视频监控系统介绍文档.doc

1、视频监控系统介绍文档1 视频监控系统发展阶段概述视频监控系统已经经过了二十几年时间的发展，从最早模拟监控到现在的网络视频监控，可以说发生了巨大的变化。从技术角度出发，视频监控系统发展划分为第一代模拟视频监控系统(CCTV)，到第二代基于“PC多媒体卡”数字视频监控系统(基于 DVR) ，到第三代网络视频监控系统（基于 DVS）。而目前，智能化监控也成为视频监控系统重要的发展趋势。1.模拟视频监控模拟信号监控系统主要由摄像机、视频矩阵、监视器、录像机等组成，利用视频传输线将来自摄像机的视频连接到监视器上，利用视频矩阵主机，采用键盘进行切换和控制，录像采用使用磁带的长时间录像机；远距离图像传输采用

2、模拟光纤，利用光端机进行视频的传输。在 20 世纪 90 年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。图像信息采用视频电缆，以模拟方式传输，一般传输距离不能太远，主要应用于小范围内的监控，监控图像一般只能在控制中心查看。传统的模拟闭路电视监控系统有很多局限性：（1） 有线模拟视频信号的传输对距离十分敏感；（2） 有线模拟视频监控无法联网，只能以点对点的方式监视现场，并且使得布线工程量极大；（3） 有线模拟视频信号数据的存储会耗费大量的存储介质（如录像带），查询取证时十分烦琐。2模拟-数字” 监控系统是以数字硬盘录像机 DVR 为核心半模拟-半数字方案，从摄像机到

3、 DVR 仍采用同轴缆输出视频信号，通过 DVR 同时支持录像和回放，并可支持有限 IP 网络访问，由于 DVR 产品五花八门，没有标准，所以这一代系统是非标准封闭系统，DVR 系统仍存在大量局限：(1) “模拟-数字”方案仍需要在每个摄像机上安装单独视频缆，导致布线复杂性。(2)DVR 典型限制是一次最多只能扩展 16 个摄像机。有限可管理性 您需要外部服务器和管理软件来控制多个 DVR 或监控点。（3）有限远程监视与控制能力有限，不能从任意客户机访问任意摄像机。只能通过 DVR 间接访问摄像机。（4）磁盘发生故障风险，“模拟-数字”方案录像没有保护，容易导致丢失。3.网络视频监控网络视频监

4、控 20 世纪 90 年代末，随着网络技术的发展，基于嵌入式 Web服务器技术的远程网络视频监控，而产生网络视频监控技术。其主要原理是：视频服务器（DVS）内置一个嵌入式 Web 服务器，采用嵌入式实时操作系统。摄像机等传感器传送来的视频信息，由高效压缩芯片压缩，通过内部总线传送到内置的 Web 服务器。网络上用户可以直接用浏览器观看 Web 服务器上的图像信息，授权用户还可以控制传感器的图像获取方式。这类系统可以直接连入以太网，省掉了各种复杂的电缆，具有方便灵活、即插即看等特点，同时，用户也无需使用专用软件，仅用浏览器即可。 基于嵌入式技术的网络数字监控系统不需处理模拟视频信号的 PC，而是

5、把摄像机输出的模拟视频信号通过嵌入式视频编码器直接转换成 IP 数字信号。嵌入式视频编码器具备视频编码处理、网络通信、自动控制等强大功能，直接支持网络视频传输和网络管理，使得监控范围达到前所未有的广度。除了编码器外，还有嵌入式解码器、控制器、录像服务器等独立的硬件模块，它们可单独安装，不同厂家设备可实现互连。（1） 网络视频监控可以在计算机网络（局域网或广域网）上传输图像数据，基本上不受距离限制，信号不易受干扰，可大幅度提高图像品质和稳定性；（2）网络视频监控可利用计算机网络联网，网络带宽可复用，无须重复布线；（3） 数字化存储成为可能，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，查询

6、十分简便快捷。（4）坚固冗余存储器可同时利用 SCSI、RAID 以及磁带备份存储技术永久保护监视图像不受硬盘驱动器故障影响。2 视频监控核心产品与主要技术概述视频监控系统各个阶段核心产品与主要技术如下表所示2.1 摄像机摄像机作为视频监控系统的前端设备来摄取视频信号，然后通过传输系统（可以是有线传输方式、无线传输方式、微波传输方式、光纤传输方式、双绞线平衡传输方式和电话线传输等多种传输系统方式）将信号传输至主控设备。主要技术 核心产品模拟监控 电视、电子技术 摄像机、矩阵主机数字监控 视频编解码技术 数字硬盘录像机（DVR）网络监控 IT 技术 视频服务器(DVS)软件平台摄像机一般可包括摄

