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安防知識：安防行業(yè)多級高清視音頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

        一 、當(dāng)前視頻監(jiān)控的現(xiàn)狀與分析
        當(dāng)前，我國視音頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展很快，但綜合來看，仍處于一個監(jiān)控質(zhì)量和應(yīng)用較低的水平。絕大部分業(yè)主和集成商關(guān)心的是低價格和能夠接入安防網(wǎng)絡(luò)傳輸，而很少關(guān)注監(jiān)控圖像質(zhì)量、功能擴展以及升級擴容。這就使安防行業(yè)整體陷入一個以價格為主的惡性競爭狀態(tài)，加之沒有強制市場準(zhǔn)入機制，國內(nèi)一部分企業(yè)抱著“撈一筆”的觀念，使安防市場非?；靵y。低價格帶來的直接問題就是技術(shù)含量低，整體系統(tǒng)僅僅考慮能夠運轉(zhuǎn)起來，后期應(yīng)用和高清晰高端應(yīng)用做不起來。從技術(shù)上來講，視音頻監(jiān)控主要存在如下問題。
        （1）視頻圖像質(zhì)量差，不能進行高清晰監(jiān)控和后期處理。
        安防監(jiān)控核心是通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，清晰實現(xiàn)實時播放或錄制監(jiān)控內(nèi)容，及時發(fā)現(xiàn)或回放異常圖像。當(dāng)前，視頻監(jiān)控普遍圖像質(zhì)量模糊，分辨率很低，有跳幀和馬賽克的情況，根本不能達到清晰監(jiān)控效果，更談不上高清監(jiān)控。以至于我們常?？吹姐y行、交通發(fā)生一些案件在電視上播出通緝信息，警察和電視機前觀眾都不能看清嫌疑人或者車輛的具體特征，給后期破案偵察帶來的作用并不大。
        特別是如果需要進行監(jiān)控圖像的逐幀播放、局部放大、圖像分析和圖像識別等后期處理，為監(jiān)控提供具體特征材料或科學(xué)分析素材，當(dāng)前我國絕大部分監(jiān)控系統(tǒng)都不能做到。給相關(guān)分析工作的開展提供的支持非常有限。
        （2）沒有音頻擴展或者音頻質(zhì)量差，不能進行視音頻綜合應(yīng)用。
        隨著安防監(jiān)控要求越來越高和技術(shù)整體進步，傳統(tǒng)單一視頻的監(jiān)控已經(jīng)不能滿足整體需要，音頻擴展加入進來甚至成為必備的功能。當(dāng)前的安防產(chǎn)品和系統(tǒng)對于音頻擴展支持較少，無法進行雙向?qū)χv、同步處理等高端應(yīng)用。有的廠商為了滿足要求，專門增加音頻編碼。視頻，音頻兩套設(shè)備相互獨立，增加系統(tǒng)的通信開銷和設(shè)備投入，更為重要的是，兩套設(shè)備同步很難，出現(xiàn)聲音與圖像相對延遲較大。
        （3）不能進行系統(tǒng)對接與互連互通，標(biāo)準(zhǔn)性不強，穩(wěn)定性差。
        很多人認為，安防產(chǎn)品之間的互連互通必要性不大?？墒乾F(xiàn)實的情況，就是如果沒有產(chǎn)品的兼容性和互連互通，就意味著一旦選擇某一個設(shè)備供應(yīng)商就意味著本套系統(tǒng)完全與之綁定，一旦這個供應(yīng)商倒閉或者轉(zhuǎn)型，不再提供產(chǎn)品，整個系統(tǒng)后續(xù)的維護擴容都沒了保證，最終業(yè)主不得不再籌資投入大量財力、人力、物力建設(shè)一套系統(tǒng)，形成重復(fù)建設(shè)。這也反映了安防行業(yè)各個企業(yè)遵循的標(biāo)準(zhǔn)不一或者某些自成體系搞壟斷的問題，這對整個行業(yè)的快速發(fā)展是不利的。
        此外，由于沒有一個明確的市場準(zhǔn)入機制和標(biāo)準(zhǔn)要求，有些產(chǎn)品采用PC架構(gòu)的設(shè)備，而PC架構(gòu)的設(shè)備最大不足之處是在于它不能很好的保證工作的穩(wěn)定性和可靠性，原因主要體現(xiàn)在以下兩個方面：第一，因為PC架構(gòu)的設(shè)備在處理相關(guān)信息時是采用邊編邊存的方式，而這種邊編邊存的方式是由同一核心來控制，由于不能夠?qū)碓葱畔⒘窟M行有效的控制，使得核心處理不夠及時，直接造成了整套系統(tǒng)的不穩(wěn)定和不可靠。第二，由于PC架構(gòu)的設(shè)備配置Windows/Linux操作系統(tǒng)、插卡式、散熱以及病毒等各種可見和不可見的原因，造成PC架構(gòu)的設(shè)備穩(wěn)定性較差，系統(tǒng)極易造成崩潰，直接導(dǎo)致監(jiān)控的中斷。
