以消防系统作为实现视频和数据综合联网的需求日益增加，一方面视频监控系统希望接入更多的报警系统，特别是危险等级高的消防报警，同时实现可视化消防远程监控系统也需要对视频信息的控制。本文主要以电视监控系统为例，对数据联网的技术、协议和具体方式做一阐述。

    视频和数据联网技术是目前城市应急指挥系统的核心技术。视频监控广泛应用在安防、工业生产、企业管理等领域，数据联网主要在消防、照明控制、工业控制系统、智能楼宇控制、制造业等领域广泛应用。随着科学技术的发展，用户希望提供两者相互结合的联网。例如在远程消防系统联网中，已经明确提出将消防远程监控可视化、智能视频行为分析和红外成像测温报警也融入到数据联网中。

关于数据联网总线
    在视频和数据联网中，是否能够解析各厂家和系统的协议和编码方式是实现视频和数据联网的基础。国际电工委员会/国际标准协会(IEC/ISA)自1984年便开始着手现场总线标准的制定工作，同时随着计算机网络的发展，各厂家也分别推出了自己的现场总线，但由于各种原因，至今没有形成统一标准。

总线之所以没有形成统一的标准主要源于下列几个原因：
    ·每种总线都有其各自的应用领域，例如在电力设备监控系统中普遍采用ModBus总线，消防系统多采用CAN总线，Profibus总线用于流程作业。这些在各领域占主流的的总线之间很难形成统一标准；

    ·每种总线有各自的国际组织，大多数总线都成立了相应的国际组织，希望自己的总线推广到更多的领域，而国际组织之间很难协调。例如 WorldFIP总线背后是WorldFIP用户组织，FF总线背后是FF基金会， ControlNet总线背后是ControlNet国际用户组织等等；

    ·每种总线背后有大型跨国公司的支持，大型国际跨国公司与总线发展息息相关，他们也都在大力发展自己采用的总线。例如，ProfiBus总线背后是西门子公司，ControlNet总线背后是罗克韦尔公司，WorldFIP总线背后是 Alstom公司；

    ·有些总线已经成为国家标准，当总线成为一个国家标准，则给建立全球标准总线带来较大障碍。丹麦已经将P-Net总线作为国家标准，德国将ProfiBus总线作为国家标准，法国已经将WorldFIP总线作为国家标准。而这三种总线于1994年成为并列的欧洲标准EN50170。

    国际标准化组织ISO为计算机互联网制订了OSI七层参考模型（图1），也适于数据联网的总线标准，但是细化到各厂家的总线产品标准，尽管各公司在开发各自总线时参考了OSI七层参考模型，但是各家总线并没有统一的约定，因此大部分总线基于OSI的第一层（物理层）、第二层（数据链层）和第七层（应用层）。其中基于第七层（应用层）开发的总线占较大部分。应用层分为上下两个部分：上面的部分为应用服务层(FMS），主要为用户提供接口等服务；下面的部分是总线存取层(FAS)，主要用于实现与数据链层的连接。

    目前国际上有很多工业控制总线，主要是来自各控制设备生产厂家，还没有一家工业控制总线能够成为唯一的国际标准。如果将工业控制总线分类的话，这些工业控制总线可以分为三类（见表一）。[nextpage]

    第一、传感器总线（Sensor Bus）。这类总线有AS-I，该类总线数据基本单元为位（bit）。

    第二、设备总线（Device Bus）。这类总线有CAN、ModBus、Interbus、ARCnet、DeviceNet、Genius、Seriplex、SERCOS(Serial Communication System)、SDS、ControlNet，该类总线数据基本单元为字节（bite）。

    第三、现场总线（Field Bus）。这类总线有LonWorks、FF、WorldFIP、P-Net、ProfiBus、Hart等，该类总线数据基本单元为帧（frame）。

    传感器级和设备级总线属于较低层次的工业网络，用于处理传感器、行程开关、继电器、接触器和阀门定位器这类工业设备；而现场总线则是一种较高层次的工业网络，用于完成一些过程控制器或现场仪表之间的通信。另外，由于设备级总线和现场总线有时完成相同的功能，因此它们之间是相互关联的，并且可同时存在于同一系统。

    工业控制总线在2003年4月由IEC/SC6SC/MT9小组负责修订的IEC61158 Ed.3成为正式的国际标准，在新版本的标准中规定了10种类型的工业控制总线：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，还有IEC TC17B通过的3种低压开关设备的工业控制总线国际标准：SDS (Smart Distributed System)、AS-I (Actuator Sensor Interface)、DeviceNet。另外，ISO还有一个ISO11898标准的CAN (Control Area Network)。而在控制网络和信息网络之间的联网则采用OPC技术。OPC(OLE for Process Control)是世界领先的跨国自动化公司和软硬件供应商合作开发的一套工业标准，它以微软的OLE/COM、DCOM技术为基础，定义了一套标准接口，解决了应用软件与过程控制之间的通信标准化问题。新中央电视台主楼消防系统与上一级的软件互联就是采用基于OPC技术开发的软件实现联网。[nextpage]

视频压缩编码和控制协议
视频压缩编码
    视频联网技术涉及到视频压缩编码问题。目前视频压缩方式为MPEG系列和H.系列。

    MPEG系列是由ISO/IEC所属的MPEG组织制定的数字视频信号压缩标准，目前使用较多的有MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4。其中MPEG-4的初衷是针对视频会议的窄带传输制定的压缩标准，但是在开发过程中由于计算机芯片技术的发展和视频监控的需求，使得MPEG组织进一步修改MPEG-4视频压缩标准，制订了现在意义上的MPEG-4视频压缩标准。

