喬 鵬

（山西省自動化研究所，山西 太原 030012）

0 引言

進入21世紀(jì)以后，隨著計算機技術(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，使用高清攝像機組建高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(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)建及其中信號傳輸部分的幾種實現(xiàn)方式做一些分析說明。

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

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)備及存儲顯示設(shè)備3部分組成［1］，其系統(tǒng)拓撲圖如圖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)攝像機及相關(guān)配套產(chǎn)品。百萬像素級高清網(wǎng)絡(luò)攝像機最早是由松下、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)控攝像機。開始發(fā)展階段，受制于當(dāng)時硬盤容量及帶寬的局限，并且由于國際廠商的壟斷，造成高清攝像機價格高昂，影響了高清監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，硬盤容量已發(fā)展至TB時代，目前主流硬盤已達到3TB甚至更高，并且硬盤價格也越來越低廉，高清攝像機硬盤占用大的問題已經(jīng)不復(fù)存在。在帶寬方面，以實際數(shù)值來說，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、寬帶則根本沒有任何問題，在遠程監(jiān)控環(huán)境中可以采用雙碼流技術(shù)，在遠程顯示中可采用CIF格式，科學(xué)技術(shù)發(fā)展至今，大可不必擔(dān)心帶寬的問題影響工程質(zhì)量。更為重要的是，國內(nèi)一些技術(shù)研發(fā)實力強大的核心生產(chǎn)廠家突破國外的技術(shù)封鎖和層層技術(shù)難關(guān)，自主開發(fā)生產(chǎn)出國產(chǎn)百萬高清攝像機，其成本上的優(yōu)勢使得高清監(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)控拓撲圖

在系統(tǒng)中對于前端設(shè)備的選擇，可依據(jù)實際情況進行選擇。目前200萬像素的高清攝像機在成像效果及成本平衡間已頗具性價比，相比前幾代模擬攝像機，網(wǎng)絡(luò)攝像機在成像清晰度及抗干擾能力方面優(yōu)勢明顯。

1.2 傳輸設(shè)備

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

1.2.1 交換機加光纖收發(fā)器方式

交換機加光纖收發(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網(wǎng)線將高清攝像機信號傳至交換機，交換機通過光纖收發(fā)器發(fā)送端與光纖相連，由光纖將信號傳輸至中央控制室，并通過光纖收發(fā)器接收端處理信號后傳至控制室交換機，由控制室交換機引出信號接至硬盤錄像機進行錄像存儲顯示或接至解碼器后由拼接屏顯示。

圖2 交換機加光纖收發(fā)器系統(tǒng)構(gòu)建示意圖

這一傳輸方式具有以下優(yōu)點：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，實現(xiàn)了遠距離的信號傳輸；②光纖收發(fā)器加交換機成本低廉，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)問題時，便于檢測是光纖收發(fā)器問題還是交換機問題。其缺點是目前光纖收發(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)目前實際情況，交換機加光纖收發(fā)器方式仍是未來很長一段時間高清視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建的重要組成方式。

1.2.2 帶光模塊的交換機方式

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

相比較交換機加光纖收發(fā)器方式，帶光模塊的交換機更具效率性與安全性，它可實現(xiàn)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一供電，具有相當(dāng)大的便利性。其缺點也同樣明顯，首先它的造價要遠高于普通交換機加光纖收發(fā)器；其次由于光口交換機的光模塊大多沒有統(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，這樣給后期的維護帶來很大的麻煩。因此，在實際應(yīng)用中，該方式的使用程度不及交換機加光纖收發(fā)器的方式。

圖3 帶光模塊的交換機

1.2.3 網(wǎng)絡(luò)高清光端機方式

所謂光端機，就是用來將光信號和電信號互相轉(zhuǎn)換的一種設(shè)備。隨著光纖價格的不斷下降和應(yīng)用的日漸廣泛，光端機的技術(shù)發(fā)展取得了長足的進步。但是在高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)高清光端機方式確是實際中應(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)化平臺的利用；其次，高清網(wǎng)絡(luò)光端機造價較高，影響了它的推廣。事實上，光纖收發(fā)器和帶光口的交換機并不是為高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控傳輸不間斷監(jiān)控視頻而專門設(shè)計，其配置繁瑣、接口眾多、網(wǎng)絡(luò)延時大等也成為這兩種方式的一些弊端。

目前，網(wǎng)絡(luò)高清光端機的運用主要使用在原有模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)升級為高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的過程中，在原有模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，遠距離傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方式也是依靠光纖和光端機實現(xiàn)。在這一改造過程中，遠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。

不過從長遠看來，今后必將有更多的廠商開發(fā)設(shè)計應(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，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)用問題［3］。

2 存儲顯示設(shè)備

高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻資料的存儲主要使用網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機（NVR，Network Video Recorder）實現(xiàn)。NVR最主要的功能是通過網(wǎng)絡(luò)接收IPC（高清網(wǎng)絡(luò)攝像機）設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)字視頻碼流，并進行存儲、管理，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化帶來的分布式架構(gòu)優(yōu)勢。簡單來說，通過NVR，可以同時觀看、瀏覽、回放、管理、存儲多個高清網(wǎng)絡(luò)攝像機［4］。

顯示部分，可根據(jù)實際需求選用以下幾種方案：①可利用液晶顯示器連接NVR進行直接顯示；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)中任何一臺電腦對系統(tǒng)服務(wù)器進行訪問，輸入監(jiān)控系統(tǒng)交換機地址觀看實時視頻影像；③可利用視頻解碼器，將視頻信號接至監(jiān)控拼接屏，實現(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現(xiàn)，因為在常規(guī)尺寸的顯示器上，肉眼無法分辨超高清視頻技術(shù)帶來的視頻畫面質(zhì)量的改善。目前，采用JPEG2000編碼技術(shù)的1 600萬像素IPC已經(jīng)問世，可達到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現(xiàn)視頻顯示。

3 前景展望

俗話說，攝像機是眼睛，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，上下級管理部門數(shù)據(jù)縱向貫通，從網(wǎng)點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、無人值守變電站等都存在迫切的需求［5］。隨著科技的進步，技術(shù)的發(fā)展，未來高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)會在我們的生產(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］.中國安防，2010（12）：21－24.

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

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

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

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