模拟和数字混合的电视监控系统及其在上海环球金融中心应用实例
文／黄辰赟 田建强
摘要：本文介绍了电视监控系统的组成，分别对模拟视频监控、数字视频监控系统以及模拟和数字混合的电视监控系统进行了介绍，并列举了其在上海环球金融中心项目中的应用。
关键字：电视监控 模拟和数字混合 金融中心
1 概述
电视监控系统在现代建筑中具有独特作用，它能被广泛应用的重要原因是它能实时、形象、真实地反映被监视对象的画面，它已成为人们在现代化管理中进行监视控制的一种极为有效的工具。电视监控系统由摄像机、传输分配、控制、图像的处理与显示四部分组成。
传统的视频监控系统中信息流的形态为模拟的视频信号，传输工具主要是同轴电缆，传输距离短，而且各部分独立运作，相互之间的控制协议很难互通，联动只能在有限的范围内进行。
数字视频监控系统是以计算机通讯技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟视频监控系统部分弊端，更适合企业的远程智能数字监控管理。但是基于PC 机的多媒体视频监控系统不很稳定，而嵌入式视频Web 服务器监控系统对网络带宽要求过高，同时价格也比较贵。
由此我们提出了模拟和数字混合组网的远程视频监控系统。该系统在本地控制部分采用模拟监控方式，在数据备份、远程传输和控制部分采用数字方式。这样既可以充分吸收模拟视频监控系统技术发展成熟，性能稳定等优点，又可以利用数字视频监控系统的数字传输技术的特点，克服模拟视频监控系统不能长距离的缺点，保证图像的质量，实现远程实时管理等优点，而且系统价格大大低于全数字电视监控系统。
2 电视监控系统的比较
2.1 模拟视频监控系统
通常的电视监控系统规模都不大，功能也相
对简单，但其适用范围非常广。一般的系统构成为
在监视现场安置定点或全方位摄像机，通过同轴电
缆将视频信号传输到监控室内的系统主机或矩阵
切换器，再连接录像机及监视器，实现对现场的实
时监控和数据记录，集成式系统主机大都有报警探
测接口，可以方便地将防盗报警系统与电视监控系
统整合于一体。
随着微处理器、微机的功能、性能的增强和
提高，多媒体技术的应用，系统在功能、性能、可
靠性、结构方式等方面都发生了很大的变化，视频
监控系统的构成更加方便灵活、与其它技术系统的
接口趋于规范，人机交互界面更为友好。但由于视
频监控系统中信息流的形态没有变，仍为模拟的视
频信号，系统的网络结构主要是一种单功能、单向、
集总方式的信息采集网络， 而且模拟视频信号的
传输工具主要是同轴电缆，而75欧姆的视频同轴
电缆传输模拟视频信号的距离在300～500米，这
就决定了模拟监控只适合于单个大楼、
小的居民区
以及其它小范围的场所；对于已经建好的系统，如要增加新的监控点，往往是牵一发而动全身，新的设备也很难添加到原有的系统之中；在模拟监控系统中，由于各部分独立运作，相互之间的控制协议很难互通，联动只能在有限的范围内进行。
2.2 数字视频监控系统
基于PC 机的多媒体视频监控主机综合了视频矩阵、图像分割器、录像机等众多功能，使系统结构大为简化，同时有利于系统实现多媒体信息查询。但在实际工程使用过程中，其性能是不很稳定的。
嵌入式视频Web 服务器监控系统在视频服务器内置了一个嵌入式Web 服务器，采用嵌入式实时多任务操作系统。由于彻底抛弃了地域的概念，扩展布控区域；所有设备都以IP 地址进行标识，增加设备只是意味着IP 地址的扩充；采用统一的协议在网络上传输，支持跨网关、跨路由器的远程视频传输，即插即看，系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高，也无需专人管理，非常适合于无人值守的环境。
但嵌入式视频Web 服务器方式技术发展还不够成熟，当监控中心需要同时观看较多个摄像机图像时，对网络带宽要求过高，同时价格也比较贵。
图1数字视频监控系统
2.3 模拟和数字混合的视频监控系统
