大型视频监控系统的技术要点分析.docx
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大型视频监控系统的技术要点分析
大型视频监控系统的技术要点分析
随着宽带网络的普及和行业管理部门对管理水平提高的需求增加，城市公安、交通、金融、环保、电力、医疗、教育等管理部门对城市范围内的大型联网安全与视频监控平台的需求也在这两年开始大量增加，其中尤其以城市公安和金融领域的需求最为突出。
在城市公安领域，公安部门正在大力进行科技强警示范城市的建设，首批22个城市的城市治安监控系统已经开始实施，2008年科技强警示范建设城市将达到180个，而最终我国660个城市和1642个县城都需要上基于网络的公共安全与图像监控系统。
而在金融领域，在过去的几年中，国内各大国有银行和商业银行根据中国人民银行总行和公安部关于银行图像监控系统的数字化改建要求，已经建设完成了大量基层网点的数字化监控系统建设改造工作，目前也已经开始进行各种联网监控管理系统的改造试点工作。
随着网络传输技术、图像编解码技术的成熟，实现这些新兴行业客户需求的已经取得了重大的突破，大型的视频监控系统正在全国各地迅速地建设起来。
大型监控系统的特点
随着城市治安系统、行业治安系统的建设，我们可以看到这些大型的监控系统有着一些共同的特点：
1 以平台为核心，以网络为纽带
我们现在的安防系统的规模及规划，已经让人有点生畏，或者让使用者有点生畏。
数量众多的摄像头采集的图像如何监看？
数量众多的编解码设备如何管理？
数量众多的后端服务器如何配合及管理？
靠人力已经不能解决大规模监控系统出现的管理问题了，所以打造一个管理平台的需求就显得非常迫切。
一个好的管理平台可以将所有的摄像头纳入管理，将所有的报警点纳入管理，将所有的编解码设备纳入管理，将所有的后台服务器纳入管理，从而使得整套系统能够顺畅运行。
而以平台作为核心来管理整个监控系统要有一个前提，就是要有一个足够带宽（或者说经过管理后可以满足要求的足够带宽）的网络来连接这些设备和服务器，没有网络一切就是空谈。
2 接入多家不同的设备，实现互联互通
由于安防行业的历史状况（独立的小规模应用为主），造成了设备的生产厂家非常众多，而且各个厂家都有自己的一套编解码和网络传输的做法。
这个现状对于组成大型网络的非常不利的。
但是也是因为这个现状的存在，所以就要求我们的大型监控系统平台能够接入多家厂商的设备。
一者保护用户原有的投资；二者在用户在新系统建设时减少投入提供解决办法。
现在看来，已建和在建的大型监控系统都在这个方面做出了大量的努力，都接入了国内主流厂商的视频编解码设备，并且在用户端基本实现了对设备厂家和型号的透明化。
3 安防和业务应用的结合越来越紧密
安防系统作为保安（保卫）系统的一项专门业务，一直以来和行业的其他应用保持着一定的距离。
然而随着网络监控的深入，随着管理层次的细化，越来越多的要求显示，安防系统需要和行业的其他业务应用作更紧密地结合。
以下简单举一些例子：
网吧监控。
网吧有着典型的行业特色，在业务层面，网吧的经营者关注着网吧的运营状况，而公安部门和工商管理关注着网吧有没有违规经营，所以对于网吧的视频监控而言，这两方面的需求是不一样的。
而从监管的角度来讲，一般的安防监控系统应该能满足一定的要求，而从经营者的角度来看，普通的安防监控系统显然不能满足他的需求（而且会增加他的投入）。
所以安防系统怎样和网吧的业务系统结合，减少投入，增加应用效益，是我们安防系统需要考虑的，而只有解决了这样的问题，我们的安防系统才是大家都欢迎的。
从而帮助客户成功。
大型监控系统的技术要点
针对这几个特点，我们可以分析得到大型的视频监控系统的技术要点：
1 平台本身
1.1 集中式管理
集中式管理体现在一个系统由一个中心管理控制服务器统一进行管理，任何系统的配置变化以及新单元的加入都由这个中心管理服务器进行统一认证，分配，调度，从而保证系统的一致性，可用性，安全性，并使接入系统中的各个单元得到及时的一致性的信息与指令。
系统中其它服务器统一由中心管理服务器进行负载分配，在服务器发生变化时，由中心管理服务器及时进行负载转移，达到系统资源的合理分布与均衡。
集中式管理主要还体现在系统管理员只要在自己的办公桌前就可以管理系统中的所有设备，同时也可管理系统中的服务器和客户单元，而无需站在任何被管对象前。
集中式管理使系统在架构上简单，系统可靠，客户单元接入容易，便于认证以及权限的管理，对于具有控制争夺的请求可以采用统一的策略进行处理，并保证信息的一致性。
