- 基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)
- 新一代網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術(shù)
- 利用模擬視頻線(xiàn)
- 利用視頻矩陣主機(jī)
- 采用分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)
一、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程
視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了本地模擬信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)，基于PC插卡的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)等發(fā)展過(guò)程。
1. 本地模擬信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)
本地圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像機(jī)、視頻矩陣、監(jiān)視器、錄像機(jī)等組成，利用模擬視頻線(xiàn)將來(lái)自攝像機(jī)的視頻連接到監(jiān)視器上，利用視頻矩陣主機(jī)，采用鍵盤(pán)進(jìn)行切換和控制，錄像采用使用磁帶的長(zhǎng)時(shí)間錄像機(jī)；遠(yuǎn)距離圖象傳輸采用模擬光纖，利用光端機(jī)進(jìn)行視頻的傳輸。
傳統(tǒng)的模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)有很多局限性：首先，有線(xiàn)模擬視頻信號(hào)的傳輸對(duì)距離十分敏感；其次，有線(xiàn)模擬視頻監(jiān)控?zé)o法聯(lián)網(wǎng)，只能以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)，并且使得布線(xiàn)工程量極大; 另外，有線(xiàn)模擬視頻信號(hào)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)會(huì)耗費(fèi)大量的存儲(chǔ)介質(zhì)（如錄像帶），查詢(xún)?nèi)∽C時(shí)十分煩瑣。
2. 基于PC插卡的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)
基于PC機(jī)的遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)由PC機(jī)插視頻卡構(gòu)成，在監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，有若干個(gè)攝像機(jī)，各種檢測(cè)、報(bào)警探頭與數(shù)據(jù)設(shè)備，通過(guò)各自的傳輸線(xiàn)路，匯接到監(jiān)控終端機(jī)上，該終端可以是一臺(tái)PC機(jī)，也可以是專(zhuān)用的工業(yè)機(jī)箱。
基于PC的視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端功能較強(qiáng)，便于現(xiàn)場(chǎng)操作。但穩(wěn)定性不好，視頻前端(如CCD等視頻信號(hào)的采集、壓縮、通訊)較為復(fù)雜，可靠性不高，PC機(jī)也需專(zhuān)人管理，特別是在環(huán)境或空間不適宜的監(jiān)控點(diǎn)，這種方式不理想。
3. 基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)
基于嵌入技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)不需處理模擬視頻信號(hào)的PC，而是把攝像機(jī)輸出的模擬視頻信號(hào)通過(guò)嵌入式視頻編碼器直接轉(zhuǎn)換成IP數(shù)字信號(hào)。研祥的EC5-1612CVDNA具備4路視頻編碼處理、網(wǎng)絡(luò)通信、自動(dòng)控制等強(qiáng)大功能，直接支持網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸和網(wǎng)絡(luò)管理，使得監(jiān)控范圍達(dá)到前所未有的廣度。研祥公司除了編碼器外，還有嵌入式解碼器、控制器、錄像服務(wù)器等獨(dú)立的硬件模塊，它們可單獨(dú)安裝，并可與其他廠(chǎng)家的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互連。
數(shù)字化視頻監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)是克服了模擬閉路電視監(jiān)控的局限性：首先，數(shù)字化視頻可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng)或廣域網(wǎng))上傳輸圖像數(shù)據(jù)，基本上不受距離限制，信號(hào)不易受干擾，可大幅度提高圖像品質(zhì)和穩(wěn)定性；其次，數(shù)字視頻可利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)帶寬可復(fù)用，無(wú)須重復(fù)布線(xiàn)；另外，數(shù)字化存儲(chǔ)成為可能，經(jīng)過(guò)壓縮的視頻數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在磁盤(pán)陣列中或保存在光盤(pán)中，查詢(xún)十分簡(jiǎn)便快捷。
基于嵌入式設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：由于這種系統(tǒng)的硬件是一個(gè)同處理器和操作系統(tǒng)捆綁較為緊密、功能專(zhuān)一、專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的獨(dú)立的設(shè)備，不像插卡系統(tǒng)那樣受通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中其它軟件硬件的影響，因此性能上更穩(wěn)定，且便于安裝、維護(hù)，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，便于管理、維護(hù)。
二、基于嵌入式系統(tǒng)的監(jiān)控應(yīng)用
