1 引言
閉路電視(cctv)監(jiān)控系統(tǒng)主要通過視頻圖像的顯示和控制來實(shí)現(xiàn)對相關(guān)區(qū)域的生產(chǎn)、生活、關(guān)鍵部位的管理，是安全防范系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)的重要組成部分。由于閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)區(qū)域重要設(shè)備及現(xiàn)場的監(jiān)視，便于控制中心值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，目前已在銀行、機(jī)場、小區(qū)、樓宇、學(xué)校、醫(yī)院、地鐵、高速公路、企業(yè)生產(chǎn)等諸多場所得以廣泛應(yīng)用。通過閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以對相關(guān)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視，掌握人員、物資、車輛的流動(dòng)情況；而且可以及時(shí)排除設(shè)備故障，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的無人值守；同時(shí)，還可以掌握重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域的人員流動(dòng)大小、流向，作為公安監(jiān)管部門事前預(yù)防、事中發(fā)現(xiàn)、事后處置的重要手段。
2 系統(tǒng)組成
閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)一般由前端設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、顯示設(shè)備、控制設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等組成。根據(jù)系統(tǒng)的組成不同，閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)通常分為數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)兩大類。
2.1 模擬閉路電視
模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的前端設(shè)備為各種攝像機(jī)，傳輸系統(tǒng)為視(音)頻線、控制線、電源線、光端機(jī)等，顯示、控制、存儲(chǔ)設(shè)備多為監(jiān)視器、視頻矩陣、控制鍵盤、硬盤錄像機(jī)等，此外，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要，模擬的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)可能還包括視頻補(bǔ)償均衡器、字符時(shí)鐘發(fā)生器、視頻分配器、畫面合成器、視頻分析儀等設(shè)備。圖1為一高速公路的閉路電視監(jiān)控工程系統(tǒng)構(gòu)成圖，由圖可知，系統(tǒng)主要由室內(nèi)、室外固定攝像機(jī)、帶云臺(tái)彩色攝像機(jī)、光端機(jī)(光發(fā)、光收)，視頻分配器、硬盤錄像機(jī)、錄像回放計(jì)算機(jī)、控制矩陣、彩色監(jiān)視器、控制鍵盤、圖像處理器以及視頻分析系統(tǒng)、大屏顯示/控制系統(tǒng)等組成。攝像機(jī)對高速公路不同監(jiān)控點(diǎn)圖像進(jìn)行采集后，通過光纖傳輸?shù)姆绞?，將各監(jiān)控點(diǎn)的圖像實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)控中心轄區(qū)、交警中心。監(jiān)控中心轄區(qū)配置視頻分配器、硬盤錄像機(jī)和矩陣切換主機(jī)，硬盤錄像機(jī)主要實(shí)現(xiàn)不同監(jiān)控點(diǎn)圖像的存貯和回放；矩陣切換主機(jī)是控制的核心，通過矩陣主機(jī)可以分別在監(jiān)控中心電視墻的不同監(jiān)視器、交警中心的監(jiān)視器上切換任意一幅圖像，并可實(shí)現(xiàn)對帶云臺(tái)攝像機(jī)的控制、變焦等操作。同時(shí)，設(shè)置在監(jiān)控中心的四畫面圖像處理器可以將高速公路不同監(jiān)控點(diǎn)圖像進(jìn)行四畫面合成，然后通過大屏控制系統(tǒng)將不同監(jiān)控點(diǎn)的單幅畫面、經(jīng)合成后的四畫面靈活的切換到顯示大屏上。此外，設(shè)置在監(jiān)控中心的視頻分析儀可以對高速公路不同監(jiān)控點(diǎn)的圖像質(zhì)量、微分增益、微分相位、隨機(jī)信噪比等性能指標(biāo)進(jìn)行分析，以便通過各種手段更好的提高系統(tǒng)綜合性能、改善圖像顯示效果。
圖1 某高速公路閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)示意圖
2.2 數(shù)字閉路電視
近幾年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、視頻壓縮編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理技術(shù)、傳輸技術(shù)的快速發(fā)展，視頻監(jiān)控制技術(shù)得到迅猛的發(fā)展。同時(shí)，傳統(tǒng)的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際工程設(shè)計(jì)應(yīng)用中也逐漸暴露出監(jiān)控區(qū)域小、傳輸距離短、系統(tǒng)擴(kuò)展能力差、報(bào)警聯(lián)動(dòng)受限等缺點(diǎn)。
