視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)探究

郭樂明

[提要]隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、視頻壓縮編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)一直是人們關(guān)注的應(yīng)用技術(shù)熱點(diǎn)之一，它以直觀、方便、信息內(nèi)容豐富、監(jiān)控手段先進(jìn)而得到廣泛的應(yīng)用。因此，本文就視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀、技術(shù)發(fā)展作深入的研究與探討。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)；網(wǎng)絡(luò)；視頻；監(jiān)控技術(shù)

一、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀

隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、視頻壓縮編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)也隨之迅速崛起?，F(xiàn)今廣泛應(yīng)用的有兩種數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)類型方式，一種是以數(shù)字錄像設(shè)備為核心的數(shù)字監(jiān)控錄像系統(tǒng)，另一種是以嵌入式視頻服務(wù)器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

(一)數(shù)字監(jiān)控錄像系統(tǒng)方式。數(shù)字監(jiān)控錄像系統(tǒng)方式通常又分為兩類：一類是基于Pc機(jī)組合的計(jì)算機(jī)多媒體工作方式；另一類是嵌入式數(shù)字監(jiān)控錄像系統(tǒng)方式。

1計(jì)算機(jī)多媒體方式的數(shù)字監(jiān)控錄像系統(tǒng)。數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)日益成熟，計(jì)算機(jī)的廣泛化，為基于PC機(jī)的多媒體監(jiān)控創(chuàng)造了條件。這種新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)的迅速崛起，部分地取代了以視頻矩陣圖像分割器、錄像機(jī)為核心，輔以其它傳送器的模擬視頻監(jiān)控模式，其技術(shù)特征主要表現(xiàn)在：(1)PC機(jī)的多媒體監(jiān)控主機(jī)綜合了視頻矩陣、圖像分割器、錄像機(jī)等的眾多功能，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。(2)由于采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)字多媒體遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控不受距離限制。(3)由于采用大容量磁盤陣列存盤器或光盤存儲(chǔ)器，可以節(jié)省大量的磁帶介質(zhì)，同時(shí)有利于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多媒體信息查詢。

但隨著基于PC機(jī)的視頻監(jiān)控錄像系統(tǒng)的發(fā)展，在實(shí)際工程使用過程中，也暴露出一些不足，主要是系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定性。(1)Pc機(jī)：兼容PC機(jī)用于24小時(shí)不間斷工作時(shí)，其性能是不很穩(wěn)定的，工控PC機(jī)相對(duì)兼容Pc機(jī)的穩(wěn)定性有一個(gè)檔次上的提高，適用于較復(fù)雜的工作環(huán)境。(2)操作系統(tǒng)：基于PC機(jī)的視頻監(jiān)控錄像系統(tǒng)其軟件的實(shí)現(xiàn)是在Windows、Unix、Linux等通用操作系統(tǒng)上的，同時(shí)系統(tǒng)文件、應(yīng)用軟件和圖像文件都存儲(chǔ)在硬盤上，視頻處理必須高密度輸入大量數(shù)據(jù)，同時(shí)硬盤要進(jìn)行多工工作，普通的硬盤邏輯已無法適應(yīng)，以致極易產(chǎn)生系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，造成死機(jī)現(xiàn)象。(3)應(yīng)用軟件：視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件能力上應(yīng)支持多任務(wù)并發(fā)處理，如監(jiān)視、錄像、回放、備份、報(bào)警、控制、遠(yuǎn)程連接等的多工處理能力。(4)視頻采集卡：視頻監(jiān)控錄像系統(tǒng)通常均為多路輸入系統(tǒng)，視頻采集卡可采用多卡方式，也可采用單卡方式。一般說，單卡方式集成度高，穩(wěn)定性會(huì)優(yōu)于多卡方式，很多采用一路一卡的方式很容易形成硬件沖突，其穩(wěn)定性會(huì)有較大的影響。目前市場(chǎng)上也有部分為追求高幀數(shù)而設(shè)計(jì)采用多卡進(jìn)行迭加的多路單卡設(shè)備，但其仍在計(jì)算機(jī)的總線上進(jìn)行傳輸、處理，不可能會(huì)有質(zhì)的飛躍。

2嵌入式數(shù)字監(jiān)控錄像系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，亦即為監(jiān)控系統(tǒng)量體裁衣的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是集軟硬件于一體的可獨(dú)立工作的“器件”。

嵌入式操作系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)的，支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng)極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依靠性、軟件固態(tài)化及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。

(二)嵌入式視頻服務(wù)器方式。嵌入式視頻服務(wù)器的主要原理是視頻服務(wù)器內(nèi)置一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器，采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。攝像機(jī)送來的視頻信號(hào)數(shù)字化后由高效壓縮芯片壓縮，通過內(nèi)部總線送到內(nèi)置的Web服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)用戶可以直接用瀏覽器觀看Web服務(wù)器上的攝像機(jī)圖像，授權(quán)用戶還可以控制攝像機(jī)、云臺(tái)、鏡頭的動(dòng)作或?qū)ο到y(tǒng)配置進(jìn)行操作。

