1、视频监控系统基础,包 峰 2010.3.29,前 言,安防监控系统是一门被人们日益重视的新兴专业，就目前发展看，应用普及越来越广，科技含量越来越高。几乎所有高新科技都可促进其发展，尤其是信息时代的来临，更为该专业发展提供契机。 随着科技的日新月异，视频监控市场也得到了飞速发展。视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。近年来，随着互联网的大范围普及，以及计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也有长足的发展。视频监控已经渗透到教育、政府、娱乐场所、医院、酒店、运动场馆、城市治安等多种领域。,一、电视监控系统概述,电视监控系统的三个发展阶段： 一、基于本地模拟信
2、号监控系统 二、基于PC的多媒体监控系统 三、基于Web服务器的远程视频监控系统,阶段一：全模拟信号系统,阶段二：模拟传输数字集中处理。,阶段三：前端数字化数字传输数字处理。,二、电视监控系统的组成,前端设备,传输链路,终端设备,摄像机 镜头 云台 麦克风 扬声器,同轴电缆 光纤 微波 TCP/IP .,矩阵 DVR 存储 控制键盘 监视器 工作站 .,1、前端设备,前端设备主要是摄像机和镜头，云台等。 摄像部分是整个系统的“眼睛”。它的作用是通过选用合适的镜头，使其视角能有效覆盖整个被监视区域，并把监视的内容变为图像信号，传送到控制中心的监视器上。摄像部分是系统的最前端。从系统的角度来讲，摄
3、像部分是系统的信号源，其信号的质量决定了整个系统的质量。因此，认真选择和处理摄像部分是至关重要的。 可以选用带遥控变焦，对焦和水平、垂直摇移装置的摄像机。使摄像机能获得更大的监视范围，增强其应用能力。 在室外应用的情况下，为了防尘、防雨、抗高低温、抗腐蚀等，对摄像机及其镜头还应加装专门的防护罩，甚至对云台也要有相应的防护措施。,摄像机的原理,CCD,微透镜,滤色片,感光元件,DSP,视频信号输出,摄像机的基本参数,感光元件材质：CCD、CMOS 色彩：彩色、黑白、彩转黑 感光元件尺寸：1/2”,1/3”,1/4”. 分辨率：低分辨率（480线）、高清（720i/p,1080i/p) 供电方式：
4、220VAC，24VAC，12VDC 灵敏度：普通型、月光型、星光型、红外型：原则上可以为零照度，采用红外光源成像。 信噪比：信号噪声的幅度比，典型46dB，越高越好。 动态范围：一般、宽动态 外形：枪式、半球式、鱼眼、针孔、一体化,网络摄像机,组成原理 网络摄像机一般由镜头、图像传感器、声音传感器、A/D转换器、图像、声音压缩控制器、网络服务器、外部报警控制接口等部分组成。 图像的编码标准： 目前，网络摄像机的图像压缩编码标准主要有MPEG4、 M-JPEG 、 H.263、H.264等。H.264是目前主流的标准。 （H.264是ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG的联合视频组开
5、发的一个新的数字视频编码标准。在相同的重建图像质量下，H.264能够比H.263节约50左右的码率，比目前根据MPEG4实现的视频格式在性能方面提高33左右。）,网络摄像机的优点,A、在前端直接数字化，模拟信号的衰减或干扰被减少到了最小，大大提高了系统的抗干扰能力；图像清晰，稳定可靠。 B、分布式的结构有效分散了系统风险，某台设备的故障不会影响到系统内其它设备的运行；系统容错能力强，整体稳定性高。 C、数字化的结构使得从前端到中控室只需要一条普通的双绞线；网络的综合布线代替了传统的视频模拟布线，实现了视频、音频、数据的合并传输。大大简化了线路， D、图像的存储、检索十分安全、方便、可异地存储，
6、多机备份存储。任何和系统联网的工作站电脑可以实时监控相关图像，也可以查询历史录像数据。还可以通过WLAN或者GPRS网络用移动终端进行访问。,网络摄像机的优点,E、网络摄像机即插即用，工程实施，系统扩充方便；组网和扩容能力强大，由于其网络化的结构，可以通过专线，光纤等各种传输链路构建垮区域，多级组网的大型系统；几乎具有无限的平滑扩展能力。 F、系统具有扩展和第三方接入能力，其开放式的架构允许跨平台的集成，可以同门禁，人员定位跟踪系统等系统进行通讯，实现数据共享，实现更高级的管理功能。,镜头基本参数,成像尺寸：和摄像机的CCD尺寸对应 是否变焦：定焦，变焦 焦距：单位mm 光圈：单位F，固定光圈
