中國科學院自動化研究所 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注的課題。而對于中國而言，比較關鍵的還有2008年奧運會的安全保障問題。在此背景下，強化治安的需求增長十分強勁，安全防范系統變得大有作為。據不完全統計，2003年我國安防系統工程額在400億人民幣左右，美國則是240億美元左右。由此可見，以視頻監控為核心的安全防范系統市場廣闊，安全防范產業將伴隨IT行業同步增長，成為令人矚目的朝陽行業，更會延伸出許多多媒體應用的新領域。
一、視頻監控系統可選擇的方案
1. 全模擬式視頻監控系統
模擬式視頻監控系統已屬要淘汰之列，若選擇此種方案，則需增加上層的應用管理軟件，以方便檢索和調用。如采用優網通公司的UniArgus數字監控管理平臺，透過Web瀏覽器即可隨時監看遠程攝像機的圖像，查詢監控資料，也可通過網絡進行遠程參數設定，從而將監控、報警、門禁、語音信息集成，進行綜合的安防信息管理，當然，其注重的是管理和調用功能，完成的時間取決于網絡的通暢程度，不太能保證實時性。
2. 模擬矩陣加數字硬盤錄像機組成的混合視頻系統
（1）視頻切換矩陣容量一般應能擴充到一定的規模（如256×32）。
�。�2）前端攝像機。全方位監控宜采用一體化球型攝像機；一般監控點可使用分體槍式攝像機。攝像機的好壞直接影響整個系統的圖像質量，高分辨率（彩色≥470線，黑白≥560線）和低照度（彩色1LUX，黑白0.02 LUX）是標準的選擇。
�。�3）顯示裝置。價格便宜的CRT顯示器可采用逐行掃描的精密數顯純平電視機；液晶（LCD）和等離子（PDP）顯示器有輕、薄的優勢；最被看好的是數字光學處理DLP顯示器。
（4）記錄設備。硬盤錄像機DVR存儲最有優勢，DVR+DVS（數字式網絡視頻服務器）以及組合矩陣切換功能的DVX等設備代表了發展的方向。光盤與刻錄機可用于臨時存儲數字視頻資料。
3. 以高檔次DVR為核心的中央控制視頻系統
YD5000 plus超級數字視頻中控系統，有64路視頻輸入和8路視頻輸出、8路報警輸入輸出，通過RS485總線最多可連接8個模擬分控鍵盤，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，顯示和錄像速度達到每路25幀/秒。每路每小時錄像占用空間為0.1～0.5GB，能支持16臺硬盤錄像機聯網。
中央控制視頻系統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，利用計算機PCI總線結構，將多路音視頻流直接分配傳輸到計算機顯卡，IDE總線進行圖像顯示和存儲，系統CPU只起到控制和分配作用，因而處理音視頻流占用計算機系統的資源與處理音視頻路數無關，根據目前的PC機的PCI總線的資源可以實現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。該系統在某種程度上可以認為是純硬件的音視頻嵌人系統，因而系統的穩定性不是基于Windows操作系統，克服了傳統的基于PC機的數字硬盤錄像機的不穩定問題。
4. 以編解碼器為代表的數字視頻系統
數字化設備具有失真小、精度高、傳輸特性好、抗干擾性強等特點和易于大規模生產的優勢，因此，數字視頻監控系統將是CCTV監控的未來。盡管模擬式安全防范系統還會在一段時間內和數字監控系統相互共存，但數字式監控系統會逐步取代模擬視頻監控系統，而且這種發展趨勢將是不可逆轉的。
作為數字化監控的突出代表，硬盤錄像機不僅有里程碑式的作用，更有可能動搖安全防范系統原有的格局。硬盤錄像機目前在部分應用場合，已可替代32路以下，特別是16路的視頻矩陣切換控制器；但是硬盤錄像機當前從功能上而言，還是以“錄”為主以“控”為輔，而且它難以解決網絡遠程監控環境中的長時延和多路同時監控，因此只能說它是數字式監控的雛形。此外與模擬式切換控制器相比，其可切換的路數還有較大差距。
理想的數字式監控設備則是編解碼器通過網絡來實現的虛擬矩陣切換。
德國Dallmeier數字視頻系統，是一款多功能音／視頻雙工同步錄制／播放網絡傳輸編碼／解碼的硬盤錄像服務器，已用于澳門新賭場的監控。它采用MPEG-2壓縮方式，提供DVD畫質（720×576像素）的實時圖像，支持CVBS或網絡播放，2Mbit/s帶寬就可以順利傳輸，網絡傳輸實時誤差小于0.2s，硬盤容量最大可達600GB，是實時錄像和虛擬矩陣的較佳解決方案，已有1200輸入×60輸出的成功應用案例。英國Videobridge公司產品采用MPEG-4壓縮，0.1s延遲，已成功地應用于雅典奧運會監控。
