安防知識：安防行業多級高清視音頻監控系統的實現

        一 、當前視頻監控的現狀與分析
        當前，我國視音頻監控系統發展很快，但綜合來看，仍處于一個監控質量和應用較低的水平。絕大部分業主和集成商關心的是低價格和能夠接入安防網絡傳輸，而很少關注監控圖像質量、功能擴展以及升級擴容。這就使安防行業整體陷入一個以價格為主的惡性競爭狀態，加之沒有強制市場準入機制，國內一部分企業抱著“撈一筆”的觀念，使安防市場非?；靵y。低價格帶來的直接問題就是技術含量低，整體系統僅僅考慮能夠運轉起來，后期應用和高清晰高端應用做不起來。從技術上來講，視音頻監控主要存在如下問題。
        （1）視頻圖像質量差，不能進行高清晰監控和后期處理。
        安防監控核心是通過視頻監控系統，清晰實現實時播放或錄制監控內容，及時發現或回放異常圖像。當前，視頻監控普遍圖像質量模糊，分辨率很低，有跳幀和馬賽克的情況，根本不能達到清晰監控效果，更談不上高清監控。以至于我們常?？吹姐y行、交通發生一些案件在電視上播出通緝信息，警察和電視機前觀眾都不能看清嫌疑人或者車輛的具體特征，給后期破案偵察帶來的作用并不大。
        特別是如果需要進行監控圖像的逐幀播放、局部放大、圖像分析和圖像識別等后期處理，為監控提供具體特征材料或科學分析素材，當前我國絕大部分監控系統都不能做到。給相關分析工作的開展提供的支持非常有限。
        （2）沒有音頻擴展或者音頻質量差，不能進行視音頻綜合應用。
        隨著安防監控要求越來越高和技術整體進步，傳統單一視頻的監控已經不能滿足整體需要，音頻擴展加入進來甚至成為必備的功能。當前的安防產品和系統對于音頻擴展支持較少，無法進行雙向對講、同步處理等高端應用。有的廠商為了滿足要求，專門增加音頻編碼。視頻，音頻兩套設備相互獨立，增加系統的通信開銷和設備投入，更為重要的是，兩套設備同步很難，出現聲音與圖像相對延遲較大。
        （3）不能進行系統對接與互連互通，標準性不強，穩定性差。
        很多人認為，安防產品之間的互連互通必要性不大?？墒乾F實的情況，就是如果沒有產品的兼容性和互連互通，就意味著一旦選擇某一個設備供應商就意味著本套系統完全與之綁定，一旦這個供應商倒閉或者轉型，不再提供產品，整個系統后續的維護擴容都沒了保證，最終業主不得不再籌資投入大量財力、人力、物力建設一套系統，形成重復建設。這也反映了安防行業各個企業遵循的標準不一或者某些自成體系搞壟斷的問題，這對整個行業的快速發展是不利的。
        此外，由于沒有一個明確的市場準入機制和標準要求，有些產品采用PC架構的設備，而PC架構的設備最大不足之處是在于它不能很好的保證工作的穩定性和可靠性，原因主要體現在以下兩個方面：第一，因為PC架構的設備在處理相關信息時是采用邊編邊存的方式，而這種邊編邊存的方式是由同一核心來控制，由于不能夠對來源信息量進行有效的控制，使得核心處理不夠及時，直接造成了整套系統的不穩定和不可靠。第二，由于PC架構的設備配置Windows/Linux操作系統、插卡式、散熱以及病毒等各種可見和不可見的原因，造成PC架構的設備穩定性較差，系統極易造成崩潰，直接導致監控的中斷。
        （4）不能進行統一網管，對于多級垂直管理缺乏有效的解決方案。
        如果沒有統一網管系統，整個系統的人工維護量會非常大，特別是大型安防視音頻監控，各個監控點分布可能比較分散甚至隱蔽。依靠人力進行管理和聯系幾乎是不可能。當前，部分視頻監控產品還停留在用RS-232進行網管，由于RS-232信號的電平過高、采用非平衡發送和接收方式，所以存在傳輸速率低(≤20kbit/s)，不能對系統設備進行快速和有效的管理工作；傳輸距離短(≤15m)，不能對遠端設備進行管理工作；串擾信號較大，不能一次性的對較多的設備進行統一的管理工作。
