李阳 王应雪
电子监控系统随着保安业和制造业的需要而产生，随着电子技术的不断进步，从早期的声音报警到今天的音像监控系统，走过了漫长的半个多世纪的历程。本文所说的监控系统是指后者，它从最初的“模拟式监控系统”，经过“模拟、数字混合式监控系统”，到今天的“数字式监控系统”，逐步形成为一个产业，并广泛应用于国民经济的各行各业。在一些企业的ERP系统中，监控系统是其重要的组成部分。
“数字式监控系统”的基本工作原理是：人们通过连接到网络的计算机，浏览其职责范围内的监控区域，当对某个摄像机的监控区域感兴趣时，通过鼠标点击该摄像机，显示器上显示该摄像机显示的实时场景，摄像机的运动轨迹也可以通过鼠标点击进行控制；平时，整套系统按预先编制的程序自动运行，对异常情况进行报警，自动记录所有摄像机所摄制的图像以供事后检索。
一、基于网络的监控系统的建设
合理的需求是建设好监控系统的前提条件，要注意建设时系统功能的科学规划和设备选型的合理性，以避免盲目建设和重复投资。根据目前我国各行各业已经建成或正在建设局域网以及可以利用电信宽带上网的情况，我们建议监控系统的选型应该和网络相结合，具体的做法就是利用网络来实现监控信号的传输和存储; 利用联网的计算机进行实时监控、分析研究; 利用网络摄像机或者模拟摄像机和计算机来摄制现场图像、记录现场声音，并传送到网络服务器进行信息存储；具有上网条件的计算机按照权限对现场进行监控。这样，在监控系统的硬件建设方面，我们只要关心如何把被监控对象的图像、声音实时送上网络的问题，即选用网络摄像机或者模拟摄像机和计算机的型号的问题；在软件建设方面，可以购买国内外公司的相关监控软件产品（也可以定制），或自行设计开发监控软件。
针对需要建设监控系统的单位的情况、对监控对象的需求以及监控系统的功能等方面的不同，附图给出建设基于网络的监控系统的参考示意图。图中从左到右分成前端、网络传输系统和后台三个部分; 前端和后台可以根据不同情况，分别建设，也可以按需要组合建设；网络传输系统使用通用的局域网或者Internet。下面就3种典型情况进行讨论，供使用企业和单位选用。
1．最简单的混合式监控系统
本系统的硬件部分是由一组固定支架的模拟摄像机（如图中1到n摄像机）、视频传输线和一台带有视频采集卡的计算机1组成。它的软件部分采用视频采集卡自带的视频采集软件。该系统的特点是投资小、结构简单、功能有限。后续建设时，可以通过计算机上网、把信号传到后台，扩展成基于网络的监控系统的前端子系统。
2．混合式监控系统
本系统的硬件部分由摄像机1到m、视频传输线和一台带有视频采集卡和控制解码器的计算机x组成。它的软件部分采用视频采集卡自带软件和控制解码器的自带软件。控制解码器的作用是用计算机控制云台运动时进行信号变换。该系统也可以通过计算机上网，扩展成基于网络的监控系统的前端子系统。
3．数字式监控系统
本系统由前端系统（数字摄像机若干台、云台和解码器）、网络传输系统、后台系统（服务器组和计算机组）三大部分组成。它的软件分为服务器软件和客户机软件两部分。
该系统前端的任务是现场音、视频信号的采集、收发网络信息、控制信号解码。网络传输系统可以借助于局域网、城域网或者是Internet等方式进行数据传输，其任务是把前端的数字形式的音视频信号传输到后台系统。后台系统由若干台服务器和客户机（监控用）组成。服务器主要完成被监视区域的信息的记录、分析、异常情况的判断等等工作，客户机主要完成实时监控和重要场景的检索和回放任务。
二、监控系统的关键技术
现代监控系统的主要任务是对被监控区域的实时监控、记录被监控区域的音视频信号。为了做到实时监控，需要把所有摄像机的音、视频信号都送到前端计算机和后台服务器上，参考国家无线电咨询委员会制定的广播级的数字电视编码标准（CCIR601），采样率为13.5MHz，这样的数据量是一般网络和磁盘所无法应付的，因此监控系统的关键技术必须解决的问题是：如何在保证监控系统需求的前提下、采用有效的方法来减少数据量。
1．数据压缩法
