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Why Digital Surveillance Systems Are Replacing Analog Systems
為什么說數字式監控系統將要取代模擬視頻監控系統，為什么說數字視頻監控系統是CCTV監控業的正向發展，為什么說數字監控技術是CCTV監控的未來，它將帶來什么樣的好處，如何影響我們的生活質量，數字式遠程監控系統如何實現，本文將對此作出解釋。
1 數字式監控系統及其優越性
　　數字式監控系統正在和將要取代模擬視頻監控系統的原因在于：
1.1 數字視頻監控系統將四畫面分割、多畫面混合、遠程訪問、視頻圖像的記錄全部集成在一個產品中，這個產品就是裝備微計算機和電子設備?quot;數字視頻服務器"。有了它，視頻攝像機只需要直接連到數字視頻服務器的接口即可，比模擬系統需要安裝多個設備和**電纜互連進行配置要容易許多。
1.2 數字視頻監控系統提供遠程訪問能力，這意味著從**上任何有通信線路的地方，用戶能夠**一個網絡連接到他們的數字視頻服務器，從而能在他們選擇的PC計算機上觀看到所需的視頻圖像，連接的網絡既可是局域網也可是廣域網，也可以是一個**電話線的撥號網絡（一個Modem連接到單臺計算機或連接到Internet）。而模擬系統則是**能遠程觀看到視頻圖像的。 1.3 數字視頻監控系統的另一個優點是取消了視頻錄像帶。與記錄在視頻錄像帶上不同，數字視頻監控系統是將視頻圖像記錄在視頻服務器中的計算機硬磁盤上，其**大優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。
　　作為員茸柿希�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果顯現在計算機的顯示器屏幕上，根據需要，你可以打印它、在網上作E-mail發送，也可將其繼續保存在硬盤，或者從硬盤中將其刪除。
1.4 可靠性是選擇數字視頻監控系統而不選擇模擬視頻監控系統的另一個關鍵因素。采用數字視頻監控系統，故障率大大降低。而視頻錄像帶則易遭破壞或磨損。此外，數字視頻監控系統的運行是**自動的，不需要人去介入。即使發生電源故障，數字視頻監控系統具有的自舉（re-boots）功能將能繼續電源中斷時所做的事情。
1.5 再一個考慮是數字視頻監控系統帶給你生活質量的改善。而這直接與安裝、配置、業主培訓所需要的時間有關，現在，只要是使用過Internet的人，都具備安裝和配置數字視頻監控系統的基本技能，生產商也在安裝與使用手冊中提供有清晰明確的說明。此外，數字式監控主機因是模塊式組合故可以對系統大小作裁剪、在系統升級時可保留原有系統資源、具有通用性不受廠家規格限制等優點
1.6 **，數字視頻監控系統的潛在效益要比模擬視頻監控系統大得多。這是因為數字視頻監控系統的遠程訪問能力為業主和經理提供了一個商業管理工具，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小時的遠程可視能力也改善了監控系統值班人員的生活質量。這樣，使得數字視頻監控系統的潛在市場要比模擬視頻監控系統大得多。餐飲業、銀行業、老年銀發族護理、嬰幼兒看護業都需要這種遠程訪問數字視頻監控系統。例如有了它，作為白領階層而又無法經常在家的父母，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字視頻服務器，就可以在外實時看到家里所發生發的一切，這該是何等愜意的事情啊。
1.7 從戰略上考慮，模擬視頻監控裝置發展到今天已經快到**限，技術發展空間受到較大的限制，要滿足未來更高的要求和**的挑戰，必須另辟新徑。而數字化設備由于具有失真小、精度高、傳輸**性好、抗干擾性能強等**點和易于大規模生產的優勢，故成為轉型的必由之路和當然途徑。 2 如何構成數字式監控系統
　　一種構成數字式電視監控系統的可能結構如圖1所示，它以硬盤錄像機、圖像切換裝置和網絡傳輸接口三部分構成，具有多畫面處理、錄放像、矩陣控制、探測報警、遠程傳輸等多種功能，為此需要在PC機平臺上集成以下三類板卡，并應有USB或IEEE1394接口，以實現數據的快速交換。
2.1 圖像輸入、壓縮及處理板塊
