數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化錄像以及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

    一、前言

    隨著光電信息、微電子、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字視頻、多媒體技術(shù)及傳感技術(shù)的發(fā)展，安防監(jiān)控技術(shù)已由傳統(tǒng)的模擬走向高度集成的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。由于數(shù)字信號(hào)具有抗干擾能力強(qiáng)、失真小、傳輸不受距離限制、存儲(chǔ)查詢便捷等優(yōu)點(diǎn)，因此各種數(shù)字視頻技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。傳統(tǒng)的安全防范系統(tǒng)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(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)過(guò)渡。

    圖像的數(shù)字化首先是將系統(tǒng)中所有信息流（包括視頻、音頻、探測(cè)信號(hào)、控制信號(hào)等）由模擬轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字化從根本上解決了數(shù)據(jù)壓縮的問(wèn)題，從而使安全防范設(shè)備能夠與網(wǎng)絡(luò)結(jié)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(tǒng)的模擬監(jiān)控受區(qū)域和距離的限制。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)放的協(xié)議，可以將視頻監(jiān)控系統(tǒng)與安防系統(tǒng)中其它各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，并在統(tǒng)一的操作管理平臺(tái)上集中監(jiān)視、存儲(chǔ)、控制和管理，實(shí)現(xiàn)信息資源和軟硬件資源的共享。隨著現(xiàn)代高新技術(shù)在安防行業(yè)的不斷應(yīng)用，數(shù)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(jiān)控系統(tǒng)將朝著前端一體化、視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化、傳感設(shè)備智能化等方向發(fā)展。

    二、數(shù)字視頻監(jiān)控的兩大關(guān)鍵技術(shù)

    模擬視頻設(shè)備發(fā)展至今，已無(wú)法滿足人們的更高要求，數(shù)字化是必由之路，數(shù)字信號(hào)是進(jìn)行壓縮處理和其它圖像處理的前提。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用數(shù)字處理、編解碼和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能較好地克服模擬系統(tǒng)的局限性，其優(yōu)點(diǎn)首先表現(xiàn)為可在網(wǎng)絡(luò)中傳輸視、音頻及控制數(shù)據(jù)，不受距離限制，信號(hào)不易受干擾，可以大幅提高圖像品質(zhì)和穩(wěn)定性。其次，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，無(wú)須重復(fù)布線。再次，數(shù)字化存儲(chǔ)成為可能，經(jīng)過(guò)壓縮的視頻數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在磁盤(pán)陣列中或保存在光盤(pán)中，查詢方便快捷。實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控的數(shù)字化要解決兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，一是視頻數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)量大約為0．9MB，如果以PAL制每秒25幀的速度播放，則數(shù)據(jù)量之大，是存儲(chǔ)、傳輸都難以承受的，顯然，視頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是數(shù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步傳輸技術(shù)。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻數(shù)據(jù)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(duì)時(shí)間十分敏感，因此必須確保數(shù)據(jù)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(jī)

    網(wǎng)絡(luò)型嵌入式硬盤(pán)錄像機(jī)是集數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化錄像及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)于一體的數(shù)字視頻監(jiān)控設(shè)備，它集成了矩陣、畫(huà)面分割器、錄像機(jī)、遠(yuǎn)程控制等諸多功能，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入安防監(jiān)控行業(yè)。而嵌入式硬盤(pán)錄像機(jī)是指建立在嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)上，面向特定的用戶群所設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的安防監(jiān)控產(chǎn)品，具有穩(wěn)定、高效等特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)型硬盤(pán)錄像機(jī)的功能主要為：視音頻信號(hào)的實(shí)時(shí)全硬件同步壓縮、壓縮數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)在硬盤(pán)上、實(shí)時(shí)視頻和聲音預(yù)覽、視音頻信號(hào)的切換，攝像機(jī)和云臺(tái)控制、本地錄像文件回放，實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸，遠(yuǎn)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(duì)講等。

    四、應(yīng)用案例

    這里我們舉二個(gè)應(yīng)用上面技術(shù)的成功案例。案例中的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用的是浙江大立科技的DM-60數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。DM-60數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是融合了數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化錄像及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的監(jiān)控平臺(tái)，該系統(tǒng)集視頻采集、壓縮、遠(yuǎn)程傳輸、視頻播放與檢索和報(bào)警等功能于一體，并可以融合紅外熱成像技術(shù)。該系統(tǒng)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(jī)、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、后端管理存儲(chǔ)設(shè)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(xiàn)全天時(shí)、全天候監(jiān)控，通過(guò)多種傳輸手段實(shí)現(xiàn)監(jiān)視監(jiān)控，使后端監(jiān)控中心能夠直觀、實(shí)時(shí)地掌控現(xiàn)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(xiàn)場(chǎng)情況，并可在監(jiān)控中心操縱前方設(shè)備，進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。目前該系統(tǒng)已廣泛用于國(guó)防、公安、消防、森林防火、交通管理、重點(diǎn)設(shè)施保衛(wèi)、海邊防監(jiān)控、港務(wù)監(jiān)管、機(jī)場(chǎng)監(jiān)管、堆場(chǎng)倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)預(yù)警等領(lǐng)域的全天時(shí)、全天候監(jiān)控。

