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网络数字监控系统实现方式

胡全斌 刘学君 韩海冰 陆金桂

在数字监控系统中，利用图像识别等技术对现场图像进行分析、处理，可提高监控系统的自动化程度。在数字监控系统中，采用大容量硬盘或光盘进行图像文件的保存，利用图像处理软件进行图像文件的回放等，因此监控系统的整体灵活性和扩充处理能力将得到提高。

与传统的模拟监控系统相比，数字监控系统具有一些特点。数字监控系统借助网络系统进行传输，因此不需要专门铺设视频电缆和控制电缆，不需要专门的监控终端和中央控制设备，不需建设专门的监控中心。在数字监控系统中，系统控制点和图像浏览点不再局限在固定的监控中心，而是可以分布于计算机网络的每一个节点；这样被授权的用户可以通过局域网甚至国际互连网来进行现场目标的监控。鉴于数字监控系统的优点，近几年来数字监控系统已获得了应用。

本文对数字监控系统进行了初步探讨。首先简单介绍了数字监控系统的原理，然后对现有的数字监控系统实现方式进行了探讨。

数字监控系统原理

数字监控系统一般包括视频信号获取、视频图像数字化、图像传输系统、系统管理等。数字监控系统基本构成如图1所示。

在数字监控系统中，视频信号一般是通过模拟摄像机来获取的。视频图像的数字化是数字监控系统的核心。视频图像的数字化包括模/数转化、图像保存、处理等内容。图2是模拟视频图像数字化流程。

在数字监控系统中，摄像机获取的模拟视频信号经过模/数转换成数字混合视频信号，通过解码和彩色空间变换成RGB信号，然后将信号存入视频随机存储器组成的帧缓冲器。 在帧存储器中，对RGB信号进行矩阵转换、低通滤波等处理，然后进行压缩编码。这样可形成数字化图像文件。利用图像处理软件可在计算机显示屏上浏览图像文件。

在数字监控系统中，借助计算机网络系统的双绞线或光纤等传输系统进行数字图像文件的传输。这样可利用现有的计算机局域网甚至互连网来进行数字图像文件的传输和浏览。

利用网络系统的计算机终端，不仅可对现场目标进行监视，还可发送控制信号进行摄像机云台、变焦镜头的控制，从而将传统的集中式监控系统转化为分布式监控系统。

在数字监控系统中，由于用户通过计算机网络来进行图像的浏览和监视点的控制，因此需要对用户的权限等进行有效的管理。通过数字监控系统的系统管理，可以进行用户权限的设置、监视点的分级管理、现场图像的保存管理等、浏览窗口大小的设置等。

数字监控系统实现方案初步探讨论

近几年来，数字监控系统的优点已被越来越多的工程业主所认识，因此数字监控系统已获得了初步的应用。虽然不同的数字监控系统原理相似，但实现方案略有差异。目前可将数字监控系统分为二类，即基于视频采集卡的数字监控系统和基于视频服务器的数字监控系统。

基于视频采集卡的数字监控系统

在视频采集卡的数字监控系统中，利用商品化的视频采集卡来进行模拟视频图像的数字化。图3是基于视频采集卡的数字监控系统实现方案。

在图3中，进行数字化的计算机中安装了视频采集卡。视频采集卡一般具有模拟输入接口、彩色解码、图像压缩编码等功能。

安装视频采集卡的计算机不仅可进行视频图像的数字化，还可完成图像文件的保存、图像文件的处理等其它功能，因此视频采集卡的数字监控系统具有通用性强等特点。与基于视频服务器的数字监控系统相比，视频采集卡的数字监控系统需要专门配置，系统可靠性不如视频服务器的监控系统。

基于视频服务器的数字监控系统

在视频服务器的数字监控系统中，利用商品化的视频服务器进行模拟视频图像的数字化。图4是基于视频服务器的数字监控系统实现方案。

在图4中，依靠视频服务器进行模拟图像的数字化处理。视频服务器包含压缩芯片、ETRAX100的32位RISC CPU和多种存储器等。视频服务器是一种用于图像数字化处理的专用计算机。

在基于视频服务器的数字监控系统中，将摄像机获取的现场模拟视频信号传入视频处理器。由视频处理器将模拟信号转化为数字图像，并进行压缩处理；然后将数字图像经计算机网络系统传输到各计算机节点。计算机网络系统的计算机可对摄像机进行各种控制操作。各种操作的控制信号由网络系统从计算机传输到视频服务器，然后由视频服务器的控制端口传输到解码器，控制信号经解码器转化为各种电信号对云台、镜头、光圈等进行调整，从而完成对摄像机的各种控制。

视频服务器具有体积小、重量轻、集成度高、可靠性高等优点，因此采用视频服务器的数字监控系统具有适用性强、运行可靠等特点。另外视频服务器是成熟产品，有专门的应用软件相配套，功能强大、使用方便。例如现场的动态图像在实时传输过程中，图像的大小、图像的压缩率、图像的清晰度、每秒图像传输帧数、网络带宽等因素都将影响传输效果，与视频服务器配套软件可提供多种功能进行参数的调整；如可选取小尺寸屏图像，这样在保证一定的图像清晰度的情况下，将每秒图像传输帧数大大提高，从而保证动态图像的连续、实时性：例如为了确保图像的清晰度，可降低图像的压缩程度、减少每秒图像传输帧数。

数字监控系统实例

我们为某企业进行了数字监控系统方案设计。在数字监控系统中，视频和控制信号传输系统采用企业已建成的计算机网络传输系统，选择视频服务器为图像数字化工具。系统采用双层网络结构方案。一级网络利用企业光缆网，以波长为1300nm的单模光缆作为传输介质，采用1000Mbps的千兆位高速全双工以太网结构。连接各视频服务器的分支网络采用100Mbps的双绞线，传输带宽可以满足现场视频传输的要求。二级网络连接分布于各监控点的摄像机与云台，采用视频电缆和控制电缆。数字监控系统方案如图5所示。

数字监控系统利用企业现有的网络资源，可以减少投资。在监控系统中，视频服务器可以直接接入以太网、Intranet网，甚至是Internet网。被授权的用户可以在本地上网也可以远程上网通过文件服务器进行图像浏览和现场监控。浏览计算机节点可以在混合的网络环境中使用，例如Windows，Mac，UNIX和OS/2。浏览计算机使用的是固化在视频服务器内的软件。经过简单的安装操作，就可将分布于网络各个节点的视频服务器连入计算机网络系统。视频服务器的地位就是一台单独的视频处理计算机，拥有唯一的网络地址。采用常用的WWW网络浏览器软件（Internet Explore，或者Netscape Navigation）就可进行图像浏览和摄像机的控制。

将先进的图像处理技术、计算机网络等技术应用于监控系统中，不仅可减少监控硬件设备，而且还具有安装方便、操作灵活简单等优点。数字监控系统彻底改变了传统监控的模式，给监控系统带来了变革。