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   視頻監控業(yè)務(wù)的發(fā)展歷程與現狀

    視頻監控作為安防行業(yè)的一個(gè)重要技術(shù)應用，發(fā)展迅速。在國外，視頻監控業(yè)務(wù)主要為個(gè)人用戶(hù)提供安全系統方案，基本定位在個(gè)人和住宅應用方面。在國內，視頻監控業(yè)務(wù)主要集中在行業(yè)應用，如公安、交通、金融、樓宇等領(lǐng)域，行業(yè)用戶(hù)已成為國內視頻監控市場(chǎng)的主要增長(cháng)點(diǎn)。

    視頻監控技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)歷了模擬監控技術(shù)、數字監控技術(shù)和遠程網(wǎng)絡(luò )視頻監控技術(shù)三個(gè)不同的階段。

    1．模擬視頻監控技術(shù)

    模擬監控技術(shù)發(fā)展較早，在20世紀90年代以前，視頻監控技術(shù)主要以模擬設備為主。模擬視頻監控系統一般由監控前端、傳輸設備、控制設備以及顯示設備幾個(gè)部分組成。監控前端一般為模擬攝像機、云臺、聲光電報警設備和雨刷等。傳輸設備一般為傳輸視頻的同軸電纜，遠距離傳輸可采用模擬光纖或者利用光端機進(jìn)行傳輸?？刂圃O備主要是視頻切換矩陣，采用鍵盤(pán)進(jìn)行切換和控制，將需要監控的圖像在指定的顯示設備進(jìn)行顯示。顯示設備主要包括圖像的監視器、報警指示設備等。

    2．數字視頻監控技術(shù)

    20世紀90年代視頻監控進(jìn)入數字化階段，隨著(zhù)計算機和多媒體處理技術(shù)的發(fā)展，數字視頻壓縮編碼技術(shù)被應用到視頻監控系統中，基于PC的多媒體監控系統由此產(chǎn)生。在這類(lèi)監控系統中，視頻采集和視頻傳輸仍以模擬方式為主，模擬攝像機的圖像信號到達多媒體監控終端后進(jìn)行數字處理與存儲，隨后通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )，將這些信息傳到一個(gè)或多個(gè)監控中心?；赑C的多媒體監控系統通過(guò)增加視頻處理卡以增加圖像的輸入路數，采用數字化存儲及視頻解壓縮功能，可以對監控區域進(jìn)行高清晰度的畫(huà)面顯示，使圖像回放時(shí)也能達到極高的清晰度。

    3．遠程網(wǎng)絡(luò )視頻監控技術(shù)

    近年來(lái)，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，Internet已經(jīng)無(wú)處不在。遠程網(wǎng)絡(luò )視頻監控技術(shù)將傳統的模擬視頻、語(yǔ)音信號轉換為數字信號，通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸，實(shí)現了視音頻信號的數字化、網(wǎng)絡(luò )化、應用的多媒體化以及管理的智能化。網(wǎng)絡(luò )監控技術(shù)集成了數字處理、網(wǎng)絡(luò )、計算機、視音頻編解碼以及圖像處理和識別等多種先進(jìn)技術(shù)。

    網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統由監控系統前端、數字化處理器、網(wǎng)絡(luò )傳輸、監控控制系統組成。監控前端和模擬系統一樣由攝像機、云臺、聲光電報警設備和雨刷等設備構成。

    數字化處理器的主要功能是將監控前端采集的模擬圖像信號進(jìn)行數字化處理，并將數字圖像信號進(jìn)行壓縮處理，以便減少圖像信號傳輸時(shí)所占用的網(wǎng)絡(luò )帶寬。

    網(wǎng)絡(luò )傳輸主要由網(wǎng)絡(luò )傳輸設備組成，如交換機、路由器等。監控系統將現場(chǎng)圖像和報警信號轉換成IP數據包，利用網(wǎng)絡(luò )傳輸給控制系統。

    控制系統由監控控制平臺、電視墻及大屏幕系統組成。監控控制平臺可以使用監控系統的各種功能。電視墻及大屏幕系統由網(wǎng)絡(luò )解碼器、電視墻、大屏幕組成，它們從網(wǎng)絡(luò )接收監控圖像，解碼后輸出到電視墻或者大屏幕上。

    網(wǎng)絡(luò )監控系統與傳統的模擬監控系統的比較如表1所示。

    網(wǎng)絡(luò )視頻監控關(guān)鍵技術(shù)介紹

    網(wǎng)絡(luò )視頻監控的關(guān)鍵技術(shù)有很多。下面簡(jiǎn)要描述一下信令控制協(xié)議、視頻編解碼以及模擬視頻監控系統如何改造為網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統等幾項關(guān)鍵技術(shù)。

