淺談數字化與網(wǎng)絡(luò )化錄像以及遠程監控技術(shù)

　　一、前言

　　隨著(zhù)光電信息、微電子、網(wǎng)絡(luò )通信、數字視頻、多媒體技術(shù)及傳感技術(shù)的發(fā)展，安防監控技術(shù)已由傳統的模擬走向高度集成的數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化。由于數字信號具有抗干擾能力強、失真小、傳輸不受距離限制、存儲查詢(xún)便捷等優(yōu)點(diǎn)，因此各種數字視頻技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。傳統的安全防范系統已逐步向以圖像處理為核心的、融合了網(wǎng)絡(luò )、傳感、通信技術(shù)的數字視頻監控系統過(guò)渡。

　　圖像的數字化首先是將系統中所有信息流(包括視頻、音頻、探測信號、控制信號等)由模擬轉化為數字信號，數字化從根本上解決了數據壓縮的問(wèn)題，從而使安全防范設備能夠與網(wǎng)絡(luò )結合起來(lái)，可以利用各種網(wǎng)絡(luò )來(lái)傳輸信息，打破了傳統的模擬監控受區域和距離的限制。數字視頻監控系統通過(guò)開(kāi)放的協(xié)議，可以將視頻監控系統與安防系統中其它各子系統實(shí)現無(wú)縫連接，并在統一的操作管理平臺上集中監視、存儲、控制和管理，實(shí)現信息資源和軟硬件資源的共享。隨著(zhù)現代高新技術(shù)在安防行業(yè)的不斷應用，數字視頻技術(shù)的日趨成熟，互聯(lián)網(wǎng)寬帶技術(shù)的發(fā)展，視頻監控系統將朝著(zhù)前端一體化、視頻數字化、監控網(wǎng)絡(luò )化、系統集成化、傳感設備智能化等方向發(fā)展。

　　二、數字視頻監控的兩大關(guān)鍵技術(shù)

　　模擬視頻設備發(fā)展至今，已無(wú)法滿(mǎn)足人們的更高要求，數字化是必由之路，數字信號是進(jìn)行壓縮處理和其它圖像處理的前提。數字視頻監控系統采用數字處理、編解碼和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)能較好地克服模擬系統的局限性，其優(yōu)點(diǎn)首先表現為可在網(wǎng)絡(luò )中傳輸視、音頻及控制數據，不受距離限制，信號不易受干擾，可以大幅提高圖像品質(zhì)和穩定性。其次，利用計算機網(wǎng)絡(luò )聯(lián)網(wǎng)，無(wú)須重復布線(xiàn)。再次，數字化存儲成為可能，經(jīng)過(guò)壓縮的視頻數據可存儲在磁盤(pán)陣列中或保存在光盤(pán)中，查詢(xún)方便快捷。實(shí)現視頻監控的數字化要解決兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，一是視頻數據的壓縮和解壓縮，視頻圖像的信息量是巨大的。例如，1幅640*480中分辨度的彩色圖像(24bit/像素)，其數據量大約為0.9MB，如果以PAL制每秒25幀的速度播放，則數據量之大，是存儲、傳輸都難以承受的，顯然，視頻數據壓縮技術(shù)是數字化的關(guān)鍵。一般的壓縮方式主要是通過(guò)減少每幀圖像間時(shí)間上和空間上的冗余性和相關(guān)性信息來(lái)減少數據量。目前，常用的壓縮方案有H.263、H.264、MPEG—1、MPEG—2、MPEG—4、JPEG、小波等。

　　二是視頻數據的實(shí)時(shí)同步傳輸技術(shù)。數字視頻監控系統中的視頻數據往往需要實(shí)時(shí)處理，另外，聲音與視頻也必須保持同步。作為視頻傳輸這樣的特例，對時(shí)間十分敏感，因此必須確保數據的實(shí)時(shí)性和同步性。

　　三、網(wǎng)絡(luò )型嵌入式硬盤(pán)錄像機

　　網(wǎng)絡(luò )型嵌入式硬盤(pán)錄像機是集數字化與網(wǎng)絡(luò )化錄像及遠程監控技術(shù)于一體的數字視頻監控設備，它集成了矩陣、畫(huà)面分割器、錄像機、遠程控制等諸多功能，將網(wǎng)絡(luò )技術(shù)引入安防監控行業(yè)。而嵌入式硬盤(pán)錄像機是指建立在嵌入式處理器和嵌入式操作系統上，面向特定的用戶(hù)群所設計開(kāi)發(fā)的安防監控產(chǎn)品，具有穩定、高效等特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò )型硬盤(pán)錄像機的功能主要為：視音頻信號的實(shí)時(shí)全硬件同步壓縮、壓縮數據流存儲在硬盤(pán)上、實(shí)時(shí)視頻和聲音預覽、視音頻信號的切換，攝像機和云臺控制、本地錄像文件回放，實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )傳輸，遠程文件回放和下載，支持流協(xié)議(RTP/RTCP、RTSP)，支持IE瀏覽和雙向語(yǔ)音對講等。

