视频监控系统的发展阶段

本文依据视频监控系统发展的二个阶段．即模拟闭路电视监控(CCTV)系统、数字化监控系统、网络视频监控系统，详细介绍了每个系统的组成、结构框架和特点，并结合数字社区中视频监控系统的建设工作，从技术角度阐述了监控必然经历模拟监控——数字监控——网络监控——智能监控的发展趋势。

1 概述

从监控技术的发展历史来看，大致经历三代系统的发展历程，第—一代是模拟闭路电视监控(CCTV)系统，第二代是数字化监控系统，第三代是网络视频监控系统。

2 视频监控系统的发展历程

2．1 模拟视频监控系统

2．1．1 模拟视频监控系统的组成

第一代模拟闭路电视(CCTV)监控系统可视为多种单列模拟设备的组合，系统由“前端设备”、“监控中心”二个部分组成，前端设备包括：摄像机、球机、云台、解码器等；监控中心设备包括：监视器(电视墙)、视频分割器、切换矩阵、控制键盘、录像机等等。这两部分的设备由视频线、控制线缆等连接。

2．1．2 模拟视频监控系统的特点

1）通常适合于小范围的区域监控众所周知，传统的音视频信号是模拟量信

号，通常采用同轴电缆的方式传输。在较短距离内，如200-300米，信号的衰减很小；如果超过一定距离，视频信号就需要增加放大器，通常加一级放大器可延长传输距离200米左右。但是，在工程中如果对视频信号进行两级以上放大，图像就会明显失真，严重时图像扭曲变形，甚至出现黑色横纹。因此，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。常规系统在一根同轴电缆上只能传送一路视频信号，如果需要传输数据信号、控制信号或音频信号等就必须另外铺设电缆。同样，若监控点的位置和数量发生变化，也必须另外铺设电缆，工程复杂，造价昂贵，敷设大量的传输电缆还不得不承担对建筑物、道路和基础设施等的破坏。

2)模拟监控系统在进行长延时录像时的图像质量也不够理想，信息不易检

索，录像带的存储和更换也是令人烦恼的事。

3)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；

4)无法形成有效的报警联动

在模拟监控系统中，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，与现有计算机和网络系统无法集成。

2．1．3 模拟闭路电视监控原理图(见图1)

2．2 数字视频监控系统

2．2．1 数字视频监控系统的发展历程

回顾国内监控系统的数字化发展过程，期间划分下述几个阶段：

第一阶段为九十年代前期：当时的监控系统一般采用国外的进口矩阵控制主机，为了适应当时计算机普及化的需求，监控公司纷纷开发利用计算机对矩阵主机进行系统控制的软件，实现电脑对监控系统图像切换、音频切换、报警处理、图像抓拍等多媒体控制。此时的计算机多媒体监控实际上仅仅作为监控系统的一个辅助控制键盘使用，可以说是数字化监控开始的雏形。

第二阶段是九十年代中、后期：在这一时期是图像处理技术、计算机技术、网络技术飞速发展的时期。国内公司在完成矩阵主机、解码器、多媒体控制系统、云台等外部设备产业化生产后，发现台湾地区和国外监控公司开始将他们基于传统电子制造业的监控生产线转移到我国进行生产，这些产品包括摄像机、监视器、图像处理器、磁带录像机、报警探测器、报警主机等监控产品，上述发展过程只是九十年代国外电子产品制造商大规模进入我国市场的一个普遍现象，它完成了大多数监控产品国产化过程，促进了监控系统在国内的普及应用。

这一阶段，国外已经开始数字化监控进程，最先被引进国内的数字监控产品是美国和以色列生产的电话线传输和网络传输产品，图像压缩标准采用MJPEG，系统具有简单的数字化监控与网络监控的许多功能，并且还有一项令整个监控业感到新奇的功能——数字录像功能。由于数字监控设备刚刚引人监控行业，其极高的高科技附加值立刻吸引了众多监控公司投入其中，纷纷开发出基于计算机结构的数字化监控主机，该系统将矩阵切换器，图像分割器、硬盘录像机集成在一台计算机平台上，形成了具有中国特色的监控主机产品，并发展成产业趋势。但由于受到价格的影响以及硬盘容量的限制，这一时期发展的数字监控系统和数字录像系统还不能够在与模拟设备的竞争中取得优势。