（1）如果采用的是新型數字式攝像機，則其輸出的是圖像數據流VS（Video Streaming），可以直接與PC機快速進行數據交換，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**先要經過系統的視頻接口及處理模塊，逐次從多路輸入中選出一路進行A/D轉換，并壓縮成MPEG**數據后予以存儲。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開銷，故速率一般為每路每秒數幀，但也有每秒25幀的實時產品。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數碼照像機，新型機種的分辨率已能達到640′480，視其內快閃存儲器容量的大小，存儲圖片的數量可達數百張之多。
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。有模擬切換和數字切換兩種不同的技術層次，數字切換可得到**質量的圖像，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。在以芯片實現切換控制之后，便可**將分割顯示圖像數據流送往不同顯示器的VRAM之中，循環刷新來達到顯示的目的。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。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、顯示集于一身的數字化裝置，其操作系統除了Windows外，還可采用Linux、RTOS、FreeBSD等操作系統，以便提高硬盤錄像機的可靠性和簡化操作的復雜性。
2.3 網絡連接與遠程傳輸板塊
　　早期的視頻圖像遠程傳輸和聯網一般都是基于計算機之間的低層控制通訊網絡，如RS232/RS485通信協議，由于RS232/RS485通信協議沒有路由功能，因酥荒蘢齙降愕降愕牧�綑熏链撯，RS232/RS485通信協議也沒有糾錯功能，因此在發生通訊錯誤時，聯網功能就失敗。因此新型的遠程視頻圖像傳輸需要改進為**LAN傳輸聯網的系統。
對于CCTV而言，要求的是全數字的視頻信息聯網，數字CCTV主機相當于一個網絡視頻服務器，所有對視頻的需求都由視頻服務器控制和完成。當前由于視頻壓縮技術的發展和LAN 及Internet的普及，網絡帶寬成本正在下降，千兆以太網及**路由器產品使局域網與廣域網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出現，這使得有可能建立視頻信息網。
　　每一個視頻信息網對外表現為一個視頻網站，有IP地址，**網關或路由器即可接入 Intrnet，這樣就可供其它遠程用戶訪問。視頻信息網對內表現為專用網，由視頻服務器、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攝像機則需經過編碼器才能掛到網上。
3 **局域網實現的數字視頻監控系統
　　數字圖像監視系統是先將前端現場傳輸過來的攝像機圖像在數字視頻控制器（CamHub）進行數字化和作壓縮處理，之后就可以將對應每臺攝像機圖像的視頻流VS（Video Streaming）**諸如一個100M以太網絡或千兆以太網進行網域內的傳輸，送往指定的監視器（Displayer）和記錄裝置（Recorder），從而**局域網實現了數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以太網接口和一個RCA視頻輸出接口。除此之外，數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行連動。還可透過網絡在遠端中心對攝像機的云臺和變焦鏡頭進行遙控。
圖2 **局域網實現的數字圖像監視系統
　
4 IP攝像機和IP網關
　　IP攝像機是內置有IP服務器可以直接連接到網絡上的攝像機，也被稱為網絡攝像機（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720×576。H.261**是利用運動圖像相鄰幀間有很大相關性的**點，使得相鄰幀的存儲可以只保留變動部分的數據，以此來提高壓縮率。MPEG-1**對于圖像的壓縮技術與H.261**類似，不同的是其數據流除包含有視頻數據外還包含有音頻數據。MPEG-2**是對MPEG-1**的一種改進，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而進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圖像環境的應用，為眾多應用看好。
