淺談數字化與網絡化錄像以及遠程監控技術

　　一、前言

　　隨著光電信息、微電子、網絡通信、數字視頻、多媒體技術及傳感技術的發展，安防監控技術已由傳統的模擬走向高度集成的數字化、網絡化、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、存儲查詢便捷等優點，因此各種數字視頻技術得到了迅速的發展。傳統的安全防范系統已逐步向以圖像處理為核心的、融合了網絡、傳感、通信技術的數字視頻監控系統過渡。

　　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題，從而使安全防范設備能夠與網絡結合起來，可以利用各種網絡來傳輸信息，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開放的協議，可以將視頻監控系統與安防系統中其它各子系統實現無縫連接，并在統一的操作管理平臺上集中監視、存儲、控制和管理，實現信息資源和軟硬件資源的共享。隨著現代高新技術在安防行業的不斷應用，數字視頻技術的日趨成熟，互聯網寬帶技術的發展，視頻監控系統將朝著前端一體化、視頻數字化、監控網絡化、系統集成化、傳感設備智能化等方向發展。

　　二、數字視頻監控的兩大關鍵技術

　　模擬視頻設備發展至今，已無法滿足人們的更高要求，數字化是必由之路，數字信號是進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、編解碼和網絡技術能較好地克服模擬系統的局限性，其優點首先表現為可在網絡中傳輸視、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和穩定性。其次，利用計算機網絡聯網，無須重復布線。再次，數字化存儲成為可能，經過壓縮的視頻數據可存儲在磁盤陣列中或保存在光盤中，查詢方便快捷。實現視頻監控的數字化要解決兩個關鍵技術，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，視頻數據壓縮技術是數字化的關鍵。一般的壓縮方式主要是通過減少每幀圖像間時間上和空間上的冗余性和相關性信息來減少數據量。目前，常用的壓縮方案有H.263、H.264、MPEG—1、MPEG—2、MPEG—4、JPEG、小波等。

　　二是視頻數據的實時同步傳輸技術。數字視頻監控系統中的視頻數據往往需要實時處理，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，對時間十分敏感，因此必須確保數據的實時性和同步性。

　　三、網絡型嵌入式硬盤錄像機

　　網絡型嵌入式硬盤錄像機是集數字化與網絡化錄像及遠程監控技術于一體的數字視頻監控設備，它集成了矩陣、畫面分割器、錄像機、遠程控制等諸多功能，將網絡技術引入安防監控行業。而嵌入式硬盤錄像機是指建立在嵌入式處理器和嵌入式操作系統上，面向特定的用戶群所設計開發的安防監控產品，具有穩定、高效等特點。網絡型硬盤錄像機的功能主要為：視音頻信號的實時全硬件同步壓縮、壓縮數據流存儲在硬盤上、實時視頻和聲音預覽、視音頻信號的切換，攝像機和云臺控制、本地錄像文件回放，實時網絡傳輸，遠程文件回放和下載，支持流協議(RTP/RTCP、RTSP)，支持IE瀏覽和雙向語音對講等。

　　四、應用案例

　　這里我們舉二個應用上面技術的成功案例。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絡化錄像及遠程監控技術的監控平臺，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。該系統由大立科技自主研發的紅外熱成像儀、網絡型嵌入式硬盤錄像機、網絡傳輸設備、后端管理存儲設備等部分組成。它可以利用可見光和紅外兩種技術實現全天時、全天候監控，通過多種傳輸手段實現監視監控，使后端監控中心能夠直觀、實時地掌控現場情況，即使在夜間、霧天、煙霧、樹林等條件，也可以清晰地顯示現場情況，并可在監控中心操縱前方設備，進行重點監控。目前該系統已廣泛用于國防、公安、消防、森林防火、交通管理、重點設施保衛、海邊防監控、港務監管、機場監管、堆場倉庫火災預警等領域的全天時、全天候監控。

　　案例一：某市森林防火監控系統

　　隨著森林保護和林業建設的不斷發展，林地面積、林業蓄積量逐年增加，防火任務日益艱巨。森林火災是林業重要災害之一。森林火災具有突發性、災害發生的隨機性、短時間內能造成巨大損失的特點。因此一旦有火警發生，必須以極快的速度采取撲救措施，撲救是否及時，決策是否得當，大都取決于對林火的發現是否及時，分析是否準確合理，決策措施是否得當。為此無論國內、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”，真正做到早發現，早解決。采用先進技術，用高科技手段來加強森林防火工作，在最短的時間內做出決策和調度，從而為森林滅火贏得寶貴時間，最大限度地減少損失是森林防火管理發展的必然趨勢。

　　當火災發生后，尤其是森林火災的情況下，火焰產生的煙霧很大，往往遮蓋了真正的著火點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，可有效地發現真正的著火點，以及火災的蔓延趨勢，因此，可用于指揮救火，盡量減少經濟、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，經常會出現死灰復燃的情況。紅外熱像儀可通過監控火災后森林地表的溫度，及時發現地表溫度的異常，確定地下火可能存在的地點。

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

　　監控中心由監控工作站、矩陣控制主機、電視墻、硬盤錄像機等設備組成，監控工作站的圖像數據接入分局網絡，系統采用TCP/IP協議，網內經授權的任何一臺計算機均能監控各監控點的信息，系統采用模塊化結構，具有良好的可擴充性，可隨時增加撤減監控點。 監控中心實現錄像和視頻數字化、網絡化，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極其重要的意義。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當面情況，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。采用先進技術，用高科技手段來加強邊境、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事件的發生是邊防視頻監控系統發展的必然趨勢。由于一般的偽裝是以防可見光觀測為主。犯罪分子作案通常隱蔽在草叢及樹林中，野外環境的惡劣及人的視覺錯覺，容易產生漏判、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接受目標自身的熱輻射，人體和車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，也不容易產生錯誤判斷。紅外熱成像系統能從雜亂的背景和樹叢之中識別目標，并且還能透過灰塵、云層、煙、煙霧、薄霧、小雨看清目標，提供詳細的環境信息。其監視的效率高于原來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)和監控中心，圖3是網絡結構圖。監控前端(監控點)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焦距可見光攝像頭各一臺，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用防護罩，紅外熱成像儀及可見光攝像頭共用一個云臺。監控前端的任務就是負責所轄區域視頻信號采集、存儲及控制的實現，包含設備還有嵌入式硬盤錄像機、數字光端機、太陽能供電設備、避雷設備等。監控中心由監控工作站、矩陣控制主機、電視墻、網絡交換機等設備組成，監控工作站的圖像數據接入軍區網絡，系統采用TCP/IP協議，網內經授權的任何一臺計算機均能監控各監控點的信息，系統采用模塊化結構，具有良好的可擴充性，可隨時增加撤減監控點。網絡傳輸是利用軍隊專用的2M二次群線路，采用MPEG-4視音頻同步壓縮技術實現動態圖象監視。各邊防團、營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查看和控制。