视频监控技术的发展历程和方向

 

• 视频监控技术自20世纪80年代在我国兴起以来，先后经历了模拟视频与近距离监控、模拟视频与远距离联网监控、数字视频与IP网络监控、数字视频与光纤网络监控四个发展阶段。随着“平安城市”构建和谐社会的规划提出，采用何种系统才是“平安城市”理想的解决方案，成为业界讨论和争议的焦点。
  　　本文从技术角度探讨了四种方案的优点和弊端，指出只有基于光纤网络的全数字网络监控方案才能够满足“平安城市”以规模庞大、覆盖面广、多层次管理与高清晰监控为特征的监控需求，体现视频监控技术数字化、网络化、智能化和平台化的发展方向。

   

   

   

   

  　　视频联网监控是远距离大范围监控发展到一定阶段的产物，视频联网监控网使人们对远距离大范围监控以及视频资源共享的迫切需求得到了满足。初期矩阵之间的联网是通过RS232/422低速数据的通讯来完成的，其缺陷是: RS232/422数据的传输速率低、节点不能任意编号、不支持远程管理使联网规模受到限制; 后期开发的IP联网控制功能，即联网控制数据则走IP通道，视频图像数据走光纤通道，弥补了RS232/422联网的缺陷，增强了视频联网的扩容能力。

   

   

   

  　　所以基于模拟矩阵的视频联网监控系统在面对大容量、大规模、多层次的联网监控需求时往往显得力不从心，限于模拟视频的技术瓶颈，无法找到合适的方案从根本上解决问题，这使得人们不得不去开发新型的联网监控技术。

  • 数字视频与IP网络监控

  　　随着数字技术与网络技术的发展，安防监控领域的视频技术也进入了数字化与网络化阶段，这使得传统监控系统中视频图像的传输与管理实现了统一。
  　　视频实现数字化最初是从硬盘录像机开始的，视频压缩技术是硬盘录像机最核心的技术。目前在视频监控领域，主流的压缩标准采用H.264，资料显示H.264视频压缩标准以其高效率的编码效率和传输性能，在视频监控领域得到了广泛应用。其最终制定的标准在2003年已经被ISO/IEC（作为MPEG-4的第十部分）和ITU-T（H.264草案）同时支持。
  　　随着网络技术在我国的普及，人们又提出了网络虚拟矩阵的全数字化矩阵概念。网络虚拟矩阵是以IP网络为媒质，基于TCP/IP协议，采用网络视频编解码器、网络交换机、路由器、网络视频存储设备、网络视频管理平台所构建的基于IP网络的全数字网络监控平台。全数字网络监控系统的显著优势在于充分发挥了数字技术和网络技术的特性，在很多方面解决了模拟矩阵技术无法解决的难题，例如:视频的无损交换、复制与存储; 无距离监控与任意扩展; 支持任意网络拓扑结构。全数字化的网络监控还简化了管理层次，全网视频统一管理与后台的灵活应用等显著优势使得全数字的网络监控平台在2000年以后逐步成为安防监控的主流。但是这种基于IP网络的全数字网络监控技术远非完美:

  　　首先，基于IP网络的带宽限制，我们必须将数字视频进行压缩处理，即以牺牲图像质量（延时、误码、丢帧等）来完成视频的数字化和网络化。
  　　其次，IP网络本身并不是为视频、音频这样的实时大容量业务传输而设计的，网络虚拟矩阵简单的将视频流打包成IP数据包通过普通的网络设备（交换机、路由器等）进行数据交换，这导致了在实际应用中许多不尽人意的地方，包括图像质量、实时性、准确性、控制失灵、延迟抖动等。
  　　最后，网络技术的复杂性加大了管理、使用和维护难度，IP网络使得安防监控系统最关注的安全性无法得到保证。
  　　这些问题都是基于IP网络的全数字网络监控系统所无法解决的。