7、/可变自动光圈 视角：由焦距和成像尺寸决定,镜头的选择,应根据现场被监视环境，正确选用摄像机镜头。 1、固定、自动光圈镜头的选用 取决于使用环境的照度是否恒定。在环境照度恒定的情况下，如电梯轿箱内、封闭走廊里、无阳光直射的房间内，均可选用固定光圈镜头。 对于环境照度处于经常变化的情况，如随日照时间而照度变化较大的门厅、窗及大堂内等，均需选用自动光圈镜头(必须配以带有自动光圈镜头插座的摄像机)，这样便可以实现画面亮度的自动调节，获得良好的较为恒定亮度的监视画面。 自动光圈镜头的控制信号可分为DC及VIDEO控制两种 ， 即直流电压控制及视频信号控制。,2、定焦、变焦镜头的选用 定焦、变焦镜头的选
8、用取决于被监视场景范围的大小 ，以及所要求被监视场景画面的清晰程度。 通常我们所讲的视场角一般是指镜头的图像水平视场角。镜头焦距与镜头视角的关系为：镜头焦距越长，其镜头的视场角就越小； 正确选用镜头焦距的理论计算 镜头的焦距可用下述公式计算： f = v D / V f：焦距、V：景物实际高度、D：物距、v：图像高度 用于决定摄影机所观测之视角，根据不同需求，使用不同焦距之镜头以得到最佳视角。,云台和防护罩的选用,云台（PAN/TILT） 云台用于承载摄像机，内部带有解码器，驱动器和步进电机等设备，可以通过控制中心的遥控改变摄像机的水平和俯仰角度。按安装方式分为侧装和吊装。 防护罩（HOUSI
9、NG） 防护罩用于保护摄像机免于外部环境的破坏。 室外防护罩常带有风扇（散热功用）、电热丝（除雾功用）、雨刷及喷水器（清洗镜面功用）。室外防护罩密封性能一定要好，保证雨水不能进入防护罩内部侵蚀摄像机。挑选防护罩时先看整体结构，安装孔越少越利于防水，再看内部线路是否便于联接，最后还要考虑外观、重量、安装座等等。 室内防护罩主要区别是体积大小，材料好坏，表面工艺等。功能主要是防尘、防破坏。,2、终端设备,终端设备包括 硬盘录像机（DVR） 监控主机 视频分配器 视频监视器,硬盘录像机DVR,硬盘录像机的基本功能是将模拟的音视频信号转变为压缩的视频文件数字信号存储在硬盘（HDD）上，并提供与录制、播
10、放和管理节目相对应的功能。 其突出特性体现在以下几个方面：实现了模拟视频信息的数字化高保真存储，能够将模拟音视频数据以先进的数字化方式录制和存储，反复多次播放和复制也不会使质量有任何下降。 多种可选图像录制等级 对于同一个节目源，提供了分辨率，码流和帧率的调节选项，由用户自行设定合适的图像资料和存储容量。选用最高等级时，录制的图像质量接近于DVD的图像质量。 严格的用户权限管理，不同级别的人员可访问的资源可按照要求进行控制。,硬盘录像机DVR,用户可安装多块大容量的硬盘用于节目存储。可长时间存储视频数据，扩展性强 。 具有报警接口，可外接双鉴探头，可由报警触发录像。 带有电子地图管理模块，直观
11、的管理摄像头的分布。 具有循环录像功能，当硬盘录满时会自动覆盖最早的录像数据。 具有多种录像方式可供选择，如：时间表定时录像，手动选择录像，动态侦测录像等。 具有网络服务器功能，可以提供远程网络访问，远端工作站可以通过网络访问实时监控图像或者查看录像数据。,硬盘录像机DVR,产品分类：有PC型和单机型(嵌入式)。 PC型硬盘录像机：实质上就是一部专用工业计算机，利用专门的软件和硬件采集视频卡、数据处理及记录、自动警报于一身。操作系统一般采用WINDOWS系列。PC型硬盘录像机最多可同时记录视频48路。其优点是控制功能和网络功能较为完善；不足之处是其操作系统基于WINDOWS运行，可靠性稍差，必
12、须隔时重启，且维护较为困难。 单机型硬盘录像机：外形看来更像一部家用录像机，操作采用面板上的按键控制，不再采用鼠标和键盘。内部采用专门设计的软硬件，操作系统采用自行研发的操作系统。一般最多可以记录16路视频信号。优点是结构简单，操作简便，工作稳定；不足之处是其控制功能较简单，需要通过网络进行管理。,DVR的选择,视频采集通道数量选择: 一般有1路、2路、4路、8路、9路、12路和16路。 根据视频监控的总路数和分布情况进行组合选择。,DVR的选择,视频压缩方式选择： M-JPEG,MPEG,H.263,H.264 H.264首选格式. H.264不仅比MPEG-4节约了30的码率，而且对网络传
