安防视频监控技术及原理.ppt

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视频监控技术按照主流设备发展过程，可以氛围3大阶段,20世纪70年代开始,核心设备是视频切换矩阵,20世纪90年代开始核心设备是硬盘录像机（DVR）,近几年兴起的,没有核心硬件设备,系统变得开放,设备包括网络摄像机（IPC）,视频编码器（DVS）,网络录像机（NVR）及中央管理平台（CMS）等,视频监控技术发展过程,数字视频监控,智能网络视频监控,也叫闭路电视监控系统，简称CCTV（ClosedCircuitTeleVision）是完全模拟的视频监控系统主要组成包括视频信号采集部分、信号传输部分、切换控制部分以及显示与录像部分。

标志性产品是硬盘录像机，简称DVR（DigitalVideoRecorder）。

是集音视频编码压缩、网络传输、视频存储、远程控制、接吗现实等各种功能于一体的计算机系统,其主要组成是视频采集卡、编码压缩程序、存储设备、网络接口及软件体系等。

分PC式和嵌入式,模拟视频监控,近几年得到广泛的应用和发展，主要构成是网络摄像机（IPC：

internetprotocolcamera）、视频编码器（DVS：

digitalvideoserver）、网络录像机（NVR：

networkvideoreorder）、视频内容分析单元（VCA：

videocontentanalysis）、中央管理平台（CMS：

centralmanagementsystem）、解码设备（decoder：

）、存储设备。

采用完全分布式的架构，架设在网络上,视频监控的核心技术,视频编码压缩算法,视频编码压缩芯片,视频管理平台,主要包括镜头及感光器件，感光器件主要有两种：

CCD（chargecoupleddevice电荷耦合器件），是一种特殊半导体期间，上面有大量的感光元件，每个感光元件叫一个像素。

CMOS（complementarymetalsemiconductor互补金属氧化物半导体）是一种大规模应用与集成电路芯片制造的原料。

光学器件,视频编码压缩的目的是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据量。

视频编码压缩是视频监控系统数字化、网络化的前提条件。

以标清D1图像为例，如每秒传送25帧数据，未压缩时，对网络带宽需求是16MB/s，通过MPEG-4算法可将D1效果实时视频压缩成码流为2Mbps，H.264可压缩成1.5Mbps的码流。

视频编码压缩的核心是算法，但算法的实现是基于运算处理芯片。

目前市场上流行的视频编码芯片主要有DSP和ASIC两大类,智能网络视频监控系统中不再有类似矩阵的硬件核心产品，设备、组件、服务变得分散、多元化。

这种情况下，网络是依托而视频管理平台是灵魂。

视频监控的发展方向,原没有统一标准造成大量二次开发，行业已有机构在进行标准制定，将推动行业更好的发展,视频内容分析技术是一个“颠覆性”的创新，能对在场景内出现的目标进行行为识别,高清网络摄像机，具有高清晰度，百万像素的传感器，可以获得更多的视频信息、应用场景更多,技术的不断发展，功能不断完善，在众多领域不断得到应用，未来在民宅也将得到应用,如今无线技术的全面商用，必将推动视频监控系统提升到一个新的高度,目录,视频监控技术概述监控相关基础技术视频编码器IPC产品简介高清视频监控技术视频内容分析（VCA）技术安全防范系统概述,监控相关基础技术摄像机相关技术,摄像机是指含镜头的摄像机，如半球摄像机、快球摄像机等都是摄像机和镜头构成的一体化设备。

普通枪式摄像机，是需要配置不同类型的镜头，才能正常使用。

摄像机的工作原理,摄像机的主要部件是电耦合器件（CCD），能将光线信号变为电荷信号并可将电荷存储及转移，也可将存储的电荷取出，使电压发生变化。

CCD的工作原理是：

被摄物反射的光纤传播到镜头，经镜头聚焦到CCD芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外衣，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。

摄像机的分类,按照色彩可分为：

彩色摄像机和黑白摄像机；按CCD靶面尺寸可分为1/3，1/4等，按同步方式可分为内同步、外同步、电源同步；按照度指标分为一般照度、低照度、星光级照度摄像机等,枪式摄像机,半球摄像机,云台摄像机,一体化球型摄像机,一般通过外形进行分类：

