一、視頻監控系統的發展
視頻、圖像是對客觀事物形象、主動的描述，是直觀而具體的信息表達形式，是人類最重要的信息載體。特別是在今天的信息社會，隨著網絡、通信和微電子技術快速發展和人民物質生活水平的提高，視頻監控以其直觀、方便和內容豐富等特點，日益受到人們的青睞，監控產品也正經歷著從模擬化向數字化、網絡化的革命。
數字視頻監控系統是以數字視頻處理技術為核心，綜合利用光電傳感器、計算機網絡、自動控制和人工智能等技術的一種新型監控系統。數字視頻監控系統除了具有傳統閉路電視監視系統的所有功能外，還具有遠程視頻傳輸與回放、自動異常檢測與報警、結構化的視頻數據存儲等功能。與數字視頻監控系統相關的主要技術有視頻數據壓縮，視頻的分析與理解，視頻流的傳輸與回放和視頻數據的存儲。視頻是在時間上近似連續的圖像序列。在數字圖像處理中，把照片這類單幅的圖像稱為靜態圖像（簡稱圖像），而把電視圖像這類連續圖像稱為運動圖像或視頻。
視頻監控系統的發展大致經歷了三個階段。在九十年代初以前，主要是以模擬設備為主的閉路電視監控系統，稱為第一代模擬監控系統。九十年代中期，隨著計算機處理能力的提高和視頻技術的發展，人們利用計算機的高速數據處理能力進行視頻的采集和處理，利用顯示器的高分辨率實現圖像的多畫面顯示，從而大大提高了圖像質量，這種基于PC機的多媒體主控臺系統稱為第二代數字化本地視頻監控系統。九十年代末，隨著網絡帶寬、計算機處理能力和存儲容量的快速提高，以及各種實用視頻處理技術的出現，視頻監控步入了全數字化的網絡時代，稱為第三代遠程視頻監控系統。第三代視頻監控系統以網絡為依托，以數字視頻的壓縮、傳輸、存儲和播放為核心，以智能實用的圖象分析為特色，引發了視頻監控行業的技術革命，受到了學術界、產業界和使用部門的高度重視。
視頻監控系統的應用
近年來，視頻監控在各行各業得到廣泛的應用，生活中有小區安全監控，電訊行業有機站監控，銀行系統有柜員機監控，林業部門有火情監控，交通方面有違章和流量監控等等。從功能上講，視頻監控可用于安全防范、信息獲取和指揮調度等方面。
（1） 住宅監控
目前在建造智能大廈和選購住房時，安全防范系統越來越受到人們的重視。現在，只需在現有的家庭微機上增加USB攝像頭和相應的軟件系統，就可實現功能強、價格低、性能可靠的數字化家庭監控系統。系統自動檢測在家中采集到的圖像，當發現異常時，通過Internet和短消息中心向用戶指定的電話號碼發送短消息，并將現場圖像以E-mail方式發送給用戶。用戶收到短消息后通過檢查E-mail就可對家中情況有清楚的了解。此外，用戶出差在外時，也可以遠程登錄到家中計算機，觀看家中安全情況或家人的生活健康狀況。
（2）邊防監控
我國有上萬公里的海岸線和邊境線，與多個國家毗鄰。準確及時地掌握邊海防區域的軍事情況，對于有效保衛祖國的領海和領土，在未來戰爭中作出快速反應、掌握戰爭主動權有著及其重要的意義。建立邊海防遠程視頻監控系統，對關鍵口岸、哨所和敏感地區實施監控，就能使我軍情報部門直觀、及時地監視邊海防前線的真實情況，提高情報獲取的實時性和綜合處理能力，也能有效防止偷渡、出逃、走私、販毒等非法行為。
（3）交通監控
有效的交通管理是我國各大都市面臨的難題。智能視頻交通控制系統能及時提供各路段的車輛流量和路況信息，記錄違章車輛，以便實現準確快速的交通指揮調度，達到充分利用現有的道路資源，提高突發交通事故的處理能力，從而為人們的出行提供快捷舒適的交通服務。
