以消防系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)視頻和數(shù)據(jù)綜合聯(lián)網(wǎng)的需求日益增加，一方面視頻監(jiān)控系統(tǒng)希望接入更多的報警系統(tǒng)，特別是危險等級高的消防報警，同時實(shí)現(xiàn)可視化消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)也需要對視頻信息的控制。本文主要以電視監(jiān)控系統(tǒng)為例，對數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、協(xié)議和具體方式做一闡述。

    視頻和數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是目前城市應(yīng)急指揮系統(tǒng)的核心技術(shù)。視頻監(jiān)控廣泛應(yīng)用在安防、工業(yè)生產(chǎn)、企業(yè)管理等領(lǐng)域，數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)主要在消防、照明控制、工業(yè)控制系統(tǒng)、智能樓宇控制、制造業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶希望提供兩者相互結(jié)合的聯(lián)網(wǎng)。例如在遠(yuǎn)程消防系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)中，已經(jīng)明確提出將消防遠(yuǎn)程監(jiān)控可視化、智能視頻行為分析和紅外成像測溫報警也融入到數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)中。

關(guān)于數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)總線
    在視頻和數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)中，是否能夠解析各廠家和系統(tǒng)的協(xié)議和編碼方式是實(shí)現(xiàn)視頻和數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。國際電工委員會/國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(IEC/ISA)自1984年便開始著手現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，同時隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，各廠家也分別推出了自己的現(xiàn)場總線，但由于各種原因，至今沒有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

總線之所以沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)主要源于下列幾個原因：
    ·每種總線都有其各自的應(yīng)用領(lǐng)域，例如在電力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中普遍采用ModBus總線，消防系統(tǒng)多采用CAN總線，Profibus總線用于流程作業(yè)。這些在各領(lǐng)域占主流的的總線之間很難形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；

    ·每種總線有各自的國際組織，大多數(shù)總線都成立了相應(yīng)的國際組織，希望自己的總線推廣到更多的領(lǐng)域，而國際組織之間很難協(xié)調(diào)。例如 WorldFIP總線背后是WorldFIP用戶組織，F(xiàn)F總線背后是FF基金會， ControlNet總線背后是ControlNet國際用戶組織等等；

    ·每種總線背后有大型跨國公司的支持，大型國際跨國公司與總線發(fā)展息息相關(guān)，他們也都在大力發(fā)展自己采用的總線。例如，ProfiBus總線背后是西門子公司，ControlNet總線背后是羅克韋爾公司，WorldFIP總線背后是 Alstom公司；

    ·有些總線已經(jīng)成為國家標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)總線成為一個國家標(biāo)準(zhǔn)，則給建立全球標(biāo)準(zhǔn)總線帶來較大障礙。丹麥已經(jīng)將P-Net總線作為國家標(biāo)準(zhǔn)，德國將ProfiBus總線作為國家標(biāo)準(zhǔn)，法國已經(jīng)將WorldFIP總線作為國家標(biāo)準(zhǔn)。而這三種總線于1994年成為并列的歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170。

    國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO為計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)制訂了OSI七層參考模型（圖1），也適于數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的總線標(biāo)準(zhǔn)，但是細(xì)化到各廠家的總線產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，盡管各公司在開發(fā)各自總線時參考了OSI七層參考模型，但是各家總線并沒有統(tǒng)一的約定，因此大部分總線基于OSI的第一層（物理層）、第二層（數(shù)據(jù)鏈層）和第七層（應(yīng)用層）。其中基于第七層（應(yīng)用層）開發(fā)的總線占較大部分。應(yīng)用層分為上下兩個部分：上面的部分為應(yīng)用服務(wù)層(FMS），主要為用戶提供接口等服務(wù)；下面的部分是總線存取層(FAS)，主要用于實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)鏈層的連接。