综合模拟和数字视频监控系统的优缺点，我们提出了模拟和数字混合组网的远程视频监控系统。该系统在本地控制部分采用模拟监控方式，可以充分吸收模拟视频监控系统技术发展非常成熟，性能稳定，与其它技术系统的接口趋于规范，人机交互界面更为友好等优点，而后在数据备份、远程传输和控制部分采用数字方式，可以充分吸收数字视频监控系统的数字传输技术的特点，克服了模拟视频监控系统不能长距离的缺点，保证图像的质量，实现远程实时管理等优点。具体的模拟与数字混合组网的视频监控系统结构为：在系统中，各监控室的本地控制采用矩阵主机或矩阵开关进行控制，形成各自独立的电视监控系统，然后在各分监控室之间通过网络编解码形式实现矩阵与计算机网络之间的级联，系统后端计算机网络系统与站端的小型矩阵之间及不同站端的小型矩阵之间，均可以通过授权方式，相互控制，完全实现交互式的无限级联，实现视频网络远传及控制。再采用数字硬盘录像机进行录像并保存录像资料，构成视频查询服务系统，既可以本地查询，也可以通过计算机网络实现监控室之间的远程查询。这种灵活的组网方式，克服了模拟视频监控系统不利于远程监控管理的缺点，又充分体现了数字视频监控系统的优点。
这样配置的优点有：
在本地控制部分，充分吸收了模拟视频监控系统技术发展非常成熟，性能稳定，与其它技术
系统的接口趋于规范，人机交互界面更为友好等优点。
∙克服了模拟视频监控系统不能长距离的缺点，可以方便系统联网和实现视频信号远传及远程
控制；
∙配置基于硬件传输的网络编解码器具有更好的实时性和稳定性。
∙因为系统比较庞大，不需要对每一路视频都进行编码远传，只有当该路需要上传时才进行编
码远传，比全数字化的数字监控系统节约成本，而且可以达到优良的性能。
3 模拟和数字混合的视频监控系统在上海环球金融中心项目中的应用
上海环球金融中心位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面积334，300平方米，地下3层，地上101层，建成后的高度达492米，将成为目前世界上最高、最先进的智能型综合大楼之一。大厦竣工后，将为世界各国的银行、金融机构提供最尖端的商务空间，使之成为真正的世界金融中心。
大厦的地下室至6F 主要为公共区域，包含停车库，美容、餐饮、商业、会议中心、艺术画廊等功能设施；7F 至78F 为智能办公楼；79F 至89F 为高级酒店；90F 以上用于游客观光。
根据大厦功能分布特点，我们采用了传统视频监控系统为主体，结合网络传输技术，实现了大厦视频监控系统的设计。
图2 大厦保安控制室组织结构
该大厦为公共、办公、酒店、观光为一体的综合楼宇，虽然大厦楼层高，整个大楼设计安放摄像机七百余台，但是由于大厦功能分隔清晰，而且各区域相对集中，根据大厦特点，我们采用了模拟与数字混合组网的视频监控系统结构。按大厦的主体功能分布分别在地下2层、1层、52层、87层、90层设立电视监控安保中心，分别对公共、办公、酒店进行相对集中的监控，每个监控中心对就近功能楼层的摄像机进行图像接收和控制（见图2）。
室内摄像机我们选用水平清晰度480线1/4型753x582像素CCD 的彩色摄像机，
再根据各摄像
机的运用场所配备分别配备超级动态，背光补偿，电子快门，自动增益控制，白平衡，数字运动探测器，2倍变焦等功能，球型一体机更具有10倍变焦，水平360°旋转角度，垂直0°-92°旋转角度等功能。
室外摄像机水平清晰度510线，垂直清晰度400线以上彩色摄像机，具备自动对焦，自动模式设定，自动锁定，数字翻转，摄像机标题，运动探测器，报警输入/输出，隐匿地域，22倍光学变焦10倍数字变焦，水平360°旋转角度，垂直0°~180°旋转角度等功能。
