网络监控与现代家居安防1 图像监控系统的发展过程图像处理技术以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用于许多场合在电子技术、通信技术和计算机技术发展的过程中 ,图像处理的技术水平 ,直接反映了不同阶段的技术水平 ,人们往往把当时最先进的技术应用于该领域而图像处理技术是图像监控系统的关键技术之一 ,可以这么说 ,监控系统的技术水平是和当时的图像处理水平相适应的因此根据图像处理技术发展的不同阶段 ,监控系统大致可分为三个阶段1 .1 模拟图像监视阶段这里使用“监视”一词而不用“监控” ,是因为当时的系统没有什么控制能力几乎就是黑白摄像机、电视机出现的那天起 ,原始的黑白图像监视系统就已诞生它被广泛应用于小区保安、生产管理等场合 ,尽管它功能单一 ,图像质量低 ,但人们还是热心地接受了其直观方便的特性 ,并投入了不少心血,使之不断提高完善 ,成为安全防范领域重要的技术设备当时的监视系统采用模拟方式传输 ,最简单是将图像信号直接送入视频电缆进行传输 ,每一监视点的视频信号都通过一条电缆线连接到中心控制室的多路切换器上 ,手动切换方式选择监视点图像 ,使之显示在监视器上 ,而且一次只能看到一点的图像。
后来 ,人们为了适应在一个地点需要传送多台摄像机的图像信号、减少电缆路数的要求 ,采用了模拟射频调制的方法该方法是将各路视频信号调制在不同的射频载波上 ,通过多路合成器送入一条电缆当中,传送到控制中心在控制中心 ,将射频电缆送来的多路调制信号 ,新的多路分解器分离出来 ,再分别进行解调 ,还原出各路视频由于采用了调制方式 ,使图像信号的抗干扰能力得以加强 ,图像质量明显提高在控制方面 ,起初大多采用模拟电路与中、小规模数字集成电路制成的控制器 ,只能通过手动方式对镜头进行各种控制 ,这种方式不仅功能简单、可靠性差 ,而且易受干扰 ,系统寿命短当时一套图像监视系统的寿命在 2～ 3年之间1 .2 总线控制图像监控阶段随着现场总线及ＰＣ技术的发展 ,给图像监控带来了一次技术革命人们慢慢地从过去模拟处理方式转向数字处理方式 ,开始使用ＰＣ处理图像信号利用计算机的数据处理能力与显示器的高清晰度 ,将视频信号通过视频采集卡采集到计算机中 ,显示在显示器上 ,大大提高了图像的画质控制与切换采用现场总线控制方式 ,与计算机串口相连 ,完成控制工作尽管它有良好地人机界面 ,和较好地稳定性 ,但它不能称为真正的数字图像监控系统。
其根本原因在于视频、音频仍采用模拟方式传输，视频、音频与控制总线分开控制总线可与小区安防系统共用现场总线虽然不能传输音视频信号，但它有实时可靠的优点,在目前大多数用户并未有宽带接入的情况下，现场总线仍占据做大部分小区安防及工控等领域的市场目前普遍采用的现场总线有RS485总线、CAN总线、FF总线、PROFIBUS、LONWORKS总线等现场总线（Field Bus）是当今自动化领域技术发展的热点之一，是一种高性能串行数据局域通信网络由于其具有多主机方式、传输距离远（最远可达10km）、传输速度快（最快可达1Mbps）、抗干扰能力强、应用灵活等诸多优点，所以被誉为自动化领域的计算机局域网目前，除了应用于汽车电子领域中，现场总线现还被广泛应用于工业现场控制、电力通讯、小区安防、环境监控、航天航海等众多领域中尽管现场总线已取得了一些成就，但目前尚无统一的国际标准，由于它们有各自的优点和各自的适应领域，加上商业技术的原因，还不可能立即把它们统一起来在显示终端方面，由于需处理的视频数据量很大,计算机的运行速度不能满足其需求，这样就限制了利用一台ＰＣ同时处理多路视频的能力,很难组建大型监控系统1 .3 多媒体网络图像监控阶段现今在监控应用中 ,数字化趋势越来越明显，从前端的摄像采集部分、中端控制处理、传输到网络管理，各个部分都出现了数字化的产品。
