1 引言
閉路電視(cctv)監(jiān)控系統(tǒng)主要通過視頻圖像的顯示和控制來實現對相關區(qū)域的生產、生活、關鍵部位的管理，是安全防范系統(tǒng)和生產管理系統(tǒng)的重要組成部分。由于閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)可以實現相關區(qū)域重要設備及現場的監(jiān)視，便于控制中心值班人員及時發(fā)現問題，目前已在銀行、機場、小區(qū)、樓宇、學校、醫(yī)院、地鐵、高速公路、企業(yè)生產等諸多場所得以廣泛應用。通過閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以對相關區(qū)域實現實時監(jiān)視，掌握人員、物資、車輛的流動情況；而且可以及時排除設備故障，保證生產的正常進行，實現生產現場的無人值守；同時，還可以掌握重點監(jiān)控區(qū)域的人員流動大小、流向，作為公安監(jiān)管部門事前預防、事中發(fā)現、事后處置的重要手段。
2 系統(tǒng)組成
閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)一般由前端設備、傳輸系統(tǒng)、顯示設備、控制設備、存儲設備等組成。根據系統(tǒng)的組成不同，閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)通常分為數字控制的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)和數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)兩大類。
2.1 模擬閉路電視
模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的前端設備為各種攝像機，傳輸系統(tǒng)為視(音)頻線、控制線、電源線、光端機等，顯示、控制、存儲設備多為監(jiān)視器、視頻矩陣、控制鍵盤、硬盤錄像機等，此外，根據系統(tǒng)的實際需要，模擬的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)可能還包括視頻補償均衡器、字符時鐘發(fā)生器、視頻分配器、畫面合成器、視頻分析儀等設備。圖1為一高速公路的閉路電視監(jiān)控工程系統(tǒng)構成圖，由圖可知，系統(tǒng)主要由室內、室外固定攝像機、帶云臺彩色攝像機、光端機(光發(fā)、光收)，視頻分配器、硬盤錄像機、錄像回放計算機、控制矩陣、彩色監(jiān)視器、控制鍵盤、圖像處理器以及視頻分析系統(tǒng)、大屏顯示/控制系統(tǒng)等組成。攝像機對高速公路不同監(jiān)控點圖像進行采集后，通過光纖傳輸的方式，將各監(jiān)控點的圖像實時傳送到監(jiān)控中心轄區(qū)、交警中心。監(jiān)控中心轄區(qū)配置視頻分配器、硬盤錄像機和矩陣切換主機，硬盤錄像機主要實現不同監(jiān)控點圖像的存貯和回放；矩陣切換主機是控制的核心，通過矩陣主機可以分別在監(jiān)控中心電視墻的不同監(jiān)視器、交警中心的監(jiān)視器上切換任意一幅圖像，并可實現對帶云臺攝像機的控制、變焦等操作。同時，設置在監(jiān)控中心的四畫面圖像處理器可以將高速公路不同監(jiān)控點圖像進行四畫面合成，然后通過大屏控制系統(tǒng)將不同監(jiān)控點的單幅畫面、經合成后的四畫面靈活的切換到顯示大屏上。此外，設置在監(jiān)控中心的視頻分析儀可以對高速公路不同監(jiān)控點的圖像質量、微分增益、微分相位、隨機信噪比等性能指標進行分析，以便通過各種手段更好的提高系統(tǒng)綜合性能、改善圖像顯示效果。
圖1 某高速公路閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)示意圖
2.2 數字閉路電視
近幾年來，隨著計算機技術、視頻壓縮編碼技術、網絡以及圖像處理技術、傳輸技術的快速發(fā)展，視頻監(jiān)控制技術得到迅猛的發(fā)展。同時，傳統(tǒng)的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)在實際工程設計應用中也逐漸暴露出監(jiān)控區(qū)域小、傳輸距離短、系統(tǒng)擴展能力差、報警聯動受限等缺點。
