摄像机和网络视频服务器为主的网络视频监控系统

网络视频监控系统由网络视频前端监控设备，作为系统服务和管理设备的视频服务器和网络用户终端三大部分组成。

（1）前端监控设备通过网络视频编码器和各种网络链路（如DDN、ISDN、E1、T1、帧中继、无线网桥、ADSL及其他方式的 WAN 或LAN等）接入用户网络，实现前端监控点音视频和控制数据的数字化与网络化。

网络视频前端监控设备将更多地采用IP摄像机和IP网关。IP摄像机是内置有IP服务器的可直接连接到网络上的摄像机，也被称为网络摄像机（LAN Camera）。视频格式有MJPEG、MPEG-2、MPEG-4等不同的形式，分辨率最高可达720×576像素。

使用IP摄像机可以在现有的以太网上传输视频和音频，在指定IP地址后，就可以在网络上的任何一个位置通过浏览器调阅图像，但图像质量会受到网络带宽的制约，同时在图像传输速度上也难以达到完全实时。

与IP摄像机基本一样，IP 网关（Internet Gateway或称为IP-codec）实现了低成本的音视频及报警信号的传输，发射和接收采用多播方式在以太网上传输双向音频和视频，能有效降低安装布线成本。

通过配置可以将IP 网关当作编码器或者解码器来使用。当作编码器使用时，可以将最多4路模拟视频信号同时上网，并可以直接在电脑上察看图像。将网关当作解码器使用时，可将数字视频信号转换成模拟的视频信号，在普通的监视器上显示图像。

网关自带的双向数据接口可以供用户在网络上直接控制前端的云台和镜头。网关可以选择TCP/IP（传输控制协议/网间协议）或者UDP（用户数据报协议）、HTTP等网络协议，采用H.261方式压缩的图像，传输速率可以达到25帧/秒。采用MJPEG方式压缩的图像，传输速率可以达到15帧/秒。

（2）视频服务器负责网络视频流的管理以及网络用户的授权管理。

（3）网络用户在自己的桌面通过视频服务器发送各种服务请求，获得相应权限的各种监控系统服务。网络视频监控系统适用于任何支持TCP/IP的网络。

6. 通过IP网络实现虚拟矩阵切换的系统

此类监控系统的特点是前端摄像机较多，而网络资源有限，使得网点全部图像不能同时显示在所属主控中心（分控中心），需要进行矩阵切换。切换规则在主控主机（PC）上进行设置，它可以发送请求命令，通过网络交换机、路由器、TCP／IP网络（E1或ADSL）来获取图像，并显示在电视墙或大屏幕上，完成典型的IP矩阵切换，该套控制系统如图4所示。当发生警报时，报警现场图像即被调出并切换至大屏幕进行显示。

为了同时将尽可能多的前端图像同时送到监控中心，简单的方法是增加传输线路的有效带宽，而在现有网络带宽状况下，一是采用高压缩比视频图像压缩算法的节点设备，二是对视频流进行尽可能的管理与控制。

二、多媒体监控系统可能的应用领域

1. 构建区域性的安防联网报警服务网络

目前有几个动向非常值得注意。一个是构建区域性的安防联网报警系统，组成安防报警服务网络，一般可使用公网来传送信息，参见图5，有的还可与全球定位系统（GPS）联动，可用于汽车防盗等领域。

2. 构建城市安防视频监控分级联网系统

目前，为保一方太平，尽可能从技术上做到长治久安，小至居民住宅区，中至一个城镇区划，大至整个城市，现在很多地方都在积极地筹划建设三级安防网络，并采用专网来提高系统信息的保密性，如图6所示，安防系统应紧跟这些新生长点同步增长。

（1）市局总体系统结构

市局总体系统结构如图可由视频切换矩阵、系统管理服务器、视频编码器、视频解码器、数字硬盘录像机（DVR）、指挥中心电视墙和大屏幕、监控主机、局域网上相关部门的多台监控终端组成。

（2）分局系统结构

分局的系统结构与市局基本相同，也是由视频切换矩阵、分局管理服务器、视频编码器（视频服务器）、视频解码器、数字硬盘录像机、指挥中心电视墙和大屏幕、监控主机、局域网上相关部门的多台监控终端等设备组成。

分局管理服务器与市局系统管理服务器间应能级联控制，从而实现整个系统的统一控制，比如警卫部门在执行警卫任务时，可利用本系统监控车队前后或其他相关监控点的图像。

（3）派出所系统结构

派出所是城市安保系统的基层单位，对所辖区域负有直接责任，而且派出所的在图像监控方面的技术力量较薄弱，因此派出所的监控系统应更简单、方便、可靠、实用。

分局和派出所的结构，可有两种主要方式供选择。

第一种方式如图6左下部所示。这种方式以视频切换矩阵为核心，以模拟光纤传输为主。将来自摄像机的视频信号通过视频光纤传输到分局，由分局再通过视频光纤将信号传输到派出所，这种方式采用分局集中控制技术，减少了视频切换矩阵的数量。模拟光纤方式的另一个结构是视频信号先到派出所，再通过视频光纤传输到分局，这种方式可减小光纤长度。

