网络数字视频监控系统的广域网应用

现今视频监控系统已经步入了全数字时代，数字化监控系统是将计算机网络技术、多媒体技术与监控技术有机地结合起来的一种全新的监控系统。        1、概述        1.1现今视频监控系统已经步入了全数字时代        现今视频监控系统已经步入了全数字时代，数字化监控系统是将计算机网络技术、多媒体技术与监控技术有机地结合起来的一种全新的监控系统。它能将监控系统和计算机网络系统连接起来，使两个相互独立的系统开始走向融合，实现真正的三网合一(数据、语音和图像)，在理念和方式上取得了重大突破。        这将彻底打破“闭路电视系统”模拟方式的结构，从根本上改变了视频监控系统从信息采集。传输处理、系统控制的方式和结构形式，也标志着监控正在走向现代“四化”阶段即：
       *前端一体化
       监控系统前端一体化意味着多种技术的整合、嵌入式构架、适用和适应性更强以及不同探测设备的整合输出。为系统集成化奠定了基础。
       *传输一网络化
       视频监控系统的网络化意味着系统的结构将由集总式向集散式系统发展，集散式系统采用多层分级的结构形式，将使整个网络系统硬件和软件资源以及任务和负载得以共享，这也是系统集成与整合的重要基础。
       *处理一数字化
       信息处理数字化意味着信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统，以实现抢先任务调度算法的快速响应，硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份，容错可靠等功能。
       *系统一集成化
       系统集成化正是由于构建系统的各子系统均实现了网络化和数字化，特别是使视频监控系统与弱电系统中其它各子系 统间实现无缝连接，从而实现了在统一的操作平台上进行管理和控制。        当今的数字视频监控系统的发展已包括了IP网络像机与网络相机、、IP视频节点及数字录像机、网络相机与IP门禁控制系统等等,它将视频捕获、传输、显示和记录提升到了新的水平。利用计算机网络技术，将数字化的监控信息传送到网络上，与现有的信息管理系统融为一体，使网络中的每一台多媒体计算机均可实现对监控信息的管理和调用，提高管理水平和管理效率。数字化监控系统的出现已经突破了传统监控的范畴，在其基础上增加了管理的概念，并成为现代化管理的一个有效手段，见图1网络数字视频监控系统具有管理功能组成示意框图。
       1.2数字网络视频监控系统的优越牲        *系统技术先进，功能强大        利用综合布线网络和广域公众网络进行局域网和广域网的图像及声音传输，并进行实时监控。系统所需的前端设备少，连线简洁；后端仅需一套软件系统即可。网络数字摄像机集成了图象声音采集模块、图象声音处理模块、图象声音压缩模块和以太网控制器的功能，将图像及声音转换为基于下CP/P标准的数据包，使摄像机所摄的画面通过以太网接口直接传送到网络上。通过网络即可远端监视画面和接收音频信息。网络数字摄像机采用了最先进的图象声音传感器技术、图象声音处理技术、图象声音压缩技术、数据加密技术和网络传输技术，具有强大的功能。内置的系统软件能实现真正的即插即用，使用户免去了复杂的网络配置；内置的I/O端口和通讯口便于扩充外部周边设备如：全方位云台，三可变镜头和其它自定义控制设备等。        除此以外，还有系统硬件组成简单，即插即用，零工程；系统容量大；视频质量较高; 具有良好的可扩展性。延伸性；*数字化信息便于传输、储存和处理；系统可靠性高与安全保密性好等优异性。        2、适用于视频监视系统的数字解决方案
          由图2所示的网络数字视频监控系统简化示意框图所知,数字监视系统是一种有特殊用途的通信系统，其特别之处是加设了IP网络摄影镜头，然后连接电脑主机，以作监视之用。治安的问题令保安方面的风险不断增加，因此无论是室内还是室外都有逼切的需要装设数字视频监视系统。值此为数字监视系统可选用的提供各种不同的高速放大器、数据转换系统、接口解决方案及电源管理集成电路作出介绍。        2.1可用于网络数字视频监控系的接口芯片特征与应用        *DS92LVl8芯片特征
       DS92LVl8为15至66MHz 18位总线LVDS串行/解串器
              其特点为：
