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浅谈视频监控系统联的发展

2019/07/12 来源:张掖信息港

导读

浅谈视频监控系统联的发展视频监控系统经过多年的发展,已从纯模拟、电缆传输的小型系统发展到现在光纤传输、模数结合乃至全数字的大型系统。由于

浅谈视频监控系统联的发展

视频监控系统经过多年的发展,已从纯模拟、电缆传输的小型系统发展到现在光纤传输、模数结合乃至全数字的大型系统。由于社会治安形势的日益严峻,还将会有更大规模的组系统出现。本文根据用户在实际业务上的要求以及当前技术可实现的手段,对不同阶段的产品有不同的组方式,作简要介绍。 视频监控系统是安防系统一个非常重要的组成部分,在国内发展应用已有20多个年头,随着社会高速发展的脚步以及电子技术日新月异的变化,视频监控系统已从纯模拟、电缆传输的小型系统发展到现在光纤传输、模数结合乃至全数字的大型系统。由于社会治安形势的日益严峻,还将会有更大规模的组系统出现。 笔者有幸从1996年开始进入这个行业,并在这个领域一直从业至今,对视频监控系统联的发展有一些心得体会,在这里与大家分享。 用户的需求总是超前的,这也推动了技术上的发展,根据用户在实际业务上的要求以及当前技术可实现的手段,对不同阶段的产品有不同的组方式,在这里作简要介绍。 模拟视频监控系统间的控制互连 90年代初,模拟监控应用迅速发展,当时视频监控系统的设备价格较高,主要由政府部门投资,应于交通、治安、国家安全等方面,还没有普及到民用领域。这里所说的民用主要是指应用于小区、楼宇、厂矿等。 对于一个较大型的城市,其交通和治安监控只设一个视频监控交换中心不太现实,不管是从行政管理还是传输链路考虑都需要分级管理。 从行政管理来看,有市级总部,也有各区的分支机构,日常业务都需要以各区为主自行处置,总部要能了解各区的实时动态,在重大事件时总部给予统一指挥调度。 从传输链路来看,视频电缆的传输距离是有限的,距离越长,视频信号损耗就越大,为保证图像质量,传输距离要尽量地短。即使有了光纤传输技术,也需考虑光端机和光缆线路敷设的投资,不管是采用架空或者管道敷设,传输线路投入都是非常可观的,往往线路投入比设备投入要多得多。 所以综合上述两个因素,对于城市视频监控系统的建设需采用“分区建设、资源共享”的原则。要达到这个目的就需要对总部与分区视频监控系统间进行联。 系统间的联主要建立在两个方面的信号互连,一是视频信号,二是控制信号。在模拟方式距离较短的情况下,视频信号可以采用增加放大器、使用较粗的视频线缆来传输,控制信号使用采用RS485的方式应可满足800米左右线路距离的联传输。如有以太条件的情况下,也可使用络编解码器作为视频和控制信号传输的手段,称之为“络光端机”,但其传输质量有可能会受到络状况的影响。当然理想的方法是使用光端机经由专有的光纤路由来传输视频和控制信号,目前来讲视频和控制信号复用的光端机技术日趋成熟,国产化程度很高,基于一根光纤可以传输多路视频、数据和以太络,而且造价越来越低。由此可见,信号传输的技术和方式很多,关键是看有什么样的线路资源。 本文主要讨论控制信号联问题,下面介绍在不同时期基于模拟视频监控矩阵的几种控制联解决方案。 无控制联功能视频矩阵主机间的单向联 这种情形如只依靠原视频矩阵主机来进行联是不可能的,只能在两矩阵之间增加转发设备如转发服务器,在转发服务器上运行定制的软件,用于转发控制指令,实现矩阵间的控制连接,转发服务器可放置于主控一起,可通过串口扩展的方式连接一台或多台受控矩阵,早期的矩阵上只有低速的RS232或RS485的受控端口,对于串口的远距离传输以及被控矩阵输出到主控矩阵的视频信号都可根据现有路由资源采用上面前面描述的任一链路传输方式。 为了实现控制联,除转发服务器上要运行特制软件外,主控矩阵本身也要配合做些底层开发,需要有通信端口与转发服务器相连。 