在當前市場一體化和經濟全球化形勢下，企業為了提高競爭能力，紛紛在世界各地建立分支機構。通過遠程視頻傳輸系統，企業管理部門就能隨時觀察到其在各地機構的生產、工作狀況，與電話匯報相比，既直觀真實又方便快捷。
數字多媒體監控管理系統的特點
數字多媒體監控管理系統結合了傳統監控系統技術、計算機多媒體技術、計算機現代通信技術及自動化控制技術，具有一般監控系統無法比擬的優點：傳統的監控系統一般包括了切換、報警及控制功能。而數字多媒體監控管理系統不僅在計算機上實現了這些功能，還使得這些功能變得更加靈活和強大。并且利用現代通信技術，實現了系統之間的通信和集中控制；在切換上實現了全矩陣切換功能及各控制中心之間的視頻交換；在控制上利用串行通信技術，利用二芯線實現整個系統的控制和通信，降低了系統成本，便于工程的布線安裝。
（1） 監控效果更好
確保監控場所內財產和人身的高度安全，提高對災害和突發事件的防御能力。只有計算機能完成這一復雜、艱巨、單一的工作，它不受各種人為的干擾，按部就班地按照預先設置的程序完成每一步工作；在監視外部的同時，對內部保安人員同樣起到監督作用，避免瀆職的發生；數字多媒體監控管理系統中多媒體電子地圖的引入，使監控布局更加合理，更加直觀，能最大限度地避免疏漏；在傳統報警頭的基礎上，融入最新的視頻報警技術，可靈活機動地安插在視頻覆蓋的任何一個區域。
（2）系統更靈活
數字多媒體監控管理系統率先提出了模塊化管理的思想，將視頻模塊、音頻模塊、報警模塊、云臺和鏡頭的控制模塊、行動輸出模塊、遙控開關模塊等通過計算機將其管理起來，大大減少了工作難度，使施工變得更加簡單。您只需將前端設備接到所對應的功能模塊接線端子上，再根據用戶的要求和監控現場實際情況，現場就可以生成與之相匹配，真正屬于自己的多媒體監控系統。監控現場情況隨時間的推移，不可能是一成不變的，用戶也許會有這樣那樣的要求。而對于傳統監控系統來說，現場繁雜的接線是不可思議的，任何一種變更都要花費很大的精力和物力，是任何一家工程商都不愿意接受的。但對于數字多媒體監控管理系統來說，它將這一繁雜的事物變得簡單不能再簡單，你只需根據客戶要求將關聯模塊重新設置一下就可以了，最多花費你幾分鐘的時間，徹底免去你重新查線的煩惱。如果用戶有一定的能力，也許只需拔通一個電話就可完成，充分發揮了系統自身的靈活性。
（3）可實現網絡化管理
網絡是在計算機的基礎上建立發展起來的，在信息高速公路蓬勃發展的今天，單一傳統的監控系統因其通用性差，不易擴展，不能網絡化等致命缺點，勢必會被歷史所淘汰。現代大型企業，諸如集團公司、連鎖企業、商場、銀行、郵電、電力等信息交流廣泛的企業和部門，對管理提出了更高一層的要求。數字多媒體監控管理系統建立起以計算機為中心的監控平臺，為今后向網絡化發展奠定了堅實的基礎。
（4）可實現智能化控制
