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智能化数字监控设计方案.doc

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智能化 数字 监控 设计方案
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XX大厦智能化数字监控设计方案XX 工程公司年月日一、中国数字化网络视频监控的现状与发展中国监控行业在二十世纪九十年代末,伴随着计算机技术、图像处理技术和网络技术的发展普及,兴起了数字化网络视频监控系统的浪潮。这股浪潮使自八十年代末期成长起来的中国安防市场发生了深刻的变化,中国的从事网络视频监控企业第一次站在了与国外公司几乎相同的起跑线上,也为中国新兴的专业网络视频监控公司和企业带来了前所未有的挑战和机遇。 现在一般所说的数字化网络视频监控系统,是指监控系统的输入、控制、显示、存储这四大部分均采用数字化图像压缩处理技术。它的另一特点是经过数字化处理的图像,可利用现有的网络技术,将现场图像传输到远端监控中心。可以说数字化网络视频监控系统的两大技术核心就是图像压缩存储技术和网络传输技术,围绕这两种技术在网络视频监控系统中的应用,就是数字化网络视频监控发展的历程。 数字化网络视频监控产品在中国的发展过程 回顾中国国内网络视频监控系统的数字化发展过程,期间划分下述几个阶段: 第一阶段为九十年代前期:当时的网络视频监控系统一般采用国外的进口矩阵控制主机,为了适应当时计算机普及化的需求,视频监控公司纷纷开发利用计算机对矩阵主机进行系统控制的软件,实现电脑对视频监控系统图像切换、音频切换、报警处理、图像抓拍等多媒体控制。此时的计算机多媒体监控实际上仅仅作为视频监控系统的一个辅助控制键盘使用,可以说是中国数字化网络视频监控开始的雏形。 中国的视频监控产品国产化进程也是在此时期起步,众多的网络视频监控公司开始生产或仿制与国外公司兼容的矩阵主机、解码器、多媒体控制系统、云台外设等监控产品。其特点是以传统电子制造业为基础的小规模的产业化。 第二阶段是九十年代中、后期:在这一时期是图像处理技术、计算机技术、网络技术飞速发展的时期。中国国内公司在完成矩阵主机、解码器、多媒体控制系统、云台等外部设备产业化生产后,发现台湾地区和国外监控公司开始将他们基于传统电子制造业的监控生产线转移到中国进行生产,这些产品包括摄像机、监视器、图像处理器、磁带录像机、报警探测器、报警主机等监控产品,上述发展过程只是九十年代国外电子产品制造商大规模进入中国市场的一个普遍现象,它完成了大多数监控产品国产化过程。中国国内公司可以以更低的价格购买到中国制造的松下的摄像机、三洋的录像机、迪信的报警探测器,促进了监控系统的在中国的普及应用。 但是,国外监控产品制造商大量进入中国,短期内限制了中国监控企业由小规模电子产品企业向大规模生产企业发展的进程,并迫使他们面临更大的竞争压力。中国国内企业开始把眼光投向一个新的领域,利用图像压缩技术和网络技术开发新的监控产品,其产品特点是利用成熟的计算机技术、图像压缩存储技术和网络技术,利用计算机产业标准化生产的便利条件,无须投入大量开发、研制和模具生产资金,便可快速生产制造产品并投放市场。这种生产模式完全有别于传统的电子加工制造业,成为中国国内监控企业难得的市场机遇。 这一阶段,国外已经开始数字化监控进程,最先被引进国内的数字监控产品是美国和以色列生产的电话线传输和网络传输产品,图像压缩标准采用 MJPEG,系统具有简单的数字化监控与网络监控的许多功能,并且还有一项令整个监控业感到新奇的功能——数字录像功能。由于数字监控设备刚刚引入监控行业,其极高的高科技附加值立刻吸引了众多监控公司投入其中,纷纷开发出基于计算机结构的数字化监控主机,该系统将矩阵切换器,图像分割器、硬盘录像机集成在一台计算机平台上,形成了具有中国特色的监控主机产品,并发展成产业趋势。 由于受到价格的影响以及硬盘容量的限制,这一时期发展的数字监控系统和数字录像系统还不能够在与模拟设备的竞争中取得优势。 第三个阶段是 2000 年以后:随着图像压缩技术的进步,特别是 MPEG-I、MPEG-II 图像压缩芯片的大量推广应用,2000 年至今,数字监控产品进入了一个快速发展时期,产品也由原来的数字监控录像主机发展到网络摄像机、网络传输设备、电话传输设备、专业数字硬盘录像机等多种产品。 由于中国监控市场的特殊性,国外的数字监控产品这期间虽然频繁亮相中国市场,但确没能象他们的模拟产品一样大举进入中国市场,这些外国的产品为中国市场带来了数字化监控、网络化监控的理念和技术发展方向。