13、输具有更好的支持功能。它引入了面向IP包的编码机制，有利于网络中的分组传输，支持网络中视频的流媒体传输。H.264具有较强的抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输。H.264支持不同网络资源下的分级编码传输，从而获得平稳的图像质量。H.264能适应于不同网络中的视频传输，网络亲和性好。 根据以上的数据资料，我们不难看到H.264的高压缩比、超强的网络传输性能与纠错能力、接近完美还原能力等方面的先进性，当然这也是H.264压缩方式被设计的原因。,DVR的选择,分辨率选择： QCIF（176144）、 CIF（352288）、 HALF D1（704288）、 D1（70457
14、6）。 分辨率越高，码流越大，清晰度越高。 应考虑系统需求，帧率资源，带宽，存储容量等。,DVR的选择,存储容量的选择： 如果采用CIF分辨率，通常每1路的硬盘容量为200MB/小时；如果是D1的分辨率，需要的硬盘容量为720MB1000MB/小时，如果采用动态码流，硬盘的容量可以按照500MB/小时计算！ 对于画面长时间无变化的通道，可以设置为动态侦测录像，可大大节约存储空间。,监控主机,监控主机是大中型电视监控系统的核心设备，它通常是将系统控制单元与视频矩阵切换器集成为一体，简称系统主机，而系统主机的核心部件则为微处理器（CPU）。 系统主机的主要任务是实现多路视/音频信号的选择切换（输出
15、到指定的监视器或录像机）并在视频信号上叠加时间、日期、视频输入号及标题、监视状态等重要信息在监视器上显示，并通过通信线对指定地址的前端设备（云台、电动镜头、雨刷、照明灯或摄像机电源等）进行各种控制。,监控主机,工作中，微处理扫描控制面板、主控键盘、副控键盘、报警接口箱、多媒体传来的控制指令，并向相应控制电路发出控制指令信号。如果控制键盘发出的是对于前端设备的控制指令（含有地址码信息），则该指令经编码后传送到远端指定地址的解码器。解码器解出主控端的命令，输出相应的控制信号至指定的外接设备，使外接设备做与主控端指令相符合的动作。 监控主机的主要参数是它的容量，用几路输入几路输出来表示。容量越大的主
16、机价格越高。一般较大型的监控系统才选用监控主机。随着DVR的普及，一般小型的监控系统中往往不再配置监控主机，而由DVR来完成监控主机的部分功能。,视频分配器,将一个影像信号分配给多个接收源。例如一台CAMERA要接一台DVR、一台监视器这时就需要用到分配器。因为直接并联视频信号衰减较大，送给多个输出设备后由于阻抗不匹配等原因，图像会严重失真，线路也不稳定。 视频分配器除了阻抗匹配，还有视频增益，使视频信号可以同时送给多个输出设备而不受影响。,视频监视器,显示部分一般由几台或多台监视器（或带视频输入的普通电视机）组成。它的功能是将传送过来的图像一一显示出来。在电视监视系统中，一般都不是一台监视器
17、对应一台摄像机进行配置，而是几台摄像机的图像信号用一台监视器轮流切换显示。当某个被监视的场所发生情况时，可以通过矩阵将这一路信号切换到某一台监视器上一直显示，并通过控制台对其遥控跟踪记录。 监视器的选择，应满足系统总的功能和总的技术指标的要求，特别是应满足长时间连续工作的要求。 对于采用DVR且监控路数不多的的监控系统，可以直接由电脑显示器作为监视器，以节约成本。,3、传输链路,同轴电缆（SYV-75-X) 光纤 TCP/IP网络,同轴电缆,中近距离视频传输选用特性阻抗75的同轴电缆，通常使用的电缆型号为SYV-75-3和SYV-75-5。它们对视频信号的无中继传输距离一般为300-500m，
18、当传输距离更长时，可相应选用SYV-75-7/9/12的粗同轴电缆（传输距离可达1km以上）或者使用中继器.同轴电缆直接传输视频信号. 优缺点: 线缆型号定义: SYV 75-5-1(A、B、C） S: 射频 Y:聚乙烯绝缘 V:聚氯乙烯护套 75：75欧姆 5：线缆外径为5MM 1：代表单芯 A：64编 B：96编 C：128编,光纤,单模,多模光纤. 两端需配置视频光端机. 抗干扰能力强. 传输距离远. 照价高. 也可配置网络光端机用于网络监控.,TCP/IP网络,用于视频网络监控系统. 前端为视频网络摄像机或者网络视频服务器 以网络交换机进行连接 介质可以是WLAN,LAN,光纤,专线等. 可应用于广域监控系统.,