采用計算機為控制中心，通過系統軟件實現控制界面的可視化，控制環境的多媒體化，可以方便地實現靈活機動的智能化控制。在保證監控設備正常運轉的同時，一旦報警信息讀入，能及時準確地做出反映。采取正確的處理行動，不是靠監控人員熟練的操作，臨危不亂的心理素質和驚人的記憶力來完成的。傳統系統視頻切換、音頻切換、鏡頭云臺控制、報警讀入、行動輸出等，相互之間是獨立的，是象搭積木一樣疊加成的，相互之間靠線連接在一起，一旦聯動模式選定，就不能隨便修改，連線十分復雜，不易維護，一旦有報警輸入，需要操作人在極短的時間內完成一系列操作，對于七、八個點的小系統來說還可以實現，對于大、中系統來說是不可思議的。只有用數字多媒體監控管理系統，以計算機為核心實現智能化管理，將這五大部分有機地結合，靠計算機來分析、統計、處理，完成預定的每一步操作，才能真正做到臨危不亂。
數字監控與傳統監控的優勢比較
（1）便于計算機處理
由于對視頻圖像進行了數字化，所以可以充分利用計算機的快速處理能力，對其進行壓縮、分析、存儲和顯示。通過視頻分析，可以及時發現異常情況并進行聯動報警，從而實現無人值守。
（2）提供遠程訪問能力
數字信息抗干擾能力強，不易受傳輸線路信號衰減的影響，而且能夠進行加密傳輸，因而可以在數千公里之外實時監控現場。用戶通過一個網絡連接到他們的數字視頻服務器，在他們選擇的PC計算機上觀看到所需的視頻圖像，連接的網絡既可是局域網也可是廣域網，也可以是一個通過電話線的撥號網絡（一個Modem連接到單臺計算機或連接到Internet）。而模擬系統則是不可能遠程觀看視頻圖像的。
（3）便于查找
在傳統的模擬監控系統中，當出現問題時需要花大量時間觀看錄像帶才能找到現場記錄；而在數字視頻監控系統中，利用計算機建立的索引，在幾分鐘內就能找到相應的現場記錄。
（4）提高了圖像的質量與監控效率
利用計算機可以對不清晰的圖像進行去噪、銳化等處理，通過調整圖像大小，借助顯示器的高分辨率，可以觀看到清晰的高質量圖像。此外，可以在一臺顯示器上同時觀看16路甚至32路視頻圖像。
（5）系統易于管理和維護
數字視頻監控系統主要由電子設備組成，集成度高，視頻傳輸可利用有線或無線信道。這樣，整個系統是模塊化結構，體積小，易于安裝、使用和維護。采用數字視頻監控系統，故障率大大降低。而視頻錄像帶則易遭破壞或磨損。此外，數字視頻監控系統的運行是完全自動的，不需要人去介入。即使發生電源故障，數字視頻監控系統具有的自舉（reboots）功能將能繼續電源中斷時所做的事情。
（6）取消了視頻錄像帶
與記錄在視頻錄像帶上不同，數字視頻監控系統是將視頻圖像記錄在視頻服務器中的計算機硬磁盤上，其最大優點是既能夠提高存儲圖像的清晰度又能夠快速檢索到所存儲的圖像。作為對比資料，普通制式錄像帶存儲圖像的分辨率一般為240線，最高也就300線，這與前端攝像機具有480線的圖像分辨率顯得不相稱，致使從錄像帶放出圖像往往不夠清晰，影響到使用的效果。相反，記錄在硬磁盤上圖像的分辨率能夠達到近500線，圖像的清晰度高。為了能看到你感興趣的視頻圖像，僅需鍵入需要的時間值和攝像機號后，幾秒鐘后通過搜索硬磁盤即可將結果顯現在計算機的顯示器屏幕上，根據需要，你可打印它、在網上作E-mail發送，也可將其繼續保存在硬盤，或者從硬盤中將其刪除。
正是由于數字視頻監控具有傳統模擬監控無法比擬的優點，而且符合當前信息社會中數字化、網絡化和智能化的發展趨勢，所以數字視頻監控正在逐步取代模擬監控，廣泛應用于各行各業。
數字式監控系統的構建
一種構成數字式電視監控系統的可能結構如圖1所示，它由硬盤錄像機、圖像切換裝置和網絡傳輸接口三部分構成，具有多畫面處理、錄放像、矩陣控制、探測報警、遠程傳輸等多種功能，為此需要在PC機平臺上集成以下三類板卡，并應有USB或IEEE1394接口，以實現數據的快速交換。
