中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所 陳 龍
9.11恐怖事件突顯出安全的重要性，反恐已成為全球共同關(guān)注的課題。而對(duì)于中國而言，比較關(guān)鍵的還有2008年奧運(yùn)會(huì)的安全保障問題。在此背景下，強(qiáng)化治安的需求增長十分強(qiáng)勁，安全防范系統(tǒng)變得大有作為。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003年我國安防系統(tǒng)工程額在400億人民幣左右，美國則是240億美元左右。由此可見，以視頻監(jiān)控為核心的安全防范系統(tǒng)市場(chǎng)廣闊，安全防范產(chǎn)業(yè)將伴隨IT行業(yè)同步增長，成為令人矚目的朝陽行業(yè)，更會(huì)延伸出許多多媒體應(yīng)用的新領(lǐng)域。
一、視頻監(jiān)控系統(tǒng)可選擇的方案
1. 全模擬式視頻監(jiān)控系統(tǒng)
模擬式視頻監(jiān)控系統(tǒng)已屬要淘汰之列，若選擇此種方案，則需增加上層的應(yīng)用管理軟件，以方便檢索和調(diào)用。如采用優(yōu)網(wǎng)通公司的UniArgus數(shù)字監(jiān)控管理平臺(tái)，透過Web瀏覽器即可隨時(shí)監(jiān)看遠(yuǎn)程攝像機(jī)的圖像，查詢監(jiān)控資料，也可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定，從而將監(jiān)控、報(bào)警、門禁、語音信息集成，進(jìn)行綜合的安防信息管理，當(dāng)然，其注重的是管理和調(diào)用功能，完成的時(shí)間取決于網(wǎng)絡(luò)的通暢程度，不太能保證實(shí)時(shí)性。
2. 模擬矩陣加數(shù)字硬盤錄像機(jī)組成的混合視頻系統(tǒng)
（1）視頻切換矩陣容量一般應(yīng)能擴(kuò)充到一定的規(guī)模（如256×32）。
�。�2）前端攝像機(jī)。全方位監(jiān)控宜采用一體化球型攝像機(jī)；一般監(jiān)控點(diǎn)可使用分體槍式攝像機(jī)。攝像機(jī)的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的圖像質(zhì)量，高分辨率（彩色≥470線，黑白≥560線）和低照度（彩色1LUX，黑白0.02 LUX）是標(biāo)準(zhǔn)的選擇。
�。�3）顯示裝置。價(jià)格便宜的CRT顯示器可采用逐行掃描的精密數(shù)顯純平電視機(jī)；液晶（LCD）和等離子（PDP）顯示器有輕、薄的優(yōu)勢(shì)；最被看好的是數(shù)字光學(xué)處理DLP顯示器。
�。�4）記錄設(shè)備。硬盤錄像機(jī)DVR存儲(chǔ)最有優(yōu)勢(shì)，DVR+DVS（數(shù)字式網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器）以及組合矩陣切換功能的DVX等設(shè)備代表了發(fā)展的方向。光盤與刻錄機(jī)可用于臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)字視頻資料。
3. 以高檔次DVR為核心的中央控制視頻系統(tǒng)
YD5000 plus超級(jí)數(shù)字視頻中控系統(tǒng)，有64路視頻輸入和8路視頻輸出、8路報(bào)警輸入輸出，通過RS485總線最多可連接8個(gè)模擬分控鍵盤，采用Z1510音視頻壓縮處理芯片，可變碼流 MPEG-1壓縮，畫質(zhì)得到全面提升。錄像分辨率為768×576像素和384×288像素，顯示分辨率為1024×768像素，顯示和錄像速度達(dá)到每路25幀/秒。每路每小時(shí)錄像占用空間為0.1～0.5GB，能支持16臺(tái)硬盤錄像機(jī)聯(lián)網(wǎng)。
中央控制視頻系統(tǒng)采用純硬件解壓縮音視頻卡，將音視頻采集、編碼壓縮、解碼顯示集成在一片芯片上，利用計(jì)算機(jī)PCI總線結(jié)構(gòu)，將多路音視頻流直接分配傳輸?shù)接?jì)算機(jī)顯卡，IDE總線進(jìn)行圖像顯示和存儲(chǔ)，系統(tǒng)CPU只起到控制和分配作用，因而處理音視頻流占用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源與處理音視頻路數(shù)無關(guān)，根據(jù)目前的PC機(jī)的PCI總線的資源可以實(shí)現(xiàn)64路音視頻同步處理和壓縮，成為新型的大容量硬盤錄像機(jī)。該系統(tǒng)在某種程度上可以認(rèn)為是純硬件的音視頻嵌人系統(tǒng)，因而系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是基于Windows操作系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)的基于PC機(jī)的數(shù)字硬盤錄像機(jī)的不穩(wěn)定問題。
