高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建

喬 鵬

（山西省自動(dòng)化研究所，山西 太原 030012）

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)也得到了飛速發(fā)展，依托日益完善的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)平臺(tái)，使用高清攝像機(jī)組建高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的高清化、網(wǎng)絡(luò)化。本文就高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建及其中信號(hào)傳輸部分的幾種實(shí)現(xiàn)方式做一些分析說(shuō)明。

1 高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端設(shè)備、傳輸設(shè)備及存儲(chǔ)顯示設(shè)備3部分組成［1］，其系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

1.1 前端設(shè)備

前端設(shè)備主要包括高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)及相關(guān)配套產(chǎn)品。百萬(wàn)像素級(jí)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)最早是由松下、sony等日系廠商推出的應(yīng)用于監(jiān)控領(lǐng)域的專業(yè)視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)。開(kāi)始發(fā)展階段，受制于當(dāng)時(shí)硬盤(pán)容量及帶寬的局限，并且由于國(guó)際廠商的壟斷，造成高清攝像機(jī)價(jià)格高昂，影響了高清監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣。經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，硬盤(pán)容量已發(fā)展至TB時(shí)代，目前主流硬盤(pán)已達(dá)到3TB甚至更高，并且硬盤(pán)價(jià)格也越來(lái)越低廉，高清攝像機(jī)硬盤(pán)占用大的問(wèn)題已經(jīng)不復(fù)存在。在帶寬方面，以實(shí)際數(shù)值來(lái)說(shuō)，720P25幀/秒的傳輸與錄像碼流在500kb/s～3Mb/s之間，與傳統(tǒng)352×288分辨率的25幀/秒的250kb/s左右的碼流相比確實(shí)是稍微大一些，但是在本地錄像的監(jiān)控環(huán)境中，采用光纖、寬帶則根本沒(méi)有任何問(wèn)題，在遠(yuǎn)程監(jiān)控環(huán)境中可以采用雙碼流技術(shù)，在遠(yuǎn)程顯示中可采用CIF格式，科學(xué)技術(shù)發(fā)展至今，大可不必?fù)?dān)心帶寬的問(wèn)題影響工程質(zhì)量。更為重要的是，國(guó)內(nèi)一些技術(shù)研發(fā)實(shí)力強(qiáng)大的核心生產(chǎn)廠家突破國(guó)外的技術(shù)封鎖和層層技術(shù)難關(guān)，自主開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出國(guó)產(chǎn)百萬(wàn)高清攝像機(jī)，其成本上的優(yōu)勢(shì)使得高清監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用普及成為可能［2］。

圖1 高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控拓?fù)鋱D

在系統(tǒng)中對(duì)于前端設(shè)備的選擇，可依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。目前200萬(wàn)像素的高清攝像機(jī)在成像效果及成本平衡間已頗具性價(jià)比，相比前幾代模擬攝像機(jī)，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在成像清晰度及抗干擾能力方面優(yōu)勢(shì)明顯。

1.2 傳輸設(shè)備

在高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，由前端高清攝像機(jī)提供信號(hào)源，通過(guò)網(wǎng)線傳輸信號(hào)。但是由于標(biāo)準(zhǔn)國(guó)標(biāo)網(wǎng)線傳輸?shù)挠行Ь嚯x是100m，距離長(zhǎng)了會(huì)丟失數(shù)據(jù)包，影響圖像質(zhì)量，比如出現(xiàn)延遲大、馬賽克、圖像定格或時(shí)有時(shí)無(wú)等現(xiàn)象，因此超過(guò)100m，則通過(guò)光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸。目前在構(gòu)建高清監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，通常采用交換機(jī)加光纖收發(fā)器、帶光模塊的交換機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)高清光端機(jī)3種方式。

