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电视监控技术发展分析

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  • 日期: 2013-09-22
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标签: 电视监控技术发展分析

电视监控技术来源于非广播电视技术。随着电视的产生,电视分为两种技术,一种是广播电视技术,它是录好的,经过编辑的(如电视台播放的电视剧),但并不反映实况,可以向大众广播。另一种是非广播电视技术,它与广播技术同步发展,发展到今天,不论广度、深度都不逊色于广播技术。非广播电视技术也计算机应用电视领域 ,在整个电子学界中是非常重要的。非广播电视技术从二十世纪初发展到现在,在多次技术变革的冲击下,已经完全进入高科技领域。非广播电视领域(电视监控技术)分为3个阶段:模拟阶段、数字与模拟阶相结合及全数字阶段。   关键词:电视监控系统 多媒体技术 网络传输技术 发展   1、电视监控技术来源于非广播电视技术。随着电视的产生,电视分为两种技术,一种是广播电视技术,它是录好的,经过编辑的(如电视台播放的电视剧),但并不反映实况,可以向大众广播。另一种是非广播电视技术,它与广播技术同步发展,发展到今天,不论广度、深度都不逊色于广播技术。非广播电视技术也计算机应用电视领域 ,在整个电子学界中是非常重要的。非广播电视技术从二十世纪初发展到现在,在多次技术变革的冲击下,已经完全进入高科技领域。非广播电视领域(电视监控技术)分为3个阶段:模拟阶段、数字与模拟阶相结合及全数字阶段。   模拟闭路电视阶段   最初的闭路电视监控系统简单而规模庞大。整个监控系统无中心控制设备,每一处监控都是一个摄象机对应一个电视来实现,有多少个被监控的地方,就有多少个摄象机和电视。如卓别林时代,在厂长办公室放很多真空管电视和真空管摄象机, 一个摄象机对一个地方,有100个车间就需要有100个电视才能看到每个车间的图象。他的特点是:实时的,用于特定用途的,图象是不经修饰的,它最直接的反映系统本质,但这种技术既浪费也容易带来疲劳感。到60年代,随着微处理器的出现,电视监控可以实现切换摄象机图象并进一步控制云台,及控制云台定位跟踪,但因受单片机的限制,系统功能容量及运行速度有限,容易死机。   数字与模拟相结合阶段   由于微处理器、微机功能和性能的增强和提高,各种专用LSIC、ASIC的出现以及多媒体技术的应用,系统控制设备在功能、性能、可靠性,结构方式等反面都发生了很大的变化,应用电视系统的构成更加方便灵活,与其他技术系统的接口趋于规范,人机交互界面更为友好。 这个阶段电视监控主机可以实现以下功能:1、视频、音频矩阵切换2、遥控:3、报警输入和联动;4、视频信息叠加。国内外有很多科研单位和厂商,在积极开发系统主机、代表性系统有:美国AD、PELCO、VICON、ADEMCO、JAVELLIN、PHILIP、日本PANASONIC等。技术特点:模拟切换为主,配合计算机做多媒体控制台管理。国际国内水平:国际上主要保持发展典型的模拟矩阵主机系统,典型技术如模拟距阵切换等都是成熟技术。国内也生产该系统,但在模拟信号的隔离度等指标有差距。在模拟系统向数字系统过度的带计算机图象处理的多媒体监控系统上,国内产品的起步早,技术水平低,本文作者曾在1992-1993年领导研制了我国最早的多媒体监视系统,比国外同类产品领先了两年,性能远远超过美国AD,JAVELLIN等的多媒体监视系统,在国内推广较成功,影响也较大。电视监控技术发展到了这个阶段可以说以摄象技术为中心的经典的应用电视系统已经达到了很高的水平,摄象技术、传输技术、系统控制技术都取得了长足的进步,CCD摄象器件和光纤通信技术的出现则是划时代的,它极大的改变了应用电视的面貌,但就应用电视而言,这些变化都不是革命性的,应用电视的经典模式和卓别林导演的美国电影“摩登时代”中的监视系统没有本质的赶边:(1)应用电视系统中信息流的形态没有变,仍为模拟的视频信号。