1 圖像輸入、壓縮及處理板塊
（1）如果采用的是新型數字式攝像機，則其輸出的是圖像數據流VS（Video Streaming），可以直接與PC機快速進行數據交換，將視頻圖像輸入到PC控制主機中。
（2）如果采用的是模擬式CCD攝像機，則首先要經過系統的視頻接口及處理模塊，逐次從多路輸入中選出一路進行A/D轉換，并壓縮成MPEG標準數據后予以存儲。這樣對于16路圖像掃描輸入速度，因有各路間的采集切換時間和系統開銷，故速率一般為每路每秒數幀，但也有每秒25幀的實時產品。圖像畫面大小和清晰度有320×240、640×480及720×576等多種。
（3）在對圖像顯示速度要求不高的場合，也可采用價格低廉的CMOS數碼照像機，新型機種的分辨率已能達到640×480，視其內快閃存儲器容量的大小，存儲圖片的數量可達數百張之多。
2 切換控制板塊
其功能是通過軟件來控制攝像機輸入圖像的切換，并按需要將切換圖像送往各指定的顯示器上。有模擬切換和數字切換兩種不同的技術層次，數字切換可得到更好質量的圖像，但因要采用有多個處理器并行處理的高速專用芯片，故其費用要比模擬切換貴很多。在以芯片實現切換控制之后，便可通過將分割顯示圖像數據流送往不同顯示器的VRAM之中，循環刷新來達到顯示的目的。此外，從理論上講，還可以在圖像輸入采集切換與輸出顯示之間引入同步控制機制來實現。
圖像的記錄采用硬盤錄像機，它不僅有500線以上的錄像分辨率和巨大的存儲空間，更能實現圖像或報警事件的快速檢索，是一種理想的將存儲、分割、顯示集于一身的數字化裝置，其操作系統除了Windows外，還可采用Linux、RTOS、FreeBSD等操作系統，以便提高硬盤錄像機的可靠性和簡化操作的復雜性。
3 網絡連接與遠程傳輸板塊
早期的視頻圖像遠程傳輸和聯網一般都是基于計算機之間的低層控制通訊網絡，如RS232/RS485通信協議，由于RS232/RS485通信協議沒有路由功能，因此只能做到點到點的連接，另外，RS232/RS485通信協議也沒有糾錯功能，因此在發生通訊錯誤時，聯網功能就失敗。因此新型的遠程視頻圖像傳輸需要改進為通過LAN傳輸聯網的系統。
對于CCTV而言，要求的是全數字的視頻信息聯網，數字CCTV主機相當于一個網絡視頻服務器，所有對視頻的需求都由視頻服務器控制和完成。當前由于視頻壓縮技術的發展和LAN及Internet的普及，網絡帶寬成本正在下降，千兆以太網及高端路由器產品使局域網與廣域網的界限也越來越模糊，同時帶有IP地址的LAN接口攝像機、編解碼器、硬盤錄像機等也已經出現，這使得有可能建立視頻信息網。
每一個視頻信息網對外表現為一個視頻網站，有IP地址，通過網關或路由器即可接入Internet，這樣就可供其它遠程用戶訪問。視頻信息網對內表現為專用網，由視頻服務器、鍵盤、編解碼器等組成，帶LAN接口的攝像機、編解碼器等可直接連接到LAN上，而模擬式的CCD攝像機則需經過編碼器才能掛到網上。
典型的監控系統
（1）VSAM
在1996年至1999年間，美國國防高級研究計劃局（DARPA）資助卡內基梅隆大學、戴維SARNOFF研究中心等著名大學和公司合作，聯合研制了視頻監視與監控系統VSAM，目標是開發自動視頻理解技術；用于實現未來戰爭中人力監控費用昂貴、非常危險或者人力無法實現等場合的監控。