举例来说,一般主控矩阵本身接入的图像不会超过1000个,对被控矩阵图像的切换编号就从1001开始,有一个偏移量1000,对于第二个被控矩阵也可以根据矩阵输入量的大小加上不同的偏移量,对于主控矩阵来说,只要接受到键盘输入的超过编号1000的切换指令,会进行如下几个动作来完成整个切换过程: 主控矩阵从本机的特定接口向转发服务器发送切换指令; 1、转发服务器接收到指令后,会分析这个编号的范围属于那个被控矩阵,然后经传输路由向被控矩阵发送切换指令; 2、转发服务器还会发出一条指令反控主控矩阵,将从被控矩阵传来的视频从主控矩阵的输入端切换到需要的输出端去,到此完成了整个切换的过程。 3、对已切换好的图像进行PTZ操作的指令流程比切换要简单些,只需执行前面两步就可以了。实现这个功能后,在主控端的键盘上操作主控和被控矩阵的所有图像就如同操作本地矩阵的图像一样,由此单方面(被控到主控)实现了图像共享。 使用这种方法有几个关键难点: 1、一般的主控矩阵都没有这种特定接口,需要做底层的改进研发,因为要分析键盘上输入的编号是本地的还是被控矩阵的; 2、对于上传图像不止一路、被控矩阵数量不止一个的情形下,转发服务器的软件相对相应地要复杂一些,涉及到控制口管理、视频干线选择管理、路由对应等方面; 3、主控和被控矩阵厂家要开放其控制协议; 4、无法有效管理被控矩阵图像的使用权限和级别,多个主控操作员同时使用的情况下可能会出现抢干线、抢控制,甚至混乱的现象。 因此,这种方法只适用于小规模、简单的使用要求,主控操作就是一个,只能有一个人在操作。笔者在1999年参与过这样一个联系统的建设,转发软件及主控矩阵的底层升级都是由主控矩阵厂家的研发人员来做,这对实施这样一个联需求是有一定的优势,但由于这种可操作性的要求较高,不具备广泛的推广价值。 有控制联功能的视频矩阵主机间的互联 这种情形联相对简单得多,但仅限于同一厂家联矩阵间的互联,不同厂家的矩阵由于各自定义的联协议不同,无法实现异种矩阵直接互联。 这种联方式成功的实例是1996年引入国内的原澳大利亚MAXPRO公司生产的MAX1000系列视频系统,该公司几年前已被Honeywell收归旗下作为其安防主打产品。 现以MAX1000视频系统的互联为例,其特点是简便、易用、稳定可靠。其基于以PC为基础的MX-AT200矩阵控制器,其主控程序加上配置文件(文件不超过1.2M,当时在一张1.44M的3.5英寸软盘就可以承载)以简洁的配置界面,可轻松实现矩阵间双向联功能。络中每个节点的操作员调用上其它节点的图像就像操作本节点一样,即使作为一个单节点来使用,MAX1000视频主机的功能也非常强大,配备了专有丰富的宏语言,工程商可以为不同用户的复杂需求进行二次定制性开发。 笔者印象深刻的是在2000年采用MAX1000矩阵的某高速路视频监控系统的联,既利用了MAX1000系统本身构建的联基础,又灵活地运用了该系统所配备的丰富的宏语言,实现了其特殊的“没有联视频干线”的联架构。 整个系统包含一个主控中心、四个分控中心。主控中心位于该高速公路的中心位置,工程具体实施时如果各分控中心所属区域的前端图像先传回分控中心,再由分控中心上传至总控中心,在光纤路由和光传输设备上都将增加不少成本,基于这个考虑,设计时在每个摄像机前端都加一个视频分配器,分配后的图像一路通过单路视频加反向数据光端机传到分控中心,同时另一路图像通过单路视频光端机直接传到主控中心。主控中心与各分控中心间没有传统意义上的系统间视频干线进行互连,仅是通过长距离的RS232数据光端机进行控制数据的互连。 该系统要求各分控中心可独立管理辖区内图像,不共享其它分控中心图像。主控中心要可切可控各分控中心的图像,并且对图像的控制优先级要比分控中心高。可以看出这是一个非常规的联方式,主控与分控之间没有视频干线,只有RS232数据的联通道,但主控汇集了所有分控的图像,所以没有图像切换问题,关键只是PTZ控制以及控制时的优先级管理。 