        多級綜合監控系統還存在著切換調度、遠程調用的應用，當前，整體系統的多級還都是實現的“假多級”管理，下級僅是有選擇的抽取1或2路圖像傳輸給上級，如果需要更多，則需要分時切換實現。上級無法觀看到某一個下級全部圖像，也較少能控制到下級上傳，對于全網絡的監控則更少。
        二 、多級高清視音頻監控系統的實現
        從上面的分析來看，當前我國視音頻監控存在著一定的不足，不能滿足當前信息社會中數字化、網絡化和智能化的發展趨勢?？焖侔l展的中國需要讓安防監控真正發揮作用，實現有效的監控管理，要對這些不足之處有的放矢的進行改進，才能滿足實際應用的需求，保證整套系統的先進性、穩定性和兼容性，最終成功的搭建起一體化高清視音頻監控綜合業務系統。典型的多級高清視音頻監控網絡如圖1所示。多級高清視音頻監控系統是未來發展的方向，也是監控訴求的集中體現。無論是交通（包括城市交通和高速公路），礦井開采安全生產，軍隊公安邊防指揮還是電力石油監控，管道河道監控等等都是向集約化、智能化、多級化監控體系發展。那么，多級高清視音頻監控系統的需要如何構建呢？下面就“高清”，“多級”，“視音頻監控”等幾個關鍵字分別展開。
        1．高清監控的實現
        為什么當前視頻監控圖像質量差？其原因主要有兩點，其一，信源采集的攝像機（頭）的質量，其二，是信源編碼質量——即編碼器的選擇。攝像機（頭）產品眾多，成熟度相當高，簡單對比就能分辨出采集圖像質量，可以根據投資預算選擇效果好的產品，在此不多贅述。編碼器可以稱作整個系統的核心之一，編碼器選擇好壞對于整個系統都有至關重要的影響。當前監控圖像出現跳幀、抖動、延時大的原因排除攝像頭因素，主要是編碼器不具備時基校正、水平、垂直、前置等多重濾波功能，而做高清監控編碼器具備這些功能會大大提高圖像質量，保證同步，用電視界業內人的話說就是“圖像很透”。
        當前，監控使用編碼器分為MPEG-2和MPEG-4兩種，普遍認為MPEG-4節省帶寬，但是圖像質量會比MPEG-2差一些。實際來說，成熟編碼器設備供應商提供的產品應該都是高清晰的。那么要實現高清監控需要分辨率能夠達到720×576×25幀/秒,這個可以實現達到現有DVD的圖像水平,這樣圖像質量能夠實現清晰的特征提取、圖像分析、逐幀播放等功能應用。同樣的，不論MPEG-2/MPEG-4都要求實現無私有協議，與其他設備的互連互通。當前，我國編碼器的開發主要參照MPEG-2/DVB、MPEG-4、ITU等相關國際標準，在國內標準沒有一致的情況下，如果都能嚴格依照國際標準做不增加私有通信協議和描述符，行業各個企業就能互連互通。電信之所以發展快速其中一個重要的原因，就是電信在設備的選型上都盡可能選擇標準化設備，不被某一個設備供應商牽制，出現任何問題都能找到標準設備替代，大大節約了運維成本和精力。視頻監控是個相當大的行業，如果各個企業都能夠嚴格參照標準做產品，實現產品的互通，將會大大促進全行業的發展。
        構建高清監控系統也要求編碼器具有強大的功能擴展和傳輸網絡接入接口，針對音頻應用的增加能夠實現視音頻同步傳輸，具備拾音器接口。針對云臺、攝像頭、傳感器的控制能夠具備RS-232/RS-485通信接口進行遠程控制，針對中心圖像的監控識別，要求具有疊加字幕等功能。針對多種網絡，要具備N×E1、IP等多種傳輸方式。
        光端機傳輸在監控領域應用也非常多，當前能夠實現高清的是采用4:2:2視頻編碼和20位音頻編碼的數字光端機，特別是在音頻上會有效降低干擾，達到較好的效果。同時為了增加應用，光端機上同時可以走IP數據，并有電話對講功能，提高了光纖通道的利用率。
        2．多級監控的實現