前端：摄像机，目前出现了网络摄像机、数字摄像机、视频服务器等产品均为数字化产品，能作为一个独立的WORKSTATION在网络中工作WEB-CAM、视频服务器事实上不能完全定位于前端产品，因为它们都包含了部分中端产品的功能)中端：录像机，目前的各种类型的DVR设备，包括PC－BASED DVR和EMBEDDED DVR等产品，均以软件代替了画面分割、矩阵切换、视频压缩、录像检索等功能，最重要的一点是它存储、传输的数字化后端：后台综合管理软件目前已有DVR及WEB－CAM的相关管理软件产品并且出现了集成了多个系统（报警、监控、出入口控制系统）的网管型产品其中，DVR产品是一直是最近强势发展一个产品它具备了某系统管理功能但是，这些数字化代表的仅仅是某个部分或环节的数字化，它们未能考虑将整个监控系统完全数字化因此，监控的数字化还是各自为阵，这必然为网络监控的发展带来障碍2 数字图像监控系统组成监控系统的框图如右图 所示现在的大部分数字图像监控系统能够通过网络完成对本地或远地的受控站点的数字图像监控用户可以采用数字专线或者采用调制解调器将受控站点连接到Internet上将远端图像编码压缩后 ,利用较低的带宽通过Internet送到主控中心 ,主控中心解码后显示远端图像并对现场进行监控。
数字图像监控系统代表性产品主要有网络摄像机、视频服务器与DVR:(1) 网络摄像机: 网络摄像机是一种传统摄像机与网络视频技术相结合的新一代产品，除了具备一般传统摄像机所有的图像捕捉功能外，机内还内置了数字化压缩控制器和基于Web的操作系统，使得视频数据经压缩加密后，经局域网、Internet或无线网络送至终端用户而远端用户可在自己的PC上使用标准的网络浏览器（如IE或Netscape），根据网络摄像机自带的独立IP地址，对网络摄像机进行访问，实时监控目标现场的情况，并可对图像资料实现编辑和存储，另外还可以通过网络来控制摄像机的云台和镜头，进行全方位地监控从外部结构来看，目前市面上的网络摄像机有一种为内嵌镜头的一体化机种，这种网络摄像机的镜头是固定的，不可换；另外一种则可以根据需要更换标准的C/CS型镜头，只是C型镜头必须与一个CS-C转换器搭配安装但从内部构成上说，无论是哪种机型，网络摄像机的基本结构大多都是由镜头、滤光器、影像传感器（CMOS或CCD）、图像数字处理器、压缩芯片和一个具有网络连接功能的服务器所组成网络摄像机作为摄像机家族中的新成员，也有着与普通摄像机相同的操作性能，例如，具有自动白平衡、电子快门、自动光圈、自动增益控制、自动背光补偿等功能。
另一方面，由于网络摄像机带有的网络功能，因此又可以支持多个用户在同一时间内连接，有的网络摄像机还具有双通道功能，即可同时实现模拟输出和网络数字输出杰士美现有产品2386C、2387C（带无线网卡），基于华邦ARM7处理器的Linux操作系统，内嵌Web-sever，支持TCP-IP协议采用M-jpeg压缩方式，图像压缩比低，但成本低廉2) 视频服务器: 从某种角度上说，视频服务器可以看作是不带镜头的网络摄像机，或是不带硬盘的DVR，它的结构也大体上与网络摄像机相似，是由一个或多个模拟视频输入口、图像数字处理器、压缩芯片和一个具有网络连接功能的服务器所构成视频服务器将输入的模拟视频信号数字化处理后，以数字信号的模式传送至网络上，从而实现远程实时监控的目的由于视频服务器将模拟摄像机成功地“转化”为网络摄像机，因此它也是网络监控系统与当前CCTV模拟系统进行整合的最佳途径视频服务器除了可以达到与网络摄像机相同的功能外，在设备的配置上更显灵活，网络摄像机通常受到本身镜头与机身功能的限制，而视频服务器除了可以和普通的传统摄像机连接之外，还可以和一些特殊功能的摄像机连接，例如低照度摄像机、高灵敏度的红外摄像机等。
