周躍峰, 郭杰榮

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安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展綜述

周躍峰1, 郭杰榮*2,3

(1. 湖南華南光電(集團)有限責(zé)任公司, 湖南 常德, 415000; 2. 湖南文理學(xué)院 物理與電子科學(xué)學(xué)院, 湖南 常德, 415000; 3. 合肥工業(yè)大學(xué) 電氣與自動化工程學(xué)院, 安徽 合肥, 230009)

中國安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)起步較西方經(jīng)濟發(fā)達國家大約晚20年, 但發(fā)展非常迅猛, 并形成了完整的產(chǎn)業(yè)價值鏈, 行業(yè)行政監(jiān)管也逐步形成并規(guī)范, 安防產(chǎn)品市場已經(jīng)發(fā)展成為一個較為成熟的產(chǎn)業(yè). 目前, 安防行業(yè)多種技術(shù)并存: 既有模擬解決方案, 也有數(shù)字解決方案和網(wǎng)絡(luò)解決方案; 既有標(biāo)清系統(tǒng)解決方案, 也有高清系統(tǒng)解決方案; 既有普通安防系統(tǒng)解決方案, 也有智能安防系統(tǒng)解決方案等. 但無論如何, 高清、智能、集成是安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)長期發(fā)展趨勢.

安防; 監(jiān)控系統(tǒng); 發(fā)展趨勢

經(jīng)過30余年的風(fēng)雨歷程, 以視頻監(jiān)控技術(shù)為核心的安防產(chǎn)品應(yīng)用已得到市場的接受與廣泛認同, 行業(yè)擁有了完整的產(chǎn)業(yè)價值鏈, 行業(yè)行政監(jiān)管也逐步形成并規(guī)范. 隨著對安防行業(yè)市場良好的預(yù)期, 安防產(chǎn)品市場已不再是孤軍奮戰(zhàn), 正在從一個封閉的狹小市場, 逐步融入中國信息化產(chǎn)業(yè)大市場中. 2006 —2012年的安防產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模由人民幣1 200億元增長至2 500億元, 其中安防產(chǎn)品產(chǎn)值約為1 200億元, 安防工程和服務(wù)市場約為1 300億元; 全行業(yè)實現(xiàn)增加值800多億元, 比2005年增長1.8倍. 預(yù)計到2016年總產(chǎn)值達到5 000億元, 實現(xiàn)增加值1 600億元.

1 安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展歷程

安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展只有短短三十幾年的時間, 卻經(jīng)歷了一段曲折的推進, 大致可以分為四個階段: 模擬監(jiān)控、數(shù)字監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控及智能監(jiān)控[1].

模擬監(jiān)控階段: 在20世紀90年代初以前, 主要是以模擬設(shè)備為主的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng), 稱為第一代模擬監(jiān)控系統(tǒng). 圖像信息采用同軸電纜, 以模擬方式傳輸, 一般傳輸距離不能太遠, 主要應(yīng)用于小范圍內(nèi)的監(jiān)控, 監(jiān)控圖像一般只能在控制中心查看. 本地模擬信號監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像機、視頻矩陣、監(jiān)視器、錄像機等組成, 利用視頻傳輸線將來自攝像機的視頻連接到監(jiān)視器上, 利用視頻矩陣主機, 采用鍵盤進行切換和控制, 錄像采用磁帶的長時間錄像機[2], 遠距離圖像傳輸采用模擬光纖, 利用光端機進行視頻的傳輸. 具有技術(shù)成熟、穩(wěn)定、實時性好、圖像清晰等優(yōu)勢. 同時, 也存在諸如經(jīng)多級級聯(lián)接力后視頻圖像質(zhì)量嚴重下降, 大規(guī)模視頻源的控制與管理困難, 系統(tǒng)的維護與監(jiān)控困難, 數(shù)據(jù)存儲和調(diào)用困難等問題[3].