在本地选择信号传输方式时，考虑到已设立多个监控中心，摄像机到监控中心的距离就相对缩短，采用模拟的视频基带传输方式不会存在由于传输距离过长，影响图像质量的问题，所以，我们将前端现场所有视频信号通过同轴电缆传输到位于各主（分）监控中心的系统控制中心的矩阵，在系统主机的控制下，主控操作可由计算机或控制键盘完成，包括云台、镜头的控制，图像的切换、定点。图像的显示可以是部分显示，并可随时冻结、放大和存储。安保人员可以通过视频切换器在后端的17寸液晶显示器上清晰的看到前端现场的情况，同时采用数字硬盘录像机对摄取的1～16路摄像机视音频信号进行实时数字压缩并录制存档336小时360x280像素的录像资料，更可以根据任意检索条件对所有记录的图像进行随机检索，形成各自独立的电视监控系统。
而后按照大厦保安控制室组织结构在各分监控室之间通过网络编解码形式用光纤实现矩阵与计算机网络之间的级联。这样，各监控室均可以通过授权方式，相互控制，完全实现交互式的无限级联，远程控制客户端可以在得到授权后直接通过网络控制云台镜头的调节及切换矩阵的通道切换，实现视频网络远传及控制。各分监控室除本地，还通过光纤将资料全部汇总至总监控室，构成视频查询服务系统。这样既可以本地查询端，远程控制客户也可以通过计算机网络在实时广播或者点播回放同时，在客户端本地将内容录制保存以实现监控室之间的远程查询及异地远程备份。 4 结语
随着社会的发展，各行各业对于数字化信息的需求空前高涨，大规模数字传输网络的建设则为综合数字信息的传输与交换奠定的物质基础。模拟视频设备已发展到很高的水平，要满足人们更高的要求，数字化是必由之路。但是目前市场上的全数字视频监控系统建设成本高，不能让大多投资商所接受。由此我们提出了模拟和数字混合组网的远程视频监控系统，通过本系统的设计实现了模拟信号的远距离传输和远程控制，在保证系统达到优良性能的同时大大节约了投资成本。
图3 大厦电视监控系统示意图
作者简介：
黄辰赟 上海环球金融中心工程智能化专业负责人。
1999年毕业于上海大学工业自动化专业。现任华东建筑设计研究院有限公司弱电智能化设计高级工程师。曾主持过获得国家或上海市优秀设计奖项的项目有上海环球金融中心、东方艺术中心、南京会展中心、浦东图书馆、世博文化中心等一系列重要工程项目的建筑弱电设计工作。在建筑智能化系统设计方面有着很丰富的经验。
模拟和数字混合的电视监控系统及其在上海环球金融中心应用实例
文／黄辰赟 田建强
摘要：本文介绍了电视监控系统的组成，分别对模拟视频监控、数字视频监控系统以及模拟和数字混合的电视监控系统进行了介绍，并列举了其在上海环球金融中心项目中的应用。
关键字：电视监控 模拟和数字混合 金融中心
1 概述
电视监控系统在现代建筑中具有独特作用，它能被广泛应用的重要原因是它能实时、形象、真实地反映被监视对象的画面，它已成为人们在现代化管理中进行监视控制的一种极为有效的工具。电视监控系统由摄像机、传输分配、控制、图像的处理与显示四部分组成。
传统的视频监控系统中信息流的形态为模拟的视频信号，传输工具主要是同轴电缆，传输距离短，而且各部分独立运作，相互之间的控制协议很难互通，联动只能在有限的范围内进行。
数字视频监控系统是以计算机通讯技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟视频监控系统部分弊端，更适合企业的远程智能数字监控管理。但是基于PC 机的多媒体视频监控系统不很稳定，而嵌入式视频Web 服务器监控系统对网络带宽要求过高，同时价格也比较贵。
由此我们提出了模拟和数字混合组网的远程视频监控系统。该系统在本地控制部分采用模拟监控方式，在数据备份、远程传输和控制部分采用数字方式。这样既可以充分吸收模拟视频监控系统技术发展成熟，性能稳定等优点，又可以利用数字视频监控系统的数字传输技术的特点，克服模拟视频监控系统不能长距离的缺点，保证图像的质量，实现远程实时管理等优点，而且系统价格大大低于全数字电视监控系统。
2 电视监控系统的比较
2.1 模拟视频监控系统
通常的电视监控系统规模都不大，功能也相
对简单，但其适用范围非常广。一般的系统构成为
在监视现场安置定点或全方位摄像机，通过同轴电
缆将视频信号传输到监控室内的系统主机或矩阵
切换器，再连接录像机及监视器，实现对现场的实
时监控和数据记录，集成式系统主机大都有报警探
