多媒體監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

來源：《網(wǎng)絡(luò)與電視監(jiān)控工程監(jiān)理手冊》黎連業(yè)、黃子河、及延輝 編著-僅供學(xué)習(xí)參考更新時間：2014-07-18

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多媒體監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

多媒體監(jiān)控系統(tǒng)是包含有多媒體計算機(jī)的電視監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)多媒體計算機(jī)與整個監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合程度，一般分為：

簡單的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)；

標(biāo)準(zhǔn)的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)。

（一） 簡單的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)

1. 一般的簡單多媒體監(jiān)控系統(tǒng)

    一般的簡單多媒體監(jiān)控系統(tǒng)（又稱為外掛多媒體的監(jiān)控系統(tǒng)）僅僅是將原來傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)的控制鍵盤部分省去（有些系統(tǒng)仍可保留該鍵盤），但仍保留系統(tǒng)的主監(jiān)控器及視頻、音頻矩陣切換器/系統(tǒng)主機(jī)，增加RS-232串行通信端口，并使其余計算機(jī)的RS-232端口相連。運行于計算機(jī)的電視監(jiān)控系統(tǒng)軟件通常具有與原來矩陣切換器/系統(tǒng)主機(jī)的控制鍵盤類似的圖形界面，個屏幕按鈕的功能也與控制鍵盤上對應(yīng)按鈕的功能完全相同。這樣，當(dāng)用鼠標(biāo)點擊各屏幕按鈕時，控制指令便通過RS-232通信端口傳送到矩陣切換器/系統(tǒng)主機(jī)，使其完成指定的功能。很顯然，在這種系統(tǒng)中，計算機(jī)僅僅是充當(dāng)了控制鍵盤的作用。

2. 改進(jìn)的簡單多媒體監(jiān)控系統(tǒng)

改進(jìn)的系統(tǒng)在計算機(jī)中增加了一塊圖像采集卡和聲卡，其中圖像采集卡和神卡可分別接收由電視音頻矩陣切換主機(jī)第一路輸出端口傳來的視頻、音頻信號，在屏幕上開窗口顯示視頻畫面，并通過與聲卡連接的外接式音箱放出監(jiān)聽的聲音。這樣，通過操作鼠標(biāo)就可以在計算機(jī)屏幕上打開視頻窗口，通過選擇攝像機(jī)通道號再點擊控制按鈕，就可以對照視頻窗口，對遠(yuǎn)端攝像機(jī)的云臺及電動鏡頭進(jìn)行全方位的控制。但是，整個系統(tǒng)的前端解碼器仍然是通過RS-485總線與系統(tǒng)主控制器直接連接。另外，這種簡單多媒體監(jiān)控系統(tǒng)的主畫面通常不具備多畫面開窗（多畫面分割）功能，也不能支持網(wǎng)絡(luò)操作，分控制器仍然采用常規(guī)的分控鍵盤。因此，這種系統(tǒng)仍不能稱之為真正的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)。

3. 添加控制卡的簡單多媒體監(jiān)控系統(tǒng)

也有些系統(tǒng)在多媒體主機(jī)中增加一塊自研的控制卡（插入主板的擴(kuò)充槽中）。其輸出一般為RS-232或RS-485接口，通過排線或雙絞線直接與書品。音頻矩陣切換器相連，因而對于系統(tǒng)的控制可以在計算機(jī)內(nèi)部完成了，但仍需視頻、音頻矩陣切換器等外圍設(shè)備與之配合。當(dāng)系統(tǒng)需配置分控制中心時，設(shè)于各分控制中心的分控制鍵盤與系統(tǒng)主機(jī)的通信仍然是通過RS-485進(jìn)行的。如各分控制也要求是多媒體計算機(jī)時，則這些作為分控端的計算機(jī)與系統(tǒng)主機(jī)無論是否已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)，都只能通過RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器并經(jīng)由RS-485總線（雙絞線）由于系統(tǒng)主機(jī)連接，因為他們的通信控制協(xié)議并不支持基于網(wǎng)絡(luò)的TCP/IP傳輸。因此，這種系統(tǒng)仍不是完備的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)。

