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   視頻監(jiān)控業(yè)務的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

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

    視頻監(jiān)控技術發(fā)展至今已經(jīng)歷了模擬監(jiān)控技術、數(shù)字監(jiān)控技術和遠程網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術三個不同的階段。

1．模擬視頻監(jiān)控技術

    模擬監(jiān)控技術發(fā)展較早，在20世紀90年代以前，視頻監(jiān)控技術主要以模擬設備為主。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般由監(jiān)控前端、傳輸設備、控制設備以及顯示設備幾個部分組成。監(jiān)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(jiān)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(jiān)視器、報警指示設備等。

2．數(shù)字視頻監(jiān)控技術

    20世紀90年代視頻監(jiān)控進入數(shù)字化階段，隨著計算機和多媒體處理技術的發(fā)展，數(shù)字視頻壓縮編碼技術被應用到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，基于PC的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)由此產(chǎn)生。在這類監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控終端后進行數(shù)字處理與存儲，隨后通過通信網(wǎng)絡，將這些信息傳到一個或多個監(jiān)控中心?；赑C的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)通過增加視頻處理卡以增加圖像的輸入路數(shù)，采用數(shù)字化存儲及視頻解壓縮功能，可以對監(jiān)控區(qū)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(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術

    近年來，隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，Internet已經(jīng)無處不在。遠程網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術將傳統(tǒng)的模擬視頻、語音信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過計算機網(wǎng)絡進行傳輸，實現(xiàn)了視音頻信號的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、應用的多媒體化以及管理的智能化。網(wǎng)絡監(jiān)控技術集成了數(shù)字處理、網(wǎng)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(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)前端、數(shù)字化處理器、網(wǎng)絡傳輸、監(jiān)控控制系統(tǒng)組成。監(jiān)控前端和模擬系統(tǒng)一樣由攝像機、云臺、聲光電報警設備和雨刷等設備構成。

    數(shù)字化處理器的主要功能是將監(jiān)控前端采集的模擬圖像信號進行數(shù)字化處理，并將數(shù)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(wǎng)絡帶寬。

    網(wǎng)絡傳輸主要由網(wǎng)絡傳輸設備組成，如交換機、路由器等。監(jiān)控系統(tǒng)將現(xiàn)場圖像和報警信號轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)包，利用網(wǎng)絡傳輸給控制系統(tǒng)。

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

    網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)的比較如表1所示。

  網(wǎng)絡視頻監(jiān)控關鍵技術介紹

    網(wǎng)絡視頻監(jiān)控的關鍵技術有很多。下面簡要描述一下信令控制協(xié)議、視頻編解碼以及模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)如何改造為網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)等幾項關鍵技術。

1．信令控制協(xié)議

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

（1）標準不統(tǒng)一

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

（2）控制通道和媒體處理不分離

    目前很多網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)主要采用HTTP協(xié)議，視頻通過HTTP協(xié)議以流媒體方式進行傳輸，沒有區(qū)分媒體通道與控制通道，而是采用共用一條HTTP通道。隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，監(jiān)控規(guī)模的不斷擴大，這對于視頻監(jiān)控的可管理、大規(guī)模運營是極不為利的。

    網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)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(xié)議RTSP（實時流傳輸協(xié)議），也可采用IETF為實時視音頻傳輸制定的協(xié)議RTP/RTCP（實時傳輸協(xié)議/實時傳輸控制協(xié)議）。對于視頻監(jiān)控的控制協(xié)議，為視頻監(jiān)控制定一個專門的協(xié)議標準是不太現(xiàn)實的。比較可行的辦法是借用現(xiàn)有成熟穩(wěn)定的信令控制協(xié)議，目前，可以借用的協(xié)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(xié)議）。H.323提供了在基于IP網(wǎng)絡上進行多媒體通信的規(guī)范，H.323是一個復雜而龐大的協(xié)議族，現(xiàn)階段是視頻應用的主流技術。然而由于其過于復雜，現(xiàn)在正受到基于SIP協(xié)議視頻應用的挑戰(zhàn)。IETF提出的SIP是用于建立多方多媒體通信的規(guī)范。SIP具備簡單靈活、分布式控制等優(yōu)點，有望廣泛應用于視頻監(jiān)控領域。