7、像机镜头、摄像机防护罩、旋转云台、解码器和安装支架等组件。其基本参数有;成像器件（目前基本采用 CCD 固定成像元件）、电源种类（220V AC，24V AC，12V DC 等）、信号种类（彩色/黑白）、最低照度（LUX），是否带逆光补偿、分辨率、靶面尺寸、镜头接口（ C/CS）等。镜头：镜头是将观察目标的光像聚焦于 CCD 成像器件上的元件，根据作用不同可分为常用镜头、特殊镜头（广角镜头、针孔镜头等）两类。其基本参数有：焦距、光圈（自动、手动）、视场角、镜头安装接口（C/CS）、景深等。云台:云台是控制现场摄像机的设备，其控制的主要功能有摄像机的上、下、左、右旋转、镜头的变焦、接收报警输入、

8、产生报警输出等。摄像机按照性能的不同可分为四类： 普通摄像机：适用于室内正常照明情况或室外白天； 暗光摄像机：适用于室内无正常照明情况； 微光摄像机：适用于室外月光或星光下； 红光摄相机：适用于室内外无照明灯场。若按照结构组成的不同则可分为四类： 固定摄相机：用于监控哦哦那个固定目标； 可旋转式：带旋转云台摄相机； 球形摄像机：三百六十度水平旋转，九十度垂直旋转； 半球形摄像机：吸顶安装。摄相机性能指标： 清晰度： 一般多给出水平清晰度。电视监控系统使用的摄像机，要求彩色摄像机水平清晰度在 300 线以上，黑白摄像机在 350 线以上。 照度： 是衡量摄像机在什么光照强度的情况下，可以输出正常

9、图像信号的一个指标。一般是给出“正常照度”和“最低照度”两个指标。照度一般用“勒克斯”（Lux）表示。 信噪比 ：也是摄像机的一个重要技术指标。信噪比的是指摄像机的图像信号与它的噪声信号之比。常用用 S/N 表示。信噪比一般用分贝（dB）表示，一般要求其信噪比高于 46dB。2.2 矩阵主机矩阵主机的主要任务是实现对多路视/音频信号的选择切换（输出到指定的监视器或录像机），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。2.3 数字硬盘录像机（DVR）它 是 一 套 进 行 图 像 存 储 处 理 的 计 算 机 系 统 ， 具 有 对 图 像 /语

10、 音 进 行 长 时 间 录像 、 录 音 、 远 程 监 视 和 控 制 的 功 能 ， DVR 集 合 了 录 像 机 、 画 面 分 割 器 、 云台 镜 头 控 制 、 报 警 控 制 、 网 络 传 输 等 五 种 功 能 于 一 身 ， 用 一 台 设 备 就 能 取 代模 拟 监 控 系 统 一 大 堆 设 备 的 功 能 ， 而 且 在 价 格 上 也 逐 渐 占 有 优 势 。硬 件 组 成 ： DVR 系 统 的 硬 件 主 要 由 CPU， 内 存 ， 主 板 ， 显 卡 ， 视 频 采 集 卡 ，机 箱 ， 电 源 ， 硬 盘 ， 连 接 线 缆 等 构 成 ， 让 我

11、 们 从 系 统 学 的 观 点 出 发 ， 来 分 析这 些 部 件 的 稳 定 性 和 可 靠 性 。 传 统 DVR 视 频 监 控 系 统 结 构 ：2.4 网络视频服务器（DVS）DVS(digital video server)网络视频服务器、又叫数字视频编码器，是一种压缩、处理音视频数据的专业网络传输设备，由音视频压缩编解码器芯片、输入输出通道、网络接口、音视频接口、RS485 串行接口控制、协议接口控制、系统软件管理等构成，主要是提供视频压缩或解压功能，完成图象数据的采集或复原等,目前比较流行的基于 MPEG-4 或 H.264 的图像数据压缩通过 Internet 网络传输数