（二） 標(biāo)準(zhǔn)多媒體監(jiān)控系統(tǒng)

標(biāo)準(zhǔn)的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)（又稱為真正意義上的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)）完全不同于傳統(tǒng)電視監(jiān)控系統(tǒng)的框架，它以高性能的多媒體工控機(jī)為核心，采用模塊化結(jié)構(gòu)，將主控制端的全部設(shè)備都集成與一體；另外，該系統(tǒng)還具有友好的人機(jī)交互界面和基于網(wǎng)絡(luò)的多級分控能力，每一級都有自我管理和控制的功能，并受上一級的控制；中心則由網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器控制。對于標(biāo)準(zhǔn)的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)主要有如下幾種：

1. 標(biāo)準(zhǔn)多媒體控制系統(tǒng)的構(gòu)成

標(biāo)準(zhǔn)多媒體監(jiān)控系統(tǒng)將諸如視頻矩陣切換卡、音頻矩陣切換卡、通信控制卡、圖像采集卡、聲卡、網(wǎng)絡(luò)通信卡和MODEM卡等系統(tǒng)統(tǒng)裝進(jìn)工控機(jī)的機(jī)箱中，并建立各模塊之間的內(nèi)在聯(lián)系，徹底消除了各功能模塊之間的沖突，因而系統(tǒng)的集成度更高、功能更完善，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也進(jìn)一步提高。其結(jié)構(gòu)如圖10-1所示。圖10-1表明了標(biāo)準(zhǔn)多媒體監(jiān)控系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)，其模塊卡都有可能多余1快（通常2～4快不等），這樣就需要機(jī)器具有較多的插槽空間，必須配有大的工控機(jī)箱及多插槽的工控機(jī)地板。

在圖 1中，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)分控有兩種方式，除了控制數(shù)據(jù)外，其中有一種分控包含圖像傳輸，而另一種分控則不包含圖像傳輸（這也是早期多媒體監(jiān)控系統(tǒng)存在的一種缺陷）。這是因為圖像的數(shù)據(jù)量大，而視頻壓縮技術(shù)、CPU速度及網(wǎng)絡(luò)帶寬都有限所致，因而傳送到各分控端的圖像只能從視頻矩陣的輸出端來選擇，并以模擬視頻信號的形式經(jīng)由同軸電纜傳送到各分控計算機(jī)內(nèi)置的圖像采集卡中。雖然這種方式傳輸?shù)膱D像時全實時，但由于需要另外布設(shè)同軸電纜，工程施工及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使這種系統(tǒng)的綜合評價大打折扣。至20世紀(jì)末，多媒體電視監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分控大都包含了數(shù)字壓縮圖像的傳輸，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多媒體監(jiān)控已成為現(xiàn)實。不過，下述6點似乎很重要。

（1） 視頻矩陣切換卡

視頻矩陣切換卡實現(xiàn)視頻信號的分配與切換放大功能。還卡的基本功能與普通視頻矩陣切換器相當(dāng)，也是由多路模擬開關(guān)集成電路構(gòu)成，可以將任一輸入端口的視頻信號切到任一視頻輸出端口。由于該卡要實現(xiàn)對多路信號的切換，而插卡后面板的有限面積上不可能提供如此多的視頻輸入和輸出接口（BNC插座），因此，該插卡的后面板上只有一個多陣腳的“female”型D型連接器，并由外接的“male”型D型連接器引出多根視頻電纜并配接視頻BNC。每一視頻矩陣切換卡分別配有具有16個視頻輸入接口和16個視頻輸出接口的線路。

與普通視頻切換器不同的是，視頻矩陣切換卡具有計算機(jī)ISA總線接口并直接接受計算機(jī)指令控制，其控制速度打到了10^-7s。另外，卡上的電路部分采用了視頻差分放大使得視頻干擾降低到一定程度。標(biāo)準(zhǔn)視頻矩陣切換卡含16×16視頻矩陣和擴(kuò)展接口，小型系統(tǒng)也可選用4×4或8×8的矩陣卡。通過切換卡之間簡單的并聯(lián)及跳線設(shè)置（利用擴(kuò)展接口），就可以方便地擴(kuò)展視頻輸入、輸出路數(shù)，且擴(kuò)展后不影響切換開關(guān)的控制速度。