当时的解决思路是“虚拟操作员、虚拟键盘”,因为主中心与各前端摄像机间没有直连的PTZ控制线,所以只能通过与分中心间的RS232通信中介来完成,即当主控的某个操作员在键盘上切换控制某个分中心的前端PTZ时,如同在相应的分中心也有个虚拟操作员在当地的虚拟键盘上登录并控制前端,当主中心的操作员操作前端某PTZ时,实际上是对应的虚拟操作员在发PTZ控制码给某前端。由于两边显示的是同一个图像,所以在主控中心看到的操作与本地矩阵控制前端一样,而且对同一个前端的控制优先级管理也可通过分控矩阵系统中的不同操作员的优先级设置来实现(即比较虚拟操作员和本地操作员的优先级别)。具体实现方法是通过编写宏程序,从主控的RS232串口向分控发出特定键盘号的模拟键盘码,分控接到指令后会将来自主控的命令当作本地键盘来看待,实现分控中心的所有功能。关键是要做好主、分控间操作员、键盘、视频输出通道的对应关系以及某个系统重启时应考虑可能会出现图像及控制不对应的边界问题。 当然即使在当时看来比较先进的232串口方式矩阵联也有不足的方面,RS232串口方式联当出现误码时,尤其在使用光端机传输的情况下,由于光端机原因出现误码会造成全控制主机死机;另外,当某个分控需增加摄像点时,其它节点如果没有事先添加,必须到各个节点现场进行添加,否则无法调用到该图像,维护工作量较大。针对这些问题,MX-AT200的升级产品也及时推出了,配置界面从以前的DOS升级为Windows,而且数据可以通过TCP/IP的方式远程传送,但这些改动并没有改变这个控制器的底层本身,对于应对迅猛发展的、有复杂权限和级别要求的视频联需求时,还是有些力不从心。 基于矩阵控制器的视频矩阵控制联 众所周知,视频矩阵系统可分为控制器和矩阵切换两个部分,只是以前由于系统规模小或集成的考虑将控制器和矩阵合二为一。为实现日益复杂的联需求,新一代的矩阵控制器就应运而生了。只要矩阵厂家开放协议,都可以集成到矩阵控制器中实现联,这样就具备更多的选择性和灵活性,控制器负责本地图像切换、PTZ控制以及联的功能,矩阵只负责图像的交换。 可有两种方式来进行搭配实现互联互控功能,通过这样的方式所有的模拟矩阵都可互联互控。 对于不含控制器的矩阵只需配备专用的矩阵联控制器和操作键盘,矩阵联控制器只要集成该矩阵的控制协议,这样既可操控本地图像也可通过联功能操控其它节点的图像; 对于含控制器的矩阵一般都带有专用操作键盘,这也需要配备专用的矩阵联控制器和操作键盘,集成原矩阵控制器的协议,停用老键盘,使用新键盘操控本地图像和其它联节点的图像。 笔者所在单位从2004年开始就一直推广这种视频联的平台,并且现在已实现了单个联系统多超过350个节点的三级星形拓朴结构,兼容了多家矩阵,完美地达到区域管理、整体协调及资源共享的目的。 数字设备视频矩阵方式联解决方案 初视频图像监控系统主要用于实时地监看,辅以磁带机等长时间录像来实现视频信号的存储,但以现在的要求和眼光来看,磁带回放图像的效果简直是无法忍受的,很难基于这些存储的信息有所作为。随着技术的发展,硬盘录像机(DVR)、络录像机(NVR)都越来越广泛地应用于图像的存储和管理。 由于DVR的设计紧凑,性价比高,在一台工控机或嵌入式机器中可以实现图像切换、PTZ控制、数字存储回放及辅助报警等功能,在某些应用场合并不一定需要有矩阵存在,而仅需一台硬盘录像机就可轻松搞定,比如小区监控,只有出入口和小区内主要道路需要监视,往往只配一台8路或16路硬盘录像机就可实现较简单的实时监视、存储和回放功能,对于小区物业来讲这是一种性价比较高的选择。 NVR是一种新型的视频系统,设计的理念是采用IP摄像机在任意以太端口接入到络中,传输到中心进行存储和管理。这种设计有诸多优势,但目前IP摄像机本身的效果以及一些物理条件的限制还不能大量推广。但可借用这样一个理念,将目前成熟的标清或高清模拟摄像机通过专用的编码器接入到络中,送到中心的磁盘阵列上进行存储和管理,从另一个角度讲就是一个编码和存储分离的大DVR,但不论从存储容量、下载速度、并发调用、整体管理等方面都比DVR有质的飞跃。