VSAM是一個戰場監控系統，目前處于試用階段，主要功能包括：
（1）融合多種類型的傳感器，對監控地區進行全方位的晝夜監控。信號采集設備有攝像機、音頻采集頭、紅外和微波報警探測器、溫度探測器、電流電壓數據采集器等。可遙控操作設備包括電動三可變鏡頭、全方位云臺、室外電控防護罩、電控自動門、射燈開關等。
（2）具有先進的視頻分析處理器。不但能檢測和識別異常對象的類型，還能分析與預測人的活動。根據運動對象行為的危害性進行自動提示和報警。
（3）由Internet、Intranet和局域網構成的先進網絡傳輸系統，支持多種通信線路連接。可將圖像信號通過光纜直接傳送到總控中心，在視頻分析基礎上將檢測到的異常情況以文字形式傳送到監控總控制臺。這不僅有效減少了網絡帶寬的壓力，而且操作員只需查看文字信息，一人就可監控網絡上的所有監控點。
（4）使用地理信息和三維建模技術提供可視化圖形操作界面。當視頻分析處理器報告了運動對象、對象類別及位置之后，操作員不僅可以使用虛擬的對象（人、汽車、坦克等）在地理信息界面上進行標記，而且還能在輔助窗口觀察對象的真實活動情況。
（5）機載航空攝像機不需要經常性的人工操縱就能自動對準地面監視目標，實現對重要目標的長時間監視；自動協調多個圖像傳感器無縫接入，實現整個戰場場景的監視。 因此，VSAM不但能進行一般性的軍事安全監控，如軍事基地、軍械彈藥庫和邊海防線的監控；而且能夠進行局部戰爭戰場的實時監控，如敵方軍力部署及調動情況等。
2）DVR
DVR是Digtal Video Recoder的縮寫，譯為數字視頻錄像機或硬盤錄像機，隨著數字化改造的浪潮不斷深入人心，DVR已經成為視頻監控領域一個灸手可熱的產品，一夜之間全國冒出了上百家生產銷售DVR的廠商，大有一統整個監控市場之勢。但是DVR是真正意義上的數字多媒本監控系統嗎？能真正取代現在的監控系統嗎？許多同行都面臨這樣的困惑，讓我們來看看監控要解決什么樣的問題，其實監控是一個綜合的系統，核心內容側重的是數據的安全，我們這里講的數據是一個數據流的概念，即包括常規的通訊數據流，又包括了視頻流和音頻流，無論是傳統模擬的監控系統和數字化監控系統都要以此為核心，針對不同的功能模塊做系統整合，通過切換、報警、控制、存儲等等功能實現來滿足用戶的需求。而DVR核心問題是解決視頻的數字化壓縮和存儲，系統功能也只僅僅滿足了監控“監”的一部分需求，對“控”的內容相對比較薄弱和欠缺。監控本身是一個系統，絕不能只強調某一功能，而忽略其它相關功能模塊，這樣就不能達到監控是為了數據安全服務這一根本目的。
目前的DVR恰恰是只強調了視頻的數字化而忽略了許多更為重要的功能模塊。在實際應用當中你往往會遇到這樣或那樣的問題，需要靠其他監控設備來彌補這樣或那樣的不足，在實際應用的監控系統中DVR只起到了錄像機的作用，DVR只是滿足了監控的部分功能需求，在系統應用中帶有很大的局限性。例如DVR大部分應用是銀行柜員機監控，但柜員機監控本身是銀行監控系統的一部分，可以這么講，DVR只是數字多媒體監控的一部分，其實在另外一個層面，雖然現在許多DVR廠商在產品中加入云臺控制、報警輸入輸出等相關功能，看似是一個完整數字監控系統，但追究其本質，我們會發現許多DVR所不能解決的問題，報警還僅是開關量的輸入，不符合行業要求的四態報警，無法解決對于大路數矩陣切換，無法輸出和組合電視墻，無法構成多級監控網絡等等。我們不排除DVR會向數字多媒體監控發展，但要真正實現還需要一個過程，目前的DVR只是數字監控系統發展的最初階段；僅是數字監控的一部分，也只是數字多媒體監控的一部分。
