淺談視頻監控系統聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

　　視頻監控系統是安防系統一個(gè)非常重要的組成部分，在國內發(fā)展應用已有20多個(gè)年頭，隨著(zhù)社會(huì )高速發(fā)展的腳步以及電子技術(shù)日新月異的變化，視頻監控系統已從純模擬、電纜傳輸的小型系統發(fā)展到現在光纖傳輸、模數結合乃至全數字的大型系統。由于社會(huì )治安形勢的日益嚴峻，還將會(huì )有更大規模的組網(wǎng)系統出現。 用戶(hù)的需求總是超前的，這也推動(dòng)了技術(shù)上的發(fā)展，根據用戶(hù)在實(shí)際業(yè)務(wù)上的要求以及當前技術(shù)可實(shí)現的手段，對不同階段的產(chǎn)品有不同的組網(wǎng)方式，在這里作簡(jiǎn)要介紹。

　　模擬視頻監控系統間的控制互連

　　90年代初，模擬監控應用迅速發(fā)展，當時(shí)視頻監控系統的設備價(jià)格較高，主要由政府部門(mén)投資，應于交通、治安、國家安全等方面，還沒(méi)有普及到民用領(lǐng)域。這里所說(shuō)的民用主要是指應用于小區、樓宇、廠(chǎng)礦等。

　　對于一個(gè)較大型的城市，其交通和治安監控只設一個(gè)視頻監控交換中心不太現實(shí)，不管是從行政管理還是傳輸鏈路考慮都需要分級管理。

　　從行政管理來(lái)看，有市級總部，也有各區的分支機構，日常業(yè)務(wù)都需要以各區為主自行處置，總部要能了解各區的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，在重大事件時(shí)總部給予統一指揮調度。

　　從傳輸鏈路來(lái)看，視頻電纜的傳輸距離是有限的，距離越長(cháng)，視頻信號損耗就越大，為保證圖像質(zhì)量，傳輸距離要盡量地短。即使有了光纖傳輸技術(shù)，也需考慮光端機和光纜線(xiàn)路敷設的投資，不管是采用架空或者管道敷設，傳輸線(xiàn)路投入都是非?？捎^(guān)的，往往線(xiàn)路投入比設備投入要多得多。

　　所以綜合上述兩個(gè)因素，對于城市視頻監控系統的建設需采用“分區建設、資源共享”的原則。要達到這個(gè)目的就需要對總部與分區視頻監控系統間進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。

　　系統間的聯(lián)網(wǎng)主要建立在兩個(gè)方面的信號互連，一是視頻信號，二是控制信號。在模擬方式距離較短的情況下，視頻信號可以采用增加放大器、使用較粗的視頻線(xiàn)纜來(lái)傳輸，控制信號使用采用RS485的方式應可滿(mǎn)足800米左右線(xiàn)路距離的聯(lián)網(wǎng)傳輸。如有以太網(wǎng)條件的情況下，也可使用網(wǎng)絡(luò )編解碼器作為視頻和控制信號傳輸的手段，稱(chēng)之為“網(wǎng)絡(luò )光端機”，但其傳輸質(zhì)量有可能會(huì )受到網(wǎng)絡(luò )狀況的影響。當然最理想的方法是使用光端機經(jīng)由專(zhuān)有的光纖路由來(lái)傳輸視頻和控制信號，目前來(lái)講視頻和控制信號復用的光端機技術(shù)日趨成熟，國產(chǎn)化程度很高，基于一根光纖可以傳輸多路視頻、數據和以太網(wǎng)絡(luò )，而且造價(jià)越來(lái)越低。由此可見(jiàn)，信號傳輸的技術(shù)和方式很多，關(guān)鍵是看有什么樣的線(xiàn)路資源。

　　本文主要討論控制信號聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題，下面介紹在不同時(shí)期基于模擬視頻監控矩陣的幾種控制聯(lián)網(wǎng)解決方案。

　　無(wú)控制聯(lián)網(wǎng)功能視頻矩陣主機間的單向聯(lián)網(wǎng)

　　這種情形如只依靠原視頻矩陣主機來(lái)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)是不可能的，只能在兩矩陣之間增加轉發(fā)設備如轉發(fā)服務(wù)器，在轉發(fā)服務(wù)器上運行定制的軟件，用于轉發(fā)控制指令，實(shí)現矩陣間的控制連接，轉發(fā)服務(wù)器可放置于主控一起，可通過(guò)串口擴展的方式連接一臺或多臺受控矩陣，早期的矩陣上只有低速的RS232或RS485的受控端口，對于串口的遠距離傳輸以及被控矩陣輸出到主控矩陣的視頻信號都可根據現有路由資源采用上面前面描述的任一鏈路傳輸方式。