2．視頻編解碼

    在視頻編解碼技術方面，監(jiān)控技術主要采用MJPEG、MPEG系列與H.26x系列。MJPEG是基于靜態(tài)視頻壓縮的技術，圖像的清晰度比較高，適用于監(jiān)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(lián)網(wǎng)或無線網(wǎng)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(tài)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(xiàn)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(zhì)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(fā)展趨勢。

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

    模擬監(jiān)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的改造，從理論上來說，就是改造監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡傳輸部分，具體如圖1所示。

圖1  模擬監(jiān)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造

    在監(jiān)控前端的模擬攝像機處增加網(wǎng)絡設備—視頻服務器，視頻服務器將模擬圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，完成視頻數(shù)據(jù)的壓縮和控制信令在網(wǎng)絡上的傳輸。視頻解碼器完成數(shù)字信號接收，將圖像數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬圖像信號，送入交換矩陣進行顯示。控制平臺主要完成監(jiān)控系統(tǒng)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(wǎng)絡視頻系統(tǒng)中。模擬攝像機和視頻服務器的組合相當于一臺網(wǎng)絡攝像機，因此目前很多廠家都生產(chǎn)出了一體化的IP攝像機。

    模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般有專用的監(jiān)控室，在這種情況下，同軸電纜已經(jīng)安裝就位，可以采用在監(jiān)控室統(tǒng)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(jiān)控中心通過視頻解碼器使用現(xiàn)有的模擬監(jiān)控設備監(jiān)控網(wǎng)絡視頻系統(tǒng)中的數(shù)字化視頻圖像。視頻解碼器將數(shù)字化的視頻信號轉(zhuǎn)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(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術的發(fā)展

    隨著網(wǎng)絡技術和數(shù)字處理技術的不斷發(fā)展，視頻監(jiān)控也在向數(shù)字化、無線化、監(jiān)控網(wǎng)絡化、系統(tǒng)集成化和結構模塊化等方向發(fā)展。

1．無線網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)

    無線網(wǎng)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(wǎng)絡監(jiān)控是采用無線的方式將監(jiān)控前端或客戶端和監(jiān)控平臺連接從而實現(xiàn)監(jiān)控。當監(jiān)控前端位置分散并且距離監(jiān)控平臺較遠時，用戶采用傳統(tǒng)布線方式臨時建立客戶視頻監(jiān)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(wǎng)絡，上述問題就可迎刃而解。無線網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖2 無線網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)

    無線網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)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(jiān)控平臺接入Internet中，前端設備通過無線網(wǎng)絡接入監(jiān)控平臺?？蛻舯O(jiān)控中心根據(jù)網(wǎng)絡條件、需求等多方面因素可選擇通過Internet或者無線網(wǎng)絡接入監(jiān)控平臺。用戶可以使用手機或者無線上網(wǎng)設備接入監(jiān)控平臺觀看視頻監(jiān)控圖像。

2．基于SIP協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

    基于SIP協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構如圖3所示。

圖3 基于SIP協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構

    基于SIP的視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用域管理方式，支持大規(guī)模的視頻監(jiān)控業(yè)務。SIP視頻監(jiān)控系統(tǒng)由以下幾個部分組成。

（1）監(jiān)控前端

    監(jiān)控前端可以將監(jiān)控圖像進行數(shù)字化處理，發(fā)送到客戶端供用戶觀看。

（2）客戶端

    客戶端是接收視頻監(jiān)控前端傳輸過來的視頻編碼數(shù)據(jù)，對編碼數(shù)據(jù)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(jiān)控客戶端向下一跳服務器發(fā)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(jiān)控前端建立連接。

（4）注冊服務器

    該服務器對監(jiān)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(jiān)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(fā)布系統(tǒng)中監(jiān)控前端和客戶端的狀態(tài)等事件。目前主要有注冊事件、在線事件等。監(jiān)控前端和客戶端可以通過向事件服務器發(fā)送訂閱請求來訂閱相應事件信息，當產(chǎn)生對應事件后，事件服務器則向相應的訂閱者發(fā)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(jiān)控的錄像信息。

    在視頻監(jiān)控業(yè)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(xié)議沒有對監(jiān)控功能進行定義，所以標準SIP協(xié)議不能完成監(jiān)控的云鏡控制和報警功能，這就需要對SIP協(xié)議進行擴展。對SIP進行擴展應該在SIP協(xié)議的擴展原則框架下進行。