第三个阶段是2000年以后：随着图像压缩技术的进步，特别是MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4图像压缩芯片的大量推广应用，2000年至今，数字监控产品进入了一个快速发展时期，产品也由原来的数字监控录像主机发展到网络摄像机、网络传输设备、电话传输设备、专业数字硬盘录像机等多种产品，典型代表是基于嵌入式Web服务器技术的远程网络视频监控系统。

2．2．2 数字硬盘录像机的分类

数字监控系统是以硬盘录像机(DVR)为核心的

视频监控系统，DVR是以计算机硬盘为载体，可记录、回放音视频信号的设

备，其工作原理是将传统意义上的视频和音频信号，通过压缩编码芯片，转换成为MPEC格式的文件，并存储在电脑硬盘亡。目前，国内硬盘录像机大致分为以下几种类型：

1)按系统结构分两大类：基于PC架构和脱离PC架构

基于PC结构：这种架构的硬件基础为PC(个人电脑)结构或IC(工业电脑)

结构。这种视频监控录像系统的组成结构为：兼容／工控PC机+视频采集卡十普通／较可靠的操作平台+应用软件；软件操作平台主要有：WINDOWS、LINUX。除压缩卡以外，硬件不需要专门开发，使用目前通用的计算机配件，如主板、 CPU、内存、显示卡、网卡、机箱等设备，通用性好。

基于PC结构的硬盘录像机的优点在于：录像清晰度较高，存储空间较大(容

易扩展存储硬盘)，适宜长时间录像，能适用于各种场合，克全面取代传统的多画面分割器、录像机、矩阵等模拟产品。

缺点是：操作系统和应用软件均在计算机的硬盘上，启动速度较慢，且需要在内存和硬盘之间交换数据，一旦有操作不当、临时断电等情况发生，就会损坏操作系统和应用软件，使用WINDOWS和LINUX均会发生这种情况，稳定性差。

脱离PC结构：这种结构基于嵌入式电脑技术，大大提高了系统的稳定性，现在市场上占有一定的份额。这种硬盘录像机因为技术的限制，现在功能较为简单，压缩算法通常采用MPEG-1压缩算法，适用于一些需求较为简单的场合，市场L：大规模应用还有待时日。

脱离PC结构的硬盘录像机的特点：操作简单，功能单一，硬件需专门开发，开发周期较长，配件需原生产厂提供，自行修理较困难，价格较贵，几乎不能升级，而且没有VGA输出，仅有视频输出。

2)按核心技术分：MPEG-1，MJPEG,MPEG—2和MPEG-4

所有硬盘录像机的核心技术均为数字多媒体压缩算法，目前市面上常见的压缩算法有：MPEG—1，MJPEG,MPEG-2和MPEG-4。MPEG-2算法图像清晰度很高，但数据量太大，不大适用于国内保安系统长时间录像的要求；MJPEG压缩技术源于JPEG图片压缩技术，压缩后图像清晰度较好，但数据量较高，不大适用于告诉移动物体的摄像，也不大适用于国内长时间保安录像的需求；MPEG-1压缩技术目前在国内应用最为广泛，这种算法技术发展成熟，数据压缩率相比MJPEG要高，图像清晰度略高于模拟录像机，容易做到多路实时录像，但数据量还是较大，若用于银行长时间实时录像，占用硬盘空间太大，网络传输占用带宽较大，不大实用于视频图像远程传输，MPEG-4压缩算法目前在国内应用还不多，这种压缩算法较为先进，图像压缩比较高，图像清晰度也较高，网络传输占用带宽较小，能通过各种传输方式进行远程视频图像传输。基于这种压缩算法的硬盘录像机前景较好，适应当前国内安防行业需求和国内网络建设现状，特别适合于国内银行长时间实时录像的要求。

DVR，上运行的软件分为操作系统和应用软件(即控制纪录、回放功能的软件)。按操作系统来分有三种，第一种大都采取是自主开发的操作系统，第：二种是基于微软公司的WINDOWS操作系统，第三种是LINUX操作系统。嵌入式结构使用第——种操作系统，PC机结构使用第二、三种操作系统。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——些不足，主要是系统工作的不稳定性，掉电后不能自动恢复录像，于是出现了嵌入式硬盘录像

机 (Digital Vidc。Recorder)，嵌人式系统—一般指非PC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，将内部的操作系统和应用程序写人到诸如FLASH、DISK ON CHIP或单片机等存储器芯片上，