　　為了實(shí)現控制聯(lián)網(wǎng)，除轉發(fā)服務(wù)器上要運行特制軟件外，主控矩陣本身也要配合做些底層開(kāi)發(fā)，需要有通信端口與轉發(fā)服務(wù)器相連。

　　舉例來(lái)說(shuō)，一般主控矩陣本身接入的圖像不會(huì )超過(guò)1000個(gè)，對被控矩陣圖像的切換編號就從1001開(kāi)始，有一個(gè)偏移量1000，對于第二個(gè)被控矩陣也可以根據矩陣輸入量的大小加上不同的偏移量，對于主控矩陣來(lái)說(shuō)，只要接受到鍵盤(pán)輸入的超過(guò)編號1000的切換指令，會(huì )進(jìn)行如下幾個(gè)動(dòng)作來(lái)完成整個(gè)切換過(guò)程：

　　主控矩陣從本機的特定接口向轉發(fā)服務(wù)器發(fā)送切換指令:

　　1、轉發(fā)服務(wù)器接收到指令后，會(huì )分析這個(gè)編號的范圍屬于哪個(gè)被控矩陣，然后經(jīng)傳輸路由向被控矩陣發(fā)送切換指令;

　　2、轉發(fā)服務(wù)器還會(huì )發(fā)出一條指令反控主控矩陣，將從被控矩陣傳來(lái)的視頻從主控矩陣的輸入端切換到需要的輸出端去，到此完成了整個(gè)切換的過(guò)程。

　　3、對已切換好的圖像進(jìn)行PTZ操作的指令流程比切換要簡(jiǎn)單些，只需執行前面兩步就可以了。實(shí)現這個(gè)功能后，在主控端的鍵盤(pán)上操作主控和被控矩陣的所有圖像就如同操作本地矩陣的圖像一樣，由此單方面(被控到主控)實(shí)現了圖像共享。

　　使用這種方法有幾個(gè)關(guān)鍵難點(diǎn)：

　　1、一般的主控矩陣都沒(méi)有這種特定接口，需要做底層的改進(jìn)研發(fā)，因為要分析鍵盤(pán)上輸入的編號是本地的還是被控矩陣的;
　　2、對于上傳圖像不止一路、被控矩陣數量不止一個(gè)的情形下，轉發(fā)服務(wù)器的軟件相對相應地要復雜一些，涉及到控制口管理、視頻干線(xiàn)選擇管理、路由對應等方面;
　　3、主控和被控矩陣廠(chǎng)家要開(kāi)放其控制協(xié)議;
　　4、無(wú)法有效管理被控矩陣圖像的使用權限和級別，多個(gè)主控操作員同時(shí)使用的情況下可能會(huì )出現搶干線(xiàn)、搶控制，甚至混亂的現象。

　　因此，這種方法只適用于小規模、簡(jiǎn)單的使用要求，最好主控操作就是一個(gè)，只能有一個(gè)人在操作。

　　有控制聯(lián)網(wǎng)功能的視頻矩陣主機間的互聯(lián)

　　這種情形聯(lián)網(wǎng)相對簡(jiǎn)單得多，但僅限于同一廠(chǎng)家聯(lián)網(wǎng)矩陣間的互聯(lián)，不同廠(chǎng)家的矩陣由于各自定義的聯(lián)網(wǎng)協(xié)議不同，無(wú)法實(shí)現異種矩陣直接互聯(lián)。

　　這種聯(lián)網(wǎng)方式最成功的實(shí)例是1996年引入國內的原澳大利亞MAXPRO公司生產(chǎn)的MAX1000系列視頻系統，該公司幾年前已被Honeywell收歸旗下作為其安防主打產(chǎn)品。

　　現以MAX1000視頻系統的互聯(lián)為例，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)便、易用、穩定可靠。其基于以PC為基礎的MX-AT200矩陣控制器，其主控程序加上配置文件(文件不超過(guò)1.2M，當時(shí)在一張1.44M的3.5英寸軟盤(pán)就可以承載)以簡(jiǎn)潔的配置界面，可輕松實(shí)現矩陣間雙向聯(lián)網(wǎng)功能。網(wǎng)絡(luò )中每個(gè)節點(diǎn)的操作員調用網(wǎng)上其它節點(diǎn)的圖像就像操作本節點(diǎn)一樣，即使作為一個(gè)單節點(diǎn)來(lái)使用，MAX1000視頻主機的功能也非常強大，配備了專(zhuān)有豐富的宏語(yǔ)言，工程商可以為不同用戶(hù)的復雜需求進(jìn)行二次定制性開(kāi)發(fā)。 