此外，還有英國V1SIOPRIME DVR（KALAGATE）、加拿大SmartSight數字系統設備、美國PELCO數字硬盤錄像機、以色列NICE數字硬盤錄像機、英國DM硬盤錄像機等十多種知名品牌，能提供客戶多樣的選擇與解決方案。
5. 網絡攝像機和網絡視頻服務器為主的網絡視頻監控系統
網絡視頻監控系統由網絡視頻前端監控設備，作為系統服務和管理設備的視頻服務器和網絡用戶終端三大部分組成。
�。�1）前端監控設備通過網絡視頻編碼器和各種網絡鏈路（如DDN、ISDN、E1、T1、幀中繼、無線網橋、ADSL及其他方式的 WAN 或LAN等）接入用戶網絡，實現前端監控點音視頻和控制數據的數字化與網絡化。
網絡視頻前端監控設備將更多地采用IP攝像機和IP網關。IP攝像機是內置有IP服務器的可直接連接到網絡上的攝像機，也被稱為網絡攝像機（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720×576像素。
使用IP攝像機可以在現有的以太網上傳輸視頻和音頻，在指定IP地址后，就可以在網絡上的任何一個位置通過瀏覽器調閱圖像，但圖像質量會受到網絡帶寬的制約，同時在圖像傳輸速度上也難以達到完全實時。
與IP攝像機基本一樣，IP 網關（Internet Gateway或稱為IP-codec）實現了低成本的音視頻及報警信號的傳輸，發射和接收采用多播方式在以太網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 網關當作編碼器或者解碼器來使用。當作編碼器使用時，可以將最多4路模擬視頻信號同時上網，并可以直接在電腦上察看圖像。將網關當作解碼器使用時，可將數字視頻信號轉換成模擬的視頻信號，在普通的監視器上顯示圖像。
網關自帶的雙向數據接口可以供用戶在網絡上直接控制前端的云臺和鏡頭。網關可以選擇TCP/IP（傳輸控制協議/網間協議）或者UDP（用戶數據報協議）、HTTP等網絡協議，采用H.261方式壓縮的圖像，傳輸速率可以達到25幀/秒。采用MJPEG方式壓縮的圖像，傳輸速率可以達到15幀/秒。
�。�2）視頻服務器負責網絡視頻流的管理以及網絡用戶的授權管理。
�。�3）網絡用戶在自己的桌面通過視頻服務器發送各種服務請求，獲得相應權限的各種監控系統服務。網絡視頻監控系統適用于任何支持TCP/IP的網絡。
6. 通過IP網絡實現虛擬矩陣切換的系統
此類監控系統的特點是前端攝像機較多，而網絡資源有限，使得網點全部圖像不能同時顯示在所屬主控中心（分控中心），需要進行矩陣切換。切換規則在主控主機（PC）上進行設置，它可以發送請求命令，通過網絡交換機、路由器、TCP／IP網絡（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。當發生警報時，報警現場圖像即被調出并切換至大屏幕進行顯示。
為了同時將盡可能多的前端圖像同時送到監控中心，簡單的方法是增加傳輸線路的有效帶寬，而在現有網絡帶寬狀況下，一是采用高壓縮比視頻圖像壓縮算法的節點設備，二是對視頻流進行盡可能的管理與控制。
二、多媒體監控系統可能的應用領域
1. 構建區域性的安防聯網報警服務網絡
目前有幾個動向非常值得注意。一個是構建區域性的安防聯網報警系統，組成安防報警服務網絡，一般可使用公網來傳送信息，有的還可與全球定位系統（GPS）聯動，可用于汽車防盜等領域。
2. 構建城市安防視頻監控分級聯網系統
目前，為保一方太平，盡可能從技術上做到長治久安，小至居民住宅區，中至一個城鎮區劃，大至整個城市，現在很多地方都在積極地籌劃建設三級安防網絡，并采用專網來提高系統信息的保密性，如圖6所示，安防系統應緊跟這些新生長點同步增長。
（1）市局總體系統結構
市局總體系統結構如圖可由視頻切換矩陣、系統管理服務器、視頻編碼器、視頻解碼器、數字硬盤錄像機（DVR）、指揮中心電視墻和大屏幕、監控主機、局域網上相關部門的多臺監控終端組成。
（2）分局系統結構
分局的系統結構與市局基本相同，也是由視頻切換矩陣、分局管理服務器、視頻編碼器（視頻服務器）、視頻解碼器、數字硬盤錄像機、指揮中心電視墻和大屏幕、監控主機、局域網上相關部門的多臺監控終端等設備組成。
分局管理服務器與市局系統管理服務器間應能級聯控制，從而實現整個系統的統一控制，比如警衛部門在執行警衛任務時，可利用本系統監控車隊前后或其他相關監控點的圖像。
（3）派出所系統結構
派出所是城市安保系統的基層單位，對所轄區域負有直接責任，而且派出所的在圖像監控方面的技術力量較薄弱，因此派出所的監控系統應更簡單、方便、可靠、實用。
