数字化是发展安防监控系统的基础和核心

　　人类己进入高度发达的信息时代，而安防视频监控系统所监控的场景，都是模拟的信息资源。为使安防视频监控系统向网络化、集成化、高清化到最高境界或目标-智能化的发展，必须使模拟信号数字化。本文介绍模拟系统的缺点、数字化的含义及优点，视频信号的数字化及其优点，数字化技术在现代信息社会的重要性，数字化是发展安防视频监控系统的基础和核心等。

　　光是生命的源泉，它哺育了世间的万物，照亮了五彩斑斓的现实空间，为人类提供青山绿水的生活环境和丰富的衣食住行的资源，为人类世界带来了智慧和光明。光不仅是支持生命的重要能量，也是生活中的重要信息源。可以想像，如果没有光，就不可能有我们现在的文明。有了光，人类才能够寻找食物、欣赏艺术和探索未知。因而，从抽象的艺术表现到有效的科学应用，光(光学)为我们提供了很有价值的信息资源。但是，我们所看到的信息资源或光学图像，或安防视频监控系统所监控的场景，都是模拟的信息资源。

　　处理这种模拟的信息资源一般有两种：模拟系统与数字系统。而模拟系统存在如下的缺点。

　　・ 模拟信号在记录、编辑、传送和重放过程中,不可避免地会混进杂音、各种干扰成分,而这些有害的成分就不能与有用信号分开,损害了原信号;

　　・ 在信号存储过程中,如磁带录音过程,记录媒体(如磁带)的信噪比代替了原信号的信噪比，也就是不管原信号的动态范围有多大，一旦记录以后再还原信号的动态范围再也超不过记录媒体本身的动态范围,这就使得在模拟系统中对记录媒体材料的有关性能要求很高;

　　・ 记录过程中的换能器(如磁性记录中的录音磁头、放音磁头)如果存在非线性,这会使记录在媒体上的原信号出现非线性失真，且这种失真还无法通过电路来解决;

　　・ 对重放过程中的机械系统要求也很高,如旋转系统、驱动系统等工作倘若不稳定，即会使原信号产生抖晃失真,如磁性记录系统中的抖晃失真是一个常见问题。

　　由于模拟系统自身的缺陷，致使模拟信号亦极易受到各种破坏。因此，必须要将模拟信号数字化。下面介绍数字化的含义及其优点，视频信号的数字化及其优点，数字化技术在现代信息社会的重要性，数字化是发展安防视频监控系统的基础和核心等。

　　数字化的含义及其优点

　　所谓“数字化”，就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，再引入计算机内部去进行统一处理。早在40年代，仙农就证明了采样定理，即在一定条件下，用离散的序列可以完全代表一个连续函数。因此，采样定理为数字化技术奠定了重要基础。所以，数字化是将任何连续变化的输入如图画的线条或声音信号转化为一串分离的单元，在计算机中用0和1表示。显然，这个转换通常用模数转换器ADC (即A/D)执行。

　　模拟信号的数字化可以解决上述模拟系统中的问题，同时还可增加如下优点。

　　・ 在数字记录系统中,由于信号的记录形式是二进制数码,数字电路的任务只是判断出“0”和“1”两种信号,使数字电路的抗干扰能力得到大大加强。同时,与记录媒体的信噪比和重放信号的信噪比没有直接关系,这样与模拟记录系统相比对记录媒体的要求可以宽松得多,即数字系统可以用廉价的材料作为记录媒体;

　　・ 数字系统中这种只有“0”和“1”两种电平状态的信号在记录和重放过程中只要保持“0”、“1”信号之间足够的电平差,数字电路就能方便地将它们识别和分离。换句话讲,当一群代表低电平的“0”信号电平即使其幅度大小有所不同时,对于代表高电平的一群“1”信号电平存在参差不齐情况时,只要“0”、“1”信号之间的电平差足够的大,数字电路通过限幅电路等处理都可以正确地分辨出“0”和“1”信号,这就说明数字电路的抗干扰能力很强;

　　· 数字系统中,如果采样频率、量化位数(关于这两个概念在后面介绍)确定了,电路的性能极限也就确定了,且不容易被改变,这说明数字记录系统性能的重现性是很可靠的,但是模拟记录系统中,由于许多不稳定因素的存在,其重现性能是不稳定、不可靠的。所以,数字系统的技术性能指标要比模拟系统的技术性能指标要高出许多;

　　· 由于数字系统中的数字信号要进行各种形式的编码处理,因编码后的信号和信号在处理过程中由于电路本身或外界混进来的干扰信号性质的不同,二者可以方便地分离,因而可以轻松地去除干扰信号,而不致损害信号数码;

　　· 在一些数字记录系统中,由于重放系统设有时基校正电路,其机械旋转系统、驱动系统的不稳定现象不会引起抖晃失真的问题,因而不必要求有像模拟记录系统中那样的精密机械系统,这使机械系统的加工精度要求降低,从而降低了生产成本;

　　· 由于数字系统中的数字信号“0”、“1”只有低电平和高电平两种变化,所以不必要求记录和重放系统中的换能器具有良好的线性;

