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对远程监控系统结构分析

院士
2006-09-17 18:14:16     打赏
对远程监控系统结构分析



关键词: 远程     监控系统     结构     分析    

院士
2006-12-22 22:43:00     打赏
2楼
问  本人写了一篇小论文,请各位多多指教,请多多提建议。
                 远程监控系统构架分析
   远程监控系统已成为人们日常生活中不可分割的一部分,无论是在银行、商场还是在生活小区,均可看到监控设备的身影。它以直观、方便、信息内容丰富而广泛应用。近几年,计算机技术和网络技术的快速发展,带动了远程监控系统技术上的不断革新,已由原来模拟闭路监控系统逐步发展成为新一代的数字视频监控系统。
   数字视频监控系统是以数字视频处理技术为核心,综合光电传感器、计算机网络、自动控制和人工智能等技术的一种新型监控系统,是远程监控系统发展的第二阶段。自90年代末,随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展,采用计算机的高速数据处理能力和显示器的高分辨率,实现了新一代数字视频图像压缩技术和处理,从而大大提高了图像质量。图像质量的提高推动了数字监控系统的进一步发展。目前,在实际应用中有两种数字视频监控系统: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。
1.以数字录像设备为核心的数字视频监控系统
基本系统组成:计算机、视频采集卡、监控摄像机、微软操作系统、监控应用软件。
   此系统工作原理:前端设备模拟摄像机将捕捉到的图像信号经过视频电缆线或者光纤电缆传输到视频采集卡。计算机可安装单个视频采集卡或多个视频采集卡,视频采集卡将接受到的模拟视频信号转换为数字视频信号后,送入计算机内部,由计算机作为监控系统中图像的存储、控制、传输的核心。为了便于图像网络传输,各个系统开发商自行开发了监控应用软件,将所获取图像进行压缩,然后通过以太网进行传输。

   系统中视频采集卡可采用单卡或多卡方式连接监控摄像机。单卡方式连接结点少,多卡可方便连接多个节点,但多卡方式占用计算机硬件资源过多,而且容易引起计算机系统可靠性下降。根据实际应用的需要可选用单卡多路方式来解决上述问题。

  计算机对云台的控制可通过RS232网或者RS485网传送给云台解码器,解码器根据开发商制定的通讯协议来执行相应的动作。上述的两种组网形式是现在监控领域中最常见的,就其网络性能来讲,RS485网抗干扰性、长线传输性及传输速率均要优于RS232网。但是如果构建小型办公室数字视频监控系统中, 计算机与云台解码器距离在15 米的以内条件下,采用RS232网传输控制信号,可降低系统成本。

