清華同方視訊公司 袁野
一、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了本地模擬信號監(jiān)控系統(tǒng)，基于PC插卡的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，基于嵌入式技術的網(wǎng)絡數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)等發(fā)展過程。

1. 本地模擬信號監(jiān)控系統(tǒng)

　　本地圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像機、視頻矩陣、監(jiān)視器、錄像機等組成，利用模擬視頻線將來自攝像機的視頻連接到監(jiān)視器上，利用視頻矩陣主機，采用鍵盤進行切換和控制，錄像采用使用磁帶的長時間錄像機；遠距離圖象傳輸采用模擬光纖，利用光端機進行視頻的傳輸。

　　傳統(tǒng)的模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)有很多局限性：首先，有線模擬視頻信號的傳輸對距離十分敏感；其次，有線模擬視頻監(jiān)控無法聯(lián)網(wǎng)，只能以點對點的方式監(jiān)視現(xiàn)場，并且使得布線工程量極大; 另外，有線模擬視頻信號數(shù)據(jù)的存儲會耗費大量的存儲介質(zhì)（如錄像帶），查詢?nèi)∽C時十分煩瑣。

2. 基于PC插卡的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)

　　基于PC機的遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)由PC機插視頻卡構(gòu)成，在監(jiān)控現(xiàn)場，有若干個攝像機，各種檢測、報警探頭與數(shù)據(jù)設備，通過各自的傳輸線路，匯接到監(jiān)控終端機上，該終端可以是一臺PC機，也可以是專用的工業(yè)機箱。

　　基于PC的視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端功能較強，便于現(xiàn)場操作。但穩(wěn)定性不好，視頻前端(如CCD等視頻信號的采集、壓縮、通訊)較為復雜，可靠性不高，PC機也需專人治理，非凡是在環(huán)境或空間不適宜的監(jiān)控點，這種方式不理想。

3. 基于嵌入式技術的網(wǎng)絡數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)

　　基于嵌入技術的監(jiān)控系統(tǒng)不需處理模擬視頻信號的PC，而是把攝像機輸出的模擬視頻信號通過嵌入式視頻編碼器直接轉(zhuǎn)換成ip數(shù)字信號。嵌入式視頻編碼器具備視頻編碼處理、網(wǎng)絡通信、自動控制等強大功能，直接支持網(wǎng)絡視頻傳輸和網(wǎng)絡治理，使得監(jiān)控范圍達到前所未有的廣度。除了編碼器外，還有嵌入式解碼器、控制器、錄像服務器等獨立的硬件模塊，它們可單獨安裝，不同廠家設備可實現(xiàn)互連。

　　數(shù)字化視頻監(jiān)控的優(yōu)點是克服了模擬閉路電視監(jiān)控的局限性：首先，數(shù)字化視頻可以在計算機網(wǎng)絡(局域網(wǎng)或廣域網(wǎng))上傳輸圖像數(shù)據(jù)，基本上不受距離限制，信號不易受干擾，可大幅度提高圖像品質(zhì)和穩(wěn)定性；其次，數(shù)字視頻可利用計算機網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡帶寬可復用，無須重復布線；另外，數(shù)字化存儲成為可能，經(jīng)過壓縮的視頻數(shù)據(jù)可存儲在磁盤陣列中或保存在光盤中，查詢十分簡便快捷。

　　基于嵌入式設備的監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點是：由于這種系統(tǒng)的硬件是一個同處理器和操作系統(tǒng)捆綁較為緊密、功能專一、專門設計的獨立的設備，不像插卡系統(tǒng)那樣受通用計算機系統(tǒng)中其它軟件硬件的影響，因此性能上更穩(wěn)定，且便于安裝、維護，易于實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化設計，便于治理、維護。