  • 数字视频与光纤网络监控

  　　“平安城市”自被提案以来，受到市场及安防行业的高度关注，也带动了安防行业的高速发展。“平安城市”以规模庞大、覆盖面广、多层次管理与高清晰监控为特征，采用何种产品或系统才是“平安城市”理想的解决方案，始终是业界人士讨论和争议的焦点。
  　　传统模拟矩阵＋光端机的方案: 虽然能够满足本地视频图像的高质量，实现本地视频的统一管理与近距离监控，但是在大型联网项目中视频多级传输多次A/D转换所带来的视频损耗问题，中间设备众多且没有网管功能所带来的可靠性问题，使它无法满足“平安城市”大规模监控、多层次管理的需求。
  　　基于IP网络的全数字化网络监控方案: 虽然能够支持任意网络拓扑结构，实现全网视频的统一管理与无距离监控，满足大规模监控和多层次管理需求，但基于IP网络的特性，我们必须以牺牲视频图像的高质量、视频监控的实时性和安全性为代价来完成视频监控的数字化与网络化。
  　　鱼，我所欲也; 熊掌，亦我所欲也; 二者如何得兼，是摆在安防业界的一个重大课题。2004年，博康公司推出的BVX方案: 一种基于光纤网络的全数字网络监控技术终于解决了这个难题。
  　　这种新技术是将模拟视频进行数字化编码，但不做压缩，数字化后的视频信号通过光纤网络进行传输。根据非压缩数字视频的传输与交换原理，博康公司构建了一个全新概念的基于光纤网络的集数字矩阵、光纤传输、网络管理于一体的大型专业化网络监控平台，也称为全数字光纤网络监控平台。
  　　与IP网络监控相同的是: 全网图像任意节点接入，任意节点输出，实现了全网图像的无损传输、无损交换和资源共享; 与IP网络监控不相同的是: 图像未经压缩保证了图像的高质量; BVX内部组网，不需要网络交换机、路由器等网络设备，构建了有别于IP网络的专业化监控网络，保证了图像传输、交换、控制的实时性和准确性，以及整个监控网络的安全性。
  　　值得注意的是: 目前市面上有些厂家简单将数字光端机和矩阵系统组合在一起，即将光端机的接收端内置于矩阵，以实现矩阵的光、电两种接入方式，但从光端机接收端出来并输入至切换系统的依然是模拟视频信号，其矩阵的交换还是通过模拟电开关来实现的，这并不是真正意义上的非压缩数字矩阵。
  　　BVx的诞生是安防监控事业发展道路上一个新的里程碑，它不仅高质量地实现了视频监控的数字化和网络化，超高画质的视频图像还为诸如面部识别、交通监控等图像智能分析提供了物质保障。BVx不仅提供高质量无压缩视频图像的接入、传输和交换，还能实现诸如音频、数据、报警、电话、以太网等多种业务的综合接入、传输和交换，构建更为高效灵活的多业务管理平台。BVx的这种特性充分体现了视频监控数字化、网络化、智能化和平台化的发展方向。
  　　BVx全数字光纤网络监控平台的基本特点
  　　1．基于光纤网络的大型网络监控平台
  　　BVx强大的组网功能能够灵活构建环形（自愈）、星型、链型、混合型等各种拓扑结构的光纤网络，相邻节点之间通过一芯或两芯光纤互联互通，一芯光纤最大可传输128路无压缩视频，最大限度地节省光纤资源。全网图像任意节点接入，任意节点输出，监控的视角随着网络的延伸而扩展到每一个角落，实现了全网图像的无损传输、无损交换和资源共享。
  　　BVx强大的网管功能实时检测网络运行状态，动态分配网络带宽资源，对全网设备进行统一管理、实时监控和故障报警，增强了整个系统的可靠性和可维护性，使网络运行达到最佳状态。
  　　2．专业化光纤网络监控平台
  　　BVx创造性的集数字矩阵、光纤传输、网络管理于一体，是专门为大型联网监控而设计的专业化网络监控平台。它集多种功能于一体，简化了系统结构，减少了中间设备，大大增强了系统的稳定性和可靠性; BVx内部组网，不需要网络交换机、路由器等网络设备，构建了有别于IP网络的专业化监控网络，保证了图像传输、交换、控制的实时性和准确性，以及整个监控网络的安全性; BVx单机箱拥有最大容量640路视频输入，320路无压缩视频全交叉矩阵切换输出能力（256路正向视频总线及64路反向视频总线）。BVx嵌入式的系统设计、插卡式的平滑扩展，无延时的传输控制、多层次的权限管理，无不体现着BVx作为大型网络监控平台的专业性和先进性。
  　　3．高清晰全数字化监控平台
  　　BVx采用无压缩数字化的编码方式接入前端视频信号，一次编码全网共享。从前端视频接入到终端视频输出，全程视频数字化无压缩，既避免了传统模拟矩阵+光端机方案由于视频多级传输多次A/D转换所带来的视频损耗问题，也解决了全数字IP网络压缩方案由于图像压缩所带来的图像质量问题。
  　　超高画质的视频图像既实现了特殊行业高清监控的目标，也满足了诸如面部识别、交通监控等图像分析的智能化监控需求。
  　　4．开放性监控平台
  　　BVx系统提供了一个基于光纤网络的开放性监控平台，其开放性的网络设计，兼容以矩阵为核心的模拟监控系统，能够将现有模拟矩阵的输出像普通摄像机一样接入BVx光纤网络，并通过对矩阵的控制管理该矩阵接入的所有视频图像; 兼容以数字码流为核心的IP网络监控系统，能够直接接入数字视频信号，数字IP码流、E1等多种视频信号。
  　　BVx对各种主流矩阵、球机、编解码器等设备的兼容使各种监控系统能够在统一的平台下进行管理和资源共享，使联网监控系统成为一个有机的整体，最大限度地保护用户前期资源和投入，为实现多层次应用和集中管理提供了有力的保障。
  　　5．高多业务管理平台
  　　BVx不仅提供高质量无压缩视频图像的接入、传输和交换，还能实现诸如音频、数据、报警、电话、以太网等多种业务的综合接入、传输和交换。这种多业务的综合接入真正使联网监控系统成为一个有机的整体，大大简化了用户的通信网络，避免其针对不同业务需求，需构建多种通信网络的情况发生，极大地降低了网络建设、维护及管理成本。
  　　可以看出，不管是模拟矩阵，还是基于IP网的虚拟矩阵，目前在视频联网应用中都存在着各自的局限性，致使在实际的联网应用中总是不尽人意。而BVX作为一种全新的视频监控技术，创造性地集数字矩阵、光纤传输、网络管理于一体，弥补了以往方案的各种技术缺陷，让传统监控矩阵插上了数字化和网络化的翅膀，以最先进的技术和理念构建了新一代的大型数字视频网络监控平台。
  