而国产化的数字监控产品,伴随着中国计算机市场的迅猛发展,开始引领中国的数字监控市场的潮流,他们的产品技术上与国外几乎相同(使用几乎相同的计算机和芯片),功能上更能体现中国安防的特殊需求,价格上比国外品牌更具竞争优势。 2000 年以后,伴随着中国国内监控系统数字化、网络化需求日益增大,数字硬盘录像设备开始取代传统模拟录像设备,数字监控产品市场份额的不断增长,使许多传统的 IT 企业、网络企业、家电企业纷纷看好这一市场,投入资金、人力、开发数字监控产品,数字监控市场呈现空前繁荣的景象。 社会的进步与发展促进了人们对安保行业需求的持续增长,上世纪末国际电子产品制造业向国内市场的大规模转移,包括众多知名品牌的国外监控厂商,也纷纷在国内投资设厂,为中国安防监控市场带来了新的经营理念和新的产品技术,促进了国内许多监控企业由贸易、系统集成型公司,开始转向技术开发、产品设计制造领域,使过去一贯依赖进口产品的监控行业,开始了全面国产化进程。数字化监控市场的快速发展和市场容量的快速增长,也使原来从事 IT 行业、家电行业的企业纷纷涉足其中,打乱了原来监控行业半封闭的状态,加速了监控市场的竞争与分化。 经过这几年的发展,中国国内诞生了一批新兴的数字化监控产品生产企业,特别是以数字化安防产品的代表—DVR(数字硬盘录像机)生产企业为代表的厂家迅速崛起,使原有的监控市场发生了根本性的变化,传统监控企业如松下、SANYO、SONY 产品在市场中的份额不断缩减,民族品牌的数字化监控产品逐步占据市场。根据中国国内数字化监控产品企业的研发、生产、销售的能力,现阶段可划分三种不同的企业类型。 第一种类型的企业是利用国外芯片和技术,开发自己的专业数字化监控产品,这样的企业一般拥有自己稳定的研发队伍,具有主板和相关板卡设计制造能力,有一定规模的生产检测能力,有确保产品稳定可靠的质量保证体系。产品功能、技术指标围绕数字化监控需求专业开发制造,产品在市场上具有良好的品牌信誉和知名度。第二种类型企业是具有开发或生产图像压缩板卡和主板能力的公司,公司本身并不生产数字化监控产品,他们生产的图像处理板卡的目的是要使产品应用到不同的行业,如影视、视频会议、网络视频点播、家电、娱乐、监控等。他们的产品被监控公司、IT 企业用来组装自己的数字监控产品。严格的来讲,这类企业不应该划分到监控行业来。 第三种类型企业为数众多,本身不具备主板或板卡等核心技术的开发和研制能力,一般是利用其他企业生产的板卡,加上自己的应用软件,开发自己的数字监控产品。这类企业一般均以 PC 架构的数字监控录像主机为自己的主要产品,少数企业则购买其他企业的嵌入式主板生产自己的录像机。 真正处于第一种类型,甚至第二类型的监控企业在中国国内并不太多,这与这两类企业需要大的技术研发投入以及规模化生产有关系,目前大多数企业还是处于第三类企业的起步阶段,但他们是推动数字化监控产品应用的主力军。 中国数字化监控产品的用户,对产品功能和技术需求的多样化,对技术服务要求的依赖性,形成了目前特殊的市场环境,客观上起到保护民族产业的作用。数字化监控产品特别是DVR 产品,目前没能像其他模拟监控产品一样制定强制的技术标准,也造成国外公司不敢大规模投入中国市场,中国国内公司鱼龙混杂的局面。 数字化网络视频监控产品的发展趋势 中国数字化网络视频监控产品的制造商可以自豪地说,目前开发的数字化网络视频监控产品与国外产品在技术上处于同一个水平上,而且在制造上,更加具有产业优势。 但不可否认的是,中国的数字化产品生产企业在技术上几乎完全依赖国外的技术发展。与家电企业在 VCD、DVD 上所面临的问题一样,中国的数字化网络视频监控企业还不能够独立开发专业硬件平台,不能够生产专业芯片,也面临着资金投入不足,无法掌握核心芯片和嵌入式主板开发的关键技术,企业的技术创新能力较差。而台湾和邻国韩国在这方面,强于中国国内企业,他们的企业可以开发出各类图像压缩芯片,提供各类板卡级解决方案。因此在近期内中国国内的企业只能利用国外公司技术成果,开发数字化监控产品。 有实力数字化网络视频监控企业今后发展的方向是自主研发专业的图像压缩主板和板卡,特别是开发适应监控产业需求的专业图像处理 IC,掌握产品核心技术,并尽可能利用中国制造业的优势,打造民族品牌。 数字化网络视频监控产品,特别是 DVR 产品在今后的发展体现在以下三个方面的竞争上: ·压缩芯片竞争:目前国外已有很多公司投入资金,开发多路的 MPEG-II、MPEG-4压缩芯片,并提供相应的整体方案解决平台,中国国内也有公司在研制基于小波的图像压缩芯片,这些芯片的研制成功,将直接影响今后数字化监控产品的发展方向,但这类芯片应用在监控行业,还需要经过芯片厂家与中国国内监控厂商的共同努力;·PC 平台产品与嵌入式产品竞争:短期内 PC 平台产品和嵌入式还会在市场上共存,但由于嵌入式产品特有的优势,能满足监控业对稳定性、可靠性、易用性的需求,特别是多路嵌入式产品稳定上市后,嵌入式产品会逐步侵占 PC 平台产品的市场。