二、基于嵌入式系統(tǒng)的監(jiān)控應用

　　在基于嵌入式系統(tǒng)的監(jiān)控應用結(jié)構(gòu)中，前端采用模擬攝像機，通過網(wǎng)絡視頻編碼器，將模擬視頻經(jīng)過數(shù)字化、壓縮、打包等過程變成基于網(wǎng)絡協(xié)議的視頻流或采用一體化的網(wǎng)絡攝像機，在視頻監(jiān)控的前端完成網(wǎng)絡化、數(shù)字化，視頻流通過網(wǎng)絡進行傳輸，發(fā)送到視頻需求者。視頻的使用者可利用軟件進行解碼，在PC機上進行顯示和處理，也可通過硬件解碼，解出模擬視頻信號輸出到監(jiān)視器，利用鍵盤進行控制，利用分布在網(wǎng)絡上的服務器或其他類型的網(wǎng)絡存儲設備根據(jù)需要進行錄像，利用網(wǎng)管系統(tǒng)代替視頻矩陣。由于沒有監(jiān)控中心的概念，任何授權(quán)的用戶都可根據(jù)權(quán)限進行視頻監(jiān)控、錄像。



三、新一代網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術

1. 視頻壓縮技術

　　a. 靜止圖像壓縮技術：JPEG，M-JPEG，小波變換wavelet等其運用幀內(nèi)處理技術，所以靜止圖像較清楚。小波變換是基于結(jié)構(gòu)的壓縮方法，處理較輕易，可獲得比JPEG更大的壓縮。但對連續(xù)運動圖像，文件占用的帶寬和硬盤都很大。

　　b. 運動圖像壓縮技術：MPEG-1，MPEG-2，H.263，MPEG-4

　　頒布于1993年的MPEG-1和1994年的MPEG-2是ISO的運動圖像專家組（MPEG）的第一階段解決方案，除了沿用幀內(nèi)技術，首次采用了PB幀的幀間技術，從而獲得了比靜止圖像壓縮技術更大的壓縮。但由于是基于結(jié)構(gòu)的壓縮技術，算法固定，采用專用硬件，隨著軟硬件技術的發(fā)展，不能擴展更多基于內(nèi)容的算法。另外其網(wǎng)絡傳輸碼率要求較高，否則需要緩存，不能適應傳輸速率不等的各種網(wǎng)絡的一致訪問，容錯性差。

　　基于以上原因，國際電聯(lián)于1998年頒布H.263甚低比特率視頻編解碼標準，該標準除了沿用JPEG靜止圖像壓縮標準的幀內(nèi)技術、MPEG-1、MPEG-2動態(tài)圖像壓縮標準的幀間技術外，還采用了以下4種先進技術：1）無限制的運用運動矢量模式；2）基于語法的算術編碼模式；3）先進的猜測模式；4）PB幀模式（猜測圖，內(nèi)插圖）。它是一種可擴展的算法，針對網(wǎng)絡傳輸速率處于變化的狀態(tài)，解決了易錯網(wǎng)絡的容錯性。


　　MPEG于1998年制定了第二階段解碼方案MPEG-4，其開放的編碼系統(tǒng)，可隨時擴展豐富的基于內(nèi)容的編碼算法，采用了包括小波變換等多種變換，可獲得更小的硬盤空間，更高的清楚度。非凡是其對象分離的控制，交互性、重用性更強，基于內(nèi)容的分級擴展，保證了同時在低高帶寬下的最佳畫面質(zhì)量。

2. 嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）

　　目前很多監(jiān)控系統(tǒng)采用 Windows操作系統(tǒng)，因為Windows提供大量的圖形界面，有各種外部設備及應用程序，所以系統(tǒng)的開發(fā)就輕易很多。但Windows系統(tǒng)龐大復雜，占用CPU資源大，外圍硬件較為復雜，穩(wěn)定性、可靠性不如 RTOS系統(tǒng)。為監(jiān)控專門設計的嵌入式實時操作系統(tǒng)的特點在于系統(tǒng)簡單，去掉了與監(jiān)控無關的功能，減少了出問題的幾率。由于開發(fā)者把握源代碼，可隨時解決硬件沖突及優(yōu)化系統(tǒng)。

四、小結(jié)

　　隨著計算機技術及網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展，世界掀起一股強大的數(shù)字化、網(wǎng)絡化浪潮，對于公安、安防行業(yè)的發(fā)展，必須經(jīng)歷模擬數(shù)字混合的階段，但是最終的趨勢必然是全面數(shù)字化，即視頻在前端進行數(shù)字化、網(wǎng)絡化，采用嵌入式網(wǎng)絡攝像機，利用網(wǎng)絡進行傳輸，采用分布式存儲系統(tǒng)，模塊化結(jié)構(gòu)，完成視頻監(jiān)控任務。