    1．信令控制協(xié)議

    由于標準不統一且控制通道和媒體處理不分離，視頻監控業(yè)務(wù)的開(kāi)展受到一定的局限性。

    （1）標準不統一

    由于視頻監控主要應用于本地監控，國際上并沒(méi)有形成相關(guān)的標準，視頻監控廠(chǎng)家各自為政，產(chǎn)品之間也沒(méi)有采用任何協(xié)議來(lái)支持互通，各廠(chǎng)商之間甚至廠(chǎng)商自己的產(chǎn)品之間有時(shí)都不能互連，無(wú)法組成能容納不同廠(chǎng)商產(chǎn)品的監控系統。

    （2）控制通道和媒體處理不分離

    目前很多網(wǎng)絡(luò )監控系統主要采用HTTP協(xié)議，視頻通過(guò)HTTP協(xié)議以流媒體方式進(jìn)行傳輸，沒(méi)有區分媒體通道與控制通道，而是采用共用一條HTTP通道。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，監控規模的不斷擴大，這對于視頻監控的可管理、大規模運營(yíng)是極不為利的。

    網(wǎng)絡(luò )監控系統進(jìn)行媒體承載和控制的分離，對于媒體承載部分比較明確，可采用IETF專(zhuān)門(mén)為流媒體傳輸制定的協(xié)議RTSP（實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議），也可采用IETF為實(shí)時(shí)視音頻傳輸制定的協(xié)議RTP/RTCP（實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議/實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議）。對于視頻監控的控制協(xié)議，為視頻監控制定一個(gè)專(zhuān)門(mén)的協(xié)議標準是不太現實(shí)的。比較可行的辦法是借用現有成熟穩定的信令控制協(xié)議，目前，可以借用的協(xié)議是廣泛用于視頻會(huì )議、VoIP應用的H.323體系與SIP（會(huì )話(huà)初始協(xié)議）。H.323提供了在基于IP網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行多媒體通信的規范，H.323是一個(gè)復雜而龐大的協(xié)議族，現階段是視頻應用的主流技術(shù)。然而由于其過(guò)于復雜，現在正受到基于SIP協(xié)議視頻應用的挑戰。IETF提出的SIP是用于建立多方多媒體通信的規范。SIP具備簡(jiǎn)單靈活、分布式控制等優(yōu)點(diǎn)，有望廣泛應用于視頻監控領(lǐng)域。

    2．視頻編解碼

    在視頻編解碼技術(shù)方面，監控技術(shù)主要采用MJPEG、MPEG系列與H.26x系列。MJPEG是基于靜態(tài)視頻壓縮的技術(shù)，圖像的清晰度比較高，適用于監控應用領(lǐng)域。MPEG系列主要應用于視頻存儲、視頻廣播和視頻流媒體、互聯(lián)網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)上的流媒體等領(lǐng)域。H.26x系列主要應用于實(shí)時(shí)視頻通信領(lǐng)域，如可視電話(huà)、會(huì )議電視等。

    目前視頻編解碼研究的熱點(diǎn)是MPEG-4和H.264，它們采用基于對象的動(dòng)態(tài)壓縮技術(shù)，可以獲得更高的圖像壓縮比和帶寬利用率，在400kbit/s左右的碼率下即可實(shí)現有效的音、視頻傳輸，隨著(zhù)碼率的提高可以相應地提高音頻、視頻質(zhì)量，在2Mbit/s左右時(shí)即可達到類(lèi)似DVD的效果。MPEG-4和H.264被普遍認為是未來(lái)視頻編解碼的發(fā)展趨勢。

    3．如何改造模擬視頻監控系統
 
    隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )視頻監控技術(shù)的發(fā)展，它必將逐漸占據監控領(lǐng)域的主導地位。但是模擬監控技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，應用非常廣泛，目前仍占據著(zhù)很大的市場(chǎng)份額。讓模擬監控系統的使用者放棄原有監控系統，重新投資于網(wǎng)絡(luò )監控系統是很困難的一件事。如何將模擬監控系統改造為網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統是亟待解決的問(wèn)題。

    模擬監控系統向網(wǎng)絡(luò )監控系統的改造，從理論上來(lái)說(shuō)，就是改造監控系統的網(wǎng)絡(luò )傳輸部分，具體如圖1所示。

圖1  模擬監控系統向網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統改造

    在監控前端的模擬攝像機處增加網(wǎng)絡(luò )設備—視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)器將模擬圖像信號轉換為數字信號，完成視頻數據的壓縮和控制信令在網(wǎng)絡(luò )上的傳輸。視頻解碼器完成數字信號接收，將圖像數字信號轉換為模擬圖像信號，送入交換矩陣進(jìn)行顯示?？刂破脚_主要完成監控系統的控制，傳遞用戶(hù)的操作命令。

    從理論上來(lái)說(shuō)，任何模擬攝像機，包括固定攝像機、球形攝像機、帶云臺的攝像機等都可以通過(guò)視頻服務(wù)器集成到網(wǎng)絡(luò )視頻系統中。模擬攝像機和視頻服務(wù)器的組合相當于一臺網(wǎng)絡(luò )攝像機，因此目前很多廠(chǎng)家都生產(chǎn)出了一體化的IP攝像機。