集中式管理还体现在组织机构的一个中心多级管理这样的管理体系上，中心建立主控中心域，有一个中心控制服务器，下级建立分中心域，有一个分中心控制服务器，上级中心的指令可下发到下级中心，下级中心的信息以及请求也可提交给上级中心，进行集中发布，并按照统一的组织机构对用户进行管理，实现下级多个区域的管理，对于跨域的请求可由上级系统进行仲裁，并授予两个域的互连。
1.2 分布式服务
由于一个服务器无法承担过多的设备访问，要保证大量的并发访问，可采用多服务器形式，进行分布式服务，同时对不同的访问类型也要进行分服务器处理。
一个域中存在多个应用服务器，允许动态增加或减少应用服务器，当相应服务器连接上中心控制服务器时，该服务器则变为可用。
中心控制服务器按一定的策略协调服务器之间的负载（DVR的访问分配）。
系统允许动态增加或减少服务器。
如果某服务器连接断开，则自动将其负载分配到其他活动服务器。
在中心控制服务器发生故障的时候，应用服务器保持工作，在故障排除后，应用服务器连接上控制服务器时，向控制服务器汇报当前DVR设备现状，以及客户端的访问状态。
客户端在请求系统访问时，会得到中心控制服务器的连接信息，自动连接到要访问的设备的管理服务器，并提交要进行的访问请求。
1.3 分级式存储
由多域存储与前端存储组成，各域管理各自的设备，一个域中有多个存储服务器，均衡设备的负载，并将数据资源存储在统一路径之下，这里采用的是统一目录访问协议，因此不同的存储服务器在访问同一资源时其路径是一致，由此达到中心存储的目的。
其次在前端设备上也提供了本地存储，将视频存储在本地，主要是实现断网不断存储的目的，并可采用不同的策略在中心存储必要的、需要长期保存的数据，而在前端设备上存储短期的全面的视频数据。
1.4 媒体数据转发
由于视频监视存在着大量的重复性，对于客户端的访问，系统采用基于转发服务器的的传输方式进行实时视频的分发，并通过多网卡，隔离设备与客户端网段，设备网段采用安全的TCP连接，这样既可避免两类网段的冲突，又确保了数据来源的完整性，同时也增加了服务器网络的实际带宽。
对于DVR上的历史录像查看是通过流媒体点播服务器对用户的请求进行视频数据的转送，系统基于TCP进行传输，可确保视频数据的完整性。
针对大量的录像查看的请求，服务器还做了缓存存储与命中策略，对于查看同段录像的请求大大降低了对DVR的重复请求，也保证了客户端得到数据的及时性。
1.5 系统的可扩展性
采用了系统的分布式服务，并实现动态服务增加与减少的处理，实现了系统的可动态延伸；
其次，采用不同类型的服务分离，以及服务注册/注销机制，使系统达到了可动态的扩展能力。
2 设备接入
2.1 统一接入协议
要想把各个不同厂家的设备接入到大型监控系统中来，设备必须将统一按照系统的设备接入协议来通信，只有整个系统中所有的设备讲的是同一种语言，整个系统才能实现互联互通的目的。
所以定义一个通用、可扩展的的设备接入协议是大型监控系统的一个重要的技术工作。
2.2 提供视频开发包
我们统一的通信协议，并不意味着全部解决了系统的互联互通问题，由于各种各样的原因，各个厂家的音视频数据编码格式上存在着诸多的不同，而要求各个厂家按照统一的编码格式、统一的数据封装格式来输出音视频数据，显然有些过于苛求。
所以较好的做法是将不同厂家的设备编码出来的数据，用该厂家提供的解码库（解码设备）来解码。
因此，如果要把设备接入到大型监控系统中来，设备厂家需要提供视频开发包。
3 中间件技术
行业的特色各种各样，客户的要求千差万别，将安防系统融合到其他的业务应用系统中将是今后的一个趋势。
因此，我们的大型监控系统基于的管理平台需要是一个具有很大开放性的平台，能够提供各种开发接口：
输入的、输出的、中间控制的等等。
因此将安防系统的基础平台建设成一个中间件平台，是一个比较好的解决方法。
在这个中间件平台上提供 集中管理、设备接入、媒体转发、集中存储、电子地图服务、报警接入等等。
网络视频监控技术的未来发展趋势
经济的发展促使着人们不断的提高安防意识，当传统的本地模拟监控方式逐渐不能满足某些行业大范围、远距离监控的需求，如银行跨地区联网监控时，通过网络将图像进行远程传输的集中监控方式应运而生。
目前，随着互联网的大范围普及，远程监控已经渗透到教育、政府、娱乐场所、医院、酒店、运动场馆、城市治安等多种领域。
熟悉远程监控的人都知道，将图像摄取后进行远程传输的主要方式除了互联网，还有光纤。
有人认为，通过光端机和光纤进行远程监控，其视频图像的质量和传输速度要优于网络传输，但是它昂贵的成本和复杂的布线工程让人望而却步。
更重要的是，其组网能力相对较差，不能满足大型监控项目的需求。
而网络监控则在此显示出它独有的优势：