监控相关基础技术摄像机相关技术,摄像机的主要参数,CCD尺寸主要有1/4“、1/3”、1/2“几种。

CCD面积不同，也就直接决定了感光点大小的不同。

感光点的功能是负责光点转换，期体积越大，能容纳电荷的极限值也就越高，对光线的敏感性也就越强，描述的图像层次也越丰富。

清晰度是指人眼看到的宏观图像的清晰程度，是主观感觉。

评估摄像机清晰度的指标是水平分辨率，单位为电视线（TVLine），即成像后最高可以分辨的黑白“线对”的数目。

其数值越大越清晰。

分辨率指在视频摄录、传输和显示过程中所使用的图像质量指标。

用“水平像素垂直像素”来表达。

D1分辨率为40万像素720576（PAL制式）,照度是反映光照强度的一种单位，是照射到单位面积上的光通量，单位是每平米的流明（LM）数也叫勒克斯（Lux）。

黑白摄像机的灵敏度一般在0.010.5Lx之间，彩色摄像机躲在0.1Lx以上。

背光补偿BLC,宽动态范围,信噪比，是信号电压对与噪声电压的壁纸，通常用符号S/N来表示。

信噪比是摄像机的一个重要的性能指标。

当场景较亮时，不一看出干扰噪点，但到场景较暗时，容易看到画面中雪花状的干扰噪点。

信噪比越高，干扰噪点对画面的影响就越小。

自动增益控制AGC（automgaincontorl）摄像机，有一个来自CCD的信号放大的视频放大器，其放大量就是增益AGC适时的开关，可提高摄像机的灵敏度，从而获得清晰的图像。

可以有效地补偿摄像机在逆光环境下，画面主体黑暗的缺陷。

AGC工作点是通过对整个现场的内容做平均来确定的。

场景中有一个很亮背景和很暗的目标，此时确定的AGC工作点有可能对前景目标是不太合适的。

宽动态范围WDR（widedynarange），是指摄像机对拍摄场景中景物光照反射的较好适应能力。

画面中的高亮度区域及亮度较低的区域在一幅图像中同时存在时，这种摄像机在统一场景不同区域的表现存在局限就是动态范围。

摄像机在一个信号周期内可以及你想那个两次拍照的CCD，将两个图像通过DSP芯片组合生成一种“暗的地方加亮，亮的地方变暗”的合成图像。

监控相关基础技术摄像机试用场景,监控相关基础技术镜头相关技术,镜头的关键指标是镜头的焦距，一般按照焦距的不同进行分类：

监控相关基础技术镜头相关技术,镜头的焦距来决定取景范围，长焦镜头摄取的景物大，短焦摄取的场景大,一般可分为25.4mm（1in）、16.9mm（2/3in）、12.7mm（1/2in）、8.47mm（1/3in）和6.35mm（1/4in）等几种规格。

镜头尺寸与摄像机靶面尺寸大小相吻合，并注意一个原则，小尺寸靶面的CCD可使用大尺寸的镜头，反之不行。

大尺寸镜头会影响进光量，色彩会变差，图像也会缺损；因此建议选择与之完全相匹配的镜头。

镜头的相对孔径表示镜头通光力，相对孔径越大，通过的光越多。

选用相对孔径大的镜头，可以降低对景物照明条件的要求。

一个镜头标有“3.570mm1:

1.81/2”c”说明镜头为焦距3.570mm，最大相对孔径1：

1.8，镜头尺寸是1/2in，C型接口。

C与CS接口的区别在镜头与摄像机接触面至镜头焦平面的距离不同，C型距离为17.5mm，CS型为12.5mm。

C型镜头与CS型摄像机通过增加一个5mm的转接环可以使用，CS镜头与C型摄像机无法配合使用。

f=wD/Wf=hD/H。

f：

镜头焦距，w：

图像的宽度（在CCD靶面上的成像宽度），W：

被摄物体的宽度，D：

被摄物至镜头的距离，h：

图像高度（在CCD靶面上的成像高度），H：

被摄物的高度。

监控相关基础技术镜头相关技术,监控相关基础技术图像格式说明,监控相关基础技术录像存储,根据录像要求（录像类型、录像资料保存时间）计算一台硬盘录像机所需总容量计算方法:

（1）计算单个通道每小时所需的存储容量q,单位Mbyte。

q=d836001024其中d是码率（即录像设置中的“位率/位率上限”）,单位Kbit/s

（2）确定录像时间要求后单个通道所需的存储容量m,单位Mbytem=qhD其中h是每天录像时间（小时）D是需要保存录像的天数码率是512时候,正常录像每小时单通道文件大小225M;每天（24小时）大概5.3G,q=512/8*3600/1024=225M,m=225*24=5.3G.码率是384时候,正常录像每小时单通道文件大小168.75M;每天（24小时）大概4GCIF：

512Kbps，DCIF：

768Kbps，D1：

2Mbps，720P/1080p：

4-6Mbps,存储设备的选择，通常我们只把目光投放在容量上和速度上，这是完全不正确的，当然高清监控具备庞大的数据容量需求，高容量硬盘必不可少，但是我们更应该注重监控硬盘的实用行，速度并不是重要的，稳定性和对高清码流的优化才是我们需要的功能。

目录,视频监控技术概述监控相关基础技术视频编码器IPC产品简介高清视频监控技术视频内容分析（VCA）技术安全防范系统概述,视频编码器DVR,核心功能是模拟音视频的数字化、编码压缩与存储。

模拟音视频通过相应的音视频A/D转换器转换为数字音视频信号并输入到编码芯片中，编码芯片在根据配置压缩为相应标准格式（MPEG-4或H.264）。

通过PCI总线将数据存入本地硬盘中。

需要本地回放，通过读取发送到解码芯片，解码芯片解码输出到D/A转换器中，完成录像回放；远程回放，通过读取硬盘中的音视频数据并发送到网络接口。

录像文件管理设计到视频编码压缩算法及硬盘管理技术，目前有两种主流的录像文件管理方式：

视频流式和文件大包方式。

视频流式直接对裸盘进行区块级存储，存储及回放效率高，但需要利用厂商提供的软件进行提取和转换；文件方式采用标准文件格式，系统每隔一段时间（如5分钟、10分钟或半小时）对数据进行打包成为文件，但存储及回放效率较差。

视频编码器DVR,通道数量：

包括视频及音频通道数量，通常一台设备支持416个视频通道输入，但由于视频编码工作有编码芯片完成，不同的分辨率及帧率下，实际支持的通道数量是不同的,本地视频浏览：

每台DVR配置了一个BNC或VGA接口，用来实现本地视频浏览,存储空间：

嵌入式的因机箱空间有限，通常最多支持8块硬盘接入。

目前PC式可通过SCSI接口（或USB、1394等接口）扩展存储，最多可支持连接30T以上的外挂阵列，还支持SAN、NAS等存储方式。

存储空间=通道数码流包括天数,PTZ接口：

具有控制与其连接摄像机的PTZ及辅助设备的功能，目前DVR多采用RS485通讯方式，仅需两根线连接到解码器即能实现。

一般只要在DVR上选择对应控制协议，并编程好PTZ的ID，就可实现对PTZ及辅助设备的控制,视频编码器DVR,嵌入式DVR：

硬件主要包括CPU、内存、编码芯片、A/D芯片、外围接口、硬盘等，是采用编码压缩芯片家主控CPU的形式。

软件包括Linux操作系统、设备驱动程序、应用软件程序和文件系统,PC式DVR：

硬件主要包括CPU、内存、主机板、显示卡、视频采集卡、硬盘、机箱等构成。

软件包括Windows或Linux、应用软软件（包括若干过程）,不同：

稳定性嵌入式DVR占优，在工程上PC式DVR更容易开发,视频编码器DVR,视频编码器DVS,视频服务器简称DVS（DigitVideoServer），是用来对模拟视频信号进行编码压缩，并提供网络传输功能。

随着网络基础建设的不断完善及视频编码技术的不断进步，DVS在监