目前市面上已有这类成熟的产品付诸应用。 对于一些大型的联系统来讲,模拟视频系统是基础,在短时间内还无法完全由数字视频系统所取代,那么以模拟视频系统为主去联数字视频系统也不可避免。下面就模数结合的联方式进行简单的说明。 硬盘录像机图像切换控制联 对于要共享这类应用的图像资源,一般有两种方式: 一种是将硬盘录像机接入到TCP/IP络,通过PC客户端来访问,这种方式固然好但有一定局限性,首先要将以太延伸至小区,另外,如果要共享的小区很多,且硬盘录像机的品牌不一致的话那就相对复杂些,但目前也有多家公司开发了可调用多种品牌硬盘录像机的软件,可以实现一些DVR共通的功能。 第二种方式是“虚拟矩阵”方式,可以将DVR看作是一个“虚拟矩阵”,所有当地的图像就是虚拟矩阵的输入,硬盘录像机都有一个视频输出口,它与VGA的输出是一致的,可将这个输出看作是“虚拟矩阵”的输出,然后通过硬盘录像机上的串口通道与上位主控矩阵的控制端口相连,实现控制联。 当然,这需要DVR的串口开放协议,支持该功能。另外,就是当远端主控矩阵在操控时,当地硬盘录像机的VGA输出也跟着变化,因为它们是同一个输出源。笔者在2006年参与过对大华品牌DVR的图像共享和控制,就是使用了这种“虚拟矩阵”的模式。这种模式中视频和控制信号的传输方式可参照之前模拟矩阵的介绍。 数字矩阵图像切换控制联 推而广之,上述“虚拟矩阵”方式可以解决很多实际的问题,也可拓展出新的联思路和使用模式。比如,某个主控矩阵需要与多个被控矩阵联达到共享被控矩阵资源的目的,所有的图像都能通过主控矩阵上到电视墙上进行显示,而且共享的这些资源都使用NVR系统进行存储,如果按照常规的做法,需要将被控矩阵上传的图像接入到主控矩阵,但当被控矩阵数量很多时,会造成主控矩阵的规模逐渐扩大,矩阵扩容的投入也逐渐加大,当矩阵的规模超过一定的量时,其造价将不是简单的线性增长,这样的话其投入跟产出的效益是不成正比的。因为主控矩阵所连接的电视墙数量有限,不可能同时看那么多共享的资源,那么,大多数时候这些接入的资源和主控矩阵的输入端口就被闲置了,这就形成了浪费。如果采用“虚拟矩阵”的方法就可以较经济地解决这些问题,既实现了存储的要求,也能实现图像上电视墙调看的需要。 实际的做法是:将所有被控矩阵上传的图像都接入到NVR系统中的编码器,不直接进入到矩阵中去,这样就形成一个数量相对较大的数字虚拟矩阵输入端,然后再根据需要配上一定数量的解码器来作为这个数字虚拟矩阵的输出端。NVR系统本身的管理服务器将所管辖的编码器、解码器模拟成一个矩阵的输入端和输出端,当接受到模拟主控矩阵发来的相应的控制指令时,管理服务器会将某个编码器的图像“配对”到某个解码器上,实现模拟图像的输出,即作为这个数字虚拟矩阵的输出上传到模拟主控矩阵。这样根据同时调看路数的需要,仅需占用模拟主控矩阵非常有限的输入端口资源,但通过模拟主控模拟矩阵与这个数字虚拟矩阵进行联后,就可以调用到所有的共享资源,也能实现上电视墙的功能,免去了模拟主控矩阵扩容所造成不必要的浪费。 在此基础上还可以再接着开发一些更多的增值服务,如果NVR存储系统可以提供相关协议接口的话,甚至可以通过主控矩阵的监控键盘在电视墙上实现录像回放的功能,突破模拟矩阵只能看实时图像的功能,使得模拟矩阵的使用更加的多样和灵活,更快速地响应用户的使用需求。 综上所述,随着科学技术日新月异的发展,社会交通、治安形式的不断变化,用户需求的不断更新,对视频监控系统的使用提出了越来越高的要求和期望,视频监控系统也发挥着越来越大的作用,各行各业都根据自己业务的实际需要采用不同的模式在建设视频监控系统,为了不出现重复投资造成资源的浪费,通过视频系统之间的联实现图像资源的共享是一个很好的解决途径,笔者希望通过上述的对视频监控系统联的一些经验能给业内同行带来一些启示和帮助。

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