數(shù)字監(jiān)控階段: 在20世紀90年代中期, 基于Windows的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)隨著視頻編解碼器技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生. 系統(tǒng)在遠端安裝若干個攝像機, 通過同軸線纜匯聚到監(jiān)控中心的工控機或硬盤錄像機上, 并且在顯示器上顯示監(jiān)控圖像. 同時, 工控機或硬盤錄像機配合交換機及相關(guān)軟件使局域網(wǎng)內(nèi)其他用戶能監(jiān)控圖像. 數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)中的硬盤錄像機兼有矩陣、數(shù)字存儲、視頻聯(lián)網(wǎng)的多項功能, 具備簡單IP網(wǎng)絡(luò)通訊功能; 適合本地監(jiān)控存儲為主, 網(wǎng)絡(luò)瀏覽為輔的監(jiān)控環(huán)境; 硬件和開發(fā)成本低, 通過大量定制開發(fā)能滿足特定用戶的功能要求. 數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)同時存在穩(wěn)定性較差, 可靠性不高; 軟件開放性差; 圖像傳輸距離有限等問題.

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控階段: 在21世紀初, 隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及帶寬的大大提高, 以及數(shù)字處理技術(shù)和視音頻編解碼效率的改進, 安防監(jiān)控系統(tǒng)正在步入全數(shù)字大網(wǎng)絡(luò)化的全新階段. 網(wǎng)絡(luò)化安防監(jiān)控系統(tǒng)中所有的設(shè)備都以IP地址來識別和相互通信, 采用通用的TCP/IP協(xié)議進行圖像、語音和數(shù)據(jù)的傳輸和切換. 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控具有以下特點: 將視頻編碼器DVS集成到攝像機當(dāng)中, 使得設(shè)備集成度更高, 攝像圖像更清晰; 省去了模擬視頻傳輸線路, 端到端的IP傳輸, 干擾源及故障點減少; 施工、調(diào)試、維護更簡單, 可實現(xiàn)遠程集中管理、集中存儲、資源共享; 傳輸不受距離限制; 系統(tǒng)擴容簡單.

智能監(jiān)控階段: 智能監(jiān)控一直伴隨著安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的整個過程. 它將隨著技術(shù)的不斷成熟而得到更加廣泛的應(yīng)用. 智能監(jiān)控系統(tǒng)是采用圖像處理、模式識別和計算機視覺技術(shù), 通過在監(jiān)控系統(tǒng)中增加智能視頻分析模塊, 借助計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力過濾掉視頻畫面中無用的或干擾信息, 自動識別不同物體, 分析抽取視頻源中關(guān)鍵有用信息, 快速準(zhǔn)確地定位事故現(xiàn)場, 判斷監(jiān)控畫面中的異常情況, 并以最快和最佳的方式發(fā)出警報或觸發(fā)其它動作, 從而有效進行事前預(yù)警, 事中處理, 事后及時取證的全自動、全天候、實時監(jiān)控的智能系統(tǒng). 如: 人臉識別、車牌號識別、車輛類型識別、船只識別、紅綠燈識別等等.

2 安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀

目前, 安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)可謂是“百花開放、百家爭鳴”. 從視頻信號的傳輸方式角度, 可分為模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng); 從攝像機的分辨率角度, 可分為標(biāo)清系統(tǒng)和高清系統(tǒng); 從存儲的角度可分為DVR、NVR、SAN、云存儲等系統(tǒng); 從傳輸介質(zhì)角度可分為同軸電纜、雙絞線、光纖、網(wǎng)線傳輸?shù)萚4].

模擬系統(tǒng)比較普及的是復(fù)合視頻信號基帶傳輸, 復(fù)合視頻信號(Composite Video Signal)是一種將視頻信號中的亮度信號(Y)、綠色色差信號(U)、紅色色差信號(V)(U和V統(tǒng)稱色度信號C, 與亮度信號相對)和同步信號復(fù)合傳輸和存儲的方式. 由于設(shè)備制造相對容易、成本低廉、使用簡單, 被廣泛應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視、VCD等影音設(shè)備、家用電視游戲機等領(lǐng)域和產(chǎn)品中.

模擬高清系統(tǒng)可采用高清復(fù)合視頻接口HDCVI(High Definition Composite Video Interface)[5], 是一種基于同軸電纜的高清視頻傳輸規(guī)范, 采用模擬調(diào)制技術(shù)傳輸逐行掃描的高清視頻. 使用75-5或更高規(guī)格同軸電纜時, 1280H可保證650 m高質(zhì)量高清視頻信號的可靠傳輸.

數(shù)字系統(tǒng)傳輸主要有IP網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和SDI數(shù)字傳輸系統(tǒng)等. SDI的概念來自于廣播級的應(yīng)用,這個長年在廣播使用的協(xié)定/技術(shù)近年被引進作為安防監(jiān)控的高清方案平臺, 由于源于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控, 花了數(shù)年的時間還是無法順利大量取代CCTV方案, 因此強調(diào)傳輸未壓縮/低延遲/易安裝的HD-SDI方案才能異軍突起.