        隨著規模的擴大和跨地域情況的增多，集中管理和多級監控一直是各個行業的目標。多級監控解決的第一個問題是E1、IP、光纖等各種傳輸網絡傳輸信號的匯總與切換調度，其一可以采用數字矩陣進行信號無損的切換調度與匯總，并且通過數字矩陣實現數字化存儲。相對于硬盤錄像，數字存儲可以節省存儲系統投資，提高存儲量且多次回放不影響圖像質量，可以轉DVD離線存儲。其二隨著IP技術的發展，在管理中心局域網內，可以采用IP網管將各個信號統一轉換為IP數據，在局域網內通過網絡組播實現在PC機上軟解碼監視、存儲。
        此外，多級監控需要能夠遠程對下級甚至對監控點的控制，這就需要統一網絡管理系統，有別于采用RS232的設備網管，統一網管系統采用基于IP網絡方式，通過統一網管系統能夠控制多路圖像上傳，監控點云臺控制，雙向對講，下發網管信息。統一網管方式如圖2所示。各節點的設備通過以太網口相連并跨路由，在一個全基于IP的網絡環境中，進行設備管理統計的系統。由于IP網的迅速發展，基于此種方式的網管系統以更自如高效的、更易接受的方式展現給用戶。在此方式中，由于各設備集成了可被控制和可被管理的機制，保證了帶外網管理系統對設備實行統一的全實時管理。并且以TCP/IP為基礎的網絡管理具有以下優點：網絡規模不受限制；控制管理簡單，支持遠程控制，容易實現系統的擴容和改造，系統具有幾乎無限的無縫擴展能力，所有設備都以IP地址進行標識，增加設備只是意味著IP地址的擴充；整個系統采用模塊化設計，系統穩定，單點的故障不會影響整個系統的運行。在網管系統中，各節點所有設備均通過網管接口（RJ-45）接入HUB，然后直接或者通過網絡與中心控制微機相連。統一網管系統也存在一個標準的問題，基于SNMP國際標準的底層協議開發的統一網絡管理平臺能夠最大限度和最大便利的與其他廠家的設備兼容和進行集成。統一網管系統也需要支持跨區域管理和分級管理模式，并且在第三方設備對系統提供通信協議，若為非標則提供MIB庫支持，完全能夠監管第三方的設備。
        3．視音頻監控的實現
        “高清”、“多級”是視音頻監控系統的目的，單單高清監控或單單實現多級，都對于整個系統級應用的意義不大。所以多級高清視音頻監控系統才是落腳點——要實現一體化綜合業務平臺更重要是在系統集成控制上下功夫。
        在采用高清編碼器生成較好的數字傳輸流（TS）基礎上，在各個傳輸網絡能夠將信號統一匯總為MPEG2/DVB信號或者IP信號實現多級管理的條件下，視音頻監控系統需要實現整體設備，傳輸網絡與功能應用聯動、采集、傳輸、存儲、調用一體化完成。在統一界面下實現一個大型平臺的控制與管理，真正實現“多級高清視音頻監控系統”。所以，一個強大的支撐調度軟件必不可缺少，特別對于垂直集中的管理機制平臺，授權管理（是否給某個用戶具備操作權限）與級別控制（不同級別的用戶具備不同的控制管理，操作權限）顯得尤為突出。在軟件架構上C/S結構和B/S結構各有所長，針對監控系統的不同需求可以按需選擇，但是C/S架構的軟件系統的功能應用可以做的更豐富，通信開銷更少，建議以C/S結構為主。數碼視訊推出一套C/S結構的軟件系統能夠進行系統設備控制、系統設備監控、用戶授權和系統設備的拓撲管理等功能，并且對于系統資源占用非常小，每個PC機上都能夠運行，因此既可以作為中心控制平臺的主控系統，又能夠裝到任一臺PC上作為分控。中心系統軟件需要具有良好的人性化設計，操作簡單和使用方便，最好能夠使用者感覺不到是對設備在操作，而是直觀的對圖像進行操作。
        三、 多級高清視音頻監控系統展望
        隨著應用需要的寬廣，視音頻監控系統在安防行業承擔著越來越重要的任務。美國為了防范恐怖襲擊已經下令在多個城市安裝高清晰視音頻監控系統，提高安防能力；面對日益臨近的奧運會，北京也在積極部署奧運會的安防監控與道路指揮視音頻監控。由于視音頻信息占據了人類獲取信息量的絕大部分，未來將會形成以高清視音頻監控為核心，結合擴展無線網絡傳輸，GPS定位系統，移動通信系統，自動識別系統的綜合業務平臺，多個體系協同保障指揮，構造多級跨平臺的智能網絡。