    目前國際上有很多工業(yè)控制總線，主要是來自各控制設(shè)備生產(chǎn)廠家，還沒有一家工業(yè)控制總線能夠成為唯一的國際標(biāo)準(zhǔn)。如果將工業(yè)控制總線分類的話，這些工業(yè)控制總線可以分為三類（見表一）。[nextpage]

    第一、傳感器總線（Sensor Bus）。這類總線有AS-I，該類總線數(shù)據(jù)基本單元為位（bit）。

    第二、設(shè)備總線（Device Bus）。這類總線有CAN、ModBus、Interbus、ARCnet、DeviceNet、Genius、Seriplex、SERCOS(Serial Communication System)、SDS、ControlNet，該類總線數(shù)據(jù)基本單元為字節(jié)（bite）。

    第三、現(xiàn)場總線（Field Bus）。這類總線有LonWorks、FF、WorldFIP、P-Net、ProfiBus、Hart等，該類總線數(shù)據(jù)基本單元為幀（frame）。

    傳感器級和設(shè)備級總線屬于較低層次的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，用于處理傳感器、行程開關(guān)、繼電器、接觸器和閥門定位器這類工業(yè)設(shè)備；而現(xiàn)場總線則是一種較高層次的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，用于完成一些過程控制器或現(xiàn)場儀表之間的通信。另外，由于設(shè)備級總線和現(xiàn)場總線有時完成相同的功能，因此它們之間是相互關(guān)聯(lián)的，并且可同時存在于同一系統(tǒng)。

    工業(yè)控制總線在2003年4月由IEC/SC6SC/MT9小組負(fù)責(zé)修訂的IEC61158 Ed.3成為正式的國際標(biāo)準(zhǔn)，在新版本的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了10種類型的工業(yè)控制總線：Type 1 TS61158、Type 2 ControlNet和Ethernet/IP、Type 3 Profibus、Type 4 P-Net、Type 5 FF HSE、Type 6 SwiftNet、Type 7 WorldFIP、Type 8 Interbus、Type 9 FF H1、Type 10Profinet。

    此外，還有IEC TC17B通過的3種低壓開關(guān)設(shè)備的工業(yè)控制總線國際標(biāo)準(zhǔn)：SDS (Smart Distributed System)、AS-I (Actuator Sensor Interface)、DeviceNet。另外，ISO還有一個ISO11898標(biāo)準(zhǔn)的CAN (Control Area Network)。而在控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)網(wǎng)則采用OPC技術(shù)。OPC(OLE for Process Control)是世界領(lǐng)先的跨國自動化公司和軟硬件供應(yīng)商合作開發(fā)的一套工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它以微軟的OLE/COM、DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，定義了一套標(biāo)準(zhǔn)接口，解決了應(yīng)用軟件與過程控制之間的通信標(biāo)準(zhǔn)化問題。新中央電視臺主樓消防系統(tǒng)與上一級的軟件互聯(lián)就是采用基于OPC技術(shù)開發(fā)的軟件實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。[nextpage]

視頻壓縮編碼和控制協(xié)議
視頻壓縮編碼
    視頻聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及到視頻壓縮編碼問題。目前視頻壓縮方式為MPEG系列和H.系列。

    MPEG系列是由ISO/IEC所屬的MPEG組織制定的數(shù)字視頻信號壓縮標(biāo)準(zhǔn)，目前使用較多的有MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4。其中MPEG-4的初衷是針對視頻會議的窄帶傳輸制定的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，但是在開發(fā)過程中由于計(jì)算機(jī)芯片技術(shù)的發(fā)展和視頻監(jiān)控的需求，使得MPEG組織進(jìn)一步修改MPEG-4視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，制訂了現(xiàn)在意義上的MPEG-4視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

    與此同時，國際電話電報咨詢委員會（CCITT/ITU-T）也先后推出H.系列視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。在國際上按照流行的視頻壓縮水平劃分為：

