“平安城市”战略将加速数字监控系统的升级换代

早期的第一代视频监控系统的应用主要集中在一些像监狱、各种重要库房和生产区域、机场和口岸等特种领域。随着社会的发展，应用领域向一般民用市场拓展了许多，主要包括商场、写字楼、高档住宅小区以及部分交通领域，近几年，随着自动柜员机的快速增加，银行方面的应用也成为监控的重要应用市场，这些新应用催生出了第二代监控技术。

随着中国各级政府构建“和谐社会”及“平安城市”战略的实施，监控技术将得到有效地推动，获得质的提升。例如，站在中国信息技术前沿的深圳市将部署以30万部摄像机构成的安全监控网络，其覆盖面包括主要街道、主要办公场所、展览场所、网吧、酒店、娱乐场所、公园、火车站、汽车站乃至长途及所有公交车辆。该网络建成后，再将原有的银行、海关、乃至各小区的自由监控网络纳进来，将形成一个几乎覆盖全城各个主要公共区域的“天罗地网”。而南中国最大的城市广州，网络的规模可能是深圳的一倍。还有即将举办举世瞩目的奥运会和世博会的北京和上海，这些一线城市对安全监控的需求也非常可观。

对于上述大型的城市监控网络来说，原有的第一、二代技术已经明显不能满足应用，从而呼唤第三代监控技术的到来(各代监控技术的主要特征见表1)。

前端数据采集中心的发展趋势

毋庸置疑，前端数据采集是整个远程安全监控网络的最重要部分，它将负责场景原始信息的采集和处理。该部分所涵盖的主要技术大部分与摄像和录像有关。

1. 摄像技术将向着大动态和低照度方向发展

摄像机是信息采集的执行者，在监控系统中起着关键的作用，故许多厂商都在这方面投入了很大的精力。对于常规的安防监控系统来说，不言而喻，研发的重点都集中在清晰度和感光度的提高方面。

目前的图像传感器有两大类，即CCD和CMOS传感器。一般来说，相对于CMOS来说，CCD具有感光度高、噪点小和分辨率高等优点，但与此同时，也具有功耗大、成本高和电路复杂的缺点。而CMOS的耗电量仅为CCD传感器的1/10左右，况且由于CMOS技术利用超高的集成度，将许多外围器件集成一体，大大减小了复杂度，并减小了体积。正因如此，目前CMOS传感技术更新速度要远快于CCD技术。

Micron是CMOS传感器的主要供货商，另外还有Omnivision和ST等。目前，Micron的MT9T031和MT9P031 CMOS传感器分辨率已经分别达到300万和500万像素，据该公司的一位行销区域经理认为，CMOS与CCD两种技术的竞争格局将继续，而500万像素将是两种技术的分界点。但一个显而易见的趋势是，CMOS的各项性能在逐步靠近CCD技术。

除此之外，还有一些相关技术创新值得一提。比如松下公司推出的第三代超级动态(SDG)技术。使图像的对比度动态范围扩大了40多倍。三星公司的信噪比提高技术，以及镜头镀膜技术，可以实现了超低的光照度，其最新的变焦一体机的光照度号称达到0.0001LUX。不过对于这项指标，长期从事安全监控应用的深圳市希图科技有限公司工程师侯育林认为含有不少的宣传成分，他认为就目前的测试水平来说，得到这样的数据恐怕还比较缺乏信服力。

2. 两种编解码处理实现方式将各领风骚

目前视频监控系统主流的压缩格式是MPEG4，尽管它的处理延迟稍大些，但它还算兼顾了各方面的能力，是一个比较好的折衷。

而对于分辨率格式，种类从传统的CIF格式，到目前的像素为720×576的D1格式，中间还有Half-D1、DCIF等。据了解，日前Vweb公司已经推出全D1分辨率的MPEG-1、2、4以及H.263 音视频编码器，日本已经将D1写入其视频监控标准。对于D1分辨率来说，无论是存储器容量还是带宽好像对中国用户都已经不是问题。但经过冷静分析后不难发现，无论D1能否进入中国的音视频编解码国家标准，基于D1的存储量以及成本因素，感觉D1的大面积推广还未到火候，反倒市场更看重像素为528×384的DCIF。深圳市昊天科技有限公司的谢永强工程师也持该观点，他说：“DCIF格式无论在码率还是对资源的要求方面显得比较中庸，而且在各个方向上显得比较均衡一些。因此，可以有效解决清晰度与传输速率、存储容量以及成本之间的矛盾。”

