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   視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)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(gè)重要技術(shù)應(yīng)用，發(fā)展迅速。在國(guó)外，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)主要為個(gè)人用戶提供安全系統(tǒng)方案，基本定位在個(gè)人和住宅應(yīng)用方面。在國(guó)內(nèi)，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)主要集中在行業(yè)應(yīng)用，如公安、交通、金融、樓宇等領(lǐng)域，行業(yè)用戶已成為國(guó)內(nèi)視頻監(jiān)控市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)點(diǎn)。

    視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)歷了模擬監(jiān)控技術(shù)、數(shù)字監(jiān)控技術(shù)和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)三個(gè)不同的階段。

    1．模擬視頻監(jiān)控技術(shù)

    模擬監(jiān)控技術(shù)發(fā)展較早，在20世紀(jì)90年代以前，視頻監(jiān)控技術(shù)主要以模擬設(shè)備為主。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般由監(jiān)控前端、傳輸設(shè)備、控制設(shè)備以及顯示設(shè)備幾個(gè)部分組成。監(jiān)控前端一般為模擬攝像機(jī)、云臺(tái)、聲光電報(bào)警設(shè)備和雨刷等。傳輸設(shè)備一般為傳輸視頻的同軸電纜，遠(yuǎn)距離傳輸可采用模擬光纖或者利用光端機(jī)進(jìn)行傳輸。控制設(shè)備主要是視頻切換矩陣，采用鍵盤(pán)進(jìn)行切換和控制，將需要監(jiān)控的圖像在指定的顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。顯示設(shè)備主要包括圖像的監(jiān)視器、報(bào)警指示設(shè)備等。

    2．?dāng)?shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)

    20世紀(jì)90年代視頻監(jiān)控進(jìn)入數(shù)字化階段，隨著計(jì)算機(jī)和多媒體處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)被應(yīng)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(jī)的圖像信號(hào)到達(dá)多媒體監(jiān)控終端后進(jìn)行數(shù)字處理與存儲(chǔ)，隨后通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)，將這些信息傳到一個(gè)或多個(gè)監(jiān)控中心?；赑C的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)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(chǔ)及視頻解壓縮功能，可以對(duì)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行高清晰度的畫(huà)面顯示，使圖像回放時(shí)也能達(dá)到極高的清晰度。

    3．遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)

    近年來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，Internet已經(jīng)無(wú)處不在。遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)將傳統(tǒng)的模擬視頻、語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)了視音頻信號(hào)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、應(yīng)用的多媒體化以及管理的智能化。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)集成了數(shù)字處理、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、視音頻編解碼以及圖像處理和識(shí)別等多種先進(jìn)技術(shù)。

    網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(jī)、云臺(tái)、聲光電報(bào)警設(shè)備和雨刷等設(shè)備構(gòu)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(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，并將數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行壓縮處理，以便減少圖像信號(hào)傳輸時(shí)所占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬。

    網(wǎng)絡(luò)傳輸主要由網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備組成，如交換機(jī)、路由器等。監(jiān)控系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)圖像和報(bào)警信號(hào)轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)包，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸給控制系統(tǒng)。

    控制系統(tǒng)由監(jiān)控控制平臺(tái)、電視墻及大屏幕系統(tǒng)組成。監(jiān)控控制平臺(tái)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(luò)解碼器、電視墻、大屏幕組成，它們從網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)介紹

    網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)有很多。下面簡(jiǎn)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(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)等幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

    1．信令控制協(xié)議

    由于標(biāo)準(zhǔn)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(wù)的開(kāi)展受到一定的局限性。

    （1）標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

    由于視頻監(jiān)控主要應(yīng)用于本地監(jiān)控，國(guó)際上并沒(méi)有形成相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，視頻監(jiān)控廠家各自為政，產(chǎn)品之間也沒(méi)有采用任何協(xié)議來(lái)支持互通，各廠商之間甚至廠商自己的產(chǎn)品之間有時(shí)都不能互連，無(wú)法組成能容納不同廠商產(chǎn)品的監(jiān)控系統(tǒng)。

    （2）控制通道和媒體處理不分離

    目前很多網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)主要采用HTTP協(xié)議，視頻通過(guò)HTTP協(xié)議以流媒體方式進(jìn)行傳輸，沒(méi)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(luò)的發(fā)展，監(jiān)控規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這對(duì)于視頻監(jiān)控的可管理、大規(guī)模運(yùn)營(yíng)是極不為利的。

    網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行媒體承載和控制的分離，對(duì)于媒體承載部分比較明確，可采用IETF專門(mén)為流媒體傳輸制定的協(xié)議RTSP（實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議），也可采用IETF為實(shí)時(shí)視音頻傳輸制定的協(xié)議RTP/RTCP（實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議/實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議）。對(duì)于視頻監(jiān)控的控制協(xié)議，為視頻監(jiān)控制定一個(gè)專門(mén)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是不太現(xiàn)實(shí)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(huì)議、VoIP應(yīng)用的H.323體系與SIP（會(huì)話初始協(xié)議）。H.323提供了在基于IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行多媒體通信的規(guī)范，H.323是一個(gè)復(fù)雜而龐大的協(xié)議族，現(xiàn)階段是視頻應(yīng)用的主流技術(shù)。然而由于其過(guò)于復(fù)雜，現(xiàn)在正受到基于SIP協(xié)議視頻應(yīng)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(jiǎn)單靈活、分布式控制等優(yōu)點(diǎn)，有望廣泛應(yīng)用于視頻監(jiān)控領(lǐng)域。