與模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)相比，數字化的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的前端設備是網絡攝像機或者是傳統(tǒng)攝像機(經編碼器編碼后將模擬的視頻信號轉換成數字視頻信號)；傳輸系統(tǒng)通常為光端機、編碼器(根據視頻壓縮算法不同，主要有：m-jpeg、h.261、h.263、h.264、mpeg-1、mpeg-2、mpeg-4等類型)、數字視頻轉碼器(用于實現不同數字碼流的格式轉換)等；而數字化的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的顯示通常為“解碼器+監(jiān)視器”的硬解方式和基于pc的視頻瀏覽臺的軟解方式；控制設備為視頻控制器、網絡鍵盤等，存儲設備為網絡數字硬盤錄像機。由于采用了數字化的視頻流，數字視頻的控制信號和視頻信息都可以通過網絡在網絡環(huán)境中傳輸，因此，數字化的監(jiān)控系統(tǒng)在數據傳輸、圖像存儲、視頻檢索、設備互聯、系統(tǒng)集成等方面存在較大的優(yōu)勢，具體體現在：
(1) 在圖像的傳輸方面：模擬視頻信號的傳輸介質主要是同軸電纜，由于同軸電纜在傳輸模擬視頻信號的距離限制，決定了模擬監(jiān)控只適合于單個大樓、小的居民區(qū)以及其它小范圍的場所；而采用計算機網絡技術的數字化閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，通過和基于ip的網絡相結合，可使得數字視頻遠程網絡監(jiān)控不受距離限制(可以說，只要網絡可以抵達的地方，就是視頻監(jiān)控能夠到達的地方)。
(2) 在圖像的記錄方面：由于數字化視頻技術采用大容量磁盤陣列存盤器或光盤存儲器作為存儲介質，與模擬視頻磁帶錄像機相比，其在視頻記錄清晰度、信息查詢、介質磨損、存儲容量等方面具有明顯的優(yōu)勢。
(3) 在設備的互聯、擴展與系統(tǒng)集成方面：在模擬監(jiān)控系統(tǒng)中，由于各部分獨立運作，相互之間的控制協(xié)議由于設備制造廠家的不同，設備之間的互聯很難互通，聯動只能在有限的范圍內進行，而系統(tǒng)的擴展與集成往往牽一發(fā)而動全身。而采用tcp/ip網絡傳輸的數字視頻信號系統(tǒng)，只需要在網絡上增加相應的前端設備和客戶端軟硬件即可實現設備之間的互聯、系統(tǒng)的擴展及集成，具有模擬監(jiān)控系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢。
此外，數字化的監(jiān)控系統(tǒng)由于采用windows2000、unix、linux等通用操作系統(tǒng)，在操作界面簡單性、友好性方面、維護升級的簡捷性方面以及系統(tǒng)的安全性方面都有明顯的優(yōu)點，并且數字化監(jiān)控系統(tǒng)不斷發(fā)展可為智能cctv系統(tǒng)的應用創(chuàng)造條件。
3 軌道交通數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)
在軌道交通領域，閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)能為軌道交通運營管理者提供一個直觀、實時、真實的現場圖像畫面，是地鐵運營管理的一種極為有效的安全防范工具。作為調度員和車站值班員監(jiān)視列車運行、掌握客流大小和流向的重要工具，軌道交通閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)對有效組織、指揮列車運營，提高軌道交通運營能力，保障運營安全和加強車站管理具有重要作用。
