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   視頻監控業務的發展歷程與現狀

    視頻監控作為安防行業的一個重要技術應用，發展迅速。在國外，視頻監控業務主要為個人用戶提供安全系統方案，基本定位在個人和住宅應用方面。在國內，視頻監控業務主要集中在行業應用，如公安、交通、金融、樓宇等領域，行業用戶已成為國內視頻監控市場的主要增長點。

    視頻監控技術發展至今已經歷了模擬監控技術、數字監控技術和遠程網絡視頻監控技術三個不同的階段。

1．模擬視頻監控技術

    模擬監控技術發展較早，在20世紀90年代以前，視頻監控技術主要以模擬設備為主。模擬視頻監控系統一般由監控前端、傳輸設備、控制設備以及顯示設備幾個部分組成。監控前端一般為模擬攝像機、云臺、聲光電報警設備和雨刷等。傳輸設備一般為傳輸視頻的同軸電纜，遠距離傳輸可采用模擬光纖或者利用光端機進行傳輸?？刂圃O備主要是視頻切換矩陣，采用鍵盤進行切換和控制，將需要監控的圖像在指定的顯示設備進行顯示。顯示設備主要包括圖像的監視器、報警指示設備等。

2．數字視頻監控技術

    20世紀90年代視頻監控進入數字化階段，隨著計算機和多媒體處理技術的發展，數字視頻壓縮編碼技術被應用到視頻監控系統中，基于PC的多媒體監控系統由此產生。在這類監控系統中，視頻采集和視頻傳輸仍以模擬方式為主，模擬攝像機的圖像信號到達多媒體監控終端后進行數字處理與存儲，隨后通過通信網絡，將這些信息傳到一個或多個監控中心?；赑C的多媒體監控系統通過增加視頻處理卡以增加圖像的輸入路數，采用數字化存儲及視頻解壓縮功能，可以對監控區域進行高清晰度的畫面顯示，使圖像回放時也能達到極高的清晰度。

3．遠程網絡視頻監控技術

    近年來，隨著網絡技術的發展，Internet已經無處不在。遠程網絡視頻監控技術將傳統的模擬視頻、語音信號轉換為數字信號，通過計算機網絡進行傳輸，實現了視音頻信號的數字化、網絡化、應用的多媒體化以及管理的智能化。網絡監控技術集成了數字處理、網絡、計算機、視音頻編解碼以及圖像處理和識別等多種先進技術。

    網絡視頻監控系統由監控系統前端、數字化處理器、網絡傳輸、監控控制系統組成。監控前端和模擬系統一樣由攝像機、云臺、聲光電報警設備和雨刷等設備構成。

    數字化處理器的主要功能是將監控前端采集的模擬圖像信號進行數字化處理，并將數字圖像信號進行壓縮處理，以便減少圖像信號傳輸時所占用的網絡帶寬。

    網絡傳輸主要由網絡傳輸設備組成，如交換機、路由器等。監控系統將現場圖像和報警信號轉換成IP數據包，利用網絡傳輸給控制系統。

    控制系統由監控控制平臺、電視墻及大屏幕系統組成。監控控制平臺可以使用監控系統的各種功能。電視墻及大屏幕系統由網絡解碼器、電視墻、大屏幕組成，它們從網絡接收監控圖像，解碼后輸出到電視墻或者大屏幕上。

    網絡監控系統與傳統的模擬監控系統的比較如表1所示。

  網絡視頻監控關鍵技術介紹

    網絡視頻監控的關鍵技術有很多。下面簡要描述一下信令控制協議、視頻編解碼以及模擬視頻監控系統如何改造為網絡視頻監控系統等幾項關鍵技術。

1．信令控制協議

    由于標準不統一且控制通道和媒體處理不分離，視頻監控業務的開展受到一定的局限性。

（1）標準不統一

    由于視頻監控主要應用于本地監控，國際上并沒有形成相關的標準，視頻監控廠家各自為政，產品之間也沒有采用任何協議來支持互通，各廠商之間甚至廠商自己的產品之間有時

（2）控制通道和媒體處理不分離

    目前很多網絡監控系統主要采用HTTP協議，視頻通過HTTP協議以流媒體方式進行傳輸，沒有區分媒體通道與控制通道，而是采用共用一條HTTP通道。隨著網絡的發展，監控規模的不斷擴大，這對于視頻監控的可管理、大規模運營是極不為利的。

    網絡監控系統進行媒體承載和控制的分離，對于媒體承載部分比較明確，可采用IETF專門為流媒體傳輸制定的協議RTSP（實時流傳輸協議），也可采用IETF為實時視音頻傳輸制定的協議RTP/RTCP（實時傳輸協議/實時傳輸控制協議）。對于視頻監控的控制協議，為視頻監控制定一個專門的協議標準是不太現實的。比較可行的辦法是借用現有成熟穩定的信令控制協議，目前，可以借用的協議是廣泛用于視頻會議、VoIP應用的H.323體系與SIP（會話初始協議）。H.323提供了在基于IP網絡上進行多媒體通信的規范，H.323是一個復雜而龐大的協議族，現階段是視頻應用的主流技術。然而由于其過于復雜，現在正受到基于SIP協議視頻應用的挑戰。IETF提出的SIP是用于建立多方多媒體通信的規范。SIP具備簡單靈活、分布式控制等優點，有望廣泛應用于視頻監控領域。

2．視頻編解碼

    在視頻編解碼技術方面，監控技術主要采用MJPEG、MPEG系列與H.26x系列。MJPEG是基于靜態視頻壓縮的技術，圖像的清晰度比較高，適用于監控應用領域。MPEG系列主要應用于視頻存儲、視頻廣播和視頻流媒體、互聯網或無線網上的流媒體等領域。H.26x系列主要應用于實時視頻通信領域，如可視電話、會議電視等。