4. 以編解碼器為代表的數(shù)字視頻系統(tǒng)
數(shù)字化設(shè)備具有失真小、精度高、傳輸特性好、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)和易于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，因此，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)將是CCTV監(jiān)控的未來。盡管模擬式安全防范系統(tǒng)還會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)和數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)相互共存，但數(shù)字式監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)逐步取代模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，而且這種發(fā)展趨勢(shì)將是不可逆轉(zhuǎn)的。
作為數(shù)字化監(jiān)控的突出代表，硬盤錄像機(jī)不僅有里程碑式的作用，更有可能動(dòng)搖安全防范系統(tǒng)原有的格局。硬盤錄像機(jī)目前在部分應(yīng)用場(chǎng)合，已可替代32路以下，特別是16路的視頻矩陣切換控制器；但是硬盤錄像機(jī)當(dāng)前從功能上而言，還是以“錄”為主以“控”為輔，而且它難以解決網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控環(huán)境中的長時(shí)延和多路同時(shí)監(jiān)控，因此只能說它是數(shù)字式監(jiān)控的雛形。此外與模擬式切換控制器相比，其可切換的路數(shù)還有較大差距。
理想的數(shù)字式監(jiān)控設(shè)備則是編解碼器通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的虛擬矩陣切換。
德國Dallmeier數(shù)字視頻系統(tǒng)，是一款多功能音／視頻雙工同步錄制／播放網(wǎng)絡(luò)傳輸編碼／解碼的硬盤錄像服務(wù)器，已用于澳門新賭場(chǎng)的監(jiān)控。它采用MPEG-2壓縮方式，提供DVD畫質(zhì)（720×576像素）的實(shí)時(shí)圖像，支持CVBS或網(wǎng)絡(luò)播放，2Mbit/s帶寬就可以順利傳輸，網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)誤差小于0.2s，硬盤容量最大可達(dá)600GB，是實(shí)時(shí)錄像和虛擬矩陣的較佳解決方案，已有1200輸入×60輸出的成功應(yīng)用案例。英國Videobridge公司產(chǎn)品采用MPEG-4壓縮，0.1s延遲，已成功地應(yīng)用于雅典奧運(yùn)會(huì)監(jiān)控。
此外，還有英國V1SIOPRIME DVR（KALAGATE）、加拿大SmartSight數(shù)字系統(tǒng)設(shè)備、美國PELCO數(shù)字硬盤錄像機(jī)、以色列NICE數(shù)字硬盤錄像機(jī)、英國DM硬盤錄像機(jī)等十多種知名品牌，能提供客戶多樣的選擇與解決方案。
5. 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器為主的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)視頻前端監(jiān)控設(shè)備，作為系統(tǒng)服務(wù)和管理設(shè)備的視頻服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)用戶終端三大部分組成。
（1）前端監(jiān)控設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器和各種網(wǎng)絡(luò)鏈路（如DDN、ISDN、E1、T1、幀中繼、無線網(wǎng)橋、ADSL及其他方式的 WAN 或LAN等）接入用戶網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)前端監(jiān)控點(diǎn)音視頻和控制數(shù)據(jù)的數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化。
網(wǎng)絡(luò)視頻前端監(jiān)控設(shè)備將更多地采用IP攝像機(jī)和IP網(wǎng)關(guān)。IP攝像機(jī)是內(nèi)置有IP服務(wù)器的可直接連接到網(wǎng)絡(luò)上的攝像機(jī)，也被稱為網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（LAN Camera）。視頻格式有MJPEG、MPEG-2、MPEG-4等不同的形式，分辨率最高可達(dá)720×576像素。