因应各种分辨率格式和压缩格式，编解码技术和芯片实现方式呈现多种多样的特点，但基本上可以归结为两大类，即DSP和ASIC。

DSP以TI公司的产品为代表，优点是具有非常灵活的处理方式，图形处理功能比较强大，但这类器件是从以前的专用信号处理架构上传承下来的，故在某些方面具有一定的约束，比如占用系统资源偏多，对于一些控制要求较高和码率较高的场合似乎尚缺竞争力。

不过，TI公司针对这点做了进一步的优化，从而赢得了不少订单。最近，中国最大的监控产品生产商海康威视已经在其视频硬盘录像机以及视频服务器等产品中利用了300万片TI的TVP5150AM1超低功耗视频解码器芯片，该芯片典型工作状态下功耗仅为113mW，而断电模式下的功耗还不到1mW。该产品只需一个晶振就能支持所有标准，模拟与数字电源电压为1.8V，I/O电源电压为3.3V。据了解，海康威视还在评估TI新一代TVP5154解码器。该款四通道、低功耗NTSC/PAL/SECAM视频解码器在同一芯片上集成了四个TVP5150AM1器件。除解码器之外，海康威视还采用了TI的TMS320DM64x数字媒体处理器系列产品，该系列是业界数字视频与媒体应用的主流平台。同时，海康威视还努力向TI达芬奇技术平台过渡。

该公司认为，TI的一款数字信号处理为基础架构的数字媒体处理器具有强大的数字处理能力和丰富的外设接口，非常适合于差异化要求很高的数字视频监控产品。强大的数字信号处理能力保证软件编程具有实现特定视频功能的能力，而软件可编程则又带来快速、灵活、方便升级等优点，另外丰富的外设接口又降低了产品的复杂程度和成本。如果进一步提高和优化算法，就能开发出更多新型的数字视频监控产品。

各代监控系统计数特征的详细比较

而ASIC则主要是面向应用的专用SoC，可以利用目前最先进的多核技术，采用标准的总线架构，配上一定的存储资源，以及扩展性能比较强的接口，基于上述这些优点，使得ASIC SoC芯片更能适用于视频处理的高端应用，如海思半导体的Hi3510就是这类芯片。该款芯片是首款H.264硬件编解码芯片，采用ARM9+DSP+硬件引擎方式，在384kbps带宽上就能够达到VCD的图像效果，而在1Mbps带宽上则能够达到接近DVD的效果。此类芯片的例子还有台湾地区Vweb公司的VW2000系列芯片等。

这类ASIC器件在设计时的约束较少，还可特别对视频编解码、数字加密、分辨率动态调节乃至各种远程控制接口方面进行专门优化，从而解决了网络监控中图像处理和复杂的控制和接口方面的约束瓶颈。

就上述这两大类处理技术实现方式来说，它们有着各自的生存空间，都将围绕合适的应用并行发展。

3. 网络视频服务器将是数字存储技术的发展方向

进入数字时代以来，数字存储技术高速发展，数字硬盘录像机(DVR)使数字存储的优点得到充分的体现，近几年来得到了广泛的应用。

DVR的核心功能就是解压缩，其方式分为硬解压、软解压以及硬件和软件相结合三大类。其中软解压成本相对较低，但因软件的实现是基于普通电脑和软件，而且过于占用计算机的系统资源，从而影响图像处理能力，而且可靠性相对也较差；而另一方面，应用却对图像质量要求越来越高，且随着远程传输的需求的增加，压缩比较高的MPEG4会越来越流行，因而利用专用芯片的嵌入式硬件解压缩将成为DVR的主流。在这种架构中，将音视频采集、解压缩、解码显示功能全部集成进一个SoC芯片，再利用总线结构，将多路码流直接分传给显卡，IDE总线进行图像显示和存储，系统CPU只起到控制和分配作用，剩余的大量资源可以用于丰富的图像处理。这种架构的典型代表就是TI的达芬奇和NXP的Nexperia。

不过，由于“平安城市”中的安全监控网络的规模很大，各子网络间信息的互联互通非常重要，这就必然要考虑数据的传输问题。基于这一点，这种目标为本地化监控的完全硬件解压方案就存在一定的局限了。因为这种方案强调的是解压速度、图像处理能力和大容量存储。而在“平安城市”这类大型网络中，监控系统的前端站点很多，必须采用多机的层叠，还有内外网之间的访问问题，都使得进行远程监控时的控制变得非常复杂，从而使得基于嵌入式的硬件解压方式力不从心。

当然，集成度更高的超大容量和超多路数的DVR可以缓解这一问题，但实现起来是不现实的。所以，一个新的解决方案就是网络视频服务器方案。在这种方案中，存储采用计算机领域的通用存储技术。该方案瞄准网络视频应用，采用适于网络传输的流媒体技术，将成为今后的“平安城市”监控方案的一个发展方向。希图科技的侯育林对此表示认同，他介绍说：“视频服务器和网络摄像机在实现远程监控时确有一定优势，但在规模应用之前，还有不少的问题需要解决，比如实时性差、延迟过大、画面不流畅等。”