    目前視頻編解碼研究的熱點是MPEG-4和H.264，它們采用基于對象的動態壓縮技術，可以獲得更高的圖像壓縮比和帶寬利用率，在400kbit/s左右的碼率下即可實現有效的音、視頻傳輸，隨著碼率的提高可以相應地提高音頻、視頻質量，在2Mbit/s左右時即可達到類似DVD的效果。MPEG-4和H.264被普遍認為是未來視頻編解碼的發展趨勢。

3．如何改造模擬視頻監控系統
 
    隨著網絡視頻監控技術的發展，它必將逐漸占據監控領域的主導地位。但是模擬監控技術經過幾十年的發展，應用非常廣泛，目前仍占據著很大的市場份額。讓模擬監控系統的使用者放棄原有監控系統，重新投資于網絡監控系統是很困難的一件事。如何將模擬監控系統改造為網絡視頻監控系統是亟待解決的問題。

    模擬監控系統向網絡監控系統的改造，從理論上來說，就是改造監控系統的網絡傳輸部分，具體如圖1所示。

圖1  模擬監控系統向網絡視頻監控系統改造

    在監控前端的模擬攝像機處增加網絡設備—視頻服務器，視頻服務器將模擬圖像信號轉換為數字信號，完成視頻數據的壓縮和控制信令在網絡上的傳輸。視頻解碼器完成數字信號接收，將圖像數字信號轉換為模擬圖像信號，送入交換矩陣進行顯示?？刂破脚_主要完成監控系統的控制，傳遞用戶的操作命令。

    從理論上來說，任何模擬攝像機，包括固定攝像機、球形攝像機、帶云臺的攝像機等都可以通過視頻服務器集成到網絡視頻系統中。模擬攝像機和視頻服務器的組合相當于一臺網絡攝像機，因此目前很多廠家都生產出了一體化的IP攝像機。

    模擬視頻監控系統一般有專用的監控室，在這種情況下，同軸電纜已經安裝就位，可以采用在監控室統一將視頻輸出給視頻服務器，以便對視頻服務器進行集中放置、供電和管理。

    監控中心通過視頻解碼器使用現有的模擬監控設備監控網絡視頻系統中的數字化視頻圖像。視頻解碼器將數字化的視頻信號轉化為模擬信號，輸入到交換矩陣，從而能夠在原有的顯示設備上顯示。

   網絡視頻監控技術的發展

    隨著網絡技術和數字處理技術的不斷發展，視頻監控也在向數字化、無線化、監控網絡化、系統集成化和結構模塊化等方向發展。

1．無線網絡視頻監控系統

    無線網絡以其安裝方便、靈活性強、性價比高等特點得到了廣泛應用。無線網絡監控是采用無線的方式將監控前端或客戶端和監控平臺連接從而實現監控。當監控前端位置分散并且距離監控平臺較遠時，用戶采用傳統布線方式臨時建立客戶視頻監控中心的成本較高，如果遇到道路、河流等阻礙時，代價更是不可估計。利用無線傳輸網絡，上述問題就可迎刃而解。無線網絡視頻監控系統結構如圖2所示。

圖2 無線網絡視頻監控系統

    無線網絡視頻監控系統監控前端設備（視頻服務器）一般支持無線傳輸，如果前端設備不支持無線傳輸，則需要配置相關的無線設備完成無線傳輸。監控平臺接入Internet中，前端設備通過無線網絡接入監控平臺?？蛻舯O控中心根據網絡條件、需求等多方面因素可選擇通過Internet或者無線網絡接入監控平臺。用戶可以使用手機或者無線上網設備接入監控平臺觀看視頻監控圖像。

2．基于SIP協議的視頻監控系統

    基于SIP協議的視頻監控系統結構如圖3所示。

圖3 基于SIP協議的視頻監控系統結構

    基于SIP的視頻監控系統采用域管理方式，支持大規模的視頻監控業務。SIP視頻監控系統由以下幾個部分組成。

（1）監控前端

    監控前端可以將監控圖像進行數字化處理，發送到客戶端供用戶觀看。

（2）客戶端

    客戶端是接收視頻監控前端傳輸過來的視頻編碼數據，對編碼數據進行解碼顯示。

（3）代理服務器

    該服務器是一個中間路由元素，具有解析地址的能力，能夠代理監控客戶端向下一跳服務器發出呼叫請求，然后由服務器決定下一跳的地址，最終使客戶端和監控前端建立連接。

（4）注冊服務器

    該服務器對監控前端和客戶端進行身份認證，完成地址的注冊。

（5）定位服務器

    該服務器用來存儲監控前端和客戶端的地址等信息，為其他服務器，如代理服務器、注冊服務器等提供信息查詢。

（6）事件服務器

    該服務器收集并發布系統中監控前端和客戶端的狀態等事件。目前主要有注冊事件、在線事件等。監控前端和客戶端可以通過向事件服務器發送訂閱請求來訂閱相應事件信息，當產生對應事件后，事件服務器則向相應的訂閱者發布事件通知信息。

（7）媒體服務器

    該服務器主要用來保存視頻監控的錄像信息。

    在視頻監控業務中，云臺和鏡頭的遠程實時控制和報警是非常重要的功能，由于SIP協議沒有對監控功能進行定義，所以標準SIP協議不能完成監控的云鏡控制和報警功能，這就需要對SIP協議進行擴展。對SIP進行擴展應該在SIP協議的擴展原則框架下進行。