　　四、應用案例

　　這里我們舉二個(gè)應用上面技術(shù)的成功案例。案例中的數字視頻監控系統采用的是浙江大立科技的DM-60數字視頻監控系統。DM-60數字視頻監控系統是融合了數字化與網(wǎng)絡(luò )化錄像及遠程監控技術(shù)的監控平臺，該系統集視頻采集、壓縮、遠程傳輸、視頻播放與檢索和報警等功能于一體，并可以融合紅外熱成像技術(shù)。該系統由大立科技自主研發(fā)的紅外熱成像儀、網(wǎng)絡(luò )型嵌入式硬盤(pán)錄像機、網(wǎng)絡(luò )傳輸設備、后端管理存儲設備等部分組成。它可以利用可見(jiàn)光和紅外兩種技術(shù)實(shí)現全天時(shí)、全天候監控，通過(guò)多種傳輸手段實(shí)現監視監控，使后端監控中心能夠直觀(guān)、實(shí)時(shí)地掌控現場(chǎng)情況，即使在夜間、霧天、煙霧、樹(shù)林等條件，也可以清晰地顯示現場(chǎng)情況，并可在監控中心操縱前方設備，進(jìn)行重點(diǎn)監控。目前該系統已廣泛用于國防、公安、消防、森林防火、交通管理、重點(diǎn)設施保衛、海邊防監控、港務(wù)監管、機場(chǎng)監管、堆場(chǎng)倉庫火災預警等領(lǐng)域的全天時(shí)、全天候監控。

　　案例一：某市森林防火監控系統

　　隨著(zhù)森林保護和林業(yè)建設的不斷發(fā)展，林地面積、林業(yè)蓄積量逐年增加，防火任務(wù)日益艱巨。森林火災是林業(yè)重要災害之一。森林火災具有突發(fā)性、災害發(fā)生的隨機性、短時(shí)間內能造成巨大損失的特點(diǎn)。因此一旦有火警發(fā)生，必須以極快的速度采取撲救措施，撲救是否及時(shí)，決策是否得當，大都取決于對林火的發(fā)現是否及時(shí)，分析是否準確合理，決策措施是否得當。為此無(wú)論國內、國外都在預防、減少和控制森林火災方面做了大量的工作。為了貫徹“預防為主，積極撲救的方針”，真正做到早發(fā)現，早解決。采用先進(jìn)技術(shù)，用高科技手段來(lái)加強森林防火工作，在最短的時(shí)間內做出決策和調度，從而為森林滅火贏(yíng)得寶貴時(shí)間，最大限度地減少損失是森林防火管理發(fā)展的必然趨勢。

　　當火災發(fā)生后，尤其是森林火災的情況下，火焰產(chǎn)生的煙霧很大，往往遮蓋了真正的著(zhù)火點(diǎn)以及火災的蔓延趨勢。紅外熱像儀有很強的穿透煙霧的能力，可有效地發(fā)現真正的著(zhù)火點(diǎn)，以及火災的蔓延趨勢，因此，可用于指揮救火，盡量減少經(jīng)濟、人員的損失。

　　而森林火災在地面火被撲滅的情況下，往往還存在地下火的情況，因此，經(jīng)常會(huì )出現死灰復燃的情況。紅外熱像儀可通過(guò)監控火災后森林地表的溫度，及時(shí)發(fā)現地表溫度的異常，確定地下火可能存在的地點(diǎn)。

　　系統設計由兩部分構成：監控前端(監控點(diǎn))和監控中心，圖2是網(wǎng)絡(luò )結構圖。該系統設5個(gè)防火監控前端(監控點(diǎn))，在各監控制高點(diǎn)架設紅外熱成像儀及低照度長(cháng)焦距可見(jiàn)光攝像頭各一臺，覆蓋半徑為1-5km，采用市電及太陽(yáng)能給前端設備供電，配備室外全天候云臺及紅外熱成像儀專(zhuān)用防護罩，紅外熱成像儀及可見(jiàn)光攝像頭共用一個(gè)云臺。監控前端的任務(wù)就是負責各個(gè)林區視頻信號采集和控制實(shí)現，包含的其它設備還有：無(wú)線(xiàn)圖像發(fā)送設備、無(wú)線(xiàn)指令接收設備，數字光端機、太陽(yáng)能供電設備;避雷設備等。