    与此同时，国际电话电报咨询委员会（CCITT/ITU-T）也先后推出H.系列视频压缩标准。在国际上按照流行的视频压缩水平划分为：

·第一代压缩编码方法：MPEG-1、MPEG-2、H.261、H.263；

·第二代压缩编码方法：MPEG-4、H.264。

    通俗来说，MPEG-4注重视频的多媒体特性，而H.264更侧重窄带下视频的传输和存储。鉴于厂家在MPEG-4、H.264上对标准进行了不同的裁剪，导致各厂家的视频压缩格式互不兼容，这给视频联网带来了较大的困难，承担联网的单位需要与各个厂家协商得到相应的视频压缩格式。

控制协议
    厂家均自行定义了控制协议（特别是对硬盘录像机、视频矩阵的控制），协议内容主要包括：帧长度定义、格式定义、波特率、通讯格式、控制类（设备控制、云台控制、显示控制）、报警、布防、撤防设置类。

    相对处理不同厂家视频压缩和解压来说，实现对不同厂家的视频设备控制要简单得多，一般来说，涉及的厂家视频设备控制协议中的终止命令不超过百条。

数据联网方式
工业控制总线的结构特点
    传统的模拟控制系统采用一对一的设备连线，按照控制回路分别连接（见图2）。

    所有的仪器仪表均一对一的连接到监控主机上，所有的仪器仪表输出均为4-20mA或1-5v的模拟信号。

    采用总线方式的工业控制总线，用一根总线可以连接所有的控制器，而控制器又可以连接仪器仪表，总线上传输的是数字信号（如图3）。[nextpage]

数据联网总线连接方式
    第一种，前端服务器联网方式（见图4）。这是目前数据联网采用比较多的方式，即在用户端安装一个前端服务器，主要承担将用户数据系统的控制、报警、状态信息解析成后台的标准信息格式发送给后台服务器，同时由后台服务器发出的控制命令通过前端服务器解析成用户数据系统能接受的信息格式发送到用户数据系统。

    第二种，后台服务器解析联网方式（见图5）。后台服务器解析联网方式是将用户数据系统的协议解析由后台服务器承担，这样可以省去了前端服务器，降低了联网成本。

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    从两种数据联网方式上看，前端服务器联网方式和后台服务器联网方式各有特点。有些数据系统没有网络接口，也有的数据系统需要不断的发送申请指令，数据系统才响应申请命令输出数据系统的状态。如果没有连续不断的申请指令，数据系统就不输出数据系统的状态，因此这类数据系统只能采取前端服务器联网方式，所以比较理想的方式是混合方式，即前端服务器联网和后台服务器联网同时采用的方式。

视频联网方式
    目前国内的视频联网技术总的来说分为“软联网”和“硬联网”方式，两种方式也是各有特点，适用于不同的场合。

软联网
    软联网方式是采用后台视频服务器解压来自经不同厂家压缩的视频流，解析相应的控制协议，并将视频显示在电视墙上。
软联网方式需要知道各厂家的视频压缩标准和控制协议。为此，负责联网的单位的开发工作量和协调工作量非常大，同时用户的视频监控系统需要具有网络接口和联网能力。

    采用软联网方式的费用低，经济性好，无须配置前端视频服务器，从而节省费用。但是随之带来的是开发工作量大，而且后台视频服务器的多路视频解压负担很重，从而导致需要增加多台后台视频服务器，随着高清视频的普及应用，完全由后台视频服务器承担多路视频解压这个问题会更加突出。

硬联网
    硬联网方式是指在用户端设置视频服务器，将视频监控系统中的视频矩阵或硬盘录像机的视频输出作为视频服务器的输入，通过RS-485控制视频矩阵或硬盘录像机的视频输出。视频服务器将来自视频矩阵或者硬盘录像机的视频输出作为自己的视频输入重新压缩编码，并将统一的压缩视频流发送到后台视频服务器。

    硬联网方式的显著优点是不需要知道各厂家的视频压缩标准，只需要知道控制协议就可以实现视频联网。同时由于设置了视频服务器，对早期的磁带录像机、不具备联网功能的视频设备也能实现联网，而且联网的开发工作量小、效率高。这同时带来了两个问题：一是在用户端配置视频服务器，对整个联网系统来说设备费用会增加；二是由于重新对来自视频矩阵或者硬盘录像机的视频输出（特别是录像回放）进行压缩，这意味着对视频信号进行了两次压缩（指远程视频回放状态下），每一次压缩处理都将损失部分视频信息，尤其是视频信号的高频部分（对应视频图像的细节部分），两次压缩处理会有更多的视频信息损失，因此在设置二次视频压缩处理时应将因二次视频压缩导致的视频信息损失减为最小。因此，在采用硬联网技术时，应当优化二次视频压缩比，尽量与一次视频压缩相匹配。

视频和数据联网的综合处理
    目前许多用户对视频和数据联网综合处理已经有明确的需求，因此在进行视频和数据联网的综合处理时需要进行优化组合。从我们的开发经验来看，将数据联网的前端服务器和视频联网的视频服务器合为一台综合前端服务器将大大节省联网成本，同时后台服务器完成视频联网的后台视频服务器功能和数据联网的服务器功能。

    视频和数据联网的综合处理除了视频和数据监控自身的原有功能外主要包括：映射表、映射功能、巡检功能、核警功能、保安定位功能、调度功能、综合电子地图显示功能。

    视频和数据监控系统联网技术在国际上也是新的课题，我们希望与国内外的专家学者一起讨论和研究，提高联网应用水平。