12、据以及音频数据的处理。它 是 一 种 实 现 音 视 频 数 据 编 码 、 网 络 传 输处 理 的 专 用 设 备 ， 它 由 音 视 频 编 码 器 、 网 络 接 口 、 音 视 频 接 口RS422/RS485 串 行 接 口 、 RS232 串 行 接 口 等 构 成 。 音 视 频 压 缩 编 码 器 ： 由 于 模 拟 视 频 数 据 量 非 常 大 ， 通 过 数 模 转 化 后 ， 数据 量 也 很 大 ， 故 要 利 用 成 熟 的 编 码 技 术 ， 将 视 频 数 据 在 满 足 网 络 传 输 要 求 的技 术 指 标 下 进 行 高 压 缩 比 的 编 码 ， 以

13、 满 足 传 输 要 求 。 以 前 的 网 络 视 频 服 务 器一 般 采 用 MJPEG 等 编 码 器 ， 用 户 无 法 实 现 更 高 的 压 缩 码 率 ， 以 适 合 于 各 种不 同 的 网 络 环 境 ， 只 能 通 过 减 低 帧 率 实 现 效 果 一 般 的 网 络 传 输 效 果 。 目 前 各公 司 都 已 经 推 出 了 MPEG4 的 网 络 视 频 服 务 器 以 更 能 视 频 网 络 传 输 的 要 求 。 网 络 接 口 ： 由 于 以 前 的 模 拟 产 品 的 组 网 都 主 要 通 过 建 立 昂 贵 的 独 立 光 纤实 现 网 络 传 输 ，

14、 网 络 视 频 服 务 器 的 以 太 网 接 口 可 以 方 便 地 实 现 IP 组 网 ， 实现 数 据 传 输 。 网 络 视 频 服 务 器 主 要 采 用 TCP/IP 等 协 议 实 现 音 视 频 数 据 、 控制 数 据 和 状 态 检 测 信 息 等 数 据 的 网 络 传 送 。 音 视 频 接 口 ： 网 络 视 频 服 务 器 带 有 标 准 模 拟 音 视 频 输 入 接 口 ， 方 便 监 视各 通 道 的 视 频 信 号 。 NVS900 采 用 Dynamic Stream Control 技 术 保 证 双 向音 频 实 时 传 输 ， 视 频 帧 率 根

15、 据 带 宽 自 动 调 节 ， 网 络 中 断 后 自 动 连 接 技 术 。 RS422/RS485 串 行 接 口 ： 网 络 视 频 服 务 器 带 有 RS422/RS485 串 行 通 讯接 口 ， 可 通 过 通 讯 线 外 接 如 云 台 、 快 球 等 各 种 外 设 。基 于 DVS 的 视 频 监 控 系 统 结 构 ：2.5 视频编码技术所谓视频编码方式就是指通过特定的压缩技术，将某个视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。目前视频流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的 H.261、H.263，运动静止图像专家组的 M-JPEG 和国际标准化组织运动图像专家组的

16、 MPEG 系列标准，此外在互联网上被广泛应用的还有 Real-Networks 的 RealVideo、微软公司的 WMT 以及 Apple 公司的 QuickTime 等。国际音视频压缩标准发展历程： 1. JPEG JPEG 的 压 缩 倍 数 为 2080 倍 ， 适 合 静 态 画 面 的 压 缩 ， 分 辨 率 没有 选 择 的 余 地 。 以 往 的 JPEG 压 缩 技 术 是 直 接 处 理 整 个 画 面 ， 所 以 要等 到 整 个 压 缩 档 案 传 输 完 成 才 开 始 进 行 解 压 缩 成 影 像 画 面 ， 而 这 样 的方 式 造 成 传 输 一 个 高 解

17、 析 画 面 时 须 耗 时 数 十 秒 甚 至 数 分 钟 。 而 新 一 代的 JPEG 是 采 取 渐 层 式 技 术 ， 先 传 输 低 解 析 的 图 档 ， 然 后 再 补 送 细 部之 资 料 ， 使 画 面 品 质 改 善 。 这 种 方 式 所 需 的 时 间 虽 然 与 原 先 的 方 式 一样 ， 但 由 于 可 以 先 看 到 画 面 ， 所 以 使 用 者 会 觉 得 这 种 方 式 较 好 。 2. MPEG1 及 MPEG2 而 MPEG1、 MPEG2 在 影 像 移 动 不 大 的 情 况 下 其 压 缩 倍 数 约 为 100倍 (一 般 VCD、 DVD

