劉興業(yè)

（廣州市政工程設(shè)計(jì)研究院）

1 前言

1996年誕生了世界第一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)出現(xiàn)的早期，它的技術(shù)水平與模擬攝像機(jī)無法相提并論，甚至不能達(dá)到作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的要求。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)取得了長足的發(fā)展。在清晰度、畫質(zhì)等方面，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的性能甚至已經(jīng)超過了模擬攝像機(jī)；在可擴(kuò)展性、布線方面，更有著模擬攝像機(jī)所不能比擬的優(yōu)勢(shì)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷深入地發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)只有沿著網(wǎng)絡(luò)化、模塊化的方向發(fā)展，才能滿足視頻監(jiān)控高穩(wěn)定性、高可靠性和便于安裝維護(hù)等要求。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)為解決視頻監(jiān)控技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化起到了關(guān)鍵的作用。因此，在未來視頻監(jiān)控領(lǐng)域，IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)有廣闊的發(fā)展前景[1]。

2 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)與模擬攝像機(jī)的對(duì)比

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控以模擬信號(hào)輸出為主，主要由模擬攝像機(jī)、同軸電纜、監(jiān)控電視和錄像機(jī)構(gòu)成。一臺(tái)攝像機(jī)要用一根同軸電纜線將信號(hào)送給圖像采集卡和顯示設(shè)備，結(jié)構(gòu)龐大[2]。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)與普通攝像機(jī)相比，它在內(nèi)部增加了對(duì)模擬視頻進(jìn)行數(shù)字化處理的芯片，可將數(shù)字化的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)流，送到網(wǎng)上傳輸，遠(yuǎn)端的瀏覽者不需任何專業(yè)軟體，只要標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器就能監(jiān)視其影像。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)一般由鏡頭、圖像傳感器、聲音傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、圖像編碼器、聲音編碼器、控制器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、外部報(bào)警、控制接口等部分組成。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集的圖像、聲音信號(hào)經(jīng)過圖像、聲音傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后由編碼器按一定的編碼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼壓縮。在控制器的控制下，由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊按一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳送到網(wǎng)絡(luò)上，通過網(wǎng)絡(luò)即可遠(yuǎn)程監(jiān)視畫面?？刂破鬟€可以接受報(bào)警信號(hào)及向外發(fā)送報(bào)警信號(hào)。

模擬攝像機(jī)采用的是隔行掃描技術(shù)，圖像由兩個(gè)隔行掃描的場(chǎng)信號(hào)構(gòu)成，這意味著我們看到的每幅圖像都是有兩個(gè)采集時(shí)間不同的半幅圖像合并而成，當(dāng)畫面中的物體運(yùn)動(dòng)速度較快或運(yùn)動(dòng)幅度較大時(shí)，圖像畫面會(huì)變的模糊不清。由于視覺暫留現(xiàn)象，隔行掃描的閃爍并不會(huì)被人眼注意到，但并不意味隔行掃描的閃爍是無害的，事實(shí)上這種無法察覺的閃爍仍然會(huì)使人眼容易疲勞。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采用逐行掃描技術(shù)，對(duì)一幅完整的畫面采用一次性掃描，有效地解決了閃爍問題。逐行掃描每次顯示整個(gè)掃描幀，如果逐行掃描的幀率和隔行掃描的場(chǎng)率相同，人眼將看到比隔行掃描更平滑的圖像，相對(duì)于隔行掃描來說閃爍較小。隔行掃描與逐行掃描實(shí)際效果對(duì)比如圖1所示。

由于受到相關(guān)制式的制約，模擬攝像機(jī)的最高分辨率大約為40萬像素，而網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的最高分辨率可達(dá)到百萬像素甚至更高，因此能夠提供更多的畫面細(xì)節(jié)并覆蓋更大的區(qū)域。

以太網(wǎng)供電技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以通過一根以太網(wǎng)五類線即可完成設(shè)備的控制和供電。支持以太網(wǎng)供電技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以在一根網(wǎng)線上完成視頻、音頻、控制信號(hào)的傳輸以及攝像機(jī)的供電。而要達(dá)到相同功能，模擬攝像機(jī)最少需要4根電纜，這大大的增加了布線的工程成本。此外，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)還可以繼承報(bào)警輸入和輸出端口，實(shí)現(xiàn)對(duì)警鈴、門鎖、燈等其他安防系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制，這是模擬攝像機(jī)所難以做到的。