與模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)相比，數(shù)字化的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的前端設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)或者是傳統(tǒng)攝像機(jī)(經(jīng)編碼器編碼后將模擬的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào))；傳輸系統(tǒng)通常為光端機(jī)、編碼器(根據(jù)視頻壓縮算法不同，主要有：m-jpeg、h.261、h.263、h.264、mpeg-1、mpeg-2、mpeg-4等類型)、數(shù)字視頻轉(zhuǎn)碼器(用于實(shí)現(xiàn)不同數(shù)字碼流的格式轉(zhuǎn)換)等；而數(shù)字化的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的顯示通常為“解碼器+監(jiān)視器”的硬解方式和基于pc的視頻瀏覽臺(tái)的軟解方式；控制設(shè)備為視頻控制器、網(wǎng)絡(luò)鍵盤等，存儲(chǔ)設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)數(shù)字硬盤錄像機(jī)。由于采用了數(shù)字化的視頻流，數(shù)字視頻的控制信號(hào)和視頻信息都可以通過網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中傳輸，因此，數(shù)字化的監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸、圖像存儲(chǔ)、視頻檢索、設(shè)備互聯(lián)、系統(tǒng)集成等方面存在較大的優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在：
(1) 在圖像的傳輸方面：模擬視頻信號(hào)的傳輸介質(zhì)主要是同軸電纜，由于同軸電纜在傳輸模擬視頻信號(hào)的距離限制，決定了模擬監(jiān)控只適合于單個(gè)大樓、小的居民區(qū)以及其它小范圍的場所；而采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)字化閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，通過和基于ip的網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，可使得數(shù)字視頻遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控不受距離限制(可以說，只要網(wǎng)絡(luò)可以抵達(dá)的地方，就是視頻監(jiān)控能夠到達(dá)的地方)。
(2) 在圖像的記錄方面：由于數(shù)字化視頻技術(shù)采用大容量磁盤陣列存盤器或光盤存儲(chǔ)器作為存儲(chǔ)介質(zhì)，與模擬視頻磁帶錄像機(jī)相比，其在視頻記錄清晰度、信息查詢、介質(zhì)磨損、存儲(chǔ)容量等方面具有明顯的優(yōu)勢。
(3) 在設(shè)備的互聯(lián)、擴(kuò)展與系統(tǒng)集成方面：在模擬監(jiān)控系統(tǒng)中，由于各部分獨(dú)立運(yùn)作，相互之間的控制協(xié)議由于設(shè)備制造廠家的不同，設(shè)備之間的互聯(lián)很難互通，聯(lián)動(dòng)只能在有限的范圍內(nèi)進(jìn)行，而系統(tǒng)的擴(kuò)展與集成往往牽一發(fā)而動(dòng)全身。而采用tcp/ip網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字視頻信號(hào)系統(tǒng)，只需要在網(wǎng)絡(luò)上增加相應(yīng)的前端設(shè)備和客戶端軟硬件即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)、系統(tǒng)的擴(kuò)展及集成，具有模擬監(jiān)控系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢。
此外，數(shù)字化的監(jiān)控系統(tǒng)由于采用windows2000、unix、linux等通用操作系統(tǒng)，在操作界面簡單性、友好性方面、維護(hù)升級(jí)的簡捷性方面以及系統(tǒng)的安全性方面都有明顯的優(yōu)點(diǎn)，并且數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)不斷發(fā)展可為智能cctv系統(tǒng)的應(yīng)用創(chuàng)造條件。
3 軌道交通數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)
在軌道交通領(lǐng)域，閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)能為軌道交通運(yùn)營管理者提供一個(gè)直觀、實(shí)時(shí)、真實(shí)的現(xiàn)場圖像畫面，是地鐵運(yùn)營管理的一種極為有效的安全防范工具。作為調(diào)度員和車站值班員監(jiān)視列車運(yùn)行、掌握客流大小和流向的重要工具，軌道交通閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)對有效組織、指揮列車運(yùn)營，提高軌道交通運(yùn)營能力，保障運(yùn)營安全和加強(qiáng)車站管理具有重要作用。