   以数字录像设备为核心的数字视频监控系统与模拟视频监控系统相比在系统结构上,有了很大的改进:
(1) 以计算机作为控制核心,综合图像分割、图像压缩、图像传输等多媒体技术,简化了系统结构。
(2) 计算机网络技术的应用,使视频数据传输不在受距离限制。
(3) 采用大容量磁盘阵列作为存储介质,优化了监控数据结构管理方式。
  但以数字录像设备为核心的数字视频监控系统的局限性,在实际应用中也是显而易见的。
(1)    计算机作为控制核心,带来系统成本上涨。同时,硬件资源也限制了监控结点的数量,不便于系统进一步的扩展。
(2)    微软操作系统与系统开发商开发应用软件之间的兼容性和操作系统本身的不稳定,影响了整个系统的稳定性下降,造成系统故障率提高,维护成本增加。
(3)    监控应用软件开发成本高,灵活性差。
2.以嵌入式视频Web服务器为核心的视频监控系统。
基本系统组成:计算机、网络摄像机、嵌入式操作系统、监控软件
   在嵌入式的视频监控系统中,前端设备网络摄像机采用嵌入式实时操作系统内置一个嵌入式Web服务器。网络摄像机可独立完成将采集图像的模拟信号转变为数字信号,内部的DSP芯片进行压缩处理变成符合网络带宽要求的视频流,再通过内部总线送至内置的WEB服务器。网络上用户可通过浏览器访问WEB服务器直接观看摄像机实时监控图像,被授权的用户还可以控制摄像机、云台、镜头的动作并可以对系统配置进行修改。
与以数字录像设备为核心的数字视频监控系统相比较,以嵌入式视频Web服务器为核心  的视频监控系统不在是以计算机控制为核心的结构,而将图像处理传输的功能转嫁到了小型的摄像机设备中,这样就省去了计算机和复杂繁琐的布线成本,同时也克服了远程视频监控系统中结点数的限制,使构建全球互联网的监控系统成为现实。
但对于这种以嵌入式视频Web服务器为核心的视频监控系统本身的缺陷性是不容忽视的。
(1)    前端网络摄像机的高成本,现在以成为其广泛推广的制约。
(2)    基于IP访问视频Web服务器的方式,对于系统网络安全造成着较大的威胁。
(3)    网络带宽传输率限制传输图像象素质量和图像的实时性。
    嵌入式操作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实时系统。要保证监控图像传输的实时性和连续性,一方面需要解决网络带宽限制的问题,另一方面则要求图像压缩技术的进一步改进。现在网络上传输的流媒体数据流具有连续性(Continuous)、实时性(Real-time)、时序性(Continuation)三个特点。为了在网络上传输视频流,流媒体技术需要解决从音频和视频源的编码与解码到网络端的媒体服务、媒体流传输、用户端的授权监视、控制、存贮等一系列问题。音频和视频流编码压缩的性能必然影响到数据流的连续性和实时性。
   目前,在网络摄像机中主要采用MPEG -4和M-JPG两种压缩方式。两者在同等网络带宽条件下,具有各自明显的优势。
(1)    MPEG (Motion PICture Experts Group)组织早在1993年即开始制定MPEG-4, 1999年2月正式公布了为国际标准的MPEG-4(ISO/IEC14496)第一版本,2000年年初正式成为国际标准,直到2002年10月正式发布。MPEG-4标准是超低码率运动图像和语言的压缩标准,主要用于传输速率低于64Mbps的实时图像传输。它采用开放的编码系统,而不是具体压缩算法,可方便的扩展编码算法。并且在提供高压缩比的同时,减小数据的损失,达到了以最小的数据获得最佳的图像质量的目的。与MPEG-1和MPEG-2相比较MPEG-4在交互性和实时性作了进一步优化,可帮助用户在限定权限下,与主控单元之间进行交互工作,其并为多媒体数据压缩提供了—个广阔的平台
(2)    M-JPEG动态图像压缩方式。与MPEG-4不同,在窄带宽的条件下,M-JPEG侧重于清晰度,而MPEG-4更侧重于实时性。新一代的网络摄像机支持这两种压缩方式,从不同的角度来满足用户需求,远程视频监控系统可根据用户网络传输率和图像质量不同来选择图像压缩方式,而不应仅仅考虑压缩率指标来简单比较或评判这两种压缩编码的优劣性。
总体来说,以嵌入式视频Web服务器为核心的视频监控系统在系统结构上已经突破以往系统监控结点数的限制、硬件结构难扩展的限制以及软件兼容性的限制。用户可根据设备开发商提供的SDK包自行设计适于自己系统监控软件,摆脱了监控软件开发的高成本和灵活性差的问题。目前,由于网络摄像机内部主芯片的价格较高,造成网络摄像机成本过高而不易广泛推广,这只是网络摄像机发展过程中的暂时现象,随着新一代数字芯片FGPA的发展,将打破单一芯片DSP局限性,高效率运算DSP搭配高速并行运算的灵活性好的FPGA,必将带给网络摄像机新的发展前景。

1: 楼主应该到下面去学习一下http://bbs.secu.hc360.com/bbs/shouye/secu.html 2: 对远程监控系统结构分析谢谢2楼的帮助,初学写文章,难

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