        （4）不能進行統(tǒng)一網(wǎng)管，對于多級垂直管理缺乏有效的解決方案。
        如果沒有統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的人工維護量會非常大，特別是大型安防視音頻監(jiān)控，各個監(jiān)控點分布可能比較分散甚至隱蔽。依靠人力進行管理和聯(lián)系幾乎是不可能。當(dāng)前，部分視頻監(jiān)控產(chǎn)品還停留在用RS-232進行網(wǎng)管，由于RS-232信號的電平過高、采用非平衡發(fā)送和接收方式，所以存在傳輸速率低(≤20kbit/s)，不能對系統(tǒng)設(shè)備進行快速和有效的管理工作；傳輸距離短(≤15m)，不能對遠端設(shè)備進行管理工作；串?dāng)_信號較大，不能一次性的對較多的設(shè)備進行統(tǒng)一的管理工作。
        多級綜合監(jiān)控系統(tǒng)還存在著切換調(diào)度、遠程調(diào)用的應(yīng)用，當(dāng)前，整體系統(tǒng)的多級還都是實現(xiàn)的“假多級”管理，下級僅是有選擇的抽取1或2路圖像傳輸給上級，如果需要更多，則需要分時切換實現(xiàn)。上級無法觀看到某一個下級全部圖像，也較少能控制到下級上傳，對于全網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控則更少。
        二 、多級高清視音頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)
        從上面的分析來看，當(dāng)前我國視音頻監(jiān)控存在著一定的不足，不能滿足當(dāng)前信息社會中數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展趨勢?？焖侔l(fā)展的中國需要讓安防監(jiān)控真正發(fā)揮作用，實現(xiàn)有效的監(jiān)控管理，要對這些不足之處有的放矢的進行改進，才能滿足實際應(yīng)用的需求，保證整套系統(tǒng)的先進性、穩(wěn)定性和兼容性，最終成功的搭建起一體化高清視音頻監(jiān)控綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)。典型的多級高清視音頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。多級高清視音頻監(jiān)控系統(tǒng)是未來發(fā)展的方向，也是監(jiān)控訴求的集中體現(xiàn)。無論是交通（包括城市交通和高速公路），礦井開采安全生產(chǎn)，軍隊公安邊防指揮還是電力石油監(jiān)控，管道河道監(jiān)控等等都是向集約化、智能化、多級化監(jiān)控體系發(fā)展。那么，多級高清視音頻監(jiān)控系統(tǒng)的需要如何構(gòu)建呢？下面就“高清”，“多級”，“視音頻監(jiān)控”等幾個關(guān)鍵字分別展開。
        1．高清監(jiān)控的實現(xiàn)
        為什么當(dāng)前視頻監(jiān)控圖像質(zhì)量差？其原因主要有兩點，其一，信源采集的攝像機（頭）的質(zhì)量，其二，是信源編碼質(zhì)量——即編碼器的選擇。攝像機（頭）產(chǎn)品眾多，成熟度相當(dāng)高，簡單對比就能分辨出采集圖像質(zhì)量，可以根據(jù)投資預(yù)算選擇效果好的產(chǎn)品，在此不多贅述。編碼器可以稱作整個系統(tǒng)的核心之一，編碼器選擇好壞對于整個系統(tǒng)都有至關(guān)重要的影響。當(dāng)前監(jiān)控圖像出現(xiàn)跳幀、抖動、延時大的原因排除攝像頭因素，主要是編碼器不具備時基校正、水平、垂直、前置等多重濾波功能，而做高清監(jiān)控編碼器具備這些功能會大大提高圖像質(zhì)量，保證同步，用電視界業(yè)內(nèi)人的話說就是“圖像很透”。
        當(dāng)前，監(jiān)控使用編碼器分為MPEG-2和MPEG-4兩種，普遍認為MPEG-4節(jié)省帶寬，但是圖像質(zhì)量會比MPEG-2差一些。實際來說，成熟編碼器設(shè)備供應(yīng)商提供的產(chǎn)品應(yīng)該都是高清晰的。那么要實現(xiàn)高清監(jiān)控需要分辨率能夠達到720×576×25幀/秒,這個可以實現(xiàn)達到現(xiàn)有DVD的圖像水平,這樣圖像質(zhì)量能夠?qū)崿F(xiàn)清晰的特征提取、圖像分析、逐幀播放等功能應(yīng)用。同樣的，不論MPEG-2/MPEG-4都要求實現(xiàn)無私有協(xié)議，與其他設(shè)備的互連互通。