目前市场上的视频服务器多以1路和4路视频输入为主，且具有在网络上远程控制云台和镜头的功能，另外，产品还可支持音频实时传输和语音对讲功能，有的视频服务器还有动态侦测和引发事件后报警的功能3) DVR: 这里所说的DVR指的是在传统DVR的基础上扩展了网络功能的DVR产品，这样使得更多的用户可以进行访问，正是由于这种产品开发的理念，令到带网络功能的DVR产品还是传统意义上的DVR，其主要功能仍然是——存储，这也就决定了它的市场定位是在小范围的网络环境中（如LAN网），监控点也有限（一般小于24路） 而网络摄像机和视频服务器的主要功能侧重于网络传输，这里所说的网络是一个大的概念，产品的设计定位在可适应不同的网络环境（如LAN、WAN、Internet或无线网络等），且不限制监控点的数量、不限制用户访问的数量等从产品的应用来看，网络摄像机和视频服务器的着眼点在于远端监控，如道路交通、无人值守的变电站、油田生产管理、电信机房监控等领域，这些应用领域的监控点分散、距离较远、布线困难，如果要建立一个全新的系统，则可以直接选用网络摄像机，如果系统已有传统的监视前端，则可以采用视频服务器作为有效补充；如果监控的范围是在小区域内，无需远端监控，则采用DVR会更为实际。
杰士美现有产品2037C、2037A（带移动硬盘支架）及2036（带无线接收模组）带网络功能，并未带网络功能，采用M-jpeg压缩方式，图像压缩比低，但成本低廉部分网络产品的制造商认为，DVR只是一个过渡性产品，假使未来时间内网络环境更加成熟、网络型产品的价格调整下来，在后端电脑上随意安装一套软件就可实现远程监控，这样将代替目前的DVR产品但也有一些安防业界人士表示，这三种产品的应用范围各不相同，各自都有自己的生存空间，特别是在安防行业中，资料的安全是首要目标，因此DVR的存储功能仍然相当重要信息化时代的来临，人们对网络应用提出了更高的要求，网络摄像机和视频服务器可以在世界的任何一个角落透过Internet进行远端监控，免去了复杂的网络配置和布线工作，大大减少了工程成本，在远距离集中监控的环境中起到了不容忽视的作用虽然网络摄像机和视频服务器作为网络时代的代表性产品，也还处在不断的发展和改进的过程中，但它的网络优势越来越受到业界人士的重视，相信随着网络资源的不断完善，产品也将进一步地发挥出它的潜力3 数字图像监控系统的特点和传统的模拟图像监控系统相比 ,数字图像监控系统出现许多新特点主要表现在以下几方面 :(1)利用计算机和现代通信网络。
采用网络包括ＰＳＴＮ、ＤＤＮ、ＩＳＤＮ、ＬＡＮ/ＷＡＮ等，使图像、声音等多媒体信息和数据、图形、文字融入监控系统2)采用先进的图像语音压缩技术便于传输和存贮压缩方法附合国际标准 ,便于系统间互操作3)独特而形象化的电子地图化现场监控管理,使监控者更加有身临其境的感觉(4)人工智能图像报警,可以用电子地图或其它多种方式对任何设施进行设防5)在现代监控系统和传统的模拟录像、报警系统之间能实现无缝连接6)由于采用数字化技术,使多媒体信息 ,如音视频信息 ,可以随时随机地通过硬盘记录和回收,同时记录与布防和报警及其它事件相关的信息7)利用现有多种通信网络,使监控系统安装方便,投资少,监控的范围加大8)监控软件界面友好,人机交互方便 ,操作简单9)监控系统的智能化程度增强,在现实应用中更加方便实用,能控制其他设备,能自动检测各种特定的、与设备运行有关的事件 ,如报警事件等10)监控系统投资建设少,组网和扩充灵活从上述的新特点可看出 ,现在的数字图像监控系统不仅已从原来的模拟化监控转为数字化监控,并充分利用了现有计算机网络和先进的监控设备 ,以达到简单方便而实用的效果众所周知,一幅普通的图像如果不经过压缩编码等处理 ,会在传输中占有极宽的信道,而且在存储时也要占用很大的存储空间,从而使数字录像等类似的功能受到了很大的限制。
当采用数字化的技术后,可以把一幅图像压缩编码成很少的数据量,这样可以使视频或者相应的音频传输在现今拥有的信道上变得切实可行起来数字化的图像监控系统比模拟化的监控系统要拥有更多更好的效果,其一是可以用数字录像,便于分析、存储和处理;其二是数据可以进行保密;再则可以结合网络技术,能够使管理和控制更加方便4 数字图像监控系统的关键技术数字图像监控系统是电子技术、计算机技术、通信技术和自动化技术快速发展并相互结合的高新技术产品稳定可靠的数字图像监控系统需解决音视频编解码、网络传输、远端设备控制等技术问题 ,同时还要考虑系统软件的稳定性,易用性,实时性4.1 音视频编解码对音视频编解码即对现实世界中的模拟音视频采样、编码、压缩、解压缩因为未经压缩的图形、视频和音频数据需要非常客观的存储容量 ,即便使用光盘存储技术 ,未压缩过的视频也常常是不实用的对于现代数字图像监控系统来说 ,实时传输视频数据是基本功能之一而未压缩过的视频数据即便是点对点通信的情况下 ,也需要很高的带宽例如 ,ＰＡＬ制式的采集视频 ,25帧/秒,352×288像素/帧 ,彩色图像每像素 2 4ｂｉｔ,则数据流为352×288×25×24=61344Ｋ, 显然这样的数据流对大多数传输线路来说是无法承受的 ,而且也无法存储。
因此现在的数字监控系统均对音视频数据进行压缩随着多媒体技术的快速发展 ,已有许多有效的压缩技术应用于数字监控系统 ,如H.264、M-JPEG、MPEG1、MPEG4、小波变换等序号MJPEGMPEG1MPEG41帧1分钟1小时1帧1分钟1小时1帧1分钟1小时静止 6K9M540M2.4K3.6M216M0.68K1.02M61.2M一般活动 7.2K10.8M648M2.4K3.6M216M1.07K1.6M96M剧烈活动 11K16.5M990M2.4K3.6M216M1.68K2.52M151.2M网络类型 MPEG1H.263MPEG4PSTN普通线无法传输5~9帧/秒图像质量较差 5~15帧/秒图像质量好LAN局域网25帧/秒需500Kbits带宽25帧/秒需256Kbits带宽25帧/秒需256Kbits带宽4.2 网络传输远程图像监控也是现代数字图像监控系统的重要功能传统图像监控系统只能局限于一点 ,如一座大楼 ,一个小区而随着多媒体通信技术和网络技术的发展 ,多媒体远程图像监控系统开始出现 ,它是现代数字图像监控系统领域中最为活跃的分支 ,在不久的将来 ,所有的数字图像监控系统都是多媒体远程图像监控系统。