圖2為某軌道交通正線車站cctv系統(tǒng)的網絡構建方案示意圖。該車站監(jiān)控采用基于ip的數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由視頻編碼器、視頻解碼器，本地視頻控制器、錄像回放/維護計算機、數字硬盤錄像機和其他模擬產品如鍵盤、監(jiān)視器、九畫面處理器、固定攝像機、一體化球機等組成。車站內的mpeg-2視頻編碼器通過同軸電纜與每個經均衡及字符時間疊加后的攝像機視頻輸入一一對接，而編碼器的串口輸出端則與一體化球機的控制端口相連以完成對球機的ptz控制。另外，各車站攝像機視頻經配置的九畫面處理器處理并經視頻分配器分配后，也送視頻編碼器。每個編碼器通過其自身獨立的10/100m以太網口與車站千兆交換機連接。錄像回放計算機設置于車站警務室，并安裝有硬盤錄像管理軟件，通過和車站百兆以太網交換機的通訊實現對站內錄像進行查詢和回放的功能。網絡控制鍵盤通過車站千兆交換機與視頻控制器進行通訊，視頻控制器授權鍵盤用戶，而鍵盤發(fā)出的控制指令經過視頻控制器進行決策轉發(fā)。車站mpeg-2視頻解碼器分別連接消控室、psc及警務室的lcd監(jiān)視器，車站有關人員根據其權限可通過網絡控制鍵盤進行切換顯示所需要的單畫面、四畫面、九畫面圖像并完成對攝像機的ptz控制。
圖2 車站cctv系統(tǒng)構建方案示意圖
此外，為了減少了網絡負擔、加強車站系統(tǒng)的故障防范機制，根據實際需要，車站部分監(jiān)視器與小型矩陣的輸出端進行連接，以組成一個相對獨立的車站模擬系統(tǒng)，車站值班員同樣可使用同一個網絡控制鍵盤對矩陣和九畫面處理器進行操作完成對圖像的切換和控制。
為了能夠可靠有效的監(jiān)控列車內部情況，在車輛的每節(jié)車廂內安裝有兩臺固定式攝像機，車頭車尾各安裝一臺固定攝像機，每臺攝像機對應一臺h.264視頻編碼器，攝像機視頻信息經過車載編碼器h.264編碼壓縮后，經車載以太網和車地無線通訊系統(tǒng)傳至控制中心occ和備用控制中心socc(車載的h.264碼流在中心進行mpeg-2轉碼處理)。
控制中心occ和備用控制中心socc是基于ip傳輸的數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心，由視頻解碼器、視頻服務器、錄像回放/維護工作站、控制鍵盤、視頻監(jiān)視器及大屏顯示/控制系統(tǒng)等組成。occ/socc的網絡結構圖如圖3所示。
圖3 occ/socc cctv系統(tǒng)構建方案示意圖
在occ配置了多套高密度插卡式mpeg-2視頻解碼器，每個解碼卡通過其10/100m自適應以太網端口與千兆骨干網進行連接，其中九路經解碼后的視頻先經視頻分配器后分別送九臺監(jiān)視器和大屏系統(tǒng)，可以使用鍵盤同時在調度臺監(jiān)視器與大屏上(被動顯示)選擇和控制所需要的圖像(包括不同的車站前端攝像機單畫面、四畫面和九畫面圖像)。
控制鍵盤的ptz命令由occ/socc視頻服務器根據用戶與被控攝像機的權限關系發(fā)向車站的視頻控制器，車站的視頻控制器根據該攝像機ptz的占用情況進行優(yōu)先級判斷，當指定的攝像機沒有被其他用戶控制時，則車站視頻服務器將ptz控制指令發(fā)送給車站編碼器執(zhí)行。
錄像回放/維護工作站和occ/socc網絡連接，安裝于工作站內部的錄像管理軟件可通過傳輸系統(tǒng)網絡以軟解的方式調用位于各個車站錄像機中的錄像，實現對錄像進行搜索、回放、本地抓拍及刻錄功能。
4 結束語
當前，閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)在國內外已基本形成了根據實際需要的模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、模/數混合閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、全數字化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)共存、共榮的局面。
數字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)融合了信息技術、網絡技術的發(fā)展，是相關領域先進技術、先進方法在視頻監(jiān)控領域的新應用。雖然視頻數字化在實際應用中也存在一定的瑕疵，但隨著數字化閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)在圖像質量、可靠性、圖像延遲等方面的不斷完善，視頻監(jiān)控系統(tǒng)必將在前端一體化、視頻數字化、監(jiān)控網絡化、系統(tǒng)集成化獲得更快、更好的發(fā)展。