當(dāng)前，我國編碼器的開發(fā)主要參照MPEG-2/DVB、MPEG-4、ITU等相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，在國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)沒有一致的情況下，如果都能嚴(yán)格依照國際標(biāo)準(zhǔn)做不增加私有通信協(xié)議和描述符，行業(yè)各個企業(yè)就能互連互通。電信之所以發(fā)展快速其中一個重要的原因，就是電信在設(shè)備的選型上都盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備，不被某一個設(shè)備供應(yīng)商牽制，出現(xiàn)任何問題都能找到標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備替代，大大節(jié)約了運維成本和精力。視頻監(jiān)控是個相當(dāng)大的行業(yè)，如果各個企業(yè)都能夠嚴(yán)格參照標(biāo)準(zhǔn)做產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品的互通，將會大大促進全行業(yè)的發(fā)展。
        構(gòu)建高清監(jiān)控系統(tǒng)也要求編碼器具有強大的功能擴展和傳輸網(wǎng)絡(luò)接入接口，針對音頻應(yīng)用的增加能夠?qū)崿F(xiàn)視音頻同步傳輸，具備拾音器接口。針對云臺、攝像頭、傳感器的控制能夠具備RS-232/RS-485通信接口進行遠程控制，針對中心圖像的監(jiān)控識別，要求具有疊加字幕等功能。針對多種網(wǎng)絡(luò)，要具備N×E1、IP等多種傳輸方式。
        光端機傳輸在監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用也非常多，當(dāng)前能夠?qū)崿F(xiàn)高清的是采用4:2:2視頻編碼和20位音頻編碼的數(shù)字光端機，特別是在音頻上會有效降低干擾，達到較好的效果。同時為了增加應(yīng)用，光端機上同時可以走IP數(shù)據(jù)，并有電話對講功能，提高了光纖通道的利用率。
        2．多級監(jiān)控的實現(xiàn)
        隨著規(guī)模的擴大和跨地域情況的增多，集中管理和多級監(jiān)控一直是各個行業(yè)的目標(biāo)。多級監(jiān)控解決的第一個問題是E1、IP、光纖等各種傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸信號的匯總與切換調(diào)度，其一可以采用數(shù)字矩陣進行信號無損的切換調(diào)度與匯總，并且通過數(shù)字矩陣實現(xiàn)數(shù)字化存儲。相對于硬盤錄像，數(shù)字存儲可以節(jié)省存儲系統(tǒng)投資，提高存儲量且多次回放不影響圖像質(zhì)量，可以轉(zhuǎn)DVD離線存儲。其二隨著IP技術(shù)的發(fā)展，在管理中心局域網(wǎng)內(nèi)，可以采用IP網(wǎng)管將各個信號統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)，在局域網(wǎng)內(nèi)通過網(wǎng)絡(luò)組播實現(xiàn)在PC機上軟解碼監(jiān)視、存儲。
        此外，多級監(jiān)控需要能夠遠程對下級甚至對監(jiān)控點的控制，這就需要統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，有別于采用RS232的設(shè)備網(wǎng)管，統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)采用基于IP網(wǎng)絡(luò)方式，通過統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)能夠控制多路圖像上傳，監(jiān)控點云臺控制，雙向?qū)χv，下發(fā)網(wǎng)管信息。統(tǒng)一網(wǎng)管方式如圖2所示。各節(jié)點的設(shè)備通過以太網(wǎng)口相連并跨路由，在一個全基于IP的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，進行設(shè)備管理統(tǒng)計的系統(tǒng)。由于IP網(wǎng)的迅速發(fā)展，基于此種方式的網(wǎng)管系統(tǒng)以更自如高效的、更易接受的方式展現(xiàn)給用戶。在此方式中，由于各設(shè)備集成了可被控制和可被管理的機制，保證了帶外網(wǎng)管理系統(tǒng)對設(shè)備實行統(tǒng)一的全實時管理。