圖1 隔行掃描與逐行掃描實(shí)際效果對(duì)比

由于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)較為昂貴，用它來替代模擬攝像機(jī)使用在污水廠監(jiān)控系統(tǒng)中，似乎會(huì)使得成本難以控制。但由于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的后端配套設(shè)施及傳輸系統(tǒng)可以借用自控系統(tǒng)的終端和網(wǎng)絡(luò)，使得監(jiān)控系統(tǒng)成本可以僅僅考慮網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的部分，而模擬攝像機(jī)則必須追加與之配套的專用硬件平臺(tái)。相較之下，采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)未必會(huì)使成本增加。

3 工程實(shí)例

廣州某大型污水處理廠，采用模擬攝像機(jī)，業(yè)主要求污水廠各主要負(fù)責(zé)人辦公室及上級(jí)主管部門可以看到污水處理廠實(shí)時(shí)圖像。圖2為廠區(qū)中控室與1#自控室的監(jiān)控系統(tǒng)圖。

廠區(qū)北側(cè)的1#自控室和南部的2#自控室各設(shè)置兩臺(tái)監(jiān)控設(shè)備機(jī)柜，通過一系列模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換，將采集到的信號(hào)傳送到模擬監(jiān)控終端。為了達(dá)到業(yè)主遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求，在終端將模擬信號(hào)再一次轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)上傳至網(wǎng)絡(luò)。

視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和廠區(qū)的自控網(wǎng)絡(luò)有比較大的重疊，兩臺(tái)分區(qū)的監(jiān)控設(shè)備均放置在自控室內(nèi)。如果采用數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，可以將視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和自控網(wǎng)絡(luò)合二為一。這樣，1#自控室和2#自控室的兩臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)的監(jiān)控設(shè)備機(jī)柜和中控室的接受數(shù)據(jù)的監(jiān)控設(shè)備機(jī)柜都可以取消，用已有的自控網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)代替，不必額外用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)機(jī)架視頻服務(wù)器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)上傳至網(wǎng)絡(luò)。

圖2 某污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)圖

由于污水廠自控室一般設(shè)置在重要的工藝設(shè)備、單體附近，而這些區(qū)域也正是污水廠視頻監(jiān)控的重點(diǎn)，使得自控室與監(jiān)控區(qū)域的重疊成為必然，所以網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)就能夠很方便的接入自控網(wǎng)絡(luò)。圖3是一個(gè)小型的污水廠監(jiān)控平面圖。

圖3 某污水廠監(jiān)控平面圖

污水廠的北部綜合樓一層設(shè)置中控室，南部為主要的設(shè)備工藝區(qū)，設(shè)置自控室。廠區(qū)中部為一個(gè)140m×80m的人工濕地。從圖3可以看出，主要的監(jiān)控點(diǎn)都在控制室附近。如采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，可就近接入自控室的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，經(jīng)由自控網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳輸至中控室。而廠區(qū)北邊的監(jiān)測(cè)點(diǎn)可就近接入中控室以太網(wǎng)交換機(jī)；如采用模擬攝像機(jī)，將廠區(qū)南側(cè)的監(jiān)控點(diǎn)信號(hào)統(tǒng)一送到北區(qū)的控制中心，會(huì)使布線繁瑣，同時(shí)因?yàn)榫€路過長而影響信號(hào)的質(zhì)量。

對(duì)于小型的污水廠，這種布線方面的優(yōu)勢(shì)并不明顯，當(dāng)污水廠規(guī)模增大時(shí)，優(yōu)勢(shì)才凸顯出來。由于廠區(qū)面積的增大，監(jiān)控點(diǎn)的增多、分散，采用模擬攝像機(jī)將采集到的信號(hào)集中傳送至控制中心會(huì)十分不便，而將網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)就近接入自控系統(tǒng)的交換機(jī)則十分便捷。這種安裝的便捷性甚至可以抵消網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)本身所帶來的高成本，使采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的成本比傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)更加低廉。

4 結(jié)論

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)具有高清、實(shí)用、易擴(kuò)展等特性，非常適合在污水處理廠、泵站等工程中使用。隨著技術(shù)的日益成熟，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的成本逐步降低，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)將會(huì)成為監(jiān)控系統(tǒng)的主流產(chǎn)品。在水處理行業(yè)大面積的推廣網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，可以使整個(gè)廣州市的污水處理廠、泵站做到集中監(jiān)控，統(tǒng)一管理，全盤統(tǒng)籌治水行動(dòng)，為完成治水十二五規(guī)劃的任務(wù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]劉紅彬,周強(qiáng).IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)及其發(fā)展前景[J].煤礦現(xiàn)代化,2005(4):44-46.

[2]吳海龍,孫運(yùn)強(qiáng).網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D],中北大學(xué),2010.