而PC 平台产品会逐步回到它传统的优势中——担任网络视频监控系统管理主机的任务;·标准图像压缩技术与特殊算法之间的竞争:使用标准压缩算法与自主开发改进的标准算法开发产品,也是今后产品发展的两个不同方向,自有算法虽可根据监控需求特殊开发,可以节省存储空间和提高图像效果,但开发周期长,如果不能形成批量的芯片生产,就很难在市场上取得优势。今后中国的数字化网络视频监控产品在技术上将会向两个方向发展,第一个方向是高清晰度,对图像质量的追求,始终是人们努力的方向,更是监控业内在的要求,因此随着存储设备容量的不断增大,价格不断降低,新的存储技术的发展,采用 MPEG-II 和其他高画质图像标准的产品将投入市场,成为数字化网络视频监控的重要产品。第二个方向是基于 MPEG-4 或更新的图像压缩标准的产品,MPEG-4 技术对数字化监控产品提供了新的发展空间,MPEG-4 技术尤其适合网路监控,它的出现和应用,将使数字化网络视频监控迈向一个新的时代。 二、网络视频监控系统的现状和发展网络视频监控系统是安全防范系统的组成部分,它是一种防范能力较强的综合系统。视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。近年来,随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展,视频监控制技术也有长足的发展。 一、 网络视频监控制系统的现状 目前,网络视频监控系统正处在数控模拟系统已发展非常成熟、性能稳定,在实际工程中得到广泛应用,数字系统迅速崛起但尚不完全成熟的数字和模拟混合应用并将逐渐向数字系统过渡的阶段。在国内外市场上,主要推出数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定,在实际工程应用中得到广泛应用,特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛;后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统,该系统解决了模拟系统部分弊端,但仍需进一步完善和发展。 1、数字信号控制的模拟视频监控系统 数字信号控制的模拟视频监控系统分为基于微处理器的视频切换控制加 PC 机的多媒体管理和基于 PC 机实现对矩阵主机的切换控制及对系统的多媒体管理两种类型。 1-1、基于微处理器的视频切换控制加 PC 机的多媒体管理类型 80 年代是微处理器的年代,视频监控系统利用微处理器固件发展的矩阵切换器,将原来分散的全硬件视频监控系统微型集中化,如将视频切换、对前端的控制等功能集合一起,一机处理,是技术上的一个突破。 自备微处理器的矩阵主机可通过 PC 机的图形管理软件实现: ①对单一工作站之中的视频监控、出入口控制、内部通讯、报警等进行综合全面控制(注:只能提供一个简单的、可增强系统控制功能的用户界面,但不能代替矩阵主机的安防配置和编程能力); ②任意一台工作站可通过网络,控制其它工作站所连接的矩阵主机、报警设备,完成视频切换、云台、镜头控制及报警联动等功能; ③可通过软件实现对众多矩阵主机和报警接口软件模块的控制。 1-2、基于 PC 机实现对矩阵主机的切换、控制和对系统的多媒体管理 基于 PC 机的视频监控系统采用软件设计,实现摄像机到监视器的视频矩阵切换,云台和镜头的控制,通过串口连接报警设备的报警信息,并通过程序编程自动完成视频切换、云台控制、报警联动、报警录像等各项控制功能。 系统能充分利用 PC 机的资源,使视频监控系统随电脑技术的发展而不断进步,同时其开放性的结构特性更可使之与其它多种系统如与消防报警系统、出入口管理系统、楼宇自控系统等实现互动集成。 1- 3、数控模拟视频监控系统的优缺点 随着微处理器、微机的功能、性能的增强和提高,多媒体技术的应用,系统在功能、性能、可靠性、结构方式等方面都发生了很大的变化,视频监控系统的构成更加方便灵活、与其它技术系统的接口趋于规范,人机交互界面更为友好。但由于视频监控系统中信息流的形态没有变,仍为模拟的视频信号,系统的网络结构主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络,介质专用的特点,因此系统仅管已发展到很高的水平,已无太多潜力可挖,其局限性依然存在,要满足更高的要求,数字化的是必由之路。 