矩陣切換卡插在了計算機(jī)的ISA擴(kuò)充槽中，但視頻信號并不通過ISA總線進(jìn)入計算機(jī)，這是因為矩陣卡并沒有對模擬視頻信號進(jìn)行數(shù)字化處理，而僅僅是對其進(jìn)行了選通切換控制。因此，若要使視頻信號進(jìn)入計算機(jī)進(jìn)行顯示并通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸（傳向各分控端），需將由視頻矩陣卡切出的視頻信號，在通過另外的圖像卡返送回計算機(jī)進(jìn)行處理。一般來說，要在顯示器屏幕上顯示多少個實時畫面及用過網(wǎng)絡(luò)傳輸多少路視頻信號，就需要多少塊圖像卡。

（2） 音頻矩陣切換卡

音頻矩陣切換卡的結(jié)構(gòu)及功能與視頻矩陣切換卡類似，它完成音頻信號的分配與切換放大功能，且始終保證與關(guān)聯(lián)的視頻畫面進(jìn)行同步切換。由于同樣設(shè)計到多路音頻信號的輸入/輸出，因此，每一塊音頻矩陣切換卡也配有兩束具有16路RCA音頻接口的線路。標(biāo)準(zhǔn)音頻矩陣切換卡含有16×16音頻矩陣和擴(kuò)展接口，小型系統(tǒng)同樣也可選用4×4或8×8的矩陣卡。通過切換卡之間簡單的并聯(lián)及跳線設(shè)置（利用擴(kuò)展接口），就可以方便地擴(kuò)展音頻輸入/輸出路數(shù)，且擴(kuò)展后不影響切換開關(guān)的控制速度。

與視頻矩陣卡類似，音頻矩陣卡也不對音頻信號進(jìn)行數(shù)字化處理，因此，若要使音頻信號進(jìn)入計算機(jī)做進(jìn)一步的處理并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，需將由音頻矩陣卡切出的音頻信號再通過聲卡返送回計算機(jī)。一般來說，網(wǎng)絡(luò)分控需要多少路聲音就需要多少塊聲卡，但有些系統(tǒng)利用聲卡的左右聲道各傳送一路音頻信號，則需聲卡的數(shù)量減半。

由于對整個監(jiān)控系統(tǒng)來說，有些監(jiān)視點僅需要觀看圖像，另有些監(jiān)視點可能不需要觀看圖像而僅需聽到聲音，因此，系統(tǒng)中攝像機(jī)的數(shù)量不一定完全等于監(jiān)聽頭的數(shù)量?？紤]到實際情況，多媒體監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)內(nèi)允許音頻矩陣切換卡的數(shù)量少于視頻矩陣切換卡的數(shù)量。

（3）  通信控制卡

通信控制卡選用的是ISA總線插卡，它提供了RS-485通信接口，用于與前端解碼器進(jìn)行半雙通信（既可以向前端解碼器發(fā)送控制指令，又可以接受由前端解碼器傳來的報警信息）。RS-485通信采用差分輸入/輸出方式進(jìn)行傳輸，通信速度高、抗干擾性強(qiáng)，通信卡上設(shè)有硬件發(fā)送和接受緩沖區(qū)，可以保證通信線路上書記的可靠性。由于總線上只限于控制指令的傳輸，因而其本身對線路的要求不高。

 （4） 圖像采集卡

圖像采集卡用于接收視頻矩陣切換器輸出的視頻信號，并對其進(jìn)行實施數(shù)字化，然后由計算機(jī)直接處理。這樣，通過軟件就可以實現(xiàn)對視頻圖像的顯示、靜態(tài)存儲、實時捕捉和視頻報警等功能。在系統(tǒng)中，把切換卡的輸出交由視頻卡處理，從根本上解決了對于每一個視頻輸入的圖像激活、顯示、存儲、捕捉和視頻報警等功能。由于攝像機(jī)的圖像可以通過視頻采集卡在顯示器上開窗口顯示，還省去了傳統(tǒng)電視監(jiān)控系統(tǒng)電視監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)視器。另外，由于1臺計算機(jī)可以插入多塊圖像采集，因而可以同時對多路圖像進(jìn)行采集處理，這就使多畫面同屏實時顯示成為可能。