　　整個(gè)系統包含一個(gè)主控中心、四個(gè)分控中心。主控中心位于該高速公路的中心位置，工程具體實(shí)施時(shí)如果各分控中心所屬區域的前端圖像先傳回分控中心，再由分控中心上傳至總控中心，在光纖路由和光傳輸設備上都將增加不少成本，基于這個(gè)考慮，設計時(shí)在每個(gè)攝像機前端都加一個(gè)視頻分配器，分配后的圖像一路通過(guò)單路視頻加反向數據光端機傳到分控中心，同時(shí)另一路圖像通過(guò)單路視頻光端機直接傳到主控中心。主控中心與各分控中心間沒(méi)有傳統意義上的系統間視頻干線(xiàn)進(jìn)行互連，僅是通過(guò)長(cháng)距離的RS232數據光端機進(jìn)行控制數據的互連。

　　該系統要求各分控中心可獨立管理轄區內圖像，不共享其它分控中心圖像。主控中心要可切可控各分控中心的圖像，并且對圖像的控制優(yōu)先級要比分控中心高?？梢钥闯鲞@是一個(gè)非常規的聯(lián)網(wǎng)方式，主控與分控之間沒(méi)有視頻干線(xiàn)，只有RS232數據的聯(lián)網(wǎng)通道，但主控匯集了所有分控的圖像，所以沒(méi)有圖像切換問(wèn)題，關(guān)鍵只是PTZ控制以及控制時(shí)的優(yōu)先級管理。

　　當時(shí)的解決思路是“虛擬操作員、虛擬鍵盤(pán)”，因為主中心與各前端攝像機間沒(méi)有直連的PTZ控制線(xiàn)，所以只能通過(guò)與分中心間的RS232通信中介來(lái)完成，即當主控的某個(gè)操作員在鍵盤(pán)上切換控制某個(gè)分中心的前端PTZ時(shí)，如同在相應的分中心也有個(gè)虛擬操作員在當地的虛擬鍵盤(pán)上登錄并控制前端，當主中心的操作員操作前端某PTZ時(shí)，實(shí)際上是對應的虛擬操作員在發(fā)PTZ控制碼給某前端。由于兩邊顯示的是同一個(gè)圖像，所以在主控中心看到的操作與本地矩陣控制前端一樣，而且對同一個(gè)前端的控制優(yōu)先級管理也可通過(guò)分控矩陣系統中的不同操作員的優(yōu)先級設置來(lái)實(shí)現(即比較虛擬操作員和本地操作員的優(yōu)先級別)。具體實(shí)現方法是通過(guò)編寫(xiě)宏程序，從主控的RS232串口向分控發(fā)出特定鍵盤(pán)號的模擬鍵盤(pán)碼，分控接到指令后會(huì )將來(lái)自主控的命令當作本地鍵盤(pán)來(lái)看待，實(shí)現分控中心的所有功能。關(guān)鍵是要做好主、分控間操作員、鍵盤(pán)、視頻輸出通道的對應關(guān)系以及某個(gè)系統重啟時(shí)應考慮可能會(huì )出現圖像及控制不對應的邊界問(wèn)題。

　　當然即使在當時(shí)看來(lái)比較先進(jìn)的232串口方式矩陣聯(lián)網(wǎng)也有不足的方面，RS232串口方式聯(lián)網(wǎng)當出現誤碼時(shí)，尤其在使用光端機傳輸的情況下，由于光端機原因出現誤碼會(huì )造成全網(wǎng)控制主機死機;另外，當某個(gè)分控需增加攝像點(diǎn)時(shí)，其它節點(diǎn)如果沒(méi)有事先添加，必須到各個(gè)節點(diǎn)現場(chǎng)進(jìn)行添加，否則無(wú)法調用到該圖像，維護工作量較大。針對這些問(wèn)題，MX-AT200的升級產(chǎn)品也及時(shí)推出了，配置界面從以前的DOS升級為Windows，而且數據可以通過(guò)TCP/IP的方式遠程傳送，但這些改動(dòng)并沒(méi)有改變這個(gè)控制器的底層本身，對于應對迅猛發(fā)展的、有復雜權限和級別要求的視頻聯(lián)網(wǎng)需求時(shí)，還是有些力不從心。

　　基于矩陣控制器的視頻矩陣控制聯(lián)網(wǎng)