    2．視頻編解碼

    在視頻編解碼技術(shù)方面，監(jiān)控技術(shù)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(shù)，圖像的清晰度比較高，適用于監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域。MPEG系列主要應(yīng)用于視頻存儲(chǔ)、視頻廣播和視頻流媒體、互聯(lián)網(wǎng)或無(wú)線網(wǎng)上的流媒體等領(lǐng)域。H.26x系列主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻通信領(lǐng)域，如可視電話、會(huì)議電視等。

    目前視頻編解碼研究的熱點(diǎn)是MPEG-4和H.264，它們采用基于對(duì)象的動(dòng)態(tài)壓縮技術(shù)，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(shí)現(xiàn)有效的音、視頻傳輸，隨著碼率的提高可以相應(yīng)地提高音頻、視頻質(zhì)量，在2Mbit/s左右時(shí)即可達(dá)到類似DVD的效果。MPEG-4和H.264被普遍認(rèn)為是未來(lái)視頻編解碼的發(fā)展趨勢(shì)。

    3．如何改造模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)
 
    隨著網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，它必將逐漸占據(jù)監(jiān)控領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。但是模擬監(jiān)控技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，應(yīng)用非常廣泛，目前仍占據(jù)著很大的市場(chǎng)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(luò)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(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是亟待解決的問(wèn)題。

    模擬監(jiān)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的改造，從理論上來(lái)說(shuō)，就是改造監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)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(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造

    在監(jiān)控前端的模擬攝像機(jī)處增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備—視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)器將模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，完成視頻數(shù)據(jù)的壓縮和控制信令在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。視頻解碼器完成數(shù)字信號(hào)接收，將圖像數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬圖像信號(hào)，送入交換矩陣進(jìn)行顯示?？刂破脚_(tái)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(lái)說(shuō)，任何模擬攝像機(jī)，包括固定攝像機(jī)、球形攝像機(jī)、帶云臺(tái)的攝像機(jī)等都可以通過(guò)視頻服務(wù)器集成到網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)中。模擬攝像機(jī)和視頻服務(wù)器的組合相當(dāng)于一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，因此目前很多廠家都生產(chǎn)出了一體化的IP攝像機(jī)。

    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(wù)器，以便對(duì)視頻服務(wù)器進(jìn)行集中放置、供電和管理。

    監(jiān)控中心通過(guò)視頻解碼器使用現(xiàn)有的模擬監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)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(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，輸入到交換矩陣，從而能夠在原有的顯示設(shè)備上顯示。

    網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展

    隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)的不斷發(fā)展，視頻監(jiān)控也在向數(shù)字化、無(wú)線化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化和結(jié)構(gòu)模塊化等方向發(fā)展。

    1．無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

    無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以其安裝方便、靈活性強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控是采用無(wú)線的方式將監(jiān)控前端或客戶端和監(jiān)控平臺(tái)連接從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。當(dāng)監(jiān)控前端位置分散并且距離監(jiān)控平臺(tái)較遠(yuǎn)時(shí)，用戶采用傳統(tǒng)布線方式臨時(shí)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(shí)，代價(jià)更是不可估計(jì)。利用無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，上述問(wèn)題就可迎刃而解。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

    無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控前端設(shè)備（視頻服務(wù)器）一般支持無(wú)線傳輸，如果前端設(shè)備不支持無(wú)線傳輸，則需要配置相關(guān)的無(wú)線設(shè)備完成無(wú)線傳輸。監(jiān)控平臺(tái)接入Internet中，前端設(shè)備通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入監(jiān)控平臺(tái)?？蛻舯O(jiān)控中心根據(jù)網(wǎng)絡(luò)條件、需求等多方面因素可選擇通過(guò)Internet或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入監(jiān)控平臺(tái)。用戶可以使用手機(jī)或者無(wú)線上網(wǎng)設(shè)備接入監(jiān)控平臺(tái)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(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 基于SIP協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    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(wù)。SIP視頻監(jiān)控系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成。

    （1）監(jiān)控前端

    監(jiān)控前端可以將監(jiān)控圖像進(jìn)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(guò)來(lái)的視頻編碼數(shù)據(jù)，對(duì)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼顯示。

    （3）代理服務(wù)器

    該服務(wù)器是一個(gè)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(wù)器發(fā)出呼叫請(qǐng)求，然后由服務(wù)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(cè)服務(wù)器

    該服務(wù)器對(duì)監(jiān)控前端和客戶端進(jìn)行身份認(rèn)證，完成地址的注冊(cè)。

    （5）定位服務(wù)器

    該服務(wù)器用來(lái)存儲(chǔ)監(jiān)控前端和客戶端的地址等信息，為其他服務(wù)器，如代理服務(wù)器、注冊(cè)服務(wù)器等提供信息查詢。

    （6）事件服務(wù)器

    該服務(wù)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(cè)事件、在線事件等。監(jiān)控前端和客戶端可以通過(guò)向事件服務(wù)器發(fā)送訂閱請(qǐng)求來(lái)訂閱相應(yīng)事件信息，當(dāng)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)事件后，事件服務(wù)器則向相應(yīng)的訂閱者發(fā)布事件通知信息。

    （7）媒體服務(wù)器

    該服務(wù)器主要用來(lái)保存視頻監(jiān)控的錄像信息。

    在視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)中，云臺(tái)和鏡頭的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制和報(bào)警是非常重要的功能，由于SIP協(xié)議沒(méi)有對(duì)監(jiān)控功能進(jìn)行定義，所以標(biāo)準(zhǔn)SIP協(xié)議不能完成監(jiān)控的云鏡控制和報(bào)警功能，這就需要對(duì)SIP協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)SIP進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)該在SIP協(xié)議的擴(kuò)展原則框架下進(jìn)行。