凡是有网络的地方就能构建网络监控系统。
由于省去了传统的布线和线路维护费用，使得网络监控系统的安装成本大大降低。
对于使用者来说，网络监控还不受时间、地点限制，在授权的情况下可以随时按需监控，实现即插即用即看，使用方式相当便捷。
于是，网络视频监控一致被业界认为是未来视频联网监控的主要趋势。
网络监控的优势和广阔前景促使国内外安防厂商纷纷研发适合网络监控的产品，如先前的DVR，后来的网络摄像机、网络视频服务器等。
这些网络产品由于采用了先进的数字压缩技术，可使传输带宽和存储要求达到更小化，以弥补因网络带宽不足而导致的缺陷。
近年来，数字视频监控系统的核心设备——网络摄像机和视频服务器因为具有更多的智能特性和强大的联网功能，而成为网络监控市场的新宠儿。
据Gartner集团预测，2005年全球视频服务器的销售额将达到420亿美元，年均增长将达到64%，而中国市场的增长速度更有望超越国际水平。
同时，在宽带技术快速发展的驱动下，网络监控产品市场也将以每年57.5%的速度增长。
随着人民生活水平的提升以及对安防要求的提高，传统意义上的模拟本地化监控已经远远不能满足市场需求。
而网络系统的飞速发展，使得依靠网络进行远程视频监控成为可能。
对于大型的监控系统来说，网络监控相对本地监控有着无可比拟的优势，具体体现在监控方式更灵活、系统施工和维护造价相对低廉、可保存的数据量更大、数据保存方式更多、数据应用形式更广、系统集成度更高。
而另一方面，以网络为基础的视频监控突破了时间、地域的限制，只要有网络存在的地方就可以建立网络监控系统，省去了传统的布线和线路维护费用，降低了监控成本；用户在授权的情况下，就可以不受地域限制随时按需监控，实现即插、即用、即看。
可以说，现阶段通过网络及网络产品已经真正实现了分散布点、集中监控的远程传输。
在一些特定的场合，网络监控得到了有效的应用，受到了广大安防厂商和行业用户的广泛关注。
但是值得我们关注的是，网络视频的传输是当初网络协议提出时所未料及的。
我们知道，图像是一个恒定的信息流，而在因特网内部，信息却不是一个恒定的流。
在图像传输过程中，TCP（播送控制协议）先将发送的信息分解成多个数据包，每一个数据包用一个序号和接收地址来标定，并插入一些纠错信息，按序组合并保证可靠性传送。
而IP（Internet协议）则将数据包通过网络传送给远程主机并负责数据包的寻址。
在另一端，TCP接收到数据包并核查错误，若有错误发生，TCP要求重发这个特定的数据包，只有所有的数据包都被正确地接收，TCP才用序号来重构原始信息。
基于网络传输的这些原理，网络视频监控对网络有着很大的依赖性。
庞大的数据和信号流量与目前相对过小的可用带宽产生的矛盾导致人们对IP网络视频监控的应用和前景并不十分乐观，而图像质量、网络速度、传输时延、网络安全等问题，也成为大家关注的焦点。
虽然网络监控暂时存在种种缺陷，但我们也应该看到，网络发展的空间非常巨大。
国务院出台的政策对网络建设鼓励非常，作为IP网络监控的载体，IP宽带的发展和完善将极大的提高用户对IP网络监控的信心。
国内的多家网络运营商已经个个摩拳擦掌，大部分安防业内人士也认为，远程网络传输应该是监控行业的一个重要的发展方向。
同时，它的市场前景促使国内外的安防厂商纷纷将研制适应网络监控的监控产品作为公司的科研重点。
据国外有关方面预测，网络摄像机在2007年将占据全球市场需求的一半。
目前，国内外相关人士都在努力地改进和完善IP网络视频监控固有的缺陷，虽然短期内还很难满足用户的需求，IP网络视频监控技术只能说是日趋完善，但可以预料的是，IP网控将会随着网络的进一步完善而得到长足的发展。
视频监控系统的现状与未来发展方向
视频监控系统是安全防范系统的重要组成部分，是一种防范能力较强的综合系统。
视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。
近年来，随着现代科学技术的不断发展特别是网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高以及各种实用视频信息处理技术的出现，视频监控技术也有长足的发展，视频监控进入了全数字化的网络时代，日益受到人们的重视和关注。
视频监控系统的发展基本上是从早期的模拟闭路电视监控系统向数模结合的视频监控系统和现在的数字视频监控系统演变的过程，而现在的数字视频监控系统根据技术的发展又分为三个阶段：
数字监控的多媒体阶段、数字监控的DVR阶段和数字监控的网络阶段。
视频监控系统的现状
1、模拟视频监控系统