测接口，可以方便地将防盗报警系统与电视监控系
统整合于一体。
随着微处理器、微机的功能、性能的增强和
提高，多媒体技术的应用，系统在功能、性能、可
靠性、结构方式等方面都发生了很大的变化，视频
监控系统的构成更加方便灵活、与其它技术系统的
接口趋于规范，人机交互界面更为友好。但由于视
频监控系统中信息流的形态没有变，仍为模拟的视
频信号，系统的网络结构主要是一种单功能、单向、
集总方式的信息采集网络， 而且模拟视频信号的
传输工具主要是同轴电缆，而75欧姆的视频同轴
电缆传输模拟视频信号的距离在300～500米，这
就决定了模拟监控只适合于单个大楼、
小的居民区
以及其它小范围的场所；对于已经建好的系统，如要增加新的监控点，往往是牵一发而动全身，新的设备也很难添加到原有的系统之中；在模拟监控系统中，由于各部分独立运作，相互之间的控制协议很难互通，联动只能在有限的范围内进行。
2.2 数字视频监控系统
基于PC 机的多媒体视频监控主机综合了视频矩阵、图像分割器、录像机等众多功能，使系统结构大为简化，同时有利于系统实现多媒体信息查询。但在实际工程使用过程中，其性能是不很稳定的。
嵌入式视频Web 服务器监控系统在视频服务器内置了一个嵌入式Web 服务器，采用嵌入式实时多任务操作系统。由于彻底抛弃了地域的概念，扩展布控区域；所有设备都以IP 地址进行标识，增加设备只是意味着IP 地址的扩充；采用统一的协议在网络上传输，支持跨网关、跨路由器的远程视频传输，即插即看，系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高，也无需专人管理，非常适合于无人值守的环境。
但嵌入式视频Web 服务器方式技术发展还不够成熟，当监控中心需要同时观看较多个摄像机图像时，对网络带宽要求过高，同时价格也比较贵。
图1数字视频监控系统
2.3 模拟和数字混合的视频监控系统
综合模拟和数字视频监控系统的优缺点，我们提出了模拟和数字混合组网的远程视频监控系统。该系统在本地控制部分采用模拟监控方式，可以充分吸收模拟视频监控系统技术发展非常成熟，性能稳定，与其它技术系统的接口趋于规范，人机交互界面更为友好等优点，而后在数据备份、远程传输和控制部分采用数字方式，可以充分吸收数字视频监控系统的数字传输技术的特点，克服了模拟视频监控系统不能长距离的缺点，保证图像的质量，实现远程实时管理等优点。具体的模拟与数字混合组网的视频监控系统结构为：在系统中，各监控室的本地控制采用矩阵主机或矩阵开关进行控制，形成各自独立的电视监控系统，然后在各分监控室之间通过网络编解码形式实现矩阵与计算机网络之间的级联，系统后端计算机网络系统与站端的小型矩阵之间及不同站端的小型矩阵之间，均可以通过授权方式，相互控制，完全实现交互式的无限级联，实现视频网络远传及控制。再采用数字硬盘录像机进行录像并保存录像资料，构成视频查询服务系统，既可以本地查询，也可以通过计算机网络实现监控室之间的远程查询。这种灵活的组网方式，克服了模拟视频监控系统不利于远程监控管理的缺点，又充分体现了数字视频监控系统的优点。
这样配置的优点有：
在本地控制部分，充分吸收了模拟视频监控系统技术发展非常成熟，性能稳定，与其它技术
系统的接口趋于规范，人机交互界面更为友好等优点。
∙克服了模拟视频监控系统不能长距离的缺点，可以方便系统联网和实现视频信号远传及远程
控制；
∙配置基于硬件传输的网络编解码器具有更好的实时性和稳定性。
∙因为系统比较庞大，不需要对每一路视频都进行编码远传，只有当该路需要上传时才进行编
码远传，比全数字化的数字监控系统节约成本，而且可以达到优良的性能。
3 模拟和数字混合的视频监控系统在上海环球金融中心项目中的应用
上海环球金融中心位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面积334，300平方米，地下3层，地上101层，建成后的高度达492米，将成为目前世界上最高、最先进的智能型综合大楼之一。大厦竣工后，将为世界各国的银行、金融机构提供最尖端的商务空间，使之成为真正的世界金融中心。