傳統(tǒng)模擬標(biāo)清系統(tǒng)一般指攝像機分辨率在540線及以下, 相當(dāng)于40萬像素, 錄像質(zhì)量為4CIF(704 × 576)及以下, 數(shù)據(jù)帶寬為1.5～2 Mbps, 能滿足看得見的需求.

傳統(tǒng)模擬高清系統(tǒng)一般指攝像機分辨率為600/650/700線, 相當(dāng)55萬像素, 錄像質(zhì)量為WD1(960 × 576), 數(shù)據(jù)帶寬為2.5～3 Mbps.

網(wǎng)絡(luò)高清一般指100萬像素及以上, 錄像質(zhì)量720P(1 280 × 720)、1 080P (1 920 × 1080), 數(shù)據(jù)帶寬720P(3～4 Mbps)、1 080P(6～8 Mbps), 利于大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控.

數(shù)字高清一般指100萬像素及以上, 傳輸無損數(shù)字信號, 錄像質(zhì)量720P(1 280 × 720)、1 080P (1 920 × 1 080), 數(shù)據(jù)帶寬720P(3～4 Mbps)、1 080P(6～8 Mbps), 預(yù)覽最清晰、操控?zé)o延時.

3 安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢

從全球安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展總體來看, 視頻信號不論采用何種傳輸方式, 也不論采用何種存儲方式, 高清、智能、集成技術(shù)是今后長期發(fā)展的趨勢.

3.1 高清

在安防監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域, 隨著國際市場和國內(nèi)市場對監(jiān)控系統(tǒng)的普及和大量使用, 人們對圖像的要求越來越高, 從最開始的能看到圖像, 到現(xiàn)在的要清晰的圖像, 到今后的能進行處理分析的高清晰圖像. 因此在技術(shù)方面隨著高清產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和用戶對高清晰影像的需求, 高清已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢.

以往, 高清攝像機的應(yīng)用僅在道路監(jiān)控中, 以抓拍圖像為主. 如今, 各種高清安防監(jiān)控系統(tǒng)方案在各行各業(yè)得到普及. IMSResearch預(yù)測, 到2015年, 超過70%的網(wǎng)絡(luò)攝像機都將是百萬像素的分辨率. 與標(biāo)清系統(tǒng)相比, 主要有以下優(yōu)勢: ①高清晰度, 采用百萬像素級傳感器, 能獲得更多的視頻信息, 一般可達1 280 × 720、1 920 × 1 080、1 280 × 1 024、1 392 × 1 024、1 628 × 1 236甚至2 048 × 1 536的分辨率; ②圖像顯示質(zhì)量更高, 能夠更好地捕捉細節(jié); ③逐行掃描CCD/COMS讓畫面更清晰, 自然流暢, 方便集成智能分析功能; ④可支持HDTV的寬屏輸出模式(16:9), HDTV實現(xiàn)了圖像質(zhì)量的巨大飛躍, 這意味著更清晰的圖像, 更好的色彩保真度和寬屏格式; ⑤覆蓋面更廣, 相同監(jiān)視區(qū)域可以替代原有的多個固定點攝像機和一個全方位攝像機, 節(jié)省線纜、安裝、維護費用.

日前, 注視者(北京)科技有限公司推出了2 900萬像素超高分辨率監(jiān)控攝像機, CCD分辨率為6 576 × 4 384, 在相同分辨率的情況下, 相當(dāng)于95臺模擬攝像機的監(jiān)視范圍. 該款攝像機的特點是可同時兼顧大視場及局部細節(jié). 目前, 部分場所(特別是金融場所、營業(yè)場所、公共場所等)監(jiān)控探頭分布密集, 處處給人以處于受到監(jiān)視的環(huán)境中的感覺. 如用高清攝像機, 在獲得相同分辨率的情況下, 可減少攝像機的數(shù)量.

3.2 智能

我們?nèi)粘Ｋ佑|到的安防監(jiān)控系統(tǒng), 無論是模擬還是模數(shù)混合, 抑或純數(shù)字, 其工作方式依舊是“實時監(jiān)視, 實時錄像”, 不僅浪費人力, 更是浪費物力, 面對數(shù)不盡的視頻錄像資料, 想要提取有價值的錄像是較困難的, 長期保存也是一大難題, 此外現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)對于人的參與非常依賴, 智能監(jiān)控可以分擔(dān)人力、節(jié)省資源, 因此智能安防監(jiān)控是一個發(fā)展趨勢, 也是安防監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必由之路[6—7].