　　· 由于数字信号适合于计算机进行处理和运算,使得对数字信号的各种编码、解码处理变成了软件的操作,大大方便了对电信号的各种处理,由此数字式家用电器具有更强的功能。同时,在实现同样功能时,数字电路结构远远没有模拟电路那么复杂。

　　视频信号的数字化及其优点

　　视频信号的数字化

　　安防摄像机输出的视频信号是模拟信号，和任何数字化过程一样，视频信号的数字化也包括位置的离散化(取样)和所得量值的离散化(量化)这两个过程。视频信号在时间维上把图像分为离散的一帧一帧的图像;在每一帧图像内又在垂直方向上(y维)将图像离散为一条一条的水平扫描行。把图像分成若干帧的过程，实际是在时间方向上进行了取样;把图像分成若干行的过程，实际是在垂直方向上进行了取样。在时间方向和垂直方向上的取样间距往往由模拟电视系统决定。因此，可供自由处置的只有水平方向(x维)，在水平方向上我们可以设置不同的取样间隔。图1就是对视频信号的扫描、取样的示意图。

　　目前，图像数字化的工作由模数转换器(A/D)完成，它包括了信号的取样、量化和编码的全部过程，其结果为PCM编码的数字视频信号。当考虑对彩色电视信号的数字化时，根据不同的应用场合可采用不同的方式，如可直接对复合视频信号进行A/D变换，或者将视频信号分解为亮度和色差信号后再分别进行A/D变换。后者就是目前普遍应用的视频信号分量数字化方法。

　　数字视频信号的实现是，将视频信号经过视频采集卡转换成数字视频文件存储在数字载体——硬盘中。在使用时，将数字视频文件从硬盘中读出，再还原成为视频图像加以输出。需要指出的一点是视频数字化的概念是建立在模拟视频占主角的时代，现在通过数字摄像机摄录的信号本身已是数字信号，只不过需要从磁带上转到硬盘中，现在视频数字化的涵义更确切地指的是这个过程。对视频信号的采集，尤其是动态视频信号的采集需要很大的存储空间和数据传输速度。这就需要在采集和播放过程中对图像进行压缩和解压缩处理，一般都采用我们在前面讲过的压缩方法，不过是利用硬件进行压缩。目前大多使用的是带有压缩芯片的视频采集卡上。

　　数字视频的来源有很多，如来自于摄像机、录像机、影碟机等视频源的信号，包括从家用级到专业级、广播级的多种素材。还有计算机软件生成的图形、图像和连续的画面等。高质量的原始素材是获得高质量最终视频产品的基础。首先是提供模拟视频输出的设备，如录像机、电视机等;然后是可以对模拟视频信号进行采集、量化和编码的设备，这一般都由专门的视频采集卡来完成;最后，由多媒体计算机接收和记录编码后的数字视频数据。在这一过程中起主要作用的是视频采集卡，它不仅提供接口以连接模拟视频设备和计算机，而且具有把模拟信号转换成数字数据的功能。

　　视频数字化的优点

　　· 抗干扰能力强。可以采用冗余纠错措施,基本排除了噪音和失真积累的影响;

　　· 大大提高功率/频率利用率。因为可以对信源进行物理的和心理的冗余压缩和信道进行多电平调制;

　　· 大大提高信号质量。由于采用数字形式,容易进行各种数字处理,所以可以完成消除噪声,色亮度好分离,消除亮度闪烁和重影,减少非线性影响;

　　· 数字化信号易于实现存储，复制和提供新功能。数字化的电视信号储存方便，而且数字信号多次复制也不致于降低质量，至于新功能就太多了：特技、多画面、快速检索、缩放、随机访问、编辑等等;

　　· 数字电视广播的功率即使比模拟小20dB仍可良好地接收，大大提高了功率利用率;

　　· 无差错接收时，其主观评价质量可达演播室质量，是模拟无法比拟的;

　　· 从设备而言，由于减少了A/D、D/A转换等处理环节，可减小图像质量的下降与损伤，同时数字实现时易于安装、调试，能大规模生产，可靠性高等等;

　　· 使用数字化处理易于加密，有利于保密传输和专用接收;

　　· 数字化处理适用于多业务、多媒体应用和方便通信(包括双向化);

　　· 数字HDTV则是电视的一个飞跃，它使一个正常视力的观众在距离该系统显示屏高度3倍距离处所看到的图像质量具有观看原始景象或表演时所得到的印象。

　　数字化技术在信息社会的重要性

　　众所周知，现在我们是生活在一个高度信息化的社会，即所谓信息爆炸的社会。信息己不再仅仅是社会中人们通信联络的纽带，而己成为生产力中最重要的因素，成为社会发展的战略资源，更将成为创造社会财富、丰富文明生活和提高社会素质的源泉与通道。