數字視頻監控的意義
用計算機作為監控的中心，并且把多媒體技術、網絡技術、視頻技術應用到監控上，已經完全超越出傳統保安監控的范疇，所引入的思想理念帶動了高新技術的發展和社會的進步，是一次里程碑的飛越，具有深遠的現實意義：
（1）可觀的經濟效益
數字視頻監控系統的遠程訪問能力為業主和經理提供了一個商業管理工具，可用于貴重物品的管理和重要人員的有效時間管理。一天24小時的遠程可視能力也改善了監控系統值班人員的生活質量。這樣，使得數字視頻監控系統的潛在市場要比模擬視頻監控系統大得多。餐飲業、銀行業、老年銀發族護理、嬰幼兒看護業都需要這種遠程訪問數字視頻監控系統。有了它，作為白領階層如果無法經常在家照顧父母，只要將其PC機插入任何電話線，再撥通受口令保護的自己的數字視頻服務器，就可以在外實時看到家里所發生的一切。
（2） 強大的威懾力
“安全的可靠的監控系統通過計算機智能化管理，使報警布局更加趨于合理。計算機將安防工作做得有條不紊，避免了任何疏漏，并充分利用多媒體特性，結合實時捕捉、視頻報警、硬盤錄像等技術，使防范工作更安全，更周到，更方便，對罪犯起到了強大的威懾力，能更有效地防止犯罪；嚴密的計算機監控網絡，跨越地域時空，實時跟蹤每一個監控現場；迅速的反映能力，能更有效地打擊犯罪。”
（3） 減輕保衛強度
保衛工作看似簡單，但很繁瑣，艱巨，責任重大。黃金眼多媒體監控管理系統的高度智能化，進一步把保衛人員從枯燥無味的工作中解脫出來，在提高安全性的同時，減輕了工作強度：其獨特的網絡功能，免去了領導安全檢查的辛勞；結合可視化編程技術，良好的操作界面，提高操作員的操作興趣，更加有利于人機配合監視，提高安全性。
（4） 進一步奠定發展的基礎
二十一世紀是監控系統全面進入到計算機網絡的時代，廢棄傳統系統，選擇以計算機核心的多媒體監控管理系統，為今后向更高、更遠的發展奠定了基礎。基于計算機，我們可以不斷地將最新、最好的科技引進來，更有利于與時代接軌。將目前監控僅用于安防的目的，向更高的更遠的方面發展，融合環境監測、消防安全、自動化控制、網絡通訊、智能管理等多方面，使之成為一個整體，相互依托，勢必會創造出強大的生產力，促進企業的不斷發展。
未來發展與要求
數字視頻監控系統不僅符合信息產業的未來發展趨勢，而且代表了監控行業的未來發展方向，蘊藏著巨大的商機和經濟效益，成為目前信息產業中頗受關注的數字化產品，特別是近年來，隨著技術的進步和社會經濟的不斷發展，客觀上監控系統的準確性、有效性和方便性提出了更高要求。具體地講，主要體現在以下兩個方面：一是需要實施視頻監控的范圍更加廣闊，由傳統的安防監控向管理監控和生產經營監控發展，而且對同一套系統的覆蓋面和實施距離地提出了更高的要求，通俗地說就是要達到點多面廣。二是要求監控系統與管理信息系統、網絡系統結合，實現對大量視頻數據的壓縮存儲、傳輸和自動處理，從而達到資源共享，為各級管理人員和決策者提供方便、快捷、有效的服務。
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