    模擬視頻監控系統一般有專(zhuān)用的監控室，在這種情況下，同軸電纜已經(jīng)安裝就位，可以采用在監控室統一將視頻輸出給視頻服務(wù)器，以便對視頻服務(wù)器進(jìn)行集中放置、供電和管理。

    監控中心通過(guò)視頻解碼器使用現有的模擬監控設備監控網(wǎng)絡(luò )視頻系統中的數字化視頻圖像。視頻解碼器將數字化的視頻信號轉化為模擬信號，輸入到交換矩陣，從而能夠在原有的顯示設備上顯示。

    網(wǎng)絡(luò )視頻監控技術(shù)的發(fā)展

    隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和數字處理技術(shù)的不斷發(fā)展，視頻監控也在向數字化、無(wú)線(xiàn)化、監控網(wǎng)絡(luò )化、系統集成化和結構模塊化等方向發(fā)展。

    1．無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統

    無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )以其安裝方便、靈活性強、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)得到了廣泛應用。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )監控是采用無(wú)線(xiàn)的方式將監控前端或客戶(hù)端和監控平臺連接從而實(shí)現監控。當監控前端位置分散并且距離監控平臺較遠時(shí)，用戶(hù)采用傳統布線(xiàn)方式臨時(shí)建立客戶(hù)視頻監控中心的成本較高，如果遇到道路、河流等阻礙時(shí)，代價(jià)更是不可估計。利用無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )，上述問(wèn)題就可迎刃而解。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統結構如圖2所示。

圖2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統

    無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統監控前端設備（視頻服務(wù)器）一般支持無(wú)線(xiàn)傳輸，如果前端設備不支持無(wú)線(xiàn)傳輸，則需要配置相關(guān)的無(wú)線(xiàn)設備完成無(wú)線(xiàn)傳輸。監控平臺接入Internet中，前端設備通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入監控平臺?？蛻?hù)監控中心根據網(wǎng)絡(luò )條件、需求等多方面因素可選擇通過(guò)Internet或者無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入監控平臺。用戶(hù)可以使用手機或者無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)設備接入監控平臺觀(guān)看視頻監控圖像.

    2．基于SIP協(xié)議的視頻監控系統

    基于SIP協(xié)議的視頻監控系統結構如圖3所示。

圖3 基于SIP協(xié)議的視頻監控系統結構

    基于SIP的視頻監控系統采用域管理方式，支持大規模的視頻監控業(yè)務(wù)。SIP視頻監控系統由以下幾個(gè)部分組成。

    （1）監控前端

    監控前端可以將監控圖像進(jìn)行數字化處理，發(fā)送到客戶(hù)端供用戶(hù)觀(guān)看。

    （2）客戶(hù)端

    客戶(hù)端是接收視頻監控前端傳輸過(guò)來(lái)的視頻編碼數據，對編碼數據進(jìn)行解碼顯示。

    （3）代理服務(wù)器

    該服務(wù)器是一個(gè)中間路由元素，具有解析地址的能力，能夠代理監控客戶(hù)端向下一跳服務(wù)器發(fā)出呼叫請求，然后由服務(wù)器決定下一跳的地址，最終使客戶(hù)端和監控前端建立連接。

    （4）注冊服務(wù)器

    該服務(wù)器對監控前端和客戶(hù)端進(jìn)行身份認證，完成地址的注冊。

    （5）定位服務(wù)器

    該服務(wù)器用來(lái)存儲監控前端和客戶(hù)端的地址等信息，為其他服務(wù)器，如代理服務(wù)器、注冊服務(wù)器等提供信息查詢(xún)。

    （6）事件服務(wù)器

    該服務(wù)器收集并發(fā)布系統中監控前端和客戶(hù)端的狀態(tài)等事件。目前主要有注冊事件、在線(xiàn)事件等。監控前端和客戶(hù)端可以通過(guò)向事件服務(wù)器發(fā)送訂閱請求來(lái)訂閱相應事件信息，當產(chǎn)生對應事件后，事件服務(wù)器則向相應的訂閱者發(fā)布事件通知信息。

    （7）媒體服務(wù)器

    該服務(wù)器主要用來(lái)保存視頻監控的錄像信息。

    在視頻監控業(yè)務(wù)中，云臺和鏡頭的遠程實(shí)時(shí)控制和報警是非常重要的功能，由于SIP協(xié)議沒(méi)有對監控功能進(jìn)行定義，所以標準SIP協(xié)議不能完成監控的云鏡控制和報警功能，這就需要對SIP協(xié)議進(jìn)行擴展。對SIP進(jìn)行擴展應該在SIP協(xié)議的擴展原則框架下進(jìn)行。