　　眾所周知，視頻矩陣系統可分為控制器和矩陣切換兩個(gè)部分，只是以前由于系統規模小或集成的考慮將控制器和矩陣合二為一。為實(shí)現日益復雜的聯(lián)網(wǎng)需求，新一代的矩陣控制器就應運而生了。只要矩陣廠(chǎng)家開(kāi)放協(xié)議，都可以集成到矩陣控制器中實(shí)現聯(lián)網(wǎng)，這樣就具備更多的選擇性和靈活性，控制器負責本地圖像切換、PTZ控制以及聯(lián)網(wǎng)的功能，矩陣只負責圖像的交換。

　　可有兩種方式來(lái)進(jìn)行搭配實(shí)現互聯(lián)互控功能，通過(guò)這樣的方式所有的模擬矩陣都可互聯(lián)互控。

　　對于不含控制器的矩陣 只需配備專(zhuān)用的矩陣聯(lián)網(wǎng)控制器和操作鍵盤(pán)，矩陣聯(lián)網(wǎng)控制器只要集成該矩陣的控制協(xié)議，這樣既可操控本地圖像也可通過(guò)聯(lián)網(wǎng)功能操控其它節點(diǎn)的圖像;

　　對于含控制器的矩陣 一般都帶有專(zhuān)用操作鍵盤(pán)，這也需要配備專(zhuān)用的矩陣聯(lián)網(wǎng)控制器和操作鍵盤(pán)，集成原矩陣控制器的協(xié)議，停用老鍵盤(pán)，使用新鍵盤(pán)操控本地圖像和其它聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)的圖像。

　　數字設備視頻矩陣方式聯(lián)網(wǎng)解決方案

　　最初視頻圖像監控系統主要用于實(shí)時(shí)地監看，輔以磁帶機等長(cháng)時(shí)間錄像來(lái)實(shí)現視頻信號的存儲，但以現在的要求和眼光來(lái)看，磁帶回放圖像的效果簡(jiǎn)直是無(wú)法忍受的，很難基于這些存儲的信息有所作為。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，硬盤(pán)錄像機(DVR)、網(wǎng)絡(luò )錄像機(NVR)都越來(lái)越廣泛地應用于圖像的存儲和管理。

　　由于DVR的設計緊湊，性?xún)r(jià)比高，在一臺工控機或嵌入式機器中可以實(shí)現圖像切換、PTZ控制、數字存儲回放及輔助報警等功能，在某些應用場(chǎng)合并不一定需要有矩陣存在，而僅需一臺硬盤(pán)錄像機就可輕松搞定，比如小區監控，只有出入口和小區內主要道路需要監視，往往只配一臺8路或16路硬盤(pán)錄像機就可實(shí)現較簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)監視、存儲和回放功能，對于小區物業(yè)來(lái)講這是一種性?xún)r(jià)比較高的選擇。

　　NVR是一種新型的視頻系統，設計的理念是采用IP攝像機在任意以太網(wǎng)端口接入到網(wǎng)絡(luò )中，傳輸到中心進(jìn)行存儲和管理。這種設計有諸多優(yōu)勢，但目前IP攝像機本身的效果以及一些物理條件的限制還不能大量推廣。但可借用這樣一個(gè)理念，將目前成熟的標清或高清模擬攝像機通過(guò)專(zhuān)用的編碼器接入到網(wǎng)絡(luò )中，送到中心的磁盤(pán)陣列上進(jìn)行存儲和管理，從另一個(gè)角度講就是一個(gè)編碼和存儲分離的大DVR，但不論從存儲容量、下載速度、并發(fā)調用、整體管理等方面都比DVR有質(zhì)的飛躍。目前市面上已有這類(lèi)成熟的產(chǎn)品付諸應用。

　　對于一些大型的聯(lián)網(wǎng)系統來(lái)講，模擬視頻系統是基礎，在短時(shí)間內還無(wú)法完全由數字視頻系統所取代，那么以模擬視頻系統為主去聯(lián)網(wǎng)數字視頻系統也不可避免。下面就模數結合的聯(lián)網(wǎng)方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。

　　硬盤(pán)錄像機圖像切換控制聯(lián)網(wǎng)

　　對于要共享這類(lèi)應用的圖像資源，一般有兩種方式：

　　一種是將硬盤(pán)錄像機接入到TCP/IP網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)PC客戶(hù)端來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，這種方式固然好但有一定局限性，首先要將以太網(wǎng)延伸至小區，另外，如果要共享的小區很多，且硬盤(pán)錄像機的品牌不一致的話(huà)那就相對復雜些，但目前也有多家公司開(kāi)發(fā)了可調用多種品牌硬盤(pán)錄像機的軟件，可以實(shí)現一些DVR共通的功能。