　　数字化技术在信息社会的重要性至少可以体现在以下几个方面。

　　数字化是数字计算机的基础

　　若没有数字化技术，就没有当今的计算机，因为数字计算机的一切运算和功能都是用数字来完成的。

　　数字化是多媒体技术的基础

　　数字、文字、图像、语音，包括虚拟现实，及可视世界的各种信息等，实际上通过采样定理都可以用0和1来表示，这样数字化以后的0和1就是各种信息最基本、最简单的表示。因此计算机不仅可以计算，还可以发出声音、打电话、发传真、放录像、看电影，这就是因为0和1可以表示这种多媒体的形象。用0和1还可以产生虚拟的房子，因此用数字媒体即可代表各种媒体，描述千差万别的现实世界。

　　数字化是软件技术的基础，是智能技术的基础

　　软件中的系统软件、工具软件、应用软件等，信号处理技术中的数字滤波、编码、加密、解压缩等都是基于数字化实现的。例如图像的数据量很大，数字化后可以将数据压缩至10到几百倍;图像受到干扰变得模糊，可以用滤波技术使得变得清晰。这些都是经过数字化处理后所得到的结果。由于各种自动化智能化的产品，都需编制软件由数字计算机来完成，显然数字化也是智能技术的基础;

　　数字化是信息社会的技术基础

　　数字化技术还正在引发一场范围广泛的产品革命，各种家用电器设备，信息处理设备都将向数字化方向变化。如数字电视、数字广播、数字电影、DVD等。有人把信息社会的经济说成是数字经济，这足以证明数字化对社会的影响有多么重大，因此数字化是信息社会的技术基础。

　　数字化是“数字地球”与“数字城市”的技术基础

　　20世纪90年代以来，由于信息采集技术和信息量的突飞猛进，人们面临信息爆炸的问题。为了解决海量空间信息的泛滥问题并有效地组织和利用信息，1998年1月，美国副总统戈尔(A. Gore)提出了“数字地球”的概念，即信息化的地球，是把地球上的每一点信息按地球坐标加以整理，使之数字化、可视化，构成一个完整的地球信息模型，并同信息高速公路、知识经济等全新概念紧密结合。

　　它是一个三维、多分辨率、具有海量存储、面向公众的开发系统。“数字地球”的目标是建设以1米地面分辨率为基础的全球空间数据库或空间数据仓库，将地球上的地图、影像、人文和社会经济信息组织起来，构成多分辨率、多类型、多时相的三维地球数据库，利用新一代Internet高速、海量的数据吞吐能力和虚拟现实技术，将地理信息传递到地球的每个角落，表达人类对赖以生存的地球从过去到现在，一直到将来的发展趋势的认识。

　　“数字城市”是一个概念，它是“数字地球”的一个组成部分，可以看作是一个系统工程或发展战略，但不能看作是一个项目或一个系统。“数字城市”是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用遥感、全球定位系统、地理信息系统、遥测、仿真-虚拟等技术，对城市进行多分辩率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现。它并不是一个虚拟的东西，也不是一个可望而不可及的东西，它是一个在未来城市建设和城市生活中随处可见，随时可用，无处不在的“系统”。“数字城市”是一个城市发展的战略目标，并有一个逐渐发展的过程，而且在发展过程中将会对城市建设、市民生活、经济发展逐渐带来效益和方便。无疑，要达到这个目标，必须有数字化的技术基础。

　　数字化是发展安防监控系统的基础和核心

　　由上述可知，数字化的重要性。显然，数字化是发展安防视频监控系统的基础和核心。因为网络化实际是数字视频监控系统的网络化，也就是利用网络传输的数字视频监控系统。

　　完全数字化的网络视频监控系统，又称为IP监视系统，它基于标准的TCP/IP协议，能够通过局域网/无线网/互联网传输;它采用开放式架构，可与门禁、报警、巡更、语音、MIS等系统无缝集成;它基于嵌入式技术，性能稳定，无需专人管理;它灵活性大大提高，监控场景可以实现任意组合与任意调用。

　　数字化、网络化、智能化这三化是互相有联系与制约的，没有数字化就不能真正称作网络化，因此数字化是网络化的基础。而系统经网络化以后，其前端设备少则成千上万，多则几十万甚至几百万，再想靠人力监控是不可能的，必须要交给计算机去对前端设备的图像资源进行分析、分类处理、识别、跟踪与预/报警，即智能化，所以智能化是网络化发展的高级阶段，即网络化发展的必然。你不数字化怎么能先发展网络化?你不数字化怎么能先发展智能化?诚然，有了数字化可以搞智能化，但那种小安防系统，人可以顾得过来，智不智能化关系就不大。可搞平安城市建设，非网络化不可，网络化的摄像机至少上万，靠人看不行，因而需要智能化。所以，安防的发展规律只能是数字化、网络化、智能化。

　　由于平安城市建设的需要，安防监控系统必须要在数字化的基础上实现网络化、高清化直至智能化。因为在扎实地抓好数字化的基础上，才能顺利推进网络化、高清化与智能化。但值得指出的是，在安防监控系统向智能化挺进的大潮中，还必须要防止有的企业产品没有智能化功能，赶潮流写成智能产品。

　　结语

　　由上可以看出，数字化技术在现代信息社会的重要性，数字化是发展安防视频监控系统的基础和核心。因此，安防企业必须扎实抓好数字化这一基础，才能更好地开发出网络化、高清化、智能化的产品。