使用IP攝像機(jī)可以在現(xiàn)有的以太網(wǎng)上傳輸視頻和音頻，在指定IP地址后，就可以在網(wǎng)絡(luò)上的任何一個(gè)位置通過瀏覽器調(diào)閱圖像，但圖像質(zhì)量會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)帶寬的制約，同時(shí)在圖像傳輸速度上也難以達(dá)到完全實(shí)時(shí)。
與IP攝像機(jī)基本一樣，IP 網(wǎng)關(guān)（Internet Gateway或稱為IP-codec）實(shí)現(xiàn)了低成本的音視頻及報(bào)警信號(hào)的傳輸，發(fā)射和接收采用多播方式在以太網(wǎng)上傳輸雙向音頻和視頻，能有效降低安裝布線成本。
通過配置可以將IP 網(wǎng)關(guān)當(dāng)作編碼器或者解碼器來使用。當(dāng)作編碼器使用時(shí)，可以將最多4路模擬視頻信號(hào)同時(shí)上網(wǎng)，并可以直接在電腦上察看圖像。將網(wǎng)關(guān)當(dāng)作解碼器使用時(shí)，可將數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬的視頻信號(hào)，在普通的監(jiān)視器上顯示圖像。
網(wǎng)關(guān)自帶的雙向數(shù)據(jù)接口可以供用戶在網(wǎng)絡(luò)上直接控制前端的云臺(tái)和鏡頭。網(wǎng)關(guān)可以選擇TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)間協(xié)議）或者UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）、HTTP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，采用H.261方式壓縮的圖像，傳輸速率可以達(dá)到25幀/秒。采用MJPEG方式壓縮的圖像，傳輸速率可以達(dá)到15幀/秒。
（2）視頻服務(wù)器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)視頻流的管理以及網(wǎng)絡(luò)用戶的授權(quán)管理。
（3）網(wǎng)絡(luò)用戶在自己的桌面通過視頻服務(wù)器發(fā)送各種服務(wù)請(qǐng)求，獲得相應(yīng)權(quán)限的各種監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)適用于任何支持TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)。
6. 通過IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)虛擬矩陣切換的系統(tǒng)
此類監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)是前端攝像機(jī)較多，而網(wǎng)絡(luò)資源有限，使得網(wǎng)點(diǎn)全部圖像不能同時(shí)顯示在所屬主控中心（分控中心），需要進(jìn)行矩陣切換。切換規(guī)則在主控主機(jī)（PC）上進(jìn)行設(shè)置，它可以發(fā)送請(qǐng)求命令，通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器、TCP／IP網(wǎng)絡(luò)（E1或ADSL）來獲取圖像，并顯示在電視墻或大屏幕上，完成典型的IP矩陣切換。當(dāng)發(fā)生警報(bào)時(shí)，報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)圖像即被調(diào)出并切換至大屏幕進(jìn)行顯示。
為了同時(shí)將盡可能多的前端圖像同時(shí)送到監(jiān)控中心，簡(jiǎn)單的方法是增加傳輸線路的有效帶寬，而在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶寬狀況下，一是采用高壓縮比視頻圖像壓縮算法的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，二是對(duì)視頻流進(jìn)行盡可能的管理與控制。
二、多媒體監(jiān)控系統(tǒng)可能的應(yīng)用領(lǐng)域
1. 構(gòu)建區(qū)域性的安防聯(lián)網(wǎng)報(bào)警服務(wù)網(wǎng)絡(luò)
目前有幾個(gè)動(dòng)向非常值得注意。一個(gè)是構(gòu)建區(qū)域性的安防聯(lián)網(wǎng)報(bào)警系統(tǒng)，組成安防報(bào)警服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，一般可使用公網(wǎng)來傳送信息，有的還可與全球定位系統(tǒng)（GPS）聯(lián)動(dòng)，可用于汽車防盜等領(lǐng)域。