分局和派出所的結構，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。將來自攝像機的視頻信號通過視頻光纖傳輸到分局，由分局再通過視頻光纖將信號傳輸到派出所，這種方式采用分局集中控制技術，減少了視頻切換矩陣的數量。模擬光纖方式的另一個結構是視頻信號先到派出所，再通過視頻光纖傳輸到分局，這種方式可減小光纖長度。
這種方式以數字通信為主體，派出所視頻通過數字編碼方式傳輸到分局，同時直接進入了城市公安局域網。分局設管理服務器，對分局及所轄派出所子系統進行統一管理。
3. 在城市監控網絡的基礎上擴大為城市應急系統
城市視頻監控三級網絡除用于安防外，還可擴大使用范圍，延伸為城市應急系統，以有效應付諸如遭遇地震、洪水或者颶風襲擊、突發事件、恐怖活動、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急管理MM8000系統，能有效管理火災、安全和技術故障等重要的報警信息。MM8000是一種伸縮自如的應急管理系統，適用于獨立及多工作站系統。模塊化架構大大簡化了現有系統的功能升級和擴充，支持BACnet總線和OPC（用于過程控制的對象鏈接與嵌入），可連接至不同類型的子系統和網絡。它的應用范圍十分廣泛，包括本地配置和地理上十分分散的客戶機／服務器配置等不一而足。
4. 建造城市智能交通系統
面對城市交通堵塞這一難題，智能交通系統（ITS，Intelligent Transport System）應運而生，并得到了快速的發展。要解決交通堵塞，要從多個方面著手。首先，要不斷提高公民的素質，特別是遵守交通規則的意識，無論是司機、騎車人和行人，都要規范自己的交通行為，這是最根本的。
其次，要從道路及附屬設備上來保證，也就是常說的硬件，從上海和廣州的經驗看，建設互不交叉的高架路效果最好，北京的平面系統加上立交橋或再增加轉彎匝道投資不少但效果不好，從規劃上值得反思。另外，許多城市正在交通路口建設“電子警察”裝置，但無論是采用數碼相機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，對改進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，要建立一套科學的交通調度和指揮管理系統。例如，定時控制路口紅綠燈的路口機應升級為自適應式的，使之可依據通過視頻檢測到的東西及南北方向車流長度，自動改變相應方向的紅綠燈時間。還可實行全線紅綠燈的動態聯動控制，如多個相隔不遠的路口同時綠燈，稱之為綠波放行（Green Pass），比之一個紅燈一個綠燈相間隔時能流暢不少。還要強化通過大倍數攝像機對各主要道路的車流監測，并根據不同時段（如上下班高峰、節假日、災害天氣等），根據具體情況通過交通數學模型實施交通誘導，并通過廣播、電視、短信息等通信工具實時發布。
在雅典奧運會期間，雅典市劃出奧運專用車道，并嚴罰其他車輛對其的隨意占用，對改進奧運期間的交通起到了很大的作用，效果很好，值得借鑒。智能交通系統中的公交優先和公交專用道絕不能停留在空談階段，而是要強化執法，嚴格實行才行。
5. 體育和演出場館使用電子門票的多媒體電子安全系統
電子門票是一種將智能芯片嵌入到紙質門票等介質中，用于快捷檢票和驗票，并能實現對持票人進行實時精準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，還能夠以此實現對進場人員的定位跟蹤。其核心是采用RFID射頻識別技術，具有一定存儲容量的芯片，將這種芯片和特制的天線連接在一起就構成了所謂的電子標簽。將電子標簽封裝在特定的票卡中，就構成了先進的電子門票。
電子門票直接與相應的管理信息系統相連，包括一般觀眾、重點有嫌疑人員、參賽運動員、廠館工作人員在內的每一位人員都可以被準確地跟蹤。
對一般觀眾的跟蹤定位、查詢，通過對電子門票進行授權，從而限定觀眾在體育場館中各個區域的準入范圍，當觀眾進入某區域時，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域位置。
如果該觀眾進入了禁止其入內的區域或位置，監控人員可以通過電話或對講機通知其附近的安保人員或工作人員出面制止，或進行連續跟蹤。
如果某觀眾多次出現在禁入的區域或位置，監控人員可啟動管理軟件上的CCTV監控聯動，該觀眾所處區域的監控裝置所攝取的圖像就立即進入監控人員的視野之內。通過觀察其活動情況判斷該觀眾是否有犯罪嫌疑。必要時采取果斷措施，制止犯罪行為繼續或快速排除危險，這對于體育場館的防恐是非常有利的。