由于把視頻壓縮和Web功能集中到一個(gè)體積很小的設(shè)備內(nèi)，可以直接連人局域網(wǎng)，達(dá)到即插即看，省掉多種復(fù)雜的電纜，安裝方便(僅需設(shè)置一個(gè)IP地址)，用戶也無需安裝任何硬件設(shè)備，僅用瀏覽器即可觀看。嵌入式視頻服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)有如下特點(diǎn)：

1布控區(qū)域廣闊。嵌入式視頻Web服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)的Web服務(wù)器直接連入網(wǎng)絡(luò)，沒有線纜長(zhǎng)度和信號(hào)衰減的限制，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)是沒有距離概念的，徹底拋棄了地域的概念，擴(kuò)展了布控區(qū)域。

2系統(tǒng)具有幾乎無限的無縫擴(kuò)展能力。所有設(shè)備都以IP地址進(jìn)行標(biāo)識(shí)，增加設(shè)備只是意味著IP地址的擴(kuò)充。

3可組成非常復(fù)雜的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。采用基于嵌入式Web服務(wù)器為核心的監(jiān)控系統(tǒng)，在組網(wǎng)方式上與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控和基于PC平臺(tái)的監(jiān)控方式有極大的不同。由于Web服務(wù)器輸出已完成模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換并壓縮，采用統(tǒng)一的協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，支持跨網(wǎng)關(guān)、跨路由器的遠(yuǎn)程視頻傳輸。

4性能穩(wěn)定可靠，無需專人管理。嵌入式Web服務(wù)器實(shí)際上基于嵌入式電腦技術(shù)，采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，又由于視頻壓縮和Web功能集中到一個(gè)體積很小的設(shè)備內(nèi)，直接連入局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，即插即看，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性大大提高，也無需專人管理，非常適合于無人值守的環(huán)境。

5當(dāng)監(jiān)控中心需要同時(shí)觀看較多攝像機(jī)圖像時(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求較高。

6不適合在集中式監(jiān)控系統(tǒng)中使用。

二、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展

前端一體化、視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化是現(xiàn)代視頻監(jiān)控系統(tǒng)公認(rèn)的發(fā)展方向，而數(shù)字化是網(wǎng)絡(luò)化的前提，網(wǎng)絡(luò)化又是系統(tǒng)集成化的基礎(chǔ)，所以，視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的三個(gè)最大特點(diǎn)就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。

(一)數(shù)字化。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化首先應(yīng)該是系統(tǒng)中信息流(包括視頻、音頻、控制等)從模擬狀態(tài)轉(zhuǎn)為數(shù)字狀態(tài)，這將徹底打破“經(jīng)典閉路電視系統(tǒng)是以攝像機(jī)成像技術(shù)為中心”的結(jié)構(gòu)，從根本上改變視頻監(jiān)控系統(tǒng)在信息采集、數(shù)據(jù)處理、傳輸、系統(tǒng)控制等的方式和結(jié)構(gòu)形式。信息流的數(shù)字化、編碼壓縮、開放式的協(xié)議，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)與安防系統(tǒng)中其它各子系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)無縫連接，并在統(tǒng)一的操作平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)管理和控制，這也是系統(tǒng)集成化的含義。

(二)網(wǎng)絡(luò)化。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化將意味著系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)將由集總式向集散式系統(tǒng)過渡。集散式系統(tǒng)采用多層分級(jí)的結(jié)構(gòu)形式，具有微內(nèi)核技術(shù)的實(shí)時(shí)多任務(wù)、多用戶、分布式操作系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)搶先任務(wù)調(diào)度算法的快速響應(yīng)。組成集散式監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)備的配置具有通用性強(qiáng)、開放性好、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、人機(jī)界面友好以及系統(tǒng)安裝、調(diào)試和維修簡(jiǎn)單化，系統(tǒng)運(yùn)行互為熱備份，容鍺可靠等優(yōu)點(diǎn)。

(三)智能化。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化是指“自動(dòng)的分析和抽取視頻源中的關(guān)鍵信息”。智能視頻技術(shù)借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，對(duì)視頻畫面中的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高速分析，過濾掉用戶不關(guān)心的信息，僅僅為監(jiān)控者提供有用的關(guān)鍵信息。

智能視頻監(jiān)控能夠識(shí)別不同的物體，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控畫面中的異常情況，并能夠以最快和最佳的方式提供有用信息，從而更加有效地服務(wù)于社會(huì)。

三、總結(jié)

綜上所述，隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、視頻壓縮編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)必將得到人們更加深入的研究與開發(fā)，以滿足和適應(yīng)社會(huì)的各種需求。

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[責(zé)任編輯：李麗娜]