并且以TCP/IP為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)管理具有以下優(yōu)點：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不受限制；控制管理簡單，支持遠程控制，容易實現(xiàn)系統(tǒng)的擴容和改造，系統(tǒng)具有幾乎無限的無縫擴展能力，所有設(shè)備都以IP地址進行標(biāo)識，增加設(shè)備只是意味著IP地址的擴充；整個系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，系統(tǒng)穩(wěn)定，單點的故障不會影響整個系統(tǒng)的運行。在網(wǎng)管系統(tǒng)中，各節(jié)點所有設(shè)備均通過網(wǎng)管接口（RJ-45）接入HUB，然后直接或者通過網(wǎng)絡(luò)與中心控制微機相連。統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)也存在一個標(biāo)準(zhǔn)的問題，基于SNMP國際標(biāo)準(zhǔn)的底層協(xié)議開發(fā)的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理平臺能夠最大限度和最大便利的與其他廠家的設(shè)備兼容和進行集成。統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)也需要支持跨區(qū)域管理和分級管理模式，并且在第三方設(shè)備對系統(tǒng)提供通信協(xié)議，若為非標(biāo)則提供MIB庫支持，完全能夠監(jiān)管第三方的設(shè)備。
        3．視音頻監(jiān)控的實現(xiàn)
        “高清”、“多級”是視音頻監(jiān)控系統(tǒng)的目的，單單高清監(jiān)控或單單實現(xiàn)多級，都對于整個系統(tǒng)級應(yīng)用的意義不大。所以多級高清視音頻監(jiān)控系統(tǒng)才是落腳點——要實現(xiàn)一體化綜合業(yè)務(wù)平臺更重要是在系統(tǒng)集成控制上下功夫。
        在采用高清編碼器生成較好的數(shù)字傳輸流（TS）基礎(chǔ)上，在各個傳輸網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑿盘柦y(tǒng)一匯總為MPEG2/DVB信號或者IP信號實現(xiàn)多級管理的條件下，視音頻監(jiān)控系統(tǒng)需要實現(xiàn)整體設(shè)備，傳輸網(wǎng)絡(luò)與功能應(yīng)用聯(lián)動、采集、傳輸、存儲、調(diào)用一體化完成。在統(tǒng)一界面下實現(xiàn)一個大型平臺的控制與管理，真正實現(xiàn)“多級高清視音頻監(jiān)控系統(tǒng)”。所以，一個強大的支撐調(diào)度軟件必不可缺少，特別對于垂直集中的管理機制平臺，授權(quán)管理（是否給某個用戶具備操作權(quán)限）與級別控制（不同級別的用戶具備不同的控制管理，操作權(quán)限）顯得尤為突出。在軟件架構(gòu)上C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)各有所長，針對監(jiān)控系統(tǒng)的不同需求可以按需選擇，但是C/S架構(gòu)的軟件系統(tǒng)的功能應(yīng)用可以做的更豐富，通信開銷更少，建議以C/S結(jié)構(gòu)為主。數(shù)碼視訊推出一套C/S結(jié)構(gòu)的軟件系統(tǒng)能夠進行系統(tǒng)設(shè)備控制、系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控、用戶授權(quán)和系統(tǒng)設(shè)備的拓撲管理等功能，并且對于系統(tǒng)資源占用非常小，每個PC機上都能夠運行，因此既可以作為中心控制平臺的主控系統(tǒng)，又能夠裝到任一臺PC上作為分控。中心系統(tǒng)軟件需要具有良好的人性化設(shè)計，操作簡單和使用方便，最好能夠使用者感覺不到是對設(shè)備在操作，而是直觀的對圖像進行操作。
        三、 多級高清視音頻監(jiān)控系統(tǒng)展望
        隨著應(yīng)用需要的寬廣，視音頻監(jiān)控系統(tǒng)在安防行業(yè)承擔(dān)著越來越重要的任務(wù)。美國為了防范恐怖襲擊已經(jīng)下令在多個城市安裝高清晰視音頻監(jiān)控系統(tǒng)，提高安防能力；面對日益臨近的奧運會，北京也在積極部署奧運會的安防監(jiān)控與道路指揮視音頻監(jiān)控。由于視音頻信息占據(jù)了人類獲取信息量的絕大部分，未來將會形成以高清視音頻監(jiān)控為核心，結(jié)合擴展無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，GPS定位系統(tǒng)，移動通信系統(tǒng)，自動識別系統(tǒng)的綜合業(yè)務(wù)平臺，多個體系協(xié)同保障指揮，構(gòu)造多級跨平臺的智能網(wǎng)絡(luò)。