2. 構(gòu)建城市安防視頻監(jiān)控分級(jí)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)
目前，為保一方太平，盡可能從技術(shù)上做到長治久安，小至居民住宅區(qū)，中至一個(gè)城鎮(zhèn)區(qū)劃，大至整個(gè)城市，現(xiàn)在很多地方都在積極地籌劃建設(shè)三級(jí)安防網(wǎng)絡(luò)，并采用專網(wǎng)來提高系統(tǒng)信息的保密性，如圖6所示，安防系統(tǒng)應(yīng)緊跟這些新生長點(diǎn)同步增長。
（1）市局總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
市局總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖可由視頻切換矩陣、系統(tǒng)管理服務(wù)器、視頻編碼器、視頻解碼器、數(shù)字硬盤錄像機(jī)（DVR）、指揮中心電視墻和大屏幕、監(jiān)控主機(jī)、局域網(wǎng)上相關(guān)部門的多臺(tái)監(jiān)控終端組成。
（2）分局系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
分局的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與市局基本相同，也是由視頻切換矩陣、分局管理服務(wù)器、視頻編碼器（視頻服務(wù)器）、視頻解碼器、數(shù)字硬盤錄像機(jī)、指揮中心電視墻和大屏幕、監(jiān)控主機(jī)、局域網(wǎng)上相關(guān)部門的多臺(tái)監(jiān)控終端等設(shè)備組成。
分局管理服務(wù)器與市局系統(tǒng)管理服務(wù)器間應(yīng)能級(jí)聯(lián)控制，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，比如警衛(wèi)部門在執(zhí)行警衛(wèi)任務(wù)時(shí)，可利用本系統(tǒng)監(jiān)控車隊(duì)前后或其他相關(guān)監(jiān)控點(diǎn)的圖像。
（3）派出所系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
派出所是城市安保系統(tǒng)的基層單位，對(duì)所轄區(qū)域負(fù)有直接責(zé)任，而且派出所的在圖像監(jiān)控方面的技術(shù)力量較薄弱，因此派出所的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)更簡(jiǎn)單、方便、可靠、實(shí)用。
分局和派出所的結(jié)構(gòu)，可有兩種主要方式供選擇。
這種方式以視頻切換矩陣為核心，以模擬光纖傳輸為主。將來自攝像機(jī)的視頻信號(hào)通過視頻光纖傳輸?shù)椒志郑煞志衷偻ㄟ^視頻光纖將信號(hào)傳輸?shù)脚沙鏊�，這種方式采用分局集中控制技術(shù)，減少了視頻切換矩陣的數(shù)量。模擬光纖方式的另一個(gè)結(jié)構(gòu)是視頻信號(hào)先到派出所，再通過視頻光纖傳輸?shù)椒志郑@種方式可減小光纖長度。
這種方式以數(shù)字通信為主體，派出所視頻通過數(shù)字編碼方式傳輸?shù)椒志郑瑫r(shí)直接進(jìn)入了城市公安局域網(wǎng)。分局設(shè)管理服務(wù)器，對(duì)分局及所轄派出所子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。
3. 在城市監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大為城市應(yīng)急系統(tǒng)
城市視頻監(jiān)控三級(jí)網(wǎng)絡(luò)除用于安防外，還可擴(kuò)大使用范圍，延伸為城市應(yīng)急系統(tǒng)，以有效應(yīng)付諸如遭遇地震、洪水或者颶風(fēng)襲擊、突發(fā)事件、恐怖活動(dòng)、重大流行病等需要緊急處理的事故。
例如，西門子樓宇科技公司有全新推出的應(yīng)急管理MM8000系統(tǒng)，能有效管理火災(zāi)、安全和技術(shù)故障等重要的報(bào)警信息。MM8000是一種伸縮自如的應(yīng)急管理系統(tǒng)，適用于獨(dú)立及多工作站系統(tǒng)。模塊化架構(gòu)大大簡(jiǎn)化了現(xiàn)有系統(tǒng)的功能升級(jí)和擴(kuò)充，支持BACnet總線和OPC（用于過程控制的對(duì)象鏈接與嵌入），可連接至不同類型的子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。它的應(yīng)用范圍十分廣泛，包括本地配置和地理上十分分散的客戶機(jī)／服務(wù)器配置等不一而足。