第二种方式如图6右下部所示。这种方式以数字通信为主体，派出所视频通过数字编码方式传输到分局，同时直接进入了城市公安局域网。分局设管理服务器，对分局及所辖派出所子系统进行统一管理。

3. 在城市监控网络的基础上扩大为城市应急系统

城市视频监控三级网络除用于安防外，还可扩大使用范围，延伸为城市应急系统，以有效应付诸如遭遇地震、洪水或者飓风袭击、突发事件、恐怖活动、重大流行病等需要紧急处理的事故。

例如，西门子楼宇科技公司有全新推出的应急管理MM8000系统，能有效管理火灾、安全和技术故障等重要的报警信息。MM8000是一种伸缩自如的应急管理系统，适用于独立及多工作站系统。模块化架构大大简化了现有系统的功能升级和扩充，支持BACnet总线和OPC（用于过程控制的对象链接与嵌入），可连接至不同类型的子系统和网络。它的应用范围十分广泛，包括本地配置和地理上十分分散的客户机／服务器配置等不一而足。

4. 建造城市智能交通系统

面对城市交通堵塞这一难题，智能交通系统（ITS，Intelligent Transport System）应运而生，并得到了快速的发展。要解决交通堵塞，要从多个方面着手。首先，要不断提高公民的素质，特别是遵守交通规则的意识，无论是司机、骑车人和行人，都要规范自己的交通行为，这是最根本的。

其次，要从道路及附属设备上来保证，也就是常说的硬件，从上海和广州的经验看，建设互不交叉的高架路效果最好，北京的平面系统加上立交桥或再增加转弯匝道投资不少但效果不好，从规划上值得反思。另外，许多城市正在交通路口建设“电子警察”装置，但无论是采用数码相机拍照方案还是视频记录方案，其主要的作用还是震慑路口违章和增加罚款，对改进路况畅通的作用不是很大。

再次，就是要从管理上找方法要效益，也就是常说的软件方面，要建立一套科学的交通调度和指挥管理系统。例如，定时控制路口红绿灯的路口机应升级为自适应式的，使之可依据通过视频检测到的东西及南北方向车流长度，自动改变相应方向的红绿灯时间。还可实行全线红绿灯的动态联动控制，如多个相隔不远的路口同时绿灯，称之为绿波放行（Green Pass），比之一个红灯一个绿灯相间隔时能流畅不少。还要强化通过大倍数摄像机对各主要道路的车流监测，并根据不同时段（如上下班高峰、节假日、灾害天气等），根据具体情况通过交通数学模型实施交通诱导，并通过广播、电视、短信息等通信工具实时发布。

在雅典奥运会期间，雅典市划出奥运专用车道，并严罚其他车辆对其的随意占用，对改进奥运期间的交通起到了很大的作用，效果很好，值得借鉴。智能交通系统中的公交优先和公交专用道绝不能停留在空谈阶段，而是要强化执法，严格实行才行。

5. 体育和演出场馆使用电子门票的多媒体电子安全系统

电子门票是一种将智能芯片嵌入到纸质门票等介质中，用于快捷检票和验票，并能实现对持票人进行实时精准定位跟踪和查询管理的新型门票。其不仅可防止持假票入场，还能够以此实现对进场人员的定位跟踪。其核心是采用RFID射频识别技术，具有一定存储容量的芯片，将这种芯片和特制的天线连接在一起就构成了所谓的电子标签。将电子标签封装在特定的票卡中，就构成了先进的电子门票。

电子门票直接与相应的管理信息系统相连，包括一般观众、重点有嫌疑人员、参赛运动员、厂馆工作人员在内的每一位人员都可以被准确地跟踪。

对一般观众的跟踪定位、查询，通过对电子门票进行授权，从而限定观众在体育场馆中各个区域的准入范围，当观众进入某区域时，附近安装的读写器将立即以无线通信方式读取其所携带的票卡信息。该信息通过传输信道传入管理中心，主控室工作人员通过管理软件上的电子地图就可界定该观众所处区域位置。

如果该观众进入了禁止其入内的区域或位置，监控人员可以通过电话或对讲机通知其附近的安保人员或工作人员出面制止，或进行连续跟踪。

如果某观众多次出现在禁入的区域或位置，监控人员可启动管理软件上的CCTV监控联动，该观众所处区域的监控装置所摄取的图像就立即进入监控人员的视野之内。通过观察其活动情况判断该观众是否有犯罪嫌疑。必要时采取果断措施，制止犯罪行为继续或快速排除危险，这对于体育场馆的防恐是非常有利的。