(2)系统的网络结构没有变,主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络,介质专用是他的特点。(3)应用电视的工作方式没有变,主要是通过视频监视器来显示图象,以人的直接观察为提取图象游泳信息的方法(信宿)。(4)系统控制设备主要是以前台管理为主(前端设备的控制和遥控、信号的分配和切换)在整个过程中对摄象机输出的视频信号基本上不做任何处理。所以说:经典应用电视系统是以摄象机(成象技术)为中心的。(5)对于重要的远程传输功能,现有技术仍然是模拟专线传输。综上所述,非广播应用电视系统正处于向数字系统过度的就阶段,是数字模拟混合型应用电视系统。   全数字阶段   模拟视频设备现已发展到很高的水平,已没有潜力可挖,要满足更高的要求,数字化是必经之路。数字信号具有频谱效率高,抗干扰性强,失真小的特点,同时又是进行压缩处理和其他图象处理的前提。   数字电视监控系统   通过对全数字非广播应用电视系统的理论和技术路线创新,综合运用图象处理技术,活动视频处理技术,网络通讯技术,网络流式广播技术,新一代数字视频主机和DVR达到了全新的水平。   相关名词   什么是多媒体?   多媒体技术是针对单媒体来说,视频是一种媒体,它们分别独立运作,从计算机看是字符终端,是很粗糙的字符,彼此不联系。现在技术把这些单一的媒体融合在一起。在一台计算机上看到活动的视频,实时的声音,变化的文字,用一种融合方式把他们显示出来,把图象,声音,文字全部实时融合起来,叫多媒体。多媒体是与网络结合在一起。   网络传输技术   利用数字技术,把远处现场图象传输到桌面。网络上几个重要的标准:电话线:H.324网络:H.323网络协议:TCP/IP   录象系统技术   原来是录象带,其存储数量有限,一盘带实时录象可以录3小时,用长延时录象,采取跳格录,不能录到连续的图象,并需要存很多带子。现在采用数字录象技术,一个小盘就可以把完全实时的图象录下来,并且硬盘保存方便,体现了高,精,尖。  2、数字电视监控的相关技术指标(以银行柜员监控为例)  监控主界面清晰度  ●录像、显示可达768*576质量;  ●录像采集384*288,回放可达704*576分辨率;  ●可在回放中任意局部无级电子放大,搜索帧、记录帧可看清细节部分。  系统实时性  ●显示、回放和录像三工可同时进行,任意一路均应达到25帧/秒实时显示、实时录像、实时回放。  系统可靠性  ●占用资源少,单CPU系统可靠流畅工作;  ●自带完全密码图像保护功能,安全可靠;  ●软件、硬件看门狗双保险,保证系统不死机。  数字多媒体监控系统功能  ●真彩色单机16路共480帧/秒VHS质量实时监视;  ●单机16路共480帧/秒同时硬盘录像,回放时不影响录像质量;  ●录像可实现提前5秒钟预录像;  ●录像资料回放时可实现任意抓拍存储;  ●独特功能软件处理不清楚细节;  ●硬件图像报警功能+软件视频报警,双功能防断线,自带8路隔离,8路IO量;  ●大压缩比:视频每路50-450M/小时,音频每路40M/小时。  ●多路视音频同步实时录像,单路视音频同步回放,每路均带声音。  多媒体矩阵主机相关技术指标  ●磅礴的图像采集容量,实现单机同时采集1-128路视音频信号,矩阵输入扩展可至1024路;   ●强大的图像处理功能,可同时轻松操纵多种复杂系统: (1)单机可同时处理高达128路图像,实现单屏1-128高清晰画面同时显示,每个画面都是实时的,每个画面都可以放大到VHS图像质量;  (2)单机单屏1-128画面显示同时,主机可同时处理1-128路图像报警和硬盘录像,三功同时处理时,互不干扰,显示/录像/回放均为25帧/秒VHS实时画面;  ●分控技术突破极限:  矩阵输出不仅可在电视墙的每个单元(如监视器)上单屏同时显示4路/8路/9路/16路高清晰画面,同时行者多媒体矩阵主机本地分控和网络分控上也可实现同时实现4路/8路/9路/16路高清晰画面。  ●强大的网络功能:每个主机独立工作外,支持多台主机联网监控。  三、模拟系统与数字系统的比较  1、模拟监控系统是以视频矩阵、分割器、录像机为核心,辅以其他传感器的模拟系列。  一般以往传统的监控系统只能使用专用机械式录像机和磁质录像带。  现有系统典型结构:  前端:固定摄像机,球形高速云台,红外探测器等  中心:矩阵切换主机  输出:监视器,录像机,打印机,领导模拟信号分键盘等。  2、数字化监控系统是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统,由计算机、摄象机、连网设备(调制解调器、ISDN、网卡等)、视频压缩采集、红外探测器、控制器、图像编字解字软件和通信软件包等组成。  从以上分析可以看到,银行业对数字保安监控系统有迫切的需求。数字监控系统与互联网结合,替代模拟监控系统是一个大趋势,而当前的模拟监控压缩技术、DSP(数字信号处理)处理技术、FPAG应用技术等方面有所创新,并且与互联网相结合,向远程无线数字监控和生物识别领域发展其前景应该非常广阔。  四、电视监控系统由模拟系统向数字系统转化  模拟视频设备现已发展到很高的水平,已没有潜力可挖,要满足更高的要求,数字化是必由之路。数字信号具有频谱效率高、抗干扰性强、失真小的特点,同时又是进行压缩处理和其它图像处理的前提。  1、模拟监控系统是以模拟信号处理技术为主的,它存在一定的局限性,其表现如下:  ●模拟视频信号的传输距离十分敏感,当传输距离超过1000米时,信号容易产生畸变和衰减;  ●监控联网困难,只能以点对点的方式进行现场监控;  ●尽管采用长延时录像机,但仍需要大量的存储介质;  ●因采用点对点的监控方式,布线量大,费用高,无法利用现成的局域网系统;  ●尽管可以通过无线方式实现远程监控,但成本一般比较高,可靠性也不很理想。  2、数字闭路电视监控系统采用数字技术和计算机网络技术,比较好的克服了模拟系统的上述局限性,其优越性表现在:  ●由于采用数字信号处理技术,数字化视频信号和音频信号不易受到外部干扰,信号品质容易保障;  ●由于采用计算机局域网和广域网等联网技术,数字多媒体远程网络监控距离不受距离限制;  ●由于采用大容量磁盘阵列存储器或光盘存储器,可以节省大量的磁带存储介质,同时有利于系统实现多媒体信息查询;  ●数字化是世界公认的各领域发展的方向,采用数字多媒体远程网络监控符合数字化、网络化、智能化的技术发展趋势。  综上所述,非广播应用电视系统正处于向数字系统过渡的阶段,但国际上现有的产品发展计划并非实现数字化的捷径,是数字模拟混合型应用电视系统。关键在于,虽然数字摄像机,数字多画面显示处理器等数字设备开始应用,但连接设备的输入/输出信号仍然是模拟信号,具有模拟信号在分辨率,速度方面的限制,急需向全数字系统过渡来解决上述问题。  五、当前市场上数字电视监控系统产品的发展现状  目前,国内外各厂家纷纷推出不同的硬盘录像产品,分别有欧美厂家的以M-Jpeg或H.261为主流压缩方式的硬盘录像系统、韩国的以Mpeg-I方式压缩的产品、国内OEM日本韩国的泊来品、以及国内自己开发的录像产品等。其中不乏高性能价格比的好产品,但也有部分产品无过硬的技术指标和专业监控功能,却在产品的表面指标上大做文章,给消费者以误导。   硬盘录像系统是高技术含量产品,衡量一个硬盘录像系统的优劣需从以下几个角度人手:  压缩算法   目前硬盘录像常见压缩算法主要有MJPEG、MPEG、H.261等,下面就这几种方式作一比较。   MJPEG是一种简单的帧内JPEG压缩,虽然没有马赛克现象,但由于这种方式本身的技术限制,无法作大比例压缩,录像每小时1-2G空间,网络传输则需要2M带宽。所以采用此方式,无论录像还是网络发送传输,都将耗费大量的硬盘和带宽,除非有监控专网,否则不适合银行的联网监视及录像。MJPEG硬件支持不广泛,所以设备的维修和升级都难以保证。  