　　監控中心由監控工作站、矩陣控制主機、電視墻、硬盤(pán)錄像機等設備組成，監控工作站的圖像數據接入分局網(wǎng)絡(luò )，系統采用TCP/IP協(xié)議，網(wǎng)內經(jīng)授權的任何一臺計算機均能監控各監控點(diǎn)的信息，系統采用模塊化結構，具有良好的可擴充性，可隨時(shí)增加撤減監控點(diǎn)。 監控中心實(shí)現錄像和視頻數字化、網(wǎng)絡(luò )化，主要的功能是預警、顯示、控制。

　　案例二：某邊防部隊監控系統

　　我國有上萬(wàn)公里的海岸線(xiàn)和邊境線(xiàn)，與多個(gè)國家毗鄰。準確及時(shí)地掌握邊海防區域的軍事情況對于有效保衛祖國的領(lǐng)海和領(lǐng)土，在未來(lái)戰爭中作出快速反應、掌握戰爭主動(dòng)權有著(zhù)極其重要的意義。建立邊海防遠程視頻監控系統，對關(guān)鍵口岸、哨所和敏感地區實(shí)施監控，就能使我軍情報部門(mén)直觀(guān)、及時(shí)地監視邊海防前線(xiàn)的當面情況，提高情報獲取的實(shí)時(shí)性和綜合處理能力，也能有效防止偷渡、出逃、走私、販毒等非法行為。采用先進(jìn)技術(shù)，用高科技手段來(lái)加強邊境、口岸監控，將人防和技防相結合，增加邊境監控體系的科技含量，最大限度地減少突發(fā)事件的發(fā)生是邊防視頻監控系統發(fā)展的必然趨勢。由于一般的偽裝是以防可見(jiàn)光觀(guān)測為主。犯罪分子作案通常隱蔽在草叢及樹(shù)林中，野外環(huán)境的惡劣及人的視覺(jué)錯覺(jué)，容易產(chǎn)生漏判、誤判的現像。DM-60數字視頻監控系統中的紅外熱成像儀是被動(dòng)接受目標自身的熱輻射，人體和車(chē)輛的溫度及紅外輻射一般都遠大于草木的溫度及紅外輻射，不易偽裝，也不容易產(chǎn)生錯誤判斷。紅外熱成像系統能從雜亂的背景和樹(shù)叢之中識別目標，并且還能透過(guò)灰塵、云層、煙、煙霧、薄霧、小雨看清目標，提供詳細的環(huán)境信息。其監視的效率高于原來(lái)人工的巡查監視方式，可大大減少了以往人工巡查監視方式造成的漏查、誤查和失查的現象。系統設計由兩部分構成：監控前端(監控點(diǎn))和監控中心，圖3是網(wǎng)絡(luò )結構圖。監控前端(監控點(diǎn))設在邊防哨所，在邊防哨所的哨塔上架設紅外熱成像儀及低照度長(cháng)焦距可見(jiàn)光攝像頭各一臺，覆蓋半徑為是監控區域而定，一般在1-5km，采用市電及太陽(yáng)能電池給前端設備供電，配備室外全天候云臺及紅外熱成像儀專(zhuān)用防護罩，紅外熱成像儀及可見(jiàn)光攝像頭共用一個(gè)云臺。監控前端的任務(wù)就是負責所轄區域視頻信號采集、存儲及控制的實(shí)現，包含設備還有嵌入式硬盤(pán)錄像機、數字光端機、太陽(yáng)能供電設備、避雷設備等。監控中心由監控工作站、矩陣控制主機、電視墻、網(wǎng)絡(luò )交換機等設備組成，監控工作站的圖像數據接入軍區網(wǎng)絡(luò )，系統采用TCP/IP協(xié)議，網(wǎng)內經(jīng)授權的任何一臺計算機均能監控各監控點(diǎn)的信息，系統采用模塊化結構，具有良好的可擴充性，可隨時(shí)增加撤減監控點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò )傳輸是利用軍隊專(zhuān)用的2M二次群線(xiàn)路，采用MPEG-4視音頻同步壓縮技術(shù)實(shí)現動(dòng)態(tài)圖象監視。各邊防團、營(yíng)分控制中心可根據監控使用的需要，也可對前方的監控現場(chǎng)查看和控制。