·第一代壓縮編碼方法：MPEG-1、MPEG-2、H.261、H.263；

·第二代壓縮編碼方法：MPEG-4、H.264。

    通俗來說，MPEG-4注重視頻的多媒體特性，而H.264更側(cè)重窄帶下視頻的傳輸和存儲。鑒于廠家在MPEG-4、H.264上對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了不同的裁剪，導(dǎo)致各廠家的視頻壓縮格式互不兼容，這給視頻聯(lián)網(wǎng)帶來了較大的困難，承擔(dān)聯(lián)網(wǎng)的單位需要與各個廠家協(xié)商得到相應(yīng)的視頻壓縮格式。

控制協(xié)議
    廠家均自行定義了控制協(xié)議（特別是對硬盤錄像機(jī)、視頻矩陣的控制），協(xié)議內(nèi)容主要包括：幀長度定義、格式定義、波特率、通訊格式、控制類（設(shè)備控制、云臺控制、顯示控制）、報警、布防、撤防設(shè)置類。

    相對處理不同廠家視頻壓縮和解壓來說，實(shí)現(xiàn)對不同廠家的視頻設(shè)備控制要簡單得多，一般來說，涉及的廠家視頻設(shè)備控制協(xié)議中的終止命令不超過百條。

數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)方式
工業(yè)控制總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
    傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)采用一對一的設(shè)備連線，按照控制回路分別連接（見圖2）。

    所有的儀器儀表均一對一的連接到監(jiān)控主機(jī)上，所有的儀器儀表輸出均為4-20mA或1-5v的模擬信號。

    采用總線方式的工業(yè)控制總線，用一根總線可以連接所有的控制器，而控制器又可以連接儀器儀表，總線上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號（如圖3）。[nextpage]

數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)總線連接方式
    第一種，前端服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)方式（見圖4）。這是目前數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)采用比較多的方式，即在用戶端安裝一個前端服務(wù)器，主要承擔(dān)將用戶數(shù)據(jù)系統(tǒng)的控制、報警、狀態(tài)信息解析成后臺的標(biāo)準(zhǔn)信息格式發(fā)送給后臺服務(wù)器，同時由后臺服務(wù)器發(fā)出的控制命令通過前端服務(wù)器解析成用戶數(shù)據(jù)系統(tǒng)能接受的信息格式發(fā)送到用戶數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

    第二種，后臺服務(wù)器解析聯(lián)網(wǎng)方式（見圖5）。后臺服務(wù)器解析聯(lián)網(wǎng)方式是將用戶數(shù)據(jù)系統(tǒng)的協(xié)議解析由后臺服務(wù)器承擔(dān)，這樣可以省去了前端服務(wù)器，降低了聯(lián)網(wǎng)成本。

[nextpage]

    從兩種數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)方式上看，前端服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)方式和后臺服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)方式各有特點(diǎn)。有些數(shù)據(jù)系統(tǒng)沒有網(wǎng)絡(luò)接口，也有的數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要不斷的發(fā)送申請指令，數(shù)據(jù)系統(tǒng)才響應(yīng)申請命令輸出數(shù)據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)。如果沒有連續(xù)不斷的申請指令，數(shù)據(jù)系統(tǒng)就不輸出數(shù)據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)，因此這類數(shù)據(jù)系統(tǒng)只能采取前端服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)方式，所以比較理想的方式是混合方式，即前端服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)和后臺服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)同時采用的方式。

視頻聯(lián)網(wǎng)方式
    目前國內(nèi)的視頻聯(lián)網(wǎng)技術(shù)總的來說分為“軟聯(lián)網(wǎng)”和“硬聯(lián)網(wǎng)”方式，兩種方式也是各有特點(diǎn)，適用于不同的場合。