大厦的地下室至6F 主要为公共区域，包含停车库，美容、餐饮、商业、会议中心、艺术画廊等功能设施；7F 至78F 为智能办公楼；79F 至89F 为高级酒店；90F 以上用于游客观光。
根据大厦功能分布特点，我们采用了传统视频监控系统为主体，结合网络传输技术，实现了大厦视频监控系统的设计。
图2 大厦保安控制室组织结构
该大厦为公共、办公、酒店、观光为一体的综合楼宇，虽然大厦楼层高，整个大楼设计安放摄像机七百余台，但是由于大厦功能分隔清晰，而且各区域相对集中，根据大厦特点，我们采用了模拟与数字混合组网的视频监控系统结构。按大厦的主体功能分布分别在地下2层、1层、52层、87层、90层设立电视监控安保中心，分别对公共、办公、酒店进行相对集中的监控，每个监控中心对就近功能楼层的摄像机进行图像接收和控制（见图2）。
室内摄像机我们选用水平清晰度480线1/4型753x582像素CCD 的彩色摄像机，
再根据各摄像
机的运用场所配备分别配备超级动态，背光补偿，电子快门，自动增益控制，白平衡，数字运动探测器，2倍变焦等功能，球型一体机更具有10倍变焦，水平360°旋转角度，垂直0°-92°旋转角度等功能。
室外摄像机水平清晰度510线，垂直清晰度400线以上彩色摄像机，具备自动对焦，自动模式设定，自动锁定，数字翻转，摄像机标题，运动探测器，报警输入/输出，隐匿地域，22倍光学变焦10倍数字变焦，水平360°旋转角度，垂直0°~180°旋转角度等功能。
在本地选择信号传输方式时，考虑到已设立多个监控中心，摄像机到监控中心的距离就相对缩短，采用模拟的视频基带传输方式不会存在由于传输距离过长，影响图像质量的问题，所以，我们将前端现场所有视频信号通过同轴电缆传输到位于各主（分）监控中心的系统控制中心的矩阵，在系统主机的控制下，主控操作可由计算机或控制键盘完成，包括云台、镜头的控制，图像的切换、定点。图像的显示可以是部分显示，并可随时冻结、放大和存储。安保人员可以通过视频切换器在后端的17寸液晶显示器上清晰的看到前端现场的情况，同时采用数字硬盘录像机对摄取的1～16路摄像机视音频信号进行实时数字压缩并录制存档336小时360x280像素的录像资料，更可以根据任意检索条件对所有记录的图像进行随机检索，形成各自独立的电视监控系统。
而后按照大厦保安控制室组织结构在各分监控室之间通过网络编解码形式用光纤实现矩阵与计算机网络之间的级联。这样，各监控室均可以通过授权方式，相互控制，完全实现交互式的无限级联，远程控制客户端可以在得到授权后直接通过网络控制云台镜头的调节及切换矩阵的通道切换，实现视频网络远传及控制。各分监控室除本地，还通过光纤将资料全部汇总至总监控室，构成视频查询服务系统。这样既可以本地查询端，远程控制客户也可以通过计算机网络在实时广播或者点播回放同时，在客户端本地将内容录制保存以实现监控室之间的远程查询及异地远程备份。 4 结语
随着社会的发展，各行各业对于数字化信息的需求空前高涨，大规模数字传输网络的建设则为综合数字信息的传输与交换奠定的物质基础。模拟视频设备已发展到很高的水平，要满足人们更高的要求，数字化是必由之路。但是目前市场上的全数字视频监控系统建设成本高，不能让大多投资商所接受。由此我们提出了模拟和数字混合组网的远程视频监控系统，通过本系统的设计实现了模拟信号的远距离传输和远程控制，在保证系统达到优良性能的同时大大节约了投资成本。
图3 大厦电视监控系统示意图
作者简介：
黄辰赟 上海环球金融中心工程智能化专业负责人。
1999年毕业于上海大学工业自动化专业。现任华东建筑设计研究院有限公司弱电智能化设计高级工程师。曾主持过获得国家或上海市优秀设计奖项的项目有上海环球金融中心、东方艺术中心、南京会展中心、浦东图书馆、世博文化中心等一系列重要工程项目的建筑弱电设计工作。在建筑智能化系统设计方面有着很丰富的经验。