國外已有一些機構(gòu)在研究智能安防監(jiān)控系統(tǒng), 使安防監(jiān)控系統(tǒng)能像人一樣具有獨立的思考能力. 如果說攝像頭和編碼傳輸系統(tǒng)完成了人的“眼睛”的功能, 那么, 視頻分析便是擔(dān)任“大腦”的角色. 使計算機系統(tǒng)能夠通過圖像處理和分析來理解視頻信息中“發(fā)生了什么事情”, 這樣, 計算機系統(tǒng)便能夠“讀懂”視頻信息內(nèi)容, 再為視頻信息設(shè)置一定的規(guī)則, 計算機系統(tǒng)將“讀到的內(nèi)容”與“設(shè)定的規(guī)則”進行匹配, 一旦行為與規(guī)則完全匹配, 便可以迅速報警或者索引出來.

智能安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)雖然還存在諸如缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、市場認知與需求定位還需一個過程、準(zhǔn)確率、技術(shù)開發(fā)是永無止境、創(chuàng)新研發(fā)有待加強等問題, 但無法阻止其雨后春筍般的應(yīng)用. 早期的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用在道路監(jiān)控, 如今在各行各業(yè)的安防監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用. 如海關(guān)能識別人臉的自助通關(guān)系統(tǒng)、具有車牌識別功能的停車場車輛管理系統(tǒng)、人臉驗證高拍儀(為一款集證件掃描、場景拍攝、人臉抓拍于一身的高效辦公設(shè)備)、移動智能終端APP驗證、過程連續(xù)實時驗證、人臉模板庫驗證、證件照片庫驗證、智能視頻客流統(tǒng)計系統(tǒng)、便攜式圖像偵查研判系統(tǒng)、視頻濃縮、視頻檢索、移動偵測、周界防范等.

智能安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)不僅應(yīng)用廣泛, 而且已初具規(guī)模. 如漢王科技的人臉識別產(chǎn)品, 2012年中期收入2 489萬元, 同比增長22.62%; 2012年末期收入4 472萬元, 同比增長10.27%, 2013年中期收入3 570萬元, 同比增長43.43%, 占主營收入的25.52%.

3.3 集成

安防監(jiān)控系統(tǒng)集成在促進安防產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方面具有重要的作用, 主要表現(xiàn)在以下幾點: ①沒有安防監(jiān)控系統(tǒng)集成, “安防”就無從談起. 系統(tǒng)集成業(yè)務(wù)在安防產(chǎn)業(yè)鏈中起著承上啟下的作用, 既是產(chǎn)業(yè)上游各類安防產(chǎn)品發(fā)揮作用的載體, 也是安防產(chǎn)業(yè)下游運營服務(wù)業(yè)務(wù)開展的基礎(chǔ)和前提. 離開了系統(tǒng)集成, 安防行業(yè)將無法形成完整的鏈條, “安全防范”將無從談起; ②沒有安防監(jiān)控系統(tǒng)集成, 安防各子系統(tǒng)就無法實現(xiàn)聯(lián)動. 不論是視頻監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng), 還是防盜報警系統(tǒng)、對講系統(tǒng), 都只是實現(xiàn)對某一區(qū)域“安全”的某一層面的防范, 若想做到對該區(qū)域的全方位、立體的安全防范, 則只能依靠系統(tǒng)集成. 借助系統(tǒng)集成, 這些安防子系統(tǒng)才能夠有機統(tǒng)一起來, 也才能發(fā)揮子系統(tǒng)間的聯(lián)動效應(yīng), 從而實現(xiàn)對這一區(qū)域的全方位的安全防范; ③沒有安防監(jiān)控系統(tǒng)集成, 更大區(qū)域的聯(lián)網(wǎng)就無法實現(xiàn). 2012年2月公安部下發(fā)了《全國公安機關(guān)視頻圖像信息整合與共享工作任務(wù)書》, 明確規(guī)定: “到2015年6月, 要實現(xiàn)全國各地市級和東部地區(qū)100%、中部地區(qū)90%、西部地區(qū)80%以上的縣級公安機關(guān)建成視頻圖像信息共享平臺; 在部、省級平臺互聯(lián)互通及在授權(quán)范圍內(nèi)互控的基礎(chǔ)上, 開展多級平臺間的聯(lián)網(wǎng)調(diào)試工作, 東部、中部、西部地區(qū)省級共享平臺與轄區(qū)內(nèi)各級平臺的聯(lián)網(wǎng)率分別達到100%、90%、80%以上; 全面完成視頻圖像信息共享平臺與警用地理信息系統(tǒng)等公安業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)或平臺的融合應(yīng)用”. 若完成該項任務(wù), 系統(tǒng)集成必將發(fā)揮重要作用. 全國大聯(lián)網(wǎng), 所涉及的同級系統(tǒng)的兼容與聯(lián)動、下級系統(tǒng)的融入、上下級系統(tǒng)的權(quán)限配置, 無不屬于系統(tǒng)集成的范疇. 可以說如果沒有系統(tǒng)集成, 更大區(qū)域(如區(qū)、市級)的聯(lián)網(wǎng)就無法做到, 更不要說實現(xiàn)全國大聯(lián)網(wǎng)了.