4. 建造城市智能交通系統(tǒng)
面對(duì)城市交通堵塞這一難題，智能交通系統(tǒng)（ITS，Intelligent Transport System）應(yīng)運(yùn)而生，并得到了快速的發(fā)展。要解決交通堵塞，要從多個(gè)方面著手。首先，要不斷提高公民的素質(zhì)，特別是遵守交通規(guī)則的意識(shí)，無論是司機(jī)、騎車人和行人，都要規(guī)范自己的交通行為，這是最根本的。
其次，要從道路及附屬設(shè)備上來保證，也就是常說的硬件，從上海和廣州的經(jīng)驗(yàn)看，建設(shè)互不交叉的高架路效果最好，北京的平面系統(tǒng)加上立交橋或再增加轉(zhuǎn)彎匝道投資不少但效果不好，從規(guī)劃上值得反思。另外，許多城市正在交通路口建設(shè)“電子警察”裝置，但無論是采用數(shù)碼相機(jī)拍照方案還是視頻記錄方案，其主要的作用還是震懾路口違章和增加罰款，對(duì)改進(jìn)路況暢通的作用不是很大。
再次，就是要從管理上找方法要效益，也就是常說的軟件方面，要建立一套科學(xué)的交通調(diào)度和指揮管理系統(tǒng)。例如，定時(shí)控制路口紅綠燈的路口機(jī)應(yīng)升級(jí)為自適應(yīng)式的，使之可依據(jù)通過視頻檢測(cè)到的東西及南北方向車流長度，自動(dòng)改變相應(yīng)方向的紅綠燈時(shí)間。還可實(shí)行全線紅綠燈的動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)控制，如多個(gè)相隔不遠(yuǎn)的路口同時(shí)綠燈，稱之為綠波放行（Green Pass），比之一個(gè)紅燈一個(gè)綠燈相間隔時(shí)能流暢不少。還要強(qiáng)化通過大倍數(shù)攝像機(jī)對(duì)各主要道路的車流監(jiān)測(cè)，并根據(jù)不同時(shí)段（如上下班高峰、節(jié)假日、災(zāi)害天氣等），根據(jù)具體情況通過交通數(shù)學(xué)模型實(shí)施交通誘導(dǎo)，并通過廣播、電視、短信息等通信工具實(shí)時(shí)發(fā)布。
在雅典奧運(yùn)會(huì)期間，雅典市劃出奧運(yùn)專用車道，并嚴(yán)罰其他車輛對(duì)其的隨意占用，對(duì)改進(jìn)奧運(yùn)期間的交通起到了很大的作用，效果很好，值得借鑒。智能交通系統(tǒng)中的公交優(yōu)先和公交專用道絕不能停留在空談階段，而是要強(qiáng)化執(zhí)法，嚴(yán)格實(shí)行才行。
5. 體育和演出場(chǎng)館使用電子門票的多媒體電子安全系統(tǒng)
電子門票是一種將智能芯片嵌入到紙質(zhì)門票等介質(zhì)中，用于快捷檢票和驗(yàn)票，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)持票人進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位跟蹤和查詢管理的新型門票。其不僅可防止持假票入場(chǎng)，還能夠以此實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)場(chǎng)人員的定位跟蹤。其核心是采用RFID射頻識(shí)別技術(shù)，具有一定存儲(chǔ)容量的芯片，將這種芯片和特制的天線連接在一起就構(gòu)成了所謂的電子標(biāo)簽。將電子標(biāo)簽封裝在特定的票卡中，就構(gòu)成了先進(jìn)的電子門票。
電子門票直接與相應(yīng)的管理信息系統(tǒng)相連，包括一般觀眾、重點(diǎn)有嫌疑人員、參賽運(yùn)動(dòng)員、廠館工作人員在內(nèi)的每一位人員都可以被準(zhǔn)確地跟蹤。
對(duì)一般觀眾的跟蹤定位、查詢，通過對(duì)電子門票進(jìn)行授權(quán)，從而限定觀眾在體育場(chǎng)館中各個(gè)區(qū)域的準(zhǔn)入范圍，當(dāng)觀眾進(jìn)入某區(qū)域時(shí)，附近安裝的讀寫器將立即以無線通信方式讀取其所攜帶的票卡信息。該信息通過傳輸信道傳入管理中心，主控室工作人員通過管理軟件上的電子地圖就可界定該觀眾所處區(qū)域位置。
如果該觀眾進(jìn)入了禁止其入內(nèi)的區(qū)域或位置，監(jiān)控人員可以通過電話或?qū)χv機(jī)通知其附近的安保人員或工作人員出面制止，或進(jìn)行連續(xù)跟蹤。
如果某觀眾多次出現(xiàn)在禁入的區(qū)域或位置，監(jiān)控人員可啟動(dòng)管理軟件上的CCTV監(jiān)控聯(lián)動(dòng)，該觀眾所處區(qū)域的監(jiān)控裝置所攝取的圖像就立即進(jìn)入監(jiān)控人員的視野之內(nèi)。通過觀察其活動(dòng)情況判斷該觀眾是否有犯罪嫌疑。必要時(shí)采取果斷措施，制止犯罪行為繼續(xù)或快速排除危險(xiǎn)，這對(duì)于體育場(chǎng)館的防恐是非常有利的。
