模拟系统与数字系统的优劣比较研究,数字信号与模拟信号

近年来，数字监控系统迅速崛起，并以其独特的技术优势占据了越来越大的市场份额，与传统的模拟监控系统共同支撑起安全防范系统的大梁。然而模拟系统与数字系统都有各自的优势和缺点，在方案选择时，我们并不能一味的推崇一种系统而放弃另一种系统，而是要根据实际的监控需求选择两种系统的优势并有效地结合起来，以达到最佳的效果，这便产生了数模结合系统。

传统的模拟系统构架

传统的模拟系统通常以视频矩阵为中心构架。前端视频采集设备的视频输出信号及反向控制信号一般通过视频线缆及控制线缆与监控中心连通，距离较远的则采用光端机或双绞线传输设备来实现传输。视频进入监控中心后通过视频分配器或者视频环通功能同时接入矩阵和DVR，由DVR实现对所有视频图像的录像，而由矩阵、键盘来实现在电视墙上对前端视频的切换和控制。矩阵也可以使用配套软件进行控制，实现在PC上使用电子地图来查看和控制。

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图1 单套模拟矩阵系统的构架图1中所展示的是单套模拟矩阵系统的构架，此类系统多用于一些独立的区域安防项目中。随着社会公共安全防范在各行业的广泛应用，各行业对于安防系统的需求也越来越高，在很多行业如城市治安监控、道路监控、高速公路监控、轨道交通监控、大型楼宇系统监控中，单套模拟矩阵监控系统已无法满足行业对于安全防范监控系统的要求，在这些行业中，多采用联网矩阵系统，如图2所示。

联网矩阵系统可以将多套独立的监控系统通过联网来实现视频共享、控制互通。各套系统本身还是可以独立管理本地的视频图像，而通过联网，上级管理中心就可以调用查看每个下级中心的所有视频图像并实现控制，从而实现了多个系统的统一管理。

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图2 以太网联网矩阵系统的架构

模拟系统经过多年的发展和完善，相对于数字系统，它的产品及技术已完全成熟。此外，模拟系统的视频没有经过视频压缩、数模转换等处理，所以无损的视频质量和画面的无延时都是数字系统所无法比拟的。

当然，人们在使用模拟监控系统过程中也发现它的一些缺陷，比如在视频存储方面的不足以及多系统间互相控制的繁杂布线方式等等，所以在现今的模拟系统中会出现DVR、以太网联网系统等数字技术，利用数字技术来弥补自身的不足，以满足更高的监控需求。这样的改善只能算是用数字技术对模拟系统进行优化，并不是真正的模拟系统与数字系统的结合。

数字监控系统的构架

▲图3 数字监控系统架构

数字系统主要是通过计算机网络联网，主要分为两种系统架构，一种是通过DVR/DVS实现分布式存储和联网的系统架构，常应用于银行系统中；另一种是采用基于IP摄像机，网络集中存储的方式实现的系统架构。

基于DVR/DVS的数字系统

采用DVR/DVS实现分布式存储和联网的系统架构主要是利用DVR/DVS的网络功能来构架系统，在DVR/DVS及其软件上开发一些新的功能，比如增加DVR的视频输出口数量，并在DVR内部做类似矩阵切换的功能，以实现简单的电视墙切换功能；另外应用监控流媒体服务器，减轻DVR网络访问负担，节省带宽，实现C/S模式和B/S模式的访问的统一等。这种构架的数字系统主要应用在小型系统中，在很多有大型监控需求的行业中无法独立运用。

基于IP摄像机的纯数字系统

在大型数字化网络联网系统中，基于IP摄像机和网络集中存储方式的系统解决方案代表了监控系统的主流发展趋势。

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。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上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超出了传统监控的范畴，在其基础上增加了管理的概念。

数字监控系统前端采用IP摄像机或者模拟摄像机配合视频编码器将数字视频图像接入到以太网内，网上通过NVR录像服务器完成图像集中录像，后端的管理中心控制设备也接入以太网内在网络上查看和控制前端的视频图像，这里前端网络与后端网络并不直接连通，而是通过双网口流媒体服务器来实现网络连接。通常网络中视频访问采用的是TCP连接，这就要求每建立一个连接，视频数据就会重复发一次，这样不仅占用了有限的网络带宽，还占据了设备有限的连接数量(连接数量多时还会严重影响编码设备的处理能力)。而流媒体服务器就是为了减小这样的资源消耗而设计出来的，在数字网络中通过流媒体服务器连接前端，其它监控设备都连接到流媒体服务器上监看视频，如图3所示。

数字监控系统的优点

·管理方便，可以对各客户端划分细致的管理权限。

·具有便利的人工智能处理功能或接口，可以实现数字系统独有的智能处理功能，如智能图像分析、车牌识别功能、智能搜索引擎功能、智能寻像功能。

·施工简单方便维护，由于采用网络传输方式，可以省却很多线缆，减少施工量，在中心控制机房也无需大量的视频电缆，方便管理与维护。

·画面质量和传输延时需要进一步提高。

·成本较高，由于现今编解码器的成本比普通光端机高，而对小系统也省不下很多线缆，因此成本相对传统监控来讲要高。大型系统中，过多的前端数量也会造成中心集中存储的成本高昂。

·成熟产品不多，编解码器的制造商不少，但作为专业监控产品能成熟应用于大型系统中的不多。

·局部网络连接不正常时，前端部分图像丢失不可恢复，无法查询。

▲图4 利用视频服务器组网的数模结合的监控系统

▲图5 利用DVR组网的数模结合的监控系统

数模结合系统的构架

基于前面所介绍的，数字系统和模拟系统各有优劣，所以在配置一个安防监控系统时需要根据实际需求，选取两种系统的优势并规避其缺点，采用这样的数模结合系统，才能构架出最佳的安防监控系统。

数模结合系统考虑到模拟系统的图像质量好及无延时等优点，在本地监控系统中采用模拟系统来实现图像的控制管理及录像，而利用数字系统的传输优势、权限设置及人工智能功能接口等优势来实现管理中心的统一管理及图像智能处理等功能，如图4所示。

当然，数模结合系统并非只有这样一种模式，很多时候完全可以利用DVR的视频服务功能来实现网络上的管理和控制。这就需要在模拟矩阵与DVR之间建立一条数据通道，网络上的管理客户端完全可以通过DVR来实现对各矩阵下属图像的管理和控制，这也是一种数字与模拟结合的应用，如图5所示。

在图5中，我们更多的利用矩阵和硬盘录像机的互通，来实现数字与模拟的结合。一方面，我们将硬盘录像机的视频输出接到矩阵输入内，这样我们在电视墙上就可以通过矩阵来调出硬盘录像机的输出画面，而且控制键盘不仅能控制矩阵，还能控制DVR，通过键盘控制我们就可以在电视墙上直接对硬盘录像机进行管理，实现录像查看和回放；另一方面，硬盘录像机和矩阵之间还建立了数据通道，同时网络上的DVR客户端内也写入了矩阵的控制协议，这样，客户端就可以通过DVR来访问并控制矩阵，完成对矩阵下属球机和云台的控制。

无论是上述哪种数模结合系统，都具备如下优势：具有模拟系统的无损视频质量；具有模拟系统本地超低延时；具有数字系统的高效可靠传输；具有数字化存储的优势；具有便利的人工智能处理功能或接口。

总之，在数字系统没有完全成熟的今天，为了应对各行业对安全防范监控系统越来越高的需求，我们需要把模拟系统和数字系统的优势有效地结合起来，利用数模结合系统这个择优的产物，做好安全防范监控系统。