高清网络视频监控系统的构建

乔 鹏

（山西省自动化研究所，山西 太原 030012）

0 引言

进入21世纪以后，随着计算机技术以及网络技术的飞速发展，视频监控系统技术也得到了飞速发展，依托日益完善的网络建设平台，使用高清摄像机组建高清网络监控系统，实现了监控系统的高清化、网络化。本文就高清网络视频监控系统的构建及其中信号传输部分的几种实现方式做一些分析说明。

1 高清网络视频监控系统的设计

高清网络视频监控系统主要由前端设备、传输设备及存储显示设备3部分组成［1］，其系统拓扑图如图1所示。

1.1 前端设备

前端设备主要包括高清网络摄像机及相关配套产品。百万像素级高清网络摄像机最早是由松下、sony等日系厂商推出的应用于监控领域的专业视频监控摄像机。开始发展阶段，受制于当时硬盘容量及带宽的局限，并且由于国际厂商的垄断，造成高清摄像机价格高昂，影响了高清监控系统的应用与推广。经过近几年的发展，硬盘容量已发展至TB时代，目前主流硬盘已达到3TB甚至更高，并且硬盘价格也越来越低廉，高清摄像机硬盘占用大的问题已经不复存在。在带宽方面，以实际数值来说，720P25帧/秒的传输与录像码流在500kb/s～3Mb/s之间，与传统352×288分辨率的25帧/秒的250kb/s左右的码流相比确实是稍微大一些，但是在本地录像的监控环境中，采用光纤、宽带则根本没有任何问题，在远程监控环境中可以采用双码流技术，在远程显示中可采用CIF格式，科学技术发展至今，大可不必担心带宽的问题影响工程质量。更为重要的是，国内一些技术研发实力强大的核心生产厂家突破国外的技术封锁和层层技术难关，自主开发生产出国产百万高清摄像机，其成本上的优势使得高清监控系统的应用普及成为可能［2］。

图1 高清网络视频监控拓扑图

在系统中对于前端设备的选择，可依据实际情况进行选择。目前200万像素的高清摄像机在成像效果及成本平衡间已颇具性价比，相比前几代模拟摄像机，网络摄像机在成像清晰度及抗干扰能力方面优势明显。

1.2 传输设备

在高清视频监控系统中，由前端高清摄像机提供信号源，通过网线传输信号。但是由于标准国标网线传输的有效距离是100m，距离长了会丢失数据包，影响图像质量，比如出现延迟大、马赛克、图像定格或时有时无等现象，因此超过100m，则通过光纤进行信号传输。目前在构建高清监控系统信号传输的过程中，通常采用交换机加光纤收发器、带光模块的交换机以及网络高清光端机3种方式。

1.2.1 交换机加光纤收发器方式

交换机加光纤收发器是目前最常用的传输方式，其系统构建示意图如图2所示。

该方式传输路径为通过网线将高清摄像机信号传至交换机，交换机通过光纤收发器发送端与光纤相连，由光纤将信号传输至中央控制室，并通过光纤收发器接收端处理信号后传至控制室交换机，由控制室交换机引出信号接至硬盘录像机进行录像存储显示或接至解码器后由拼接屏显示。

图2 交换机加光纤收发器系统构建示意图

这一传输方式具有以下优点：①光纤收发器在数据传输上打破了网线的百米局限性，实现了远距离的信号传输；②光纤收发器加交换机成本低廉，有利于高清视频监控系统的普及；③当系统链路出现问题时，便于检测是光纤收发器问题还是交换机问题。其缺点是目前光纤收发器还不够智能，并且由于生产厂家优劣不一，造成光纤收发器质量参差不齐。但是根据目前实际情况，交换机加光纤收发器方式仍是未来很长一段时间高清视频网络监控系统构建的重要组成方式。

1.2.2 带光模块的交换机方式

带光模块的交换机方式是使用带光模块的交换机替代交换机加光纤收发器。从原理上讲，带光模块的交换机基本上等同于内置一个光纤收发器的交换机，如图3所示。

相比较交换机加光纤收发器方式，带光模块的交换机更具效率性与安全性，它可实现统一管理、统一供电，具有相当大的便利性。其缺点也同样明显，首先它的造价要远高于普通交换机加光纤收发器；其次由于光口交换机的光模块大多没有统一标准，因此光模块一旦损坏就需要从原厂商用相同的模块更换，这样给后期的维护带来很大的麻烦。因此，在实际应用中，该方式的使用程度不及交换机加光纤收发器的方式。