圖像采集卡有多種，除了主要實現(xiàn)視頻圖像的采集外，不同的采集卡還有些不同的輔助功能，但各種板卡因功能及指標(biāo)不同，價格差別也極大。例如，用于電視節(jié)目非線型編輯的視頻采集卡通常需要數(shù)千元至萬元以上，而普及型的視頻采集卡一般僅在千元上下，有些甚至低到500元以下。

   （5） 聲卡

   聲卡其實是多媒體家算計的最基本配置，完成聲音信號的采集（輸入）與輸出。在多媒體監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)中，聲卡的采集功能與圖像采集卡的功能是對應(yīng)的，即它接受由音頻矩陣切換卡輸出的音頻信號，但它比圖像卡還多了輸出功能（一個用于外接音箱的接口和一個線路輸出端口）。聲卡用于接受音頻矩陣切換器輸出的來及攝像機(jī)現(xiàn)場的聲音信號，并經(jīng)過外接的揚聲器（音箱）發(fā)出音響。另外，當(dāng)有警情發(fā)生時， 還可以根據(jù)報警探頭的類型及其安裝的位置發(fā)出語音提示，如“第××地方有人入侵，請速去查看！”“××大樓玻璃破碎，請速去查看！”等。

在實際應(yīng)用系統(tǒng)中，聲卡的線路輸出信號可以作為另一塊音頻矩陣切換卡的輸入源，用于實現(xiàn)雙向?qū)χv功能。由于新型多媒體系統(tǒng)主機(jī)支持多塊聲卡并行工作，因而可以實現(xiàn)多路聲音信號的網(wǎng)上傳輸。因此，利用聲卡的線路輸出應(yīng)與音頻矩陣切換卡配合（通過正確的接線及軟件設(shè)置），可以實現(xiàn)主控與前端、主控與分控、前端與分控的多路交叉雙向?qū)χv功能。

   （6） 解碼器

家嗎器其實屬于前端設(shè)備，但這里與多媒體系統(tǒng)主機(jī)配接的解碼器比傳統(tǒng)矩陣機(jī)器碼器具有較多的功能因此它也是最小單元的系統(tǒng)，它主要包括以下幾個單元:8路報警、6路無緣觸點，3路220V有源觸點可控開關(guān)、8選1控制模擬書記通路和RS-485通信接口及云臺鏡頭控制接口。實現(xiàn)這些功能的核心是單片機(jī)電路，用單片機(jī)進(jìn)行編解碼操作，解碼器中還配有小型監(jiān)控程序，一般發(fā)生報警，會自動生產(chǎn)相關(guān)動作，啟動本地報警連動裝置，并將報警信息編碼后經(jīng)RS-485總線回傳到控制中心。

通過跳線的不同接法，解碼器的6路無源觸點可以選擇12V、6V、3V等不同的殿宇或不入電壓，因此，解碼器的6路行動輸出接口既可以輸出不同的電壓，又可以作為無源開關(guān)（相當(dāng)于繼電器的常開觸點）使用。

解碼器的報警接口為模擬接口，通過8位A/D轉(zhuǎn)換器接入單片機(jī)系統(tǒng)，因而單片機(jī)可以判別出接口的256種變化量。對于普通的報警探頭，采用三線制，能夠有效班別報警探頭的電源線、地線、數(shù)據(jù)線的斷路、短路和數(shù)據(jù)線上的報警狀態(tài)。對于溫度探測器。壓力探測器等模擬量輸出型探測器，可以識別出各種溫度。濕度、壓力等的變化，從而實現(xiàn)對環(huán)境因素的監(jiān)視和控制，為今后的功能擴(kuò)展奠定了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。

解碼器本省是一個小型智能中心，具備自建功能和自己的監(jiān)控程序。一旦發(fā)生報警，將引起特定的某個無源或有源觸點的變化，產(chǎn)生能夠輸出。而其余各輸出量，又可受控于監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心報警聯(lián)動或進(jìn)行人工控制。