18、约 为 35 倍 )， 若 从 VCD、 DVD 的 规 格 来 看 ， MPEG1的 分 辨 率 为 320 240(或 以 下 )， MPEG2 则 通 常 为 720 480。 MPEG1、 MPEG2 是 传 送 一 张 张 不 同 动 作 的 局 部 画 面 。 3. MPEG4 至 于 压 缩 倍 数 为 450 倍 静 态 图 像 可 达 800 倍 ， 分 辨 率 输 入 可 从320 240 到 1280 1024 的 MPEG4， 则 是 专 为 移 动 通 信 设 备 例 如 移动 电 话 在 英 特 网 实 时 传 输 音 /视 频 讯 号 而 制 定 的 最 新 MP

19、EG 标 准 。MPEG4 和 MPEG 以 往 的 版 本 相 比 ， 最 大 不 同 之 处 在 于 MPEG4 使 用 图层 layer 方 式 ， 能 够 智 能 化 选 择 影 像 的 不 同 之 处 ， 在 压 缩 下 个 别 编辑 画 面 ， 使 图 文 件 容 量 大 幅 缩 减 ， 而 加 速 音 /视 频 的 传 输 。 有 人 认 为MPEG4 的 出 现 ， 对 于 DVR 厂 商 而 言 无 疑 是 一 大 福 音 ， 然 而 也 有 厂 商 认为 ， MPEG4 规 格 虽 已 定 出 ， 但 实 际 应 用 于 视 频 监 控 技 术 上 却 尚 未 成 熟 ，现

20、 阶 段 无 论 以 软 、 硬 件 来 实 现 都 有 待 突 破 。 H.264H.264 是 一 种 高 性 能 的 视 频 编 解 码 技 术 。 目 前 国 际 上 制 定 视 频 编 解 码技 术 的 组 织 有 两 个 ， 一 个 是 “国 际 电 联 （ ITU-T） ”， 它 制 定 的 标 准有 H.261、 H.263、 H.263+等 ， 另 一 个 是 “国 际 标 准 化 组 织 （ ISO） ”它 制 定 的 标 准 有 MPEG-1、 MPEG-2、 MPEG-4 等 。 而 H.264 则 是 由 两 个组 织 联 合 组 建 的 联 合 视 频 组 （ JV

21、T） 共 同 制 定 的 新 数 字 视 频 编 码 标 准 ，所 以 它 既 是 ITU-T 的 H.264， 又 是 ISO/IEC 的 MPEG-4 高 级 视 频 编 码（ Advanced Video Coding， AVC） ， 而 且 它 将 成 为 MPEG-4 标 准 的 第10 部 分 。 因 此 ， 不 论 是 MPEG-4 AVC、 MPEG-4 Part 10， 还 是ISO/IEC 14496-10， 都 是 指 H.264。 H.264 最 大 的 优 势 是 具 有 很 高 的 数 据 压 缩 比 率 ， 在 同 等 图 像 质 量 的条 件 下 ， H.264

22、 的 压 缩 比 是 MPEG-2 的 2 倍 以 上 ， 是 MPEG-4 的1.5 2 倍 。 举 个 例 子 ， 原 始 文 件 的 大 小 如 果 为 88GB， 采 用 MPEG-2压 缩 标 准 压 缩 后 变 成 3.5GB， 压 缩 比 为 25 1， 而 采 用 H.264 压 缩 标准 压 缩 后 变 为 879MB， 从 88GB 到 879MB， H.264 的 压 缩 比 达 到 惊 人 的102 1。2.6 编码分辨率目 前 监 控 行 业 中 主 要 使 用 以 下 分 辨 率 ： SQCIF,QCIF(176*144),CIF(352*288),2CIF(704

23、*288),4CIF(704*576)。SQCIF 和 QCIF 的 优 点 是 存 储 最 低 ， 可 以 在 窄 带 中 使 用 ， 使 用 这 种 分 辨率 的 产 品 价 格 低 廉 ； 缺 点 是 图 像 质 量 很 差 、 不 被 用 户 所 接 受 。CIF 是 目 前 监 控 行 业 的 主 流 分 辨 率 ， 它 的 优 点 是 储 存 量 最 低 、 图 像 质量 较 好 ， 能 在 普 通 宽 带 网 络 中 传 输 ， 价 格 也 相 对 低 廉 。 缺 点 是 图 像 质量 不 能 满 足 高 清 晰 的 要 求 。4CIF 是 标 清 分 辨 率 ， 它 的 优 点 是 图 像 清 晰 。 缺 点 是 储 存 较 高 ， 带 宽 要求 很 高 ， 价 格 也 较 高 。