    案例一：某市森林防火監(jiān)控系統(tǒng)

    隨著森林保護(hù)和林業(yè)建設(shè)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(zāi)是林業(yè)重要災(zāi)害之一。森林火災(zāi)具有突發(fā)性、災(zāi)害發(fā)生的隨機(jī)性、短時(shí)間內(nèi)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(dāng)，大都取決于對(duì)林火的發(fā)現(xiàn)是否及時(shí)，分析是否準(zhǔn)確合理，決策措施是否得當(dāng)。為此無(wú)論國(guó)內(nèi)、國(guó)外都在預(yù)防、減少和控制森林火災(zāi)方面做了大量的工作。為了貫徹“預(yù)防為主，積極撲救的方針”，真正做到早發(fā)現(xiàn)，早解決。采用先進(jìn)技術(shù)，用高科技手段來(lái)加強(qiáng)森林防火工作，在最短的時(shí)間內(nèi)做出決策和調(diào)度，從而為森林滅火贏得寶貴時(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(shì)。

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

    而森林火災(zāi)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(xiàn)死灰復(fù)燃的情況。紅外熱像儀可通過(guò)監(jiān)控火災(zāi)后森林地表的溫度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)地表溫度的異常，確定地下火可能存在的地點(diǎn)。

    系統(tǒng)設(shè)計(jì)由兩部分構(gòu)成：監(jiān)控前端（監(jiān)控點(diǎn)）和監(jiān)控中心，圖2是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)設(shè)5個(gè)防火監(jiān)控前端（監(jiān)控點(diǎn)），在各監(jiān)控制高點(diǎn)架設(shè)紅外熱成像儀及低照度長(zhǎng)焦距可見(jiàn)光攝像頭各一臺(tái)，覆蓋半徑為1-5km，采用市電及太陽(yáng)能給前端設(shè)備供電，配備室外全天候云臺(tái)及紅外熱成像儀專(zhuān)用防護(hù)罩，紅外熱成像儀及可見(jiàn)光攝像頭共用一個(gè)云臺(tái)。監(jiān)控前端的任務(wù)就是負(fù)責(zé)各個(gè)林區(qū)視頻信號(hào)采集和控制實(shí)現(xiàn)，包含的其它設(shè)備還有：無(wú)線圖像發(fā)送設(shè)備、無(wú)線指令接收設(shè)備，數(shù)字光端機(jī)、太陽(yáng)能供電設(shè)備；避雷設(shè)備等。

    監(jiān)控中心由監(jiān)控工作站、矩陣控制主機(jī)、電視墻、硬盤(pán)錄像機(jī)等設(shè)備組成，監(jiān)控工作站的圖像數(shù)據(jù)接入分局網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議，網(wǎng)內(nèi)經(jīng)授權(quán)的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)均能監(jiān)控各監(jiān)控點(diǎn)的信息，系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可擴(kuò)充性，可隨時(shí)增加撤減監(jiān)控點(diǎn)。 監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)錄像和視頻數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，主要的功能是預(yù)警、顯示、控制。

    案例二：某邊防部隊(duì)監(jiān)控系統(tǒng)

    我國(guó)有上萬(wàn)公里的海岸線和邊境線，與多個(gè)國(guó)家毗鄰。準(zhǔn)確及時(shí)地掌握邊海防區(qū)域的軍事情況對(duì)于有效保衛(wèi)祖國(guó)的領(lǐng)海和領(lǐng)土，在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中作出快速反應(yīng)、掌握戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)有著極其重要的意義。建立邊海防遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)關(guān)鍵口岸、哨所和敏感地區(qū)實(shí)施監(jiān)控，就能使我軍情報(bào)部門(mén)直觀、及時(shí)地監(jiān)視邊海防前線的當(dāng)面情況，提高情報(bào)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(qiáng)邊境、口岸監(jiān)控，將人防和技防相結(jié)合，增加邊境監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。由于一般的偽裝是以防可見(jiàn)光觀測(cè)為主。