軟聯(lián)網(wǎng)
    軟聯(lián)網(wǎng)方式是采用后臺視頻服務(wù)器解壓來自經(jīng)不同廠家壓縮的視頻流，解析相應(yīng)的控制協(xié)議，并將視頻顯示在電視墻上。
軟聯(lián)網(wǎng)方式需要知道各廠家的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)和控制協(xié)議。為此，負(fù)責(zé)聯(lián)網(wǎng)的單位的開發(fā)工作量和協(xié)調(diào)工作量非常大，同時用戶的視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要具有網(wǎng)絡(luò)接口和聯(lián)網(wǎng)能力。

    采用軟聯(lián)網(wǎng)方式的費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)性好，無須配置前端視頻服務(wù)器，從而節(jié)省費(fèi)用。但是隨之帶來的是開發(fā)工作量大，而且后臺視頻服務(wù)器的多路視頻解壓負(fù)擔(dān)很重，從而導(dǎo)致需要增加多臺后臺視頻服務(wù)器，隨著高清視頻的普及應(yīng)用，完全由后臺視頻服務(wù)器承擔(dān)多路視頻解壓這個問題會更加突出。

硬聯(lián)網(wǎng)
    硬聯(lián)網(wǎng)方式是指在用戶端設(shè)置視頻服務(wù)器，將視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻矩陣或硬盤錄像機(jī)的視頻輸出作為視頻服務(wù)器的輸入，通過RS-485控制視頻矩陣或硬盤錄像機(jī)的視頻輸出。視頻服務(wù)器將來自視頻矩陣或者硬盤錄像機(jī)的視頻輸出作為自己的視頻輸入重新壓縮編碼，并將統(tǒng)一的壓縮視頻流發(fā)送到后臺視頻服務(wù)器。

    硬聯(lián)網(wǎng)方式的顯著優(yōu)點(diǎn)是不需要知道各廠家的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，只需要知道控制協(xié)議就可以實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)網(wǎng)。同時由于設(shè)置了視頻服務(wù)器，對早期的磁帶錄像機(jī)、不具備聯(lián)網(wǎng)功能的視頻設(shè)備也能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，而且聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)工作量小、效率高。這同時帶來了兩個問題：一是在用戶端配置視頻服務(wù)器，對整個聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來說設(shè)備費(fèi)用會增加；二是由于重新對來自視頻矩陣或者硬盤錄像機(jī)的視頻輸出（特別是錄像回放）進(jìn)行壓縮，這意味著對視頻信號進(jìn)行了兩次壓縮（指遠(yuǎn)程視頻回放狀態(tài)下），每一次壓縮處理都將損失部分視頻信息，尤其是視頻信號的高頻部分（對應(yīng)視頻圖像的細(xì)節(jié)部分），兩次壓縮處理會有更多的視頻信息損失，因此在設(shè)置二次視頻壓縮處理時應(yīng)將因二次視頻壓縮導(dǎo)致的視頻信息損失減為最小。因此，在采用硬聯(lián)網(wǎng)技術(shù)時，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化二次視頻壓縮比，盡量與一次視頻壓縮相匹配。

視頻和數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的綜合處理
    目前許多用戶對視頻和數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)綜合處理已經(jīng)有明確的需求，因此在進(jìn)行視頻和數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的綜合處理時需要進(jìn)行優(yōu)化組合。從我們的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)來看，將數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的前端服務(wù)器和視頻聯(lián)網(wǎng)的視頻服務(wù)器合為一臺綜合前端服務(wù)器將大大節(jié)省聯(lián)網(wǎng)成本，同時后臺服務(wù)器完成視頻聯(lián)網(wǎng)的后臺視頻服務(wù)器功能和數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)器功能。

    視頻和數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的綜合處理除了視頻和數(shù)據(jù)監(jiān)控自身的原有功能外主要包括：映射表、映射功能、巡檢功能、核警功能、保安定位功能、調(diào)度功能、綜合電子地圖顯示功能。

    視頻和數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國際上也是新的課題，我們希望與國內(nèi)外的專家學(xué)者一起討論和研究，提高聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平。