       15至66MHz的18：1/1：18串行/解串器(全双工传输速度高达2.376Gbps);发送器及接收器可以独立操作，而且设有独立的时钟、允许及关机引脚;热插拔保护功能(通电高阻抗)及同步操作功能(接收器可以锁定随机数据);适用于误差达_+50/0的参考时钟频率，以便可以利用本地生成的时钟简化系统设计；线路及本地回送模式；可以利用稳定可靠的BLVDS串行传输方式驱动底板及电缆内的信号，确保信号传输不会受电磁于扰；无需进行外部编码；内置锁相环路，无需加设外置锁相环路；只需一个+3.3V的电源供应；功率极低：采用PRBS-15模式并以66MHz操作时，发送器的电流低至只有90mA/典型值)，而接收器的电流则低至只有100mA(，典型值)；±100mV的接收器输入阈值；遗失锁检测及汇报引脚；工业温度范围：-40℃至+85℃；2.0kV以上的HBM静电释放保护；采用小巧的标准80引脚LqFP封装。DS92LVl8芯片结构框图如图3所示。
          DS92LVl8在多通道网络数字视频监控系发送与接收的接口中应用，见图4(a) 发送与图4(b) 接收合成所示。
  
          *DSl5BA101+DSl5EA101芯片特征
       为可驱动更长电缆的1.5Gbps芯'片组
       其特点为：成本只有光学解决方案 的一半;容易安装及维护;数据传输率高达1.5Gbps; 可以驱动长达300米的铜线电缆;适用于CATx双扭线及同轴电缆;具有高度的灵活性，而且容易使用;有相关的测试报告可供查阅;
       DSl5BA101+DSl5EA101芯片在CATx双扭线电缆应用示意,见图5(a)所示。
  
          *DP83849芯片特征
       设有FX灵活开关的工业用双端口10/00Mb/s以太网物理层收发器，图5(b)为DP83849芯片框图所示。
       其特点为：完全符合IEEE 802．311标准；两个完全独立的10/100端口,即可选用100Base-Tx或100 Base-FX和可选用M11、RMII或SNI接口；灵活的端口开关及链接,即回送和MDI至主机接口;最低的确定性延迟；通电时，可以控制输入及输出；内置自我测试(信息包BIST)功能；适用于工业温度范围；采用ToFP-80封装，大小只有12x 12mm。        2.2 可用于数字视频监视系统的数据转换芯片        *ADC08L060芯片特征        设有内部取样及保持功能的8位叫0至 60MSPS、0.65mW/MSPS模拟/数字转换器。
          其特点为：单端输入；内部取样及保持功能；低电压操作/只需一个+3V的电源供应)；封装小巧；关机功能。图6为ADC08L060芯片结构框图。        *主要技术指标为：分辨度 8位；转换率 60MSPS；微分非线性特性(DNL) ±0．25LSB(典型值)积分非线性特性(1NL) +0.5/-0.2LSB(典型值)；信噪比(10.1 MHz) 48dB(典型值)；有效位数(ENOBl(10.1 MHz) 7.6位(典型值)；总谐波失真(10.1 MHz)-57dB(典型值)；延迟 5个时钟周期；不会遗漏代码; 功耗,操作时 0.65mW/MSPS(典型值)，关机后1.0mW(典型值)。        *ADC08L060应用除见图4(a)外，其相关应用为数字成像系统 、通信系统、机顶盒、X光射线成像系统、便携式测量仪表 、维特比译码器。        2.3适用于模拟/数字视频监视系统的高速放大器        *LMH6720/22芯片特征        宽带视频放大器：单组装、设有停机功能的单组装、四组装。        其特点为：400MHz(Av=+2V/V、Vout=500mVPP)-3dB带宽；250MHz(Av=+2V/V、Vout=2VPP)-3dB带宽；0.1 dB的增益平值度(直至120MHz)；低功率：5.6mA；设有TTL兼容的停机引脚(LMH6720芯片)；若频率为20MHz，第二谐波失真为-58，第三谐波失真为-70；快速的压摆率1800V／ps；低停机电流：500μA(LMH6720芯片)；11 ns的启动时间(LMH6720芯片)7ns的停机时间(LMH6720芯片)；单位增益稳定。        * LMH6720/22应用除见图4(b)外,其相关应用为高清度电视NTSC及PAL视频系统、视频转换及分配系统、宽带有源滤波器、电缆驱动器、高速多路转换器(LMH6720芯片)及可设定增益放大器(LMH6720芯片)。        2.4适用模拟/数字视频监视系统的电源管理芯片        *LM2734芯片特征        LM2734采用纤薄SOT23封装的1A负载降压直流/直流稳压器。        其特点为：采用纤薄的SOT23-6封装；3.0V至20V的输入电压；0.8V至18V的输出电压；1A输出电流；开关频率550kHz(LM2734Ⅵ及1.6MHz(LM2734X；)300m~的NMOS开关；30nA停机电流；误差不超过±2%的0.8V内部参考电压；内部软启动；电流模式的PWM操作；可获WEBENCH~网上设计工具支持；过热停机。图7为LM2734芯片结构框图。