圖2為某軌道交通正線車站cctv系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方案示意圖。該車站監(jiān)控采用基于ip的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由視頻編碼器、視頻解碼器，本地視頻控制器、錄像回放/維護(hù)計(jì)算機(jī)、數(shù)字硬盤錄像機(jī)和其他模擬產(chǎn)品如鍵盤、監(jiān)視器、九畫面處理器、固定攝像機(jī)、一體化球機(jī)等組成。車站內(nèi)的mpeg-2視頻編碼器通過同軸電纜與每個(gè)經(jīng)均衡及字符時(shí)間疊加后的攝像機(jī)視頻輸入一一對接，而編碼器的串口輸出端則與一體化球機(jī)的控制端口相連以完成對球機(jī)的ptz控制。另外，各車站攝像機(jī)視頻經(jīng)配置的九畫面處理器處理并經(jīng)視頻分配器分配后，也送視頻編碼器。每個(gè)編碼器通過其自身獨(dú)立的10/100m以太網(wǎng)口與車站千兆交換機(jī)連接。錄像回放計(jì)算機(jī)設(shè)置于車站警務(wù)室，并安裝有硬盤錄像管理軟件，通過和車站百兆以太網(wǎng)交換機(jī)的通訊實(shí)現(xiàn)對站內(nèi)錄像進(jìn)行查詢和回放的功能。網(wǎng)絡(luò)控制鍵盤通過車站千兆交換機(jī)與視頻控制器進(jìn)行通訊，視頻控制器授權(quán)鍵盤用戶，而鍵盤發(fā)出的控制指令經(jīng)過視頻控制器進(jìn)行決策轉(zhuǎn)發(fā)。車站mpeg-2視頻解碼器分別連接消控室、psc及警務(wù)室的lcd監(jiān)視器，車站有關(guān)人員根據(jù)其權(quán)限可通過網(wǎng)絡(luò)控制鍵盤進(jìn)行切換顯示所需要的單畫面、四畫面、九畫面圖像并完成對攝像機(jī)的ptz控制。
圖2 車站cctv系統(tǒng)構(gòu)建方案示意圖
此外，為了減少了網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)、加強(qiáng)車站系統(tǒng)的故障防范機(jī)制，根據(jù)實(shí)際需要，車站部分監(jiān)視器與小型矩陣的輸出端進(jìn)行連接，以組成一個(gè)相對獨(dú)立的車站模擬系統(tǒng)，車站值班員同樣可使用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制鍵盤對矩陣和九畫面處理器進(jìn)行操作完成對圖像的切換和控制。
為了能夠可靠有效的監(jiān)控列車內(nèi)部情況，在車輛的每節(jié)車廂內(nèi)安裝有兩臺(tái)固定式攝像機(jī)，車頭車尾各安裝一臺(tái)固定攝像機(jī)，每臺(tái)攝像機(jī)對應(yīng)一臺(tái)h.264視頻編碼器，攝像機(jī)視頻信息經(jīng)過車載編碼器h.264編碼壓縮后，經(jīng)車載以太網(wǎng)和車地?zé)o線通訊系統(tǒng)傳至控制中心occ和備用控制中心socc(車載的h.264碼流在中心進(jìn)行mpeg-2轉(zhuǎn)碼處理)。
控制中心occ和備用控制中心socc是基于ip傳輸?shù)臄?shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心，由視頻解碼器、視頻服務(wù)器、錄像回放/維護(hù)工作站、控制鍵盤、視頻監(jiān)視器及大屏顯示/控制系統(tǒng)等組成。occ/socc的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
圖3 occ/socc cctv系統(tǒng)構(gòu)建方案示意圖
在occ配置了多套高密度插卡式mpeg-2視頻解碼器，每個(gè)解碼卡通過其10/100m自適應(yīng)以太網(wǎng)端口與千兆骨干網(wǎng)進(jìn)行連接，其中九路經(jīng)解碼后的視頻先經(jīng)視頻分配器后分別送九臺(tái)監(jiān)視器和大屏系統(tǒng)，可以使用鍵盤同時(shí)在調(diào)度臺(tái)監(jiān)視器與大屏上(被動(dòng)顯示)選擇和控制所需要的圖像(包括不同的車站前端攝像機(jī)單畫面、四畫面和九畫面圖像)。
控制鍵盤的ptz命令由occ/socc視頻服務(wù)器根據(jù)用戶與被控?cái)z像機(jī)的權(quán)限關(guān)系發(fā)向車站的視頻控制器，車站的視頻控制器根據(jù)該攝像機(jī)ptz的占用情況進(jìn)行優(yōu)先級(jí)判斷，當(dāng)指定的攝像機(jī)沒有被其他用戶控制時(shí)，則車站視頻服務(wù)器將ptz控制指令發(fā)送給車站編碼器執(zhí)行。
錄像回放/維護(hù)工作站和occ/socc網(wǎng)絡(luò)連接，安裝于工作站內(nèi)部的錄像管理軟件可通過傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)以軟解的方式調(diào)用位于各個(gè)車站錄像機(jī)中的錄像，實(shí)現(xiàn)對錄像進(jìn)行搜索、回放、本地抓拍及刻錄功能。
4 結(jié)束語
當(dāng)前，閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)在國內(nèi)外已基本形成了根據(jù)實(shí)際需要的模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、模/數(shù)混合閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、全數(shù)字化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)共存、共榮的局面。
數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)融合了信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，是相關(guān)領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)方法在視頻監(jiān)控領(lǐng)域的新應(yīng)用。雖然視頻數(shù)字化在實(shí)際應(yīng)用中也存在一定的瑕疵，但隨著數(shù)字化閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)在圖像質(zhì)量、可靠性、圖像延遲等方面的不斷完善，視頻監(jiān)控系統(tǒng)必將在前端一體化、視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化獲得更快、更好的發(fā)展。