数据压缩法是减少数据量的通常做法。数据压缩有软压缩和硬压缩两种方法。软压缩是依靠计算机运行压缩软件实现数据压缩的。这样，就需要选择运算速度快的计算机来实现快速的数据压缩。但是，软压缩是需要压缩时间的，如果不采取一定的策略进行工作，则不能保证信号的实时性。硬件压缩是依靠压缩卡来实现数据压缩的，它对计算机的运算速度没有特殊的要求。硬件压缩一般比软件压缩速度快，但是压缩卡的成本较高。例如，MPEG视频采集压缩卡的价格在0.2万～20万元之间。
2．策略法
监控系统既要保证对所关心的现场进行全方位的监控，又要强调现场信号的实时性。因为监控系统实时的音视频信号的数据量非常大，如果不采取一定的策略进行取舍，势必造成存储和网络传输困难，所以必须综合考虑，在满足监控需求的前提下，最大限度地减少数据量，以便提高系统的可靠性和整体资源的利用率。
（1）现场信号的取舍策略
因为代表图像的数字信号量非常大，在允许的情况下，对现场信号进行取舍是大幅度减少数据量的有效方法。有许多图像信号取舍的策略，降低图像的分辨率和降低帧的速率就是两种最有效的减少数据量的方法。
降低图像的分辨率就是减少每一帧图像的分辨率。当图像的分辨率从广播级的768×576下降到民用级的320×240时，理论上的数据量至少可以减少82%；而采用民用级的摄像产品价格比较低廉，还可降低系统整体投资。
降低帧的速率就是降低单位时间里的图像数量。当帧的速率从25帧/s下降到1帧/m的时候，理论上至少可以降低25×60倍的数据量。可见，降低帧的速率是降低数据量的最有效方法。但是，其副作用是显示场景的图像不连续，同时声音和图像的同步非常困难。
降低现场声音的质量也是减少数据量的一种方法。另外，降低色彩、灰度和对比度等等都能减少数据量。但如果这样做，图像的质量损失较大，因此，需要根据具体情况进行取舍。
（2）网络信号的传输策略
局域网的速率是100Mbps或1000Mbps，监控系统的监控点一般是比较多的，如果把每台摄像机的音视频信号都通过网络实时地传送到后台是不现实的，必须采用一定的信号传输策略，才能保证对我们关心的现场进行全方位的实施监控。信号传输策略的关键是要分清轻重缓急，让网络只传输必须关心的现场的信号，以保持网络的畅通。
（3）管理策略
为了方便系统的管理、提高系统的效率和可靠性，建议在数字摄像机和网络之间增加前端计算机，这样的结构在前端就和混合式监控系统一致了。整套监控系统由后台的服务器负责运行管理，值班人员按职责权限、通过有线或者无线的方式、使用客户机浏览现场信息。这样，监控系统在前端和后台的设备是专用的，传输系统是通用的，其系统的安全性、保密性、可靠性和网络传输的实时性必须用一套相对完善的管理策略来保证。这套管理策略能够方便地做成软件，让计算机自动运行，并在实际使用中不断完善。
实践证明，分布式的体系结构最可靠，分级式的管理最方便。把整个系统划分成前台、网络传输系统和后台3大部分，前端计算机和后台服务器各司其责就充分体现出这种优越性。可以让前端的一台计算机负责就近管理1～16台摄像机，把每台摄像机的信号由该台计算机按照一定的信号取舍策略进行取舍、按照压缩策略进行压缩并就地存储、按照一定的网络传输策略进行传输，对异常情况用有线、无线、声、光报警等等。即使网络或者后台出现故障，值班人员也会通过前端计算机进行工作，所有场景都有记录，提高了可靠性。前端计算机、后台客户机和服务器的惟一的任务是监控，为了提高监控系统的效率和网络安全，需要把它们设置在一个工作组里、严格设置用户访问权限; 协调网络的路由管理、兼顾其他用户的网络使用情况、网络信息流量要留足富裕量。在服务器上放置整套监控方案，让系统自动运行。
可以把现场图像在前端计算机中进行初步分析，以便决定那路信号必须存储和上网传送，对需要存储和上网传送的信号先压缩再处理。对我们关心的信号，要分别存储在前端计算机和后台的服务器中，以增加系统的可靠性。这样，在完成监控任务的前提下，减少了总体建设经费。
摘自《计算机世界》
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