  • IP方式的模拟矩阵联网

  　　无论是RS232/422方式的矩阵联网，还是IP方式的矩阵联网，其核心都是基于模拟矩阵＋光端机的视频联网监控系统。模拟矩阵历经10多年的发展完善，以其成熟的技术、稳定的表现、简易的操作占据市场主流近10年，但是模拟视频技术的发展已接近极限，基于模拟视频的技术瓶颈，随着监控范围和系统规模的不断扩大，也就越来越多的暴露出来。
  视频多级传输多次A/D转换所带来的视频损耗问题
  　　视频信号在多级传输中，需要经过多次的A/D、D/A转换，每次转换过程都会导致视频信号一定程度的损耗，系统规模越大，传输层次越多，视频损耗也就越严重，从而导致图像质量无法保证。

  　　中间设备众多且没有网管功能所带来的可靠性问题

  　　视频监控系统中需要加入多种的大量的中间接入设备，如光端机、矩阵、视分器等等，其中大部分设备不具备网管功能，无法实时侦测设备运行状态，设备故障也不能自动查找。监控中心通过IP网络方式实现对视频矩阵和前端摄像机的控制，由于网络堵塞、网络延时等网络的不稳定性影响了控制的实时性和准确性，使得系统可靠性较低。

   

  • 远距离监控与联网监控

  　　到了90年代，随着对视频监控系统要求的提高以及视频监控应用在诸多领域的普及，视频监控技术也有了飞速发展，不仅实现了远距离监控，还实现了视频联网监控。光端机的出现解决了视频图像远距离传输的问题。早期的模拟光端机以光纤传输独具的优势，如传输距离远、不受电磁干扰、保密性强等，填补了远距离视频传输的空白; 后期的数字光端机更是将多路模拟基带的视频、音频、数据进行数字化，形成高速数字流，采用复用技术进行传输，不仅大大提高了传输质量、传输容量，更加拓宽了传输业务的种类，为视频联网监控提供的物质基础。

   

• 模拟视频与近距离监控

 20世纪80年代，安全技术防范在我国民用领域率先兴起，安防视频监控成为当时最主要的技术防范手段之一。当时的视频监控技术比较简单，都是直接采用视频同轴电缆将视频图像从前端监控点传回监控中心，并逐一显示在监视器上。随着监控点的增多问题随之显现出来: 视频显示设备和录像设备的大幅增多，增加了建设成本，加大了管理难度。
　　为了方便管理，提高监控效率，人们引入了视频矩阵技术，即将视频图像从任意一个输入通道切换到任意一个输出通道。视频矩阵的出现，解决了大量视频图像的切换显示和分配共享等问题。视频采集（摄像机）、视频传输（视频同轴电缆）、视频管理（矩阵）、视频显示（监视器）和视频录像（录像机）就构成了一个基本的视频监控系统。
　　当然，这样的系统不管是上世纪80年代，还是现在，都是一个基本的但又成熟的视频监控系统，其特点是依赖同轴电缆只能在近距离内传输视频信号，以模拟视频的方式完成小范围的视频图像监控。
　　此时，我们无法做到远距离大容量的视频传输，也无法做到多中心多级联网，视频传输距离和容量以及矩阵联网的瓶颈限制了监控系统的规模。所以监控系统要想发展首先必须解决这两个问题。