图3 带光模块的交换机

1.2.3 网络高清光端机方式

所谓光端机，就是用来将光信号和电信号互相转换的一种设备。随着光纤价格的不断下降和应用的日渐广泛，光端机的技术发展取得了长足的进步。但是在高清网络视频监控系统中，网络高清光端机方式确是实际中应用最少的一种方式。这其中有各种原因，首先高清网络摄像机依托网络，使用前两种方式更加符合现有标准化平台的利用；其次，高清网络光端机造价较高，影响了它的推广。事实上，光纤收发器和带光口的交换机并不是为高清网络视频监控传输不间断监控视频而专门设计，其配置繁琐、接口众多、网络延时大等也成为这两种方式的一些弊端。

目前，网络高清光端机的运用主要使用在原有模拟视频监控系统升级为高清网络视频监控系统的过程中，在原有模拟视频监控系统中，远距离传输的实现方式也是依靠光纤和光端机实现。在这一改造过程中，远距离传输链路可利用原有光纤链路，这一部分也是改造施工中难度最大的部分，这样既保证了前期的投资，又保证了新形势下的高清网络视频监控高标准要求，全面提升安全技术防范总体水平。

不过从长远看来，今后必将有更多的厂商开发设计应用于高清网络视频监控系统中的系列产品，并根据高清网络监控系统结构的特点，研发出模块化的标准高清网络传输解决方案，从根本上解决高清网络设备在传输部分的应用问题［3］。

2 存储显示设备

高清网络视频监控系统视频资料的存储主要使用网络硬盘录像机（NVR，Network Video Recorder）实现。NVR最主要的功能是通过网络接收IPC（高清网络摄像机）设备传输的数字视频码流，并进行存储、管理，从而实现网络化带来的分布式架构优势。简单来说，通过NVR，可以同时观看、浏览、回放、管理、存储多个高清网络摄像机［4］。

显示部分，可根据实际需求选用以下几种方案：①可利用液晶显示器连接NVR进行直接显示；②当高清网络监控系统组网完毕后，可利用网络中任何一台电脑对系统服务器进行访问，输入监控系统交换机地址观看实时视频影像；③可利用视频解码器，将视频信号接至监控拼接屏，实现大屏幕显示。当然，高清网络视频监控系统的显示主要还是应该采用大屏幕拼接屏实现，因为在常规尺寸的显示器上，肉眼无法分辨超高清视频技术带来的视频画面质量的改善。目前，采用JPEG2000编码技术的1 600万像素IPC已经问世，可达到4 872×3 248的超高分辨率，因此，首先还是推荐高分辨率的拼接屏实现视频显示。

3 前景展望

俗话说，摄像机是眼睛，软件是大脑，在现行监控管理系统基础上建设一套以视频监控为核心，实现各信息孤岛数据信息向其他业务应用横向集成，上下级管理部门数据纵向贯通，从网点分散管理模式向集中监控管理模式改变的综合大型联网安防管理系统迫在眉睫。这种以“大联网、大融合”为思路的平台建设发展方向，在各行业如平安城市、智能交通、网上巡考、平安校园、环保监测、无人值守变电站等都存在迫切的需求［5］。随着科技的进步，技术的发展，未来高清视频监控系统会在我们的生产生活中发挥出更加重要的作用。

［1］于军.如何构建完善的高清监控系统［J］.中国安防，2010（12）：21－24.

［2］刘毅.高清监控带给存储系统的挑战［J］.中国公共安全，2011（8）：120－122.

［3］宋慧.高清监控系统技术设计及应用探讨［J］.中国安防，2010（10）：45－46.

［4］张明月.高清监控模式下的多媒体存储技术浅析［J］.中国安防，2012（4）：40－42.

［5］马晓东.高清监控应用现状与未来［J］.中国公共安全，2013（7）：97－99.