模拟视频监控系统分为基于微处理器的视频切换控制加PC机的多媒体管理和基于PC机实现对矩阵主机的切换控制及对系统的多媒体管理两种类型。
模拟闭路电视监控系统实际上就是许多模拟监控设备的组合，系统主要由“前端设备”和“终端控制设备”以及“信号传输介质”三个部分组成，其中：
前端设备主要有摄像机、云台、解码器等，控制设备主要有切换矩阵、画面分割器、监视器、控制键盘、录像机等。
传输介质包括电缆、控制线等。
随着微处理器、微机的功能、性能的增强和提高，多媒体技术的应用，系统在功能、性能、可靠性、结构方式等方面都发生了很大的变化，视频监控系统的构成更加方便灵活、与其它技术系统的接口趋于规范，人机交互界面更为友好。
但由于视频监控系统中信息流的形态没有变，仍为模拟的视频信号，系统的网络结构主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络，因此系统尽管已发展到很高的水平，已无太多潜力可挖，其局限性依然存在，要满足更高的要求，数字化是必由之路。
模拟监控系统的主要缺点有：
a、通常只适合于小范围的区域监控，模拟视频信号的传输工具主要是同轴电缆，而同轴电缆传输模拟视频信号的距离不大于1Km，双绞线的距离更短，这就决定了模拟监控只适合于单个大楼、小的居民区以及其它小范围的场所。
b、系统的扩展能力差 对于已经建好的系统，如要增加新的监控点，往往是牵一发而动全身，新的设备也很难添加到原有的系统之中。
c、无法形成有效的报警联动，由于各部分独立运作，相互之间的控制协议很难互通，联动只能在有限的范围内进行。
2、数字视频监控系统
随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展、数字视频监控系统迅速崛起，现今市场上有两种数字视频监控系统类型，一种是以数字录像设备为核心的视频监控系统，另一种是以嵌入式视频Web服务器为核心的视频监控系统。
数字视频压缩编码技术日益成熟，计算机的普及化，为基于PC机的多媒体监控创造了条件。
这种新型视频监控系统的迅速崛起，部分地取代了以视频矩阵图像分割器、录像机为核心，辅以其它传送器的模拟视频监控模式，其优越性主要表现在：
a、PC机的多媒体监控主机综合了视频矩阵、图像分割器、录像机等的众多功能，使系统结构大为简化。
b、由于采用计算机网络技术，数字多媒体远程网络监控不受距离限制。
c、由于采用大容量磁盘阵列存盘器或光盘存储器，可以节省大量的磁带介质，同时有利于系统实现多媒体信息查询。
但随着基于PC机的视频监控录像系统的发展，在实际工程使用过程中，也暴露出一些不足，主要是系统工作的不稳定性。
基于PC的视频监控录像系统的组成结构为：
兼容/工控PC机+视频采集卡+普通/较可靠的操作平台+应用软件。
从系统的组成结构来分析：
a、PC机用于24小时不间断工作时，其性能是不很稳定的，工控PC机相对兼容PC机的稳定性有一个档次上的提高，适用于较复杂的工作环境。
b、操作系统：
以Windows 98为操作平台的系统，业内人士都知道，Win98的稳定性是有一定问题的，如果同时应用软件又不是很规范，这样就容易在使用过程中出现工作不稳定、死机等问题，而基于PC机的视频监控录像系统其软件的实现是在Windows 95/98/NT、Unix、Linux等通用操作系统上，同时系统文件、应用软件和图像文件都存储在硬盘上，视频处理必须高密度输入大量数据，同时硬盘要进行多工工作，普通的硬盘逻辑（如Windows的FAT32）已无法适应，以致极易产生系统的不稳定性，造成死机现象。
c 、应用软件：
采用简易应用软件的系统是不能够用于安防领域的，视频监控系统的应用软件能力上应支持多任务并发处理，如监视、录像、回放、备份、报警、控制、远程连接等的多工处理能力。
d、视频采集卡：
视频监控录像系统通常均为多路输入系统，视频采集卡可采用多卡方式，也可采用单卡方式。
一般说，单卡方式集成度高，稳定性会优于多卡方式，很多采用一路一卡的方式很容易形成硬件冲突，其稳定性会有较大的影响。
嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积等综合性严格要求的专用计算机系统，亦即为监控系统量体裁衣的专用计算机系统。
嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的"器件"。
嵌入式操作系统是一种实时的，支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依靠性、软件固态化及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