1. 基于網(wǎng)絡(luò)的多媒體分控

通過硬件接口及軟件設(shè)置，多媒體電視監(jiān)控系統(tǒng)可適用于多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，例如：在以太網(wǎng)環(huán)境下 ，通過TCP/IP通信協(xié)議即可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)多級分控，網(wǎng)絡(luò)上的任何授權(quán)客戶端都可以通過系統(tǒng)主機(jī)來調(diào)看任意監(jiān)視現(xiàn)場的圖像，并向前端解碼器發(fā)布指令，對云臺鏡頭進(jìn)行控制。多個監(jiān)視現(xiàn)場的圖像可以在同一網(wǎng)絡(luò)分控端的屏幕上同時顯示出來。在SDH環(huán)網(wǎng)上，經(jīng)由2MBps的E1信道（G.703協(xié)議）傳輸還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程多媒體電視監(jiān)控。這種系統(tǒng)在監(jiān)控中心可以監(jiān)看數(shù)十公里外的現(xiàn)場圖像及監(jiān)聽該現(xiàn)場的聲音，并對該前端的解碼器進(jìn)行各種控制（使攝像云臺及電動鏡頭座各種運動并控制防護(hù)罩的雨刷或啟閉射燈），還可以接受遠(yuǎn)端的報警信號，從而使對諸如無人值守電站之類的遠(yuǎn)程多媒體電視監(jiān)控成為可能。另外，在PSTN、ISDN、DDN、AD-SL、幀中繼、VSAT等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的遠(yuǎn)程多媒體電視監(jiān)控也已有了很多成功的案例。通過軟件設(shè)置，多媒體電視監(jiān)控系統(tǒng)還具有多種與外設(shè)的通信方式及接口，以快速方便地實現(xiàn)不同的通信控制要求，如：通過RS-485或RS=232通信及控制。當(dāng)然，如果本系統(tǒng)的多媒體計算機(jī)沒有聯(lián)網(wǎng)，通過RS-485總線仍可實現(xiàn)分控功能。

2. 多媒體監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)字硬盤錄像

20世紀(jì)90年代，計算機(jī)技術(shù)有了飛速的發(fā)展，處理器的速度和內(nèi)存及硬盤的容量不斷刷新紀(jì)錄，一系列數(shù)字視頻壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺，集成M-JPEG和多種MPEG壓縮算法的超大規(guī)模集成電路功能不斷完善且價格不斷降低，使得基于計算機(jī)的數(shù)字硬盤錄像技術(shù)得到迅猛的發(fā)展。

多媒體監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)字硬盤理想通常要記錄多路視/音頻信號，因此對計算機(jī)的速度和硬盤的容量有較高要求。從視/音頻信號的壓縮方式看，目前主要基于M-JPEG壓縮的非實時單卡路數(shù)字硬盤錄像和基于MPEG-1、MPEG-2或MPEG-4壓縮的實時多卡路視頻運動檢測報幾個號錄像功能，它使得無論是哪一種數(shù)字硬盤錄像機(jī)，都具有運動感知報警錄像。無論是哪一種數(shù)字硬盤錄像機(jī)顯然也都可以看做是小型多媒體監(jiān)控主機(jī)，雖然其內(nèi)部并沒有專用的通信控制卡，但卻也有通信控制功能，即通過機(jī)器的RS-485通信的，因此，由數(shù)字硬盤錄像機(jī)RS-232口輸出的控制指令一般都需要配接RS-232→RS-485轉(zhuǎn)換器；對所有的前端解碼器來說，仍然相當(dāng)于接受了多媒體主機(jī)傳來的RA-485通信控制指令并執(zhí)行相應(yīng)動作。由于數(shù)字硬盤錄像具有比模擬磁帶錄像高很多的性能，已成為多媒體電視監(jiān)控系統(tǒng)中必不可少的視/音記錄設(shè)備。圖 2為標(biāo)準(zhǔn)的多媒體電視監(jiān)控系統(tǒng)意圖。

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