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發(fā)現(xiàn)問題，目前已在銀行、機場、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)實時監(jiān)視，掌握人員、物資、車輛的流動情況；而且可以及時排除設(shè)備故障，保證生產(chǎn)的正常進行，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的無人值守；同時，還可以掌握重點監(jiān)控區(qū)域的人員流動大小、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，傳輸系統(tǒng)為視(音)頻線、控制線、電源線、光端機等，顯示、控制、存儲設(shè)備多為監(jiān)視器、視頻矩陣、控制鍵盤、硬盤錄像機等，此外，根據(jù)系統(tǒng)的實際需要，模擬的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)可能還包括視頻補償均衡器、字符時鐘發(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、帶云臺彩色攝像機、光端機(光發(fā)、光收)，視頻分配器、硬盤錄像機、錄像回放計算機、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。攝像機對高速公路不同監(jiān)控點圖像進行采集后，通過光纖傳輸?shù)姆绞剑瑢⒏鞅O(jiān)控點的圖像實時傳送到監(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、硬盤錄像機和矩陣切換主機，硬盤錄像機主要實現(xiàn)不同監(jiān)控點圖像的存貯和回放；矩陣切換主機是控制的核心，通過矩陣主機可以分別在監(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，并可實現(xiàn)對帶云臺攝像機的控制、變焦等操作。同時，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)控點圖像進行四畫面合成，然后通過大屏控制系統(tǒng)將不同監(jiān)控點的單幅畫面、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)控點的圖像質(zhì)量、微分增益、微分相位、隨機信噪比等性能指標進行分析，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，隨著計算機技術(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，傳統(tǒng)的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)在實際工程設(shè)計應(yīng)用中也逐漸暴露出監(jiān)控區(qū)域小、傳輸距離短、系統(tǒng)擴展能力差、報警聯(lián)動受限等缺點。
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)攝像機或者是傳統(tǒng)攝像機(經(jīng)編碼器編碼后將模擬的視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號)；傳輸系統(tǒng)通常為光端機、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，存儲設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)數(shù)字硬盤錄像機。由于采用了數(shù)字化的視頻流，數(shù)字視頻的控制信號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、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的距離限制，決定了模擬監(jiān)控只適合于單個大樓、小的居民區(qū)以及其它小范圍的場所；而采用計算機網(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)可以抵達的地方，就是視頻監(jiān)控能夠到達的地方)。
(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器作為存儲介質(zhì)，與模擬視頻磁帶錄像機相比，其在視頻記錄清晰度、信息查詢、介質(zhì)磨損、存儲容量等方面具有明顯的優(yōu)勢。
(3) 在設(shè)備的互聯(lián)、擴展與系統(tǒng)集成方面：在模擬監(jiān)控系統(tǒng)中，由于各部分獨立運作，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)動只能在有限的范圍內(nèi)進行，而系統(tǒng)的擴展與集成往往牽一發(fā)而動全身。而采用tcp/ip網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字視頻信號系統(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現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)、系統(tǒng)的擴展及集成，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、維護升級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，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)能為軌道交通運營管理者提供一個直觀、實時、真實的現(xiàn)場圖像畫面，是地鐵運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、指揮列車運營，提高軌道交通運營能力，保障運營安全和加強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/維護計算機、數(shù)字硬盤錄像機和其他模擬產(chǎn)品如鍵盤、監(jiān)視器、九畫面處理器、固定攝像機、一體化球機等組成。車站內(nèi)的mpeg-2視頻編碼器通過同軸電纜與每個經(jīng)均衡及字符時間疊加后的攝像機視頻輸入一一對接，而編碼器的串口輸出端則與一體化球機的控制端口相連以完成對球機的ptz控制。另外，各車站攝像機視頻經(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。每個編碼器通過其自身獨立的10/100m以太網(wǎng)口與車站千兆交換機連接。錄像回放計算機設(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)交換機的通訊實現(xiàn)對站內(nèi)錄像進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與視頻控制器進行通訊，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)負擔(dān)、加強車站系統(tǒng)的故障防范機制，根據(jù)實際需要，車站部分監(jiān)視器與小型矩陣的輸出端進行連接，以組成一個相對獨立的車站模擬系統(tǒng)，車站值班員同樣可使用同一個網(wǎng)絡(luò)控制鍵盤對矩陣和九畫面處理器進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)安裝有兩臺固定式攝像機，車頭車尾各安裝一臺固定攝像機，每臺攝像機對應(yīng)一臺h.264視頻編碼器，攝像機視頻信息經(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監(jiān)視器和大屏系統(tǒng)，可以使用鍵盤同時在調(diào)度臺監(jiān)視器與大屏上(被動顯示)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)用戶與被控攝像機的權(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ptz的占用情況進行優(yōu)先級判斷，當(dāng)指定的攝像機沒有被其他用戶控制時，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)用位于各個車站錄像機中的錄像，實現(xiàn)對錄像進行搜索、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)域先進技術(shù)、先進方法在視頻監(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。