嵌入式系统的优缺点：
a、系统为专用系统，所以系统小，指令精简，处理速度快。
b、系统数据置于ROM/FLASH MEMORY，调用速度快，不会被改变，稳定性好。
c、系统处理实时性好，性能稳定。
d、文件管理系统更适合于大量的视频数据。
e、在网络功能、音视频同步等方面也难令人满意。
嵌入式视频Web服务器方式，视频服务器内置一个嵌入式Web服务器，采用嵌入式实时多任务操作系统。
摄像机送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过内部总线送到内置的Web服务器，网络上用户可以直接用浏览器观看Web服务器上的摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机、云台、镜头的动作或对系统配置进行操作。
由于把视频压缩和Web功能集中到一个体积很小的设备内，可以直接连入局域网，达到即插即看，省掉多种复杂的电缆，安装方便（仅需设置一个IP地址），用户也无需安装任何硬件设备，仅用浏览器即可观看。
嵌入式视频Web服务器监控系统与其它监控系统的比较有如下特点：
a、布控区域广阔 嵌入式视频Web服务器监控系统的Web服务器直接连入网络，没有线缆长度和信号衰减的限制，同时网络是没有距离概念的，彻底抛弃了地域的概念，扩展布控区域。
b、系统具有几乎无限的无缝扩展能力 所有设备都以IP地址进行标识，增加设备只是意味着IP地址的扩充。
c、可组成非常复杂的监控网络 采用基于嵌入式Web服务器为核心的监控系统，在组网方式上与传统的模拟监控和基于PC平台的监控方式有极大的不同，由于Web服务器输出已完成模拟到数字的转换并压缩，采用统一的协议在网络上传输，支持跨网关、跨路由器的远程视频传输。
d、性能稳定可靠，无需专人管理 嵌入式Web服务器实际上基于嵌入式电脑技术，采用嵌入式实时多任务操作系统，又由于视频压缩和Web功能集中到一个体积很小的设备内，直接连入局域网或广域网，即插即看，系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高，也无需专人管理，非常适合于无人值守的环境。
e、当监控中心需要同时观看较多个摄像机图像时，对网络带宽就会有一定的要求。
视频监控系统的发展
1、视频监控系统的发展方向
前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，所以，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。
2、数字化
数字化是21世纪的特征，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然，数字化是迈向成长的通行证，随着时代的发展，我们的生存环境将变得越来越数字化。
视频监控系统的数字化首先应该是系统中信息流（包括视频、音频、控制等）从模拟状态转为数字状态，这将彻底打破"经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心"的结构，根本上改变视频监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。
信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制，这也是系统集成化的含义。
3、网络化
视频监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集总式向集散式系统过渡。
集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应。
组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份，容错可靠等优点。
系统的网络化在某种程度上打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限。
系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源的共享以及任务和负载的共享，这也是系统集成的一个重要概念。
从以上可以看出，视频技术的发展大致经历了模拟视频、PC视频、网络视频三个阶段，并以网络、通信技术为依托和传输平台。
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