H.261是一种基于前后帧预测的帧内压缩算法,由于只预测了后1帧,所以在延时速度上比较有优势,可以做到比较小的延时,但在图像质量上却难以做到很高的清晰度,在录像上更无优势,无法做到大压缩比和变速率录像等。  Mpeg-I是前后帧多帧预测的压缩算法,具有很大的压缩灵活性,能在低到256K的速率下压缩实时视频,能变速率压缩(动态侦测)最大的节省了存储空间,所以视不同的录像环境录像空间从80M/小时-400M/小时不等,并能根据不同的场合需要设置不同的压缩质量,是当前硬盘录像的首选。  是否具有监控功能  硬盘录像是银行取证的利器,但如果录像系统仅仅只是录像,那其灵活性将大打折扣,专业的硬盘录像主机应至少具备报警输入输出和多种云台控制功能,这样在发生事故时录像可自动启动并控制摄像机到预定的位置进行录像。如果具备矩阵控制功能那将使硬盘录像的功能最充分的发挥,可实现网络远程监视控制和录像。  对声音的支持  如果“只见其人,不闻其声”,那录像系统只是对用户的敷衍,没有任何理由让银行的录像没有声音,如何在多路录像的同时能将声音保存并同步回放?这一直是这个行业的难题,目前市场上能解决带声音同步录像的产品不多,而能解决多路声音同时同步录像的更是凤毛麟角。目前行者公司推出的DS25系列硬盘录像主机具有16路声音同步录像的功能,该技术已达行业先进水平。其他韩国的部分产品由于受国外芯片技术的限制,只能录8路音频。一些早期的产品甚至不具备声音的支持或只能靠计算机声卡保留一路声音,还有一些厂商将多路声音通过混音设备混合成一路声音,用最不专业的方法解决最专业的需求!  网络的支持  远程进行录像是一个新发展出的录像方式,这种方式能保证录像的东西不会被破坏。高明的犯罪分子不会留下任何蛛丝马迹,可是谁又能知道,所有的作案过程都已经通过网络送往远程并被保存了呢?所以远程录像功能将被广泛应用于联网监视的金融安全系统中。  稳定性的考证  目前,部分厂家由于自身无法解决技术上的难题,无法保证系统的长时间连续正常运行,所以采用人为控制系统定时重新启动,这虽然几乎不影响系统的正常运行,只是在启动期间无法录像,但在安全上确实是一个漏洞,也许关键的一刻就在重新启动期间发生。所以用该方法获取稳定的保障是不可取的。  价格因素  要看价格就需要看成本,从产品的来源来看,目前市场上有三种类型硬盘录像产品:(1)直接引用国外整机或挂国内品牌的OEM产品,(2)国内厂家采用国外录像板卡组装的二次开发产品,(3)国内厂家自己开发的板卡和应用软件,如果从成本上看应该是(1)>(2)>(3),所以价格亦然,所以在技术含量均等的前提下,性能价格比最高的应该是国内厂家自己开发的产品,并且由于所有的技术内核是自己开发的,在维护维修周期及零件更新上都有其他产品无可比拟的优势。  六、选择数字电视监控系统时的相关考虑  1、系统选择的技术因素  可以从以下四方面检测中心系统水平:  系统是否用到多媒体技术?多媒体技术多到什么程度?  系统是单纯为本地设计还是按网络设计?  录像系统是否为最新数字系统,是数字硬盘录像系统还是录像带录像系统?  是否考虑到公安工作的综合性,是否是一个集成化系统?集成化程度又有多高?  此外,还有四个指标:  产品是否可靠,是否符合国家标准?  是否符合发展潮流?产品是否先进?  应用是否很灵活,是否可以应用到其他领域?  是否符合计算机化和网络化潮流,把指挥中心综合的集中起来?  2、数字视频技术应具有如下特点:  (1)数字集成化CCTV系统中心控制器  应能兼容模拟系统的全部功能-模拟系统人们已应用习惯并经过实践检验。即:用数字方法,在对多路视频进行管理的同时,进行数字处理、图像侦测、识别、控制。  同时处理必须有不同视频流同时处理,在监视的同时支持网络传输和存储,用数据流方式进行切换,可以不再转化为视频。  (2)具备全数字远程图像传输功能  必须达到模拟系统的图像质量-模拟系统人们已应用习惯于其不压缩的清晰度。即:必须做到用数字方法实现高分辨率的图像压缩/解压缩,并且要能适应各种通讯线路。  同时处理必须有多套视频流同时传输,并用数据流方式进行接收、切换,可以不再转化为视频。  (3)全数字录像技术  必须兼容并超过模拟系统的全部功能-模拟系统人们已应用习惯录像带长时间录像,即:必须做到用数字方法对多路视频进行同时录像,单独检索、处理、回放。  (4)全数字显示技术多媒体操作系统  必须兼容并超过模拟的多画面显示功能,实现兼容包括高清晰度在内的各种清晰度的显示。单项数字图像技术容易实现,当多项多媒体操作并发进行时,必须有一个特殊设计的多媒体操作系统调度是系统的一个关键问题。  (5)全数字系统跨平台体系结构研究  领导监视终端,必须能应用各种不同计算平台,不能只为PC X86的体系设计,而且应该照顾民用非专业用户,比如用普通电视的非专业用户,不用更换电视和工作习惯也能享受到现有技术。  附:数字多媒体相关应用  (1)在政保方面的应用  向科技要警力既是警力发展的需要,也是犯罪技术发展的需要。它体现领导的业绩、政绩。犯罪分子已用高科技手段来犯罪,它是现代化组织,现代化装备,是非常突出的犯罪,向科技要警力,提高科技应用到警方的重要性。  如用网络购物方法,把大量违法得到的资金,通过网络付出去,网络购物没有发票,看不到帐,把不合法的钱在网上购物再卖出去,变成合法收入。  犯罪手段已迈入高科技,公安人员要做到魔高一尺,道高一丈,就要用更高的技术来武装自己,率先让自己进入新的技术领域。  (2)突发事件  公安部门处理突发事件是重中之重。突发事件发生后不论从决策还是从关心事态发展上,原来采用的电话方式、录像带方式、书面报告方式都有漏洞,不能及时传达信息,但图像可随时把重要信息传送过来。  (3)在经保方面的应用:  图像存储,长时间录像,防抢,防盗,运钞车远程图像监视……  对各种远程图像传输手段的比较…  银行长时间录像和防抢手段  利用多媒体可以长时间准确录像,得到准确证据。过去用录像带录,需要用很多带子录,因为模拟方式不压缩图像,图像尺寸大,所以带子多,而且录像机反复读写后,磁头需要清洗,磁带图像会越来越模糊,带子在潮湿的地方也会发霉。   在湖南有一案例。匪徒在湖南一银行抢钱,跑到广东去存。广东的银行已经安装录像系统,把他们的图像录了下来。湖南公安厅到广东办案,找到这家银行时,从调出的图像上立刻认出当事人,很快把这个案子破了。  录像系统非常重要,它提供了强有力的证据,而这种记录只有靠数字技术才能得到很好的运用。  (4)运钞车系统  过去运钞车运用GPS系统,能随时知道车的具体位置,但不能看到车内情况。针对很多运钞车案例都是发生在运钞员本身,车内情况由于指挥中心不能知道,给破案带来很大困难。过去技术不能解决,因为模拟技术是靠无限电发射,靠微波发射,由于微波发射走直线,当车在楼群走时,无法看到图像。现在可以利用VCD,把VCD放在车内,车辆行走时,中心能收到传来的图像,可以知道车内发生的情况。  (5)在刑侦方面的应用:  现场指纹采集,传输,远程数据库比对,模糊图像后处理,…  图像数字水印防伪技术  (6)在交通方面的应用:  电子警察系统  夜间如果有违章车辆闯红灯,警察不用干预,数码相机自动抓拍违章车辆并传到中心。每月交通人员可通过查询记录,给违章车主寄违章罚款单。过去用传统技术,晚上抓拍照片不清楚,虽然照片多,但有效照片少。用数码相机拍车正面,即使在晚上也可以得到高清晰的图像。避免了由于车灯亮,人眼看不清楚等问题。  同样在高速公路上,在河南与湖北的交界处,每天通过的车辆很多,过去经常有肇事车辆在两个城市之间跑。装备这种系统后,如果是在河南发生肇事的车辆,通过查询数据库,查到违章车辆现已在湖北,河南公安人员通过网络可以直接到湖北省查,大大节省时间。  (7)在未归类新技术领域的应用:  车牌识别,人脸识别,手机定位在管车,管人,跟踪方面的应用  数字防伪技术应用  基于WEB的犯罪数据库的应用  可视电话和网络电视会议的应用  交互式电视/电视电播VOD在培训等领域的应用  管理可分为三部分:管人、管车、手机管理。

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