莲花之令好还是冰霜:无标题

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[技术应用]安防监控系统的设计方法
2009-06-18 14:58:42  作者:浙江大学建筑设计研究院智能所所长、智能化高级工程师杨国忠  来源:安防技术与设计 第27期
本文通过对安防监控系统的设计描述,讲述了从模拟监控到模拟/数字,再到全数字监控系统的发展历程,使人们对安防监控系统的发展历史、现状及将来发展方向有一个大致的了解。
一、综述
随着社会的发展,人们生活水平的不断提高,物质财富的不断增加,一个稳定、安全的社会环境变得越来越重要。安防监控系统,以其多角度、多画面同时显示的特性,在社会治安方面发挥着极其重要的作用,无论小到乡镇、住宅小区、校园,大到城市,无不以其独特而不可替代的特性发挥着越来越重要的作用。
安防系统所采用的技术,也从传统的全模拟监控阶段发展到目前的全数字监控阶段,下面将结合各阶段的特点,简单讲述安防系统的设计方法。
二、系统设计方法
安防监控系统从其发展历史来看,主要可分为三个阶段,分别简单介绍如下:
1.模拟监控阶段
在上世纪九十年代末以前,安防监控系统中摄像机均采用模拟摄像机,通过同轴电缆将监控模拟图像信号引到监控矩阵或监视器,并采用模拟录像带进行录像。由于输入路数大于输出路数,因此图像需作循环显示,可设为每3秒或5秒作图像切换,输出一般做画面分隔后再引到监视器以减少监视器数量,其典型的系统图如图1所示。

其间有采用光端机进行图像远传的技术,但其根本上是模拟信号的光/电转换。该阶段不涉及任何关于数字的概念,从而可称为全模拟监控时代。
2.模拟/数字监控阶段
上世纪九十年代末,随着计算机领域的快速发展,数字产品进一步丰富,监控领域开始出现数字硬盘录像机(DVR),该产品作为过渡期的一个产品,替代传统的模拟录像带,并作为小系统的主机,受到极大的使用。该阶段最主要的特点是:其前端图像采用数字形式进行存储与显示,而后端摄像机仍采用传统的模拟摄像机,通过模拟线路进行传输。该阶段,其实质还是模拟监控系统的概念,只不过在存储时,将图像进行模/数转换,经过压缩后,通过硬盘录像机来进行数字存储和显示,其典型系统图如下图2~4所示。
其中图2为单台硬盘录像机的监控系统,可进行图像录像、同步显示及事后回放,用于简单的、路数很少的场所,如超市、小区出入口等;图3为稍大一些的系统,但又受到场地或投资的原因,不上矩阵、监视墙系统,该系统由两台及以上硬盘录像机组成,每台各自单独显示,工作站可进行回放操作;图4为模拟/数字监控的典型系统图,其系统与模拟监控系统基本相同,只是把存储由原来的模拟录像带改为数字硬盘录像机,该系统适用于小型、中型及大型的监控系统,其中硬盘录像机可采用图3模式进行管理。


该阶段最大的特点,是其存储数字化,并引入了计算机管理的概念,通过计算机对硬盘录像机中压缩视频文件进行管理,给用户带来了极大的方便;同时对小系统的监控,提供了简单、廉价的解决方案,该特点决定即使在全数字监控时代,该解决方案(图2、图3)也将存在较长时间。
在该阶段也出现了数字监控时代的一些产品,如视频编解码器等,但由于受到板卡芯片速率、计算机网络带宽数率及图像压缩技术等的限制,使图像传输无法通过网络进行高清、流畅地传输,因此其使用受到了极大的限制。
3.数字监控阶段
随着计算机技术、互联网技术的进一步发展,视频图像压缩技术的进一步完善,从最初的MPEG、MPEG-2格式到MPEG-4,以及H.264算法的出现,使图像文件压缩比大大增加,使全数字监控系统成为可能,其典型系统如图5所示。该阶段摄像机均采用全数字IP摄像机,成像后中间不作任何转换,直接以数字形式输出到监控网络系统以TCP/IP形式进行传输,前端通过数字矩阵,直接将图像以VGA或高清的HDMI格式进行显示。

在此之前,有一个准数字监控系统的过渡阶段,该阶段其图像存储及传输均采用数字形式,只是后端像机仍采用传统的模拟摄像机,经视频编码后,通过网络引到监控机房,再经过解码器,将数字信号转为模拟信号进行显示,其典型系统如图6所示。

该阶段从严格意义上来说,可以归到第二阶段(模拟/数字阶段)去,但考虑到该阶段其技术水平与第二阶段已有很大的发展,特别是网络技术及编解码板卡的带宽,其成为全数字监控系统的关键技术已经解决,仅是因为照顾到目前全数字IP摄像机的产品少、价格高,为满足市场需求而产生的一个过渡阶段。但由于其中间需经过两级转换(A/D、D/A),而使图像质量下降,该阶段必将随着纯数字IP摄像机、数字视频矩阵的不断完善而走向淘汰。
三、系统性能比较
以上三个阶段三种类型的系统各有特点,下面将各类系统的优点、缺点及其发展前景作一比较。
特点
系统
优点
缺点
发展前景
模拟监控系统
(图1)
1.图像质量清晰、色彩好
2.响应时间快,无延时
3.造价一般
1.系统不灵活,难扩展
2.存储媒介易损耗
3.图像回放不方便
已淘汰
模拟/数字系统
(图2、3)
1.响应时间快,基本无延时
2.造价便宜
3.图像管理方便
1.图像清晰度、色彩较差
2.仅适合于小系统
较长时间内存在
模拟/数字系统(典型)
(图4)
1.图像质量清晰、色彩好
2.响应时间快,无延时
3.造价一般
4.图像管理方便
1.系统不灵活,难扩展
在使用,将淘汰
数字系统
(图5)
1.图像质量清晰、色彩好
2.图像管理方便
3.系统非常灵活,易扩展
1.响应时间稍有延时
2.造价较贵
发展趋势
数字系统(准数字)
(图6)
1.图像管理方便
2.系统非常灵活,易扩展
1.图像清晰、色彩稍差
2.响应时间稍有延时
3.造价稍贵
目前属主流,最终将淘汰
从上面表格中,我们可以看出,全数字监控系统,尽管目前由于技术及销量的原因,其价格比较贵;而且由于网络的本身弊端,必然存在一定的时延,但随着技术的改进、销量的上升、计算机技术的发展及压缩技术的更加优化,以上弊端必将趋于消失,而其清晰的图像质量、方便的管理、灵活组网方式的优点,更得到了设计人员和用户的极大青睐,因此全数字监控系统,必将代表安防监控系统的发展方向。
由于模拟摄像机向数字IP摄像机转换是一个跳跃式的过程,为了使该过程衔接更加顺利,准数字监控系统必然还将存在一段时间,但最终必将被全数字监控系统所取代。
四、结束语
各阶段的安防监控系统,因为局限于当时的技术水平而不尽完美,但在当时都是最佳的、最合理的系统,为我们的安防监控系统做出了重要的贡献,随着技术的进步,优胜劣汰是必然的选择。本文从时间的角度,阐述了安防监控系统从全模拟时代到全数字时代的发展过程及各过程中的典型系统设计,供广大设计人员参考。