因为该系统能把远处的多媒体信息通过网络实时传送到本地的不同监控点 ,可使多个不同的部门能同时查看远处的情况也能使一个部门同时查看远处多个不同地点多媒体信息在数字图像监控系统中 ,由于数据流量大 ,实时性要求高 ,网络的稳定性十分重要4.3 远端设备控制数字图像监控系统需要对远端设备 ,如摄像机、云台、报警检测装置等 ,进行控制系统的主要控制功能包括 :对前端装置执行云台上下俯仰、左右旋转运动;对镜头光圈、聚焦和变倍进行调节控制;对云台运动和镜头设置进行按预置为快速定位;执行摄像机定日期或定时间巡回扫描等控制操作4.4 软件设计随着计算机图形技术的不断发展 ,Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统已在ＰＣ的操作系统领域占据主导地位因此现在的软件必须具备图形化的操作界面在数字图像监控系统软件设计中 ,良好的用户界面能使用户操作更方便 ,增强产品在市场上的竞争力由于现在的处理器速度已足够用于实现图像的解压缩工作 ,大多数图像监控系统用软件对图像进行解码显示 ,因此良好的图像解码算法非常重要 ,它能缩小图像的延迟速度同时现在的数字图像监控系统都在一台计算机上实现多路监控地点图像的显示 ,尽管用现在操作系统的多线程技术比较容易实现 ,但多线程之间的通信和线程的开启和停止 ,系统资源的管理 ,都是需要十分重视的问题。
软件的实现应采用最新的模块化技术 ,便于系统升级、扩展和维护 ,这也是衡量图像监控系统软件的一个重要指标5 网络监控系统在现代家居安防中的应用 随着人们生活水平的不断提高，特别是物质生活水平的提高，人们越来越重视自己的个人安全和财产安全；同时，经济的飞速发展伴随着城市流动人口的急剧增加，给城市的社会治安增加了新的难题，要保障小区的安全，防止偷抢事件的发生，就必须有自己的安全防范系统，人防的保安方式难以适应我们的要求，智能化小区建设已成为当前的发展趋势；随着科学技术的不断进步，尖端科学技术的应用也越来越普遍，国内外的先进技术，先进经验在各行各业中得到了广泛的应用，安全防范工作也不例外5.1 家庭安全防范报警系统概述家庭住宅报警系统由家庭报警主机和各种前端探测器组成前端探测器可分为门磁、窗磁、煤气探测器、烟感探测器、红外探头、紧急按钮等当有人非法入侵时将会触发相应的探测器，家庭报警主机会立即将报警信号传送至小区管理中心或用户指定的上，以便保安人员迅速处警；同时小区管理中心的报警主机将会纪录下这些信息，已备查阅家庭安全防范报警系统不仅具有家庭安全防范系统功能，而且还具有家庭总线型控制网络的多种家用电器远程控制功能。
家庭安全防范系统主要功能如下所述：(1)报警主机功能： 家庭安全防范系统带有几个有线报警防区每个防区之间相互独立又具有不同的报警信息，通过设置可以给每个防区设置不同的报警级别，同时由于各个防区之间能够任意组合，还可设定组合防区以滤除误报警当报警发生时，系统会将报警信息通过网络传至小区管理中心，同时自动拨号到用户预先设定的固定或移动上(系统可设置六个号码或寻呼机号码)，系统将向用户提供一个中文语音报警信息，将报警的位置与类型通知给用户，如果多个报警探测器同时被触发时，系统将动态地报告发生报警的位置与类型该系统还具有现场监听功能，业主接收到报警信号并按密码确认后，可通过监听家里情况同时系统还可以联动警灯、警报器和照明灯光以恐吓盗贼，同时起到警示作用 (2)设防和撤防功能： 提供以下几种工作模式：用户可以通过对家庭报警进行布/撤防、离家设防模式、在家设防以及辙防模式 (3)离家设防模式： 该模式适用于用户家中无人的情况。
当业主离开家时，按动离家设防键，让所有的防区进入工作状态，同时系统对各个防区进行自检（是否已被触发），并通过语音方式提醒用户已被触发的防区，以备正确布防系统提供一段布防延迟时间（该布防延时时间可调）供业主正常离开家门 (4)系统撤防： 当业主回到家后，系统留有一段延迟时间(该延迟时间可调)，让业主进入家门以后在系统报警之前撤防 (5)在家设防/撤防模式： 在家设防模式是指业主在家时能够将部分防区设置为工作状态，让系统布防例如：屋主就寝后，可使室内的门窗位移探测器（门窗磁控开关）和客厅的红外探测器、煤气感应器等处于布防状态 