         LM2734芯片LMH6720/22应用除见图4(b)外, 其相关应用为本地负载点稳压、硬盘驱动器的内核供电系统、机顶盒、以电池供电的设备、利用USB供电的设备、DSL调制解调器、笔记本电脑。       3、网络数字视频监控系统的应用        3.1广域网连接连接与说明。
  网络数字视频监控系统的广域网连接见图8所示。        3.11其特点为：        远程地址解析/管理/转发服务器通过一个广域网固定IP地址与广域网连接，并完成以下工作。
       *负责与连接到广域网的各子网的远程多媒体网关进行通讯，并对虚拟地址进行地址解析；
       *负责对进入该广域网系统的用户进行信息登录，并与各局域网中的远程多媒体网关配合，进行授权管理、巡视监看区域限定和其他管理；
       *以P2P和转发混合方式工作，保证广域网的100%连接。广域网系统首先以P2P方式试图建立广域网连接，在连接不通时,自动转入该服务器进行转发。        3.12广域网访问流程说明
          假设局域网1访问局域网N(见图8所示)，局域网1的远程多媒体网关按固定IP访问远程地址解析/管理/转发服务器获取局域网N的信息和IP地址，局域网1可转向局域网N进行访问，局域网N的远程多媒体网关对局域网1的远程多媒体网关信息进行识别，在权限范围内则放行，局域网1可通过局域网N的远程多媒体网关访问并控制局域网N的摄像机否则，拒绝。        3.2广域网的应用        广域网的应用中，主要自以下几种和方式：一点看多点应用，多点看一点应用，多点看多点应用。        *一点看多点应用-保密室远程监控        “一点看多点”的应用主要有：电子考场远程巡视、保密室远程监控、银行柜员远程巡视考核、远程安防监控等等，特点是由一个点(可以是局域网，也可以是直接连接到广域网上的计算机)对广域网上的多点进行巡视监控，对于“一点看多点”的应用，其网络带宽瓶颈为监看端的出口带宽，因此为用户设计方案时，要根据监看端同时监看的摄像机数量所形成得数据流量与下行带宽进行数据流量与网络带宽瓶颈匹配。图 9(a)为一点看多点应用示意图。
          *多点看多点应用-电子考场        “多点看多点”是“一点看多点”、“多点看一点”的特例。在“一点看多点”的应用中，只要在广域网中进行副控授权，即成为“多点看多点”；在“多点看一点”的应用中，只要被观看的广域网对象不是一个，即成为“多点看多点”举电子考场为例，省高招办需要远程监看巡视全省的电子考场，同时省市高招办也要授权给各下属高招办，允许监看巡视所属管辖的电子考场，这就形成了由“一点看多点”派生的“多点看多点”应用。        举远程教育为例，在广域网上有众多不同权限的用户在观看，其中某部分用户既可以观看A校老师上课，同时又可以观看B校老师上课…，这就形成了由“多点看一点”派生的“多点看多点”的应用。图 9(b)为一点看多点应用示意图。
          *多点看一点应用-远程视频会议        “多点看一点”的应用主要有：远程教育、幼儿园(养老院)的远程探视等。其特点是：在广域网中有众多的用户(可以是局域网内的计算机，也可以是直接连接到广域网上的计算机)访问观看一个点(可以是局域网内的摄像机，也可以是直接连接到广域网的摄像机)，在“多点看一点”的应用中，由于无法准确的知道广域网观看的用户数量，因此,需通过远程地址解析/管理/转发服务器进行转发，广域网的带宽瓶颈在转发服务器端，因此需要设计时根据带宽计算广域网用户数量。图 9(c)为一点看多点应用示意图。        4、结束语        网络数字视频监控系统是具有嵌入式图像捕获能力，允许将视频图像或提取的视频信息进行压缩、存储或通过通信网络或数字数据链路进行传输。这些系统可用于任何类型的监控，既可以用于商业用途，也可以用于个人用途.它尤其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。