　　使用IP攝像機可以在現有的以太網上傳輸視頻和音頻，在指定IP地址后，也可以在網絡上的任何一個位置**瀏覽器（MS IE4.0 或Netscape 4.5）在本地或遠程網絡上調閱圖像，多個用戶可以同時調閱同一圖像，圖像傳輸速度可以達到每秒25幀。調閱的圖像既可以顯示在電腦屏幕上，也可以顯示在常規監視器上。
　　IP攝像機的IP地址及圖像的各種參數均可預先設置好，這樣在現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，故可實現對講功能，采用的是G.711或G.728壓縮。攝像機內置的低速數據傳輸格式，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500幀），還內置有Web服務器，從而可在任何TCP/IP網絡環境下一插即用。安全性有口令保護和IP地址保護，從軟件上而言，配置和組態可用以太網口，快閃存儲器允許**TCP/IP網絡升級到新版本軟件。
　　與IP攝像機基本一樣，IP 網關（Internet GateWay或稱為IP-codec）實現了低成本的音視頻以及報警信號的傳輸，發射和接收采用多播方式在以太網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 網關當作編碼器或者解碼器來使用。當作編碼器使用時，可以將**多4路模擬視頻信號同時上網，并可以直接在電腦上察看圖像。將網關當作解碼器使用時，可將數字視頻信號轉換成模擬的視頻信號，在普通的監視器上顯示圖像。
　　網關自帶的雙向數據接口可以供用戶在網絡上直接控制前端的云臺和鏡頭。網關可以選擇TCP/IP（傳輸控制協議/網間協議） 或者UDP（用戶數據報協議）、HTTP等網絡協議，采用H.261方式壓縮的圖像，傳輸速率可以達到每秒25幀。采用MJPEG方式壓縮的圖像，傳輸速率可以達到每秒15幀。網絡化視頻解決方案（IP Solution）如圖3所示。
5 在IP網絡上**網絡視頻服務器的傳輸方案
　　視頻圖像可在Internet網（簡稱IP網）上傳輸。數字式網上視頻切換是采用IP作為視頻傳送載體，而與頻矩壓縮**無關，這樣中繼次數將不受限制，可跨越不同傳輸介質的網絡平臺，實現大規模的視頻聯網，迎來數字式視頻矩陣切換的新時代。
　　Internet互連網是由多個不同的網絡**網絡互連設備連接而成，它采用自由和開放式的網絡組織方式，**不存在一個統一管理用戶和控制所有信息流的主機或公司，而是以統一的網絡協議TCP/IP和通用的地址體系（IP地址）來保證網絡互通。
　　Internet網絡，自下而上可分為三層結構--用戶驅動網、區域網和骨干網。用戶驅動網由分布式計算機與分布式數據庫構成；區域網是地區內的網絡，包括局域網、城域網和廣域網，網間通信速率為T1/E1；骨干網則是**或部級網絡。
　　Internet是一個**開放式的網絡，接入Internet網的每個用戶均可利用網絡上的資源，也可以將自己的資源加入Internet網供所有用戶享用。
圖4 IP網絡視頻傳輸
IP網絡上的視頻傳輸方案之一是利用基于TCP/IP 協議、****的H.323**、采用Motion JPEG或MPEG-4 等視頻壓縮技術，、以**立模塊方式構建而成的網絡視頻產品IP-Vedio，具有集成度高、自適應網絡帶寬、視頻效果好、即插即用、穩定可靠等優點，并可控制攝像機鎖定目標，是網絡視頻監控系統全新的解決方案，有廣泛的應用范圍。如圖4所示，但它僅局限用于傳送時間要求不嚴格的場合，如果要在TCP/IP體系結構中支持有多種QoS要求的業務，一種方法是研究開發新的網絡協議，如IPV6、RSVP、實時傳送協議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，作為網絡視頻解決方案，可**在Cisco IP/TV 3400系列服務器上運行Cisco IP/TV軟件，**IP網或企業數據網給桌面PC提供電視質量的視頻，支持現場視頻、教學培訓和視頻點播VOD等應用。