在基于嵌入式系統(tǒng)的監(jiān)控應(yīng)用結(jié)構(gòu)中，前端采用模擬攝像機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器，將模擬視頻經(jīng)過(guò)數(shù)字化、壓縮、打包等過(guò)程變成基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的視頻流或采用一體化的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，在視頻監(jiān)控的前端完成網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化，視頻流通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，發(fā)送到視頻需求者。視頻的使用者可利用軟件進(jìn)行解碼，在 PC機(jī)上進(jìn)行顯示和處理，也可通過(guò)硬件解碼，解出模擬視頻信號(hào)輸出到監(jiān)視器，利用鍵盤(pán)進(jìn)行控制，利用分布在網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器或其他類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備根據(jù)需要進(jìn)行錄像，利用網(wǎng)管系統(tǒng)代替視頻矩陣。由于沒(méi)有監(jiān)控中心的概念，任何授權(quán)的用戶(hù)都可根據(jù)權(quán)限進(jìn)行視頻監(jiān)控、錄像。
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三、新一代網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術(shù)
1. 視頻壓縮技術(shù)
a. 靜止圖像壓縮技術(shù)：JPEG，M-JPEG，小波變換wavelet等其運(yùn)用幀內(nèi)處理技術(shù)，所以靜止圖像較清晰。小波變換是基于結(jié)構(gòu)的壓縮方法，處理較容易，可獲得比JPEG更大的壓縮。但對(duì)連續(xù)運(yùn)動(dòng)圖像，文件占用的帶寬和硬盤(pán)都很大。
b. 運(yùn)動(dòng)圖像壓縮技術(shù)：MPEG-1，MPEG-2，H.263，MPEG-4
頒布于1993年的MPEG-1和1994年的MPEG-2是ISO 的運(yùn)動(dòng)圖像專(zhuān)家組（MPEG）的第一階段解決方案，除了沿用幀內(nèi)技術(shù)，首次采用了PB幀的幀間技術(shù)，從而獲得了比靜止圖像壓縮技術(shù)更大的壓縮。但由于是基于結(jié)構(gòu)的壓縮技術(shù)，算法固定，采用專(zhuān)用硬件，隨著軟硬件技術(shù)的發(fā)展，不能擴(kuò)展更多基于內(nèi)容的算法。另外其網(wǎng)絡(luò)傳輸碼率要求較高，否則需要緩存，不能適應(yīng)傳輸速率不等的各種網(wǎng)絡(luò)的一致訪(fǎng)問(wèn)，容錯(cuò)性差。
基于以上原因，國(guó)際電聯(lián)于1998年頒布H.263甚低比特率視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)除了沿用JPEG靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)的幀內(nèi)技術(shù)、MPEG -1、MPEG-2動(dòng)態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)的幀間技術(shù)外，還采用了以下4種先進(jìn)技術(shù)：1）無(wú)限制的運(yùn)用運(yùn)動(dòng)矢量模式；2）基于語(yǔ)法的算術(shù)編碼模式；3）先進(jìn)的預(yù)測(cè)模式；4）PB幀模式（預(yù)測(cè)圖，內(nèi)插圖）。它是一種可擴(kuò)展的算法，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率處于變化的狀態(tài)，解決了易錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性。
MPEG于1998年制定了第二階段解碼方案MPEG-4，其開(kāi)放的編碼系統(tǒng)，可隨時(shí)擴(kuò)展豐富的基于內(nèi)容的編碼算法，采用了包括小波變換等多種變換，可獲得更小的硬盤(pán)空間，更高的清晰度。特別是其對(duì)象分離的控制，交互性、重用性更強(qiáng)，基于內(nèi)容的分級(jí)擴(kuò)展，保證了同時(shí)在低高帶寬下的最佳畫(huà)面質(zhì)量。
2. 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）
目前很多監(jiān)控系統(tǒng)采用 Windows操作系統(tǒng)，因?yàn)閃indows提供大量的圖形界面，有各種外部設(shè)備及應(yīng)用程序，所以系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)就容易很多。但Windows系統(tǒng)龐大復(fù)雜，占用CPU資源大，外圍硬件較為復(fù)雜，穩(wěn)定性、可靠性不如 RTOS系統(tǒng)。研祥公司為監(jiān)控專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的E-COM（基與實(shí)時(shí)Linux核）嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)在于系統(tǒng)簡(jiǎn)單，去掉了與監(jiān)控?zé)o關(guān)的功能，減少了出問(wèn)題的幾率。由于開(kāi)發(fā)者掌握源代碼，可隨時(shí)解決硬件沖突及優(yōu)化系統(tǒng)。
四、小結(jié)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，世界掀起一股強(qiáng)大的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化浪潮，對(duì)于公安、安防行業(yè)的發(fā)展，必須經(jīng)歷模擬數(shù)字混合的階段，但是最終的趨勢(shì)必然是全面數(shù)字化，即視頻在前端進(jìn)行數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，采用嵌入式網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，采用分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，模塊化結(jié)構(gòu)，完成視頻監(jiān)控任務(wù)。