撤防模式是指系统在未作任何布防时让部分防区（如煤气泄漏感应器）始终处于工作状态，也就是平时所说的24小时防区 (6)胁迫报警撤防功能： 该功能是指在系统报警时，用户在遭歹徒挟持下能够执行的一种假撤防方法，给歹徒造成报警已解除的假像但系统仍然能将报警信息发送出去 (7)紧急求助报警功能： 家庭安全防范系统针对在家独处的病人或老人，设计了一种紧急报警按钮，当遇到紧急情况时，按动该报警按钮便可触发家庭安全防范系统，系统将拨通预先设定的号码以语音方式通知家人或指定受话人、通过通知小区监控中心。
同时中心软件的操作界面上提供入侵的具体情况 (8)线抢线功能： 当家庭安全防范系统报警时，该系统能够自行中断正在进行的所有通话，以确保系统将报警信号实时发送出去 (9)系统电源失电自动切换功能： 家庭安全防范系统自检时发现交流电源失电后，系统会自动切换到后备电源上供电，当交流电源恢复供电后，后备电源将自动转至充电模式；系统还预制了电池低电压预告警和避雷保护的装置 (10)小区管理中心： 通过小区联网，可实现对整个小区内所有安装家庭安全防范系统的用户进行集中的保安接警管理每个家庭的安全防范系统通过总线都可将报警信号传送至管理中心计算机，并通过报警蜂鸣器提醒保安人员，保安管理人员由此可确认报警的位置和类型，同时计算机还显示与住户相关的一些信息，以供保安人员及时和正确的进行接警处理，报警事件可以通过打印机及时打印出来还可以在管理中心内设置LED电子显示地图，较为直观的显示报警的地理位置 同时，系统还为用户提供了对家中的电器设备多种控制方式,无论主人身居何处,都能够及时了解家中电器的使用状况以及对它们进行控制。
例如主人出差在外能够通过或网络把家中的空调、窗帘打开使室内空气保持清新；或主人在家中会客时，能够利用遥控器对室内的灯光进行调节或开关主要功能如下： 1）场景控制：在很多情况下，我们希望能够通过灯光来营造家庭气氛，使生活更加丰富多彩，然而好的灯光效果往往需要多个灯具共同作用才能实现家庭智能控制系统的场景控制功能可以将常用的各种场景模式保存起来，并把控制指令定义给任意一个开关模块的任意一个按键上，需要时只要按一下对应的按键，室内所有的灯具就会按照预先的定义产生动作，营造出主人希望的灯光效果和气氛比如，当主人离开厨房前按下厨房灯光控制模块上的某一按键时，系统会将厨房、书房、客厅的灯光调暗、打开餐厅的灯光关掉各个卧室的灯光，从而营造出就餐气氛与此相类似，我们还可以定义会客场景、休闲场景、庆祝节日等的灯光照明模式； 2）报警联动控制：当室内发生报警时，系统可以在向外发出报警信息的同时，打开室内的照明灯光、启动警号等； 3）设/撤防联动控制：当主人外出前启动安全防范系统的同时，系统可以联动切断某些家用电器的电源，比如：关掉所有的灯光，切断电熨斗、电水壶、电视机等家用电器的插座电源等； 4）定时控制：家庭智能控制系统提供一个定时控制器，通过对定时控制器的设置，可以实现对系统中的各个模块的定时控制。
比如，根据定义，家庭饮水机可以早餐前10分钟开启，并在早餐结束或上班前关掉饮水机，以此来延长饮水机的使用寿命，节能节源5.2 网络监控系统在家庭安全防范报警系统中的应用哪里有视频需要哪里就会有视频网络监控系统与家庭安全防范报警系统基于IP技术的数据网无缝地连接网络监控系统不再是仅用于观察可视图像的系统，而是具有探测和特征识别功能的综合系统它将解决安防系统中许多长期未能解决的难题，使许多模糊不清的概念得以明确，如，误报警，智能化，它将集探测、特征识别和图像监控于一体，成为全新概念的安防技术系统的核心技术。