DVR的另一个发展趋势是多接口技术。今后DVR所集成的接口将从传统的485和232扩展到1394、USB和以太网等。此外，越来越高的搜索和回放速度比也是一个发展趋势。当然，支持越来越大的硬盘存储容量是DVR始终追求的一个目标。

无线技术将成为远程网络传输的一项新选择

对于“平安城市”的监控网络来说，实现各城市信息的互联互通，或者各级网络信息的逐级上传都是至关重要的，这是传统的安防监控网络所遇到的新问题。实际上，即便是同一城市，也存在不同的监控网络的融合问题，网间传输也是不可回避的问题。目前各网中采用的方法不尽相同，有同轴、光纤，也有通过无线方式来实现的。

对于通过电缆和光纤组成的专网，从子网内部来说，具有稳定可靠且安全性高等优点，但是无论是建网还是维护成本都过高，况且也只能局限在子网内。由于“平安城市”的监控网络是超大规模的网络，只能采用分布式方案，故从各方面来看，利用现有的公用数据网络，应该是“平安城市”监控网的较好选择。

比较可行的方式不外乎两种：一种是在数据采集前端直接用集成芯片将采集的数据接入现有网络，另一种则是在监控前端数据采集中心与监控中心之间采用传统的公用数据网络。对于前者来说，欧洲的一些机场等重点区域已经有应用，而且有不少公司提供相关的产品，如西门子的GSM收发器模块，Microlinear 公司的ML2700系列900MHz FSK收发器模块，还有NXP公司的射频模块，AnyDATA公司的CDMA接入模块，以及其他一些公司的CDPD接入方式等。

上述器件将前端采集的数据直接通过无线协议送入无线网络中，但这种方式的不足是要求较好的软件实现高压缩比。另外还有一些网口模块直接将数据接入以太网，但这种接入方式，具有延迟过大，画面不流畅等不足。

所以，就目前的情况来看，更好的方式可能还是利用无线网络。所选择的网络有许多，比如GSM、GPRS、CDMA、CDPD、3G等。当然，随着以太网带宽的提升，在许多地区走IP方式也有不小的市场。实际上，对于大型网络而言，速率是很重要的，故GSM和GPRS不太能够担当起“平安城市”监控网数据传输的重任，相对来讲CDMA和CDPD在速率和安全性方面具有一些优势，但随着3G网络的部署和演进，短期内可能成为最佳的传输平台，但长期来看，随着全国监控网络的扩大，3G可能都难当重任，未来恐怕还得依赖4G技术。

实际上，不同的传输技术都各有优缺点，具体的应用有时还受市场因素的影响。

管理平台将向多功能、高安全方向演进

对于目前传统的监控网络来说，软件的重要性得不到真正的体现，基本上都停留在简单的图像存储、调用、简单的网络传输和很简单的云台控制这个层次。这有可能是由于规模偏小的缘故所致。但在“平安城市”这类超大型的监控网络里边，软件将处于核心的地位。

由于这种超大型网络，无疑是分布式方案，故基本上可以说软件的重要性随着网络规模和所分层次的增加而增加。在这些软件中，将包含如下三类大的功能：

1. 体现发展趋势的网络功能

通过网络来实现各层之间的信息共享，中心服务器软件作为控制中心，通过各层服务器的软件，将以下的各层构件成一个有机整体，真正实现整个监控网络的一体化，做到全网联动。

2. 越来越强的控制功能

网络的大型化决定了控制软件的发展趋势之一就是越来越强的控制功能，包括强大的硬盘管理功能，为了提高硬盘利用率和存取速度的存储区的分组管理技术；高效率回放的定点和定时的信息重放技术；形成立体式、全方位报警响应的电子地图显示、声音、云台、矩阵、抓图、网络等多种联动功能。

3. 越来越强的用户和安全管理功能

作为超大型监控网络，无论是信息本身还是安全技术，都是至关重要的。各式各样的安全设备需要整合，告警及安全需要合理分级，各级管理权限需要认证，各类事件需要合理分级与整合，还有常规网络面临的各种外部非法入侵等。

4. 更高的信号处理功能

在新兴的软件中，植入更多的信号处理功能也将成为监控软件的一个发展趋势。因为社会资源的分散性和技术时间跨度较大必然造成数据格式的混乱，如果在软件中植入文件格式转换功能，就可以将不同格式的数据转换成某种标准格式，这在整合社会资源和公安资源时就能体现出相当的优势。

作者：王金山