安防監(jiān)控系統(tǒng)集成對安防產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要作用, 也體現(xiàn)在行業(yè)占比上. 眾所周知, 安防產(chǎn)業(yè)主要由產(chǎn)品、系統(tǒng)集成和運營服務(wù)三大部分組成, 其中產(chǎn)品又主要分為視頻監(jiān)控、防盜報警、門禁和對講等四大類. 市場占比方面, 近幾年沒有發(fā)生太大變化, 安防系統(tǒng)集成(含工程安裝)占比在46%左右, 產(chǎn)品占比44%, 運營服務(wù)占比10%. 可以看出, 在國內(nèi)安防產(chǎn)業(yè)中, 發(fā)展?jié)摿褪袌鲆?guī)模居于首位的均是系統(tǒng)集成業(yè)務(wù).

反映在企業(yè)層面, 系統(tǒng)集成的重要性更為凸顯. 據(jù)相關(guān)機構(gòu)的統(tǒng)計, 2010年中國安防從業(yè)企業(yè)約25 000家左右, 其中, 集成工程企業(yè)約14 130家, 包括具有全國集成工程資質(zhì)的企業(yè)1 579家和具有地方集成工程資質(zhì)的企業(yè)12 551家. 占安防企業(yè)的56.5%. 安防集成工程商雖然數(shù)量眾多, 但是在全國范圍內(nèi)具有競爭實力的企業(yè)很少, 規(guī)模較大的企業(yè)也只是在區(qū)域市場上或特定行業(yè)安防領(lǐng)域具有一定的競爭優(yōu)勢.

4 結(jié)束語

高清、智能、集成是安防監(jiān)控系統(tǒng)的長期發(fā)展趨勢. 高清能提供更清晰的圖像和更多的細節(jié); 智能使安防監(jiān)控系統(tǒng)具有人腦的思維與判斷能力, 能大大降低操作人員的工作強度, 減少警情的漏判, 提高系統(tǒng)的可用性, 能真正做到實時監(jiān)控; 集成能使各安防監(jiān)控子系統(tǒng)進行統(tǒng)一規(guī)劃、集成設(shè)計、統(tǒng)一施工, 使各子系統(tǒng)之間形成聯(lián)動, 從而實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的立體、全方位的安全防范.

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Summary of safety surveillance system

ZHOU YueFeng1, GUO JieRong2

(1. Huanan Opto-Electro-Sci-Tech Co.Ltd, Changde 415000, China; 2. School of Physics and Electronics, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)

The security monitoring system of China is developed about 20 years later relatively western countries, but the development is very rapid, and a complete industry chain is formed, industry supervision administration also gradually has been formed and specified. The security market has become a relatively mature industry. At present, multiple technology security industry coexistence: simulation solutions, digital solutions and network solutions. Not only have SD system solutions, also have the HD system solutions, not only have common security system, also have intelligent security system solutions. However, HD, intelligent and integration are the development trend of the security monitoring system technology for a long time.

security system; monitoring system; development trend

TP 277

1672-6146(2014)02-0081-05

10.3969/j.issn.1672-6146.2014.02.018

通訊作者email: jierong_guo@126.com.

email: 13807427697@139.com.

2014-05-08

湖南省產(chǎn)學(xué)研科技攻關(guān)重大專項; 中國博士后科學(xué)基金資助項目(2013M541819)

(責(zé)任校對:譚長貴)