　　第二種方式是“虛擬矩陣”方式，可以將DVR看作是一個(gè)“虛擬矩陣”，所有當地的圖像就是虛擬矩陣的輸入，硬盤(pán)錄像機都有一個(gè)視頻輸出口，它與VGA的輸出是一致的，可將這個(gè)輸出看作是“虛擬矩陣”的輸出，然后通過(guò)硬盤(pán)錄像機上的串口通道與上位主控矩陣的控制端口相連，實(shí)現控制聯(lián)網(wǎng)。

　　當然，這需要DVR的串口開(kāi)放協(xié)議，支持該功能。另外，就是當遠端主控矩陣在操控時(shí)，當地硬盤(pán)錄像機的VGA輸出也跟著(zhù)變化，因為它們是同一個(gè)輸出源。

　　數字矩陣圖像切換控制聯(lián)網(wǎng)

　　推而廣之，上述“虛擬矩陣”方式可以解決很多實(shí)際的問(wèn)題，也可拓展出新的聯(lián)網(wǎng)思路和使用模式。比如，某個(gè)主控矩陣需要與多個(gè)被控矩陣聯(lián)網(wǎng)達到共享被控矩陣資源的目的，所有的圖像都能通過(guò)主控矩陣上到電視墻上進(jìn)行顯示，而且共享的這些資源都使用NVR系統進(jìn)行存儲，如果按照常規的做法，需要將被控矩陣上傳的圖像接入到主控矩陣，但當被控矩陣數量很多時(shí)，會(huì )造成主控矩陣的規模逐漸擴大，矩陣擴容的投入也逐漸加大，當矩陣的規模超過(guò)一定的量時(shí)，其造價(jià)將不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性增長(cháng)，這樣的話(huà)其投入跟產(chǎn)出的效益是不成正比的。因為主控矩陣所連接的電視墻數量有限，不可能同時(shí)看那么多共享的資源，那么，大多數時(shí)候這些接入的資源和主控矩陣的輸入端口就被閑置了，這就形成了浪費。如果采用“虛擬矩陣”的方法就可以較經(jīng)濟地解決這些問(wèn)題，既實(shí)現了存儲的要求，也能實(shí)現圖像上電視墻調看的需要。

　　實(shí)際的做法是：將所有被控矩陣上傳的圖像都接入到NVR系統中的編碼器，不直接進(jìn)入到矩陣中去，這樣就形成一個(gè)數量相對較大的數字虛擬矩陣輸入端，然后再根據需要配上一定數量的解碼器來(lái)作為這個(gè)數字虛擬矩陣的輸出端。NVR系統本身的管理服務(wù)器將所管轄的編碼器、解碼器模擬成一個(gè)矩陣的輸入端和輸出端，當接受到模擬主控矩陣發(fā)來(lái)的相應的控制指令時(shí)，管理服務(wù)器會(huì )將某個(gè)編碼器的圖像“配對”到某個(gè)解碼器上，實(shí)現模擬圖像的輸出，即作為這個(gè)數字虛擬矩陣的輸出上傳到模擬主控矩陣。這樣根據同時(shí)調看路數的需要，僅需占用模擬主控矩陣非常有限的輸入端口資源，但通過(guò)模擬主控模擬矩陣與這個(gè)數字虛擬矩陣進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)后，就可以調用到所有的共享資源，也能實(shí)現上電視墻的功能，免去了模擬主控矩陣擴容所造成不必要的浪費。

　　在此基礎上還可以再接著(zhù)開(kāi)發(fā)一些更多的增值服務(wù)，如果NVR存儲系統可以提供相關(guān)協(xié)議接口的話(huà)，甚至可以通過(guò)主控矩陣的監控鍵盤(pán)在電視墻上實(shí)現錄像回放的功能，突破模擬矩陣只能看實(shí)時(shí)圖像的功能，使得模擬矩陣的使用更加的多樣和靈活，更快速地響應用戶(hù)的使用需求。

　　綜上所述，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，社會(huì )交通、治安形式的不斷變化，用戶(hù)需求的不斷更新，對視頻監控系統的使用提出了越來(lái)越高的要求和期望，視頻監控系統也發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越大的作用，各行各業(yè)都根據自己業(yè)務(wù)的實(shí)際需要采用不同的模式在建設視頻監控系統，為了不出現重復投資造成資源的浪費，通過(guò)視頻系統之間的聯(lián)網(wǎng)實(shí)現圖像資源的共享是一個(gè)很好的解決途徑。