模拟监控系统的主要缺点有: ① 通常适合于小范围的区域监控 模拟视频信号的传输工具主要是同轴电缆,而同轴电缆传输模拟视频信号的距离不大于 1KM,双绞线的距离更短,这就决定了模拟监控只适合于单个大楼、小的居民区以及其它小范围的场所; ② 系统的扩展能力差 对于已经建好的系统,如要增加新的监控点,往往是牵一发而动全身,新的设备也很难添加到原有的系统之中; ③无法形成有效的报警联动 在模拟监控系统中,由于各部分独立运作,相互之间的控制协议很难互通,联动只能在有限的范围内进行。 2、数字网络视频监控系统 90 年代末,随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展、数字网络视频监控系统迅速崛起,现今市场上有两种数字网络视频监控系统类型,一种是以数字录像设备为核心的视频监控系统,另一种是以嵌入式视频 Web 服务器为核心的视频监控系统。 2-1、数字网络视频监控录像系统 数字网络视频监控录像系统通常分为两类:一类是基于 PC 机组合的计算机多媒体工作方式;另一类是嵌入式数字监控录像系统。 ①计算机多媒体方式的数字监控录像系统 数字视频压缩编码技术日益成熟,计算机的普及化,为基于 PC 机的多媒体监控创造了条件。这种新型视频监控系统的迅速崛起,部分地取代了以视频矩阵图像分割器、录像机为核心,辅以其它传送器的模拟视频监控模式,其优越性主要表现在: a、PC 机的多媒体监控主机综合了视频矩阵、图像分割器、录像机等的众多功能,使系统结构大为简化。 b、由于采用计算机网络技术,数字多媒体远程网络监控不受距离限制; c、由于采用大容量磁盘阵列存盘器或光盘存储器,可以节省大量的磁带介质,同时有利于系统实现多媒体信息查询。 但随着基于 PC 机的视频监控录像系统的发展,在实际工程使用过程中,也暴露出一些不足,主要是系统工作的不稳定性。基于 PC 的视频监控录像系统的组成结构为: 兼容/工控 PC 机+视频采集卡+普通/较可靠的操作平台 +应用软件 从系统的组成结构来分析: a、PC 机 兼容 PC 机用于 24 小时不间断工作时,其性能是不很稳定的,工控 PC 机相对兼容PC 机的稳定性有一个档次上的提高,适用于较复杂的工作环境; b、操作系统 以 Windows 98 为操作平台的系统,业内人士都知道,Win98 的稳定性是有一定问题的,如果同时应用软件又不是很规范,这样就容易在使用过程中出现工作不稳定、死机等问题,而基于 PC 机的视频监控录像系统其软件的实现是在 Windows 95/98/NT、Unix、Linux 等通用操作系统上,同时系统文件、应用软件和图像文件都存储在硬盘上,视频处理必须高密度输入大量数据,同时硬盘要进行多工工作,普通的硬盘逻辑(如 Windows 的 FAT32)已无法适应,以致极易产生系统的不稳定性,造成死机现象; c 、应用软件 采用简易应用软件的系统是不能够应用安防领域的,视频监控系统的应用软件能力上应支持多任务并发处理,如监视、录像、回放、备份、报警、控制、远程连接等的多工处理能力; d、视频采集卡 视频监控录像系统通常均为多路输入系统,视频采集卡可采用多卡方式,也可采用单卡方式。一般说,单卡方式集成度高,稳定性会优于多卡方式,很多采用一路一卡的方式很容易形成硬件冲突,其稳定性会有较大的影响。 目前市场上也有部分为追求高帧数而设计采用多卡进行迭加的多路单卡设备,但其仍在计算机的总线上进行传输、处理,不可能会有质的飞跃。 ②嵌入方式的视频监控系统 嵌入式系统 嵌入式系统是以应用为中心,软硬件可裁减的,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积等综合性严格要求的专用计算机系统,亦即为监控系统量体裁衣的专用计算机系统。 嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成,它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。 嵌入式操作系统是一种实时的,支持嵌入式系统应用的操作系统软件,它是嵌入式系统极为重要的组成部分,通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等,嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依靠性、软件固态化及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。嵌入式系统的优缺点 a、系统为专用系统,所以系统小,指令精简,处理速度快 b、系统数据置于 ROM/FLASH MEMORY,调用速度快,不会被改变,稳定性好 c、系统处理实时性好,性能稳定
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