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视频监控系统发展趋势展望

摘要：从本质上来讲，视频监控系统的核心是视频的采集系统，它通过高速A／D转换芯片，将模拟信号采集为数字信号，进行全天候存储、传输、显示，以实现视频监控系统中必须考虑最重要的问题是事后取证。在这些系统中，一般有成百上千个监控点，工作人员根本无力管理和监视，视频监控系统可以实现全天候录像。为事后取证提供了依据。
关键词：视频监控系统 视频采集技术 发展趋势
近几来，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种视频信息处理技术的出现，全程数字化、网络化的视频监控系统优势愈发明显，原有的模拟监控系统凸显出不少的缺陷，现从视频系统介绍、技术演变历程、视频采集技术发展趋势三个方面探讨视频监控系统发展情况。
一、视频监控系统介绍
视频监控系统是安全防护系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。作为一种传统视频技术和现代通信技术相结合的应用，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。
视频监控业务具有悠久的历史，在传统上广泛应用于安防领域，是协助公共安全部门打击犯罪、维持社会安定的重要手段。近年来，随着宽带的普及，计算机技术的发展，图像处理技术的提高，视频监控技术也有长足的发展，视频监控应用越来越广泛地渗透到教育、政府、娱乐、医疗、酒店、运动等其他各种领域。
在国外，视频监控业务主要为个人用户提供安全系统方案，基本定位在个人和住宅应用方面。在国内，视频监控业务主要集中在行业应用，如公安、交通、金融、楼宇等领域，行业用户已成为国内视频监控市场的主要增长点。
视频监控的基本业务功能是提供实时监视的手段，并对被监视的画面进行录像存储，以便事后回放。在此基础上，网络视频监控系统可以对监控装置进行远程控制，并能接收报警信号，进行报警触发和联动。
二、视频监控系统技术演变历程
随着安防系统的发展，视频监控系统经历了从第一代百分之百的模拟系统（VCR），到第二代部分数字化的系统（DVR），再到第三代完全数字化的系统（网络摄像机和视频服务器）三个阶段的发展演变。和之相对应的，视频监控技术发展至今已经历了模拟监控技术、数字监控技术和远程网络视频监控技术三个不同的阶段。
（一）模拟视频监控（系统）技术
在20世纪90年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统（CCTV），称为第一代模拟监控系统，以模拟视频矩阵和磁带式录像设备VCR为核心。图像信息采用视频电缆，以模拟方式传输，一般传输距离不能太远，主要应用于小范围内的监控，监控图像一般只能在控制中心查看。
这一时期，视频监控技术主要以模拟设备为主。模拟视频监控系统一般由监控前端、传输设备、控制设备以及显示设备几个部分组成。监控前端一般为模拟摄像机、云台、声光电报警设备和雨刷等。传输设备一般为传输视频的同轴电缆，远距离传输可采用模拟光纤或者利用光端机进行传输。控制设备主要是视频切换矩阵，采用键盘进行切换和控制，将需要监控的图像在指定的显示设备进行显示。显示设备主要包括图像的监视器、报警指示设备等。
（二）数字监控技术
20世纪90年代中期，随着计算机和多媒体处理技术的发展，数字视频压缩编码技术被应用到视频监控系统中，基于PC的多媒体监控系统由此产生，数字硬盘录像机DVR的成功开发标志着第二阶段的重大变革。
在这一时期，以数字控制的视频矩阵替代原来的模拟视频矩阵，以数字硬盘录像机DVR替代原来的长延时模拟录像机，将原来的磁带存储模式转变成数字存储录像，实现了将模拟视频转为数字录像。DVR集合了录像机、画面分割器等功能，跨出数字监控的第一步。在此基础上产生了全数字的视频监控系统，可以基于PC机或嵌入式设备构成监控系统，并进行多媒体管理。这类系统是目前视频监控市场的主流。
在这类监控系统中，视频采集和视频传输仍以模拟方式为主，模拟摄像机的图像信号到达多媒体监控终端后进行数字处理和存储，随后通过通信网络，将这些信息传到一个或多个监控中心。
基于PC的多媒体监控系统通过增加视频处理卡以增加图像的输入路数，采用数字化存储及视频解压缩功能，可以对监控区域进行高清晰度的画面显示，使图像回放时也能达到极高的清晰度。利用DVR，图像可以保存在计算机硬盘或磁带上，实现了对视频文件的动态快速检索和查找。摄像机可动态开启，并且报警前和报警后的文件都易于查找。
（三）网络视频监控技术。