1.2.1 交換機(jī)加光纖收發(fā)器方式

交換機(jī)加光纖收發(fā)器是目前最常用的傳輸方式，其系統(tǒng)構(gòu)建示意圖如圖2所示。

該方式傳輸路徑為通過(guò)網(wǎng)線將高清攝像機(jī)信號(hào)傳至交換機(jī)，交換機(jī)通過(guò)光纖收發(fā)器發(fā)送端與光纖相連，由光纖將信號(hào)傳輸至中央控制室，并通過(guò)光纖收發(fā)器接收端處理信號(hào)后傳至控制室交換機(jī)，由控制室交換機(jī)引出信號(hào)接至硬盤(pán)錄像機(jī)進(jìn)行錄像存儲(chǔ)顯示或接至解碼器后由拼接屏顯示。

圖2 交換機(jī)加光纖收發(fā)器系統(tǒng)構(gòu)建示意圖

這一傳輸方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：①光纖收發(fā)器在數(shù)據(jù)傳輸上打破了網(wǎng)線的百米局限性，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸；②光纖收發(fā)器加交換機(jī)成本低廉，有利于高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的普及；③當(dāng)系統(tǒng)鏈路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，便于檢測(cè)是光纖收發(fā)器問(wèn)題還是交換機(jī)問(wèn)題。其缺點(diǎn)是目前光纖收發(fā)器還不夠智能，并且由于生產(chǎn)廠家優(yōu)劣不一，造成光纖收發(fā)器質(zhì)量參差不齊。但是根據(jù)目前實(shí)際情況，交換機(jī)加光纖收發(fā)器方式仍是未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間高清視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建的重要組成方式。

1.2.2 帶光模塊的交換機(jī)方式

帶光模塊的交換機(jī)方式是使用帶光模塊的交換機(jī)替代交換機(jī)加光纖收發(fā)器。從原理上講，帶光模塊的交換機(jī)基本上等同于內(nèi)置一個(gè)光纖收發(fā)器的交換機(jī)，如圖3所示。

相比較交換機(jī)加光纖收發(fā)器方式，帶光模塊的交換機(jī)更具效率性與安全性，它可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一供電，具有相當(dāng)大的便利性。其缺點(diǎn)也同樣明顯，首先它的造價(jià)要遠(yuǎn)高于普通交換機(jī)加光纖收發(fā)器；其次由于光口交換機(jī)的光模塊大多沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此光模塊一旦損壞就需要從原廠商用相同的模塊更換，這樣給后期的維護(hù)帶來(lái)很大的麻煩。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，該方式的使用程度不及交換機(jī)加光纖收發(fā)器的方式。

圖3 帶光模塊的交換機(jī)

1.2.3 網(wǎng)絡(luò)高清光端機(jī)方式

所謂光端機(jī)，就是用來(lái)將光信號(hào)和電信號(hào)互相轉(zhuǎn)換的一種設(shè)備。隨著光纖價(jià)格的不斷下降和應(yīng)用的日漸廣泛，光端機(jī)的技術(shù)發(fā)展取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但是在高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)高清光端機(jī)方式確是實(shí)際中應(yīng)用最少的一種方式。這其中有各種原因，首先高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)依托網(wǎng)絡(luò)，使用前兩種方式更加符合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)的利用；其次，高清網(wǎng)絡(luò)光端機(jī)造價(jià)較高，影響了它的推廣。事實(shí)上，光纖收發(fā)器和帶光口的交換機(jī)并不是為高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控傳輸不間斷監(jiān)控視頻而專門設(shè)計(jì)，其配置繁瑣、接口眾多、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)大等也成為這兩種方式的一些弊端。

目前，網(wǎng)絡(luò)高清光端機(jī)的運(yùn)用主要使用在原有模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)為高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的過(guò)程中，在原有模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方式也是依靠光纖和光端機(jī)實(shí)現(xiàn)。在這一改造過(guò)程中，遠(yuǎn)距離傳輸鏈路可利用原有光纖鏈路，這一部分也是改造施工中難度最大的部分，這樣既保證了前期的投資，又保證了新形勢(shì)下的高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控高標(biāo)準(zhǔn)要求，全面提升安全技術(shù)防范總體水平。