近年来，随着网络技术的发展，互联网无处不在。基于网络的IP监控在2001年开发出来，在2002年开始快速发展，市场已从初期的萌芽状态迅速增长。网络的出现也使得视频监控从本地监控向远程监控发展，出现了以网络摄像机、网络视频服务器为代表的远程网络视频监控系统。网络视频服务器解决了视频流在网络上的传输问题，从图像采集开始进行数字化处理、传输，这样使得传输线路的选择更加多样性，只要有网络的地方，就提供了图像传输的可能。整个系统趋向平台化、智能化。很多互联网企业已开始涉足此类视频监控系统的开发，目前尚属市场起步阶段。 网络用户可以直接用浏览器，通过IP网络来看摄像机拍摄下来的实时图像，授权用户还可以远程控制摄像机。
远程网络视频监控技术将传统的模拟视频、语音信号转换为数字信号，通过计算机网络进行传输，实现了视音频信号的数字化、网络化、应用的多媒体化以及管理的智能化。网络监控技术集成了数字处理、网络、计算机、视音频编解码以及图像处理和识别等多种先进技术。
网络视频监控系统由监控系统前端、数字化处理器、网络传输、监控控制系统组成。监控前端和模拟系统一样由摄像机、云台、声光电报警设备和雨刷等设备构成。数字化处理器的主要功能是将监控前端采集的模拟图像信号进行数字化处理，并将数字图像信号进行压缩处理，以便减少图像信号传输时所占用的网络带宽。
网络传输主要由网络传输设备组成，如交换机、路由器等。监控系统将现场图像和报警信号转换成IP数据包，利用网络传输给控制系统。控制系统由监控控制平台、电视墙及大屏幕系统组成。监控控制平台可以使用监控系统的各种功能。电视墙及大屏幕系统由网络解码器、电视墙、大屏幕组成，它们从网络接收监控图像，解码后输出到电视墙或者大屏幕上。
三、视频采集技术的发展趋势
在安防系统中，音视频编解码技术不仅解决海量数据的压缩问题，也是其后视频信息传输、存储、播放等环节的前提。目前，国内外对安防视频编码技术的研究主要集冲在高效压“缩、网络适应性、支持智能分析这三个方面。这三个方面的研究重点不同，但是又互相联系、互相制约和互相促进。高效压缩编码技术的研究起源最早，网络适应性技术是在其研究成果上发展而来，而智能分析技术是将计算机视觉和视频编解码相结合产生的。反之，网络适应性技术和智能分析技术的需求和成果又为高效压缩编码提供了新的思路。
在此基础上，在网络适应方向基于IP的组播技术、PZP技术、网格技术、OoS保证技术的发展，带来了视频传输质量和效率的有效提高；在高效压缩存储方向，多核处理器和DSP处理器的发展可以使用高运算量来提高视频压缩的效率成为可能，虚拟化存储技术、网络存储技术又进一步带来了安防系统存储容量的大幅度提高；在智能分析方向信息挖掘、图像理解、模式分类技术的发展，使视频内容检索、生物特征识别技术逐步成熟，推动了监控录音、快照、录像等信息在联动报警．行为分析，智能辅助决策方向的应用和发展。形成产业技术进步、产品升级。具体到前端的视频采集技术的发展趋
势主要有以下三点：
（一）视频质量向高清晰度发展
数字图像采集的性能有了很大的提高，随着CCD制造工艺的提高。800万象素的CCD已经成为主流，2000万象素的CCD器件也研制成功，同时终端显示的能力也相应有了进步， HDTV的视频大小已经达到 1280X 720P、1920 X 1080i。海量存储设备的价格也比较合理；因此今后视频监控的图像质量主流将会逐步达到高清晰电视的水平，这将有效地提升城市视频监控联网中图像的清晰度。
（二）处理技术向数字化发展
随着数字图像处理技术的进步，DSP芯片运算能力的提升，许多原来雳需要用调整光学系统来提高视频采集效果的情况。目前采用数字图像处理的技术即可达到，而且具有更高的灵活性。如图像增强和图像复原，特别是采用一些以前用在军工设备上的技术，如超分辨率、模糊图像复原，可以有效的提升图像的主管质量，弥补已有监控视频采集设备的一些硬件性能上的弱点，提升产品价值。
（三）压缩方式向智能化发展
实质上，安防中视频采集技术最根本的要求就是监控摄像头能静止、运动、旋转于各种光线环境，有限带宽情况下，保证监控特别关注的区域的清晰度。其中决定视频压缩的图像清晰度主要有两类因素，第一类是在同样的空间分辨率情况下，由于编解码算法不同而产生的不同清晰度；第二类是原始空间采样值不同而造成的清晰度不同。在视频监控系统中对第二类清晰度有更为特殊的要求，首先监控图像必须有绝对清晰可辨的分辨率；其次为了理解特定的监控图像内容如（人脸、车牌）等，这些区域的压缩分辨率必须高于图像的其他部分；最后，为了实现视频编码端和多种分辨率终端的互联，应当实现空间多分辨率分层编码，因此在传输存储资源有限的情况下，应采用智能分析技术，调整视频压缩方式。达到效率和成车的折中，最大程度上满足应用需求。
结束语：伴随着中国城市化的进程，国家提出建设“和谐社会，平安城市”思路，全社会迫切雳要利用先进的安防技术，对突发事件和安全隐患进行预防。本文先介绍视频监控系统和其技术演变历程，然后介绍了视频采集技术发展趋势，从三个方面和大家探讨了视频监控系统发展情况，对于全面了解视频监控系统启到一定帮助作用。

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