不過(guò)從長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)，今后必將有更多的廠商開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)應(yīng)用于高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的系列產(chǎn)品，并根據(jù)高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，研發(fā)出模塊化的標(biāo)準(zhǔn)高清網(wǎng)絡(luò)傳輸解決方案，從根本上解決高清網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在傳輸部分的應(yīng)用問(wèn)題［3］。

2 存儲(chǔ)顯示設(shè)備

高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻資料的存儲(chǔ)主要使用網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)（NVR，Network Video Recorder）實(shí)現(xiàn)。NVR最主要的功能是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收IPC（高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)）設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)字視頻碼流，并進(jìn)行存儲(chǔ)、管理，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化帶來(lái)的分布式架構(gòu)優(yōu)勢(shì)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，通過(guò)NVR，可以同時(shí)觀看、瀏覽、回放、管理、存儲(chǔ)多個(gè)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)［4］。

顯示部分，可根據(jù)實(shí)際需求選用以下幾種方案：①可利用液晶顯示器連接NVR進(jìn)行直接顯示；②當(dāng)高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)完畢后，可利用網(wǎng)絡(luò)中任何一臺(tái)電腦對(duì)系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行訪問(wèn)，輸入監(jiān)控系統(tǒng)交換機(jī)地址觀看實(shí)時(shí)視頻影像；③可利用視頻解碼器，將視頻信號(hào)接至監(jiān)控拼接屏，實(shí)現(xiàn)大屏幕顯示。當(dāng)然，高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的顯示主要還是應(yīng)該采用大屏幕拼接屏實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵诔Ｒ?guī)尺寸的顯示器上，肉眼無(wú)法分辨超高清視頻技術(shù)帶來(lái)的視頻畫(huà)面質(zhì)量的改善。目前，采用JPEG2000編碼技術(shù)的1 600萬(wàn)像素IPC已經(jīng)問(wèn)世，可達(dá)到4 872×3 248的超高分辨率，因此，首先還是推薦高分辨率的拼接屏實(shí)現(xiàn)視頻顯示。

3 前景展望

俗話說(shuō)，攝像機(jī)是眼睛，軟件是大腦，在現(xiàn)行監(jiān)控管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上建設(shè)一套以視頻監(jiān)控為核心，實(shí)現(xiàn)各信息孤島數(shù)據(jù)信息向其他業(yè)務(wù)應(yīng)用橫向集成，上下級(jí)管理部門數(shù)據(jù)縱向貫通，從網(wǎng)點(diǎn)分散管理模式向集中監(jiān)控管理模式改變的綜合大型聯(lián)網(wǎng)安防管理系統(tǒng)迫在眉睫。這種以“大聯(lián)網(wǎng)、大融合”為思路的平臺(tái)建設(shè)發(fā)展方向，在各行業(yè)如平安城市、智能交通、網(wǎng)上巡考、平安校園、環(huán)保監(jiān)測(cè)、無(wú)人值守變電站等都存在迫切的需求［5］。隨著科技的進(jìn)步，技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)在我們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮出更加重要的作用。

［1］于軍.如何構(gòu)建完善的高清監(jiān)控系統(tǒng)［J］.中國(guó)安防，2010（12）：21－24.

［2］劉毅.高清監(jiān)控帶給存儲(chǔ)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)［J］.中國(guó)公共安全，2011（8）：120－122.

［3］宋慧.高清監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用探討［J］.中國(guó)安防，2010（10）：45－46.

［4］張明月.高清監(jiān)控模式下的多媒體存儲(chǔ)技術(shù)淺析［J］.中國(guó)安防，2012（4）：40－42.

［5］馬曉東.高清監(jiān)控應(yīng)用現(xiàn)狀與未來(lái)［J］.中國(guó)公共安全，2013（7）：97－99.