监控全面知识.docx

监控全面知识.docx

《监控全面知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《监控全面知识.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

监控全面知识

监控基础知识

1，视频存储的发展过程

视频监控技术按照主流设备的发展过程，可以分为3个大的阶段，即20世纪70年代开始的模拟视频监控、20世纪90年代开始的数字视频监控及近几年兴起的智能网络视频监控阶段。

模拟视频监控时代的存储设备是磁带录像机（VCR）;数字视频监控时代的代表产品是数字硬盘录像机（DVR），内置或外挂硬盘是主要的存储设备;在网络视频监控时代，网络摄像机、编码器负责视频的编码传输，而存储主要采用网络视频录像机，即NVR。

1.1模拟视频监控时代

1.视频采集设备

摄像机（Camera）

镜头（Lens）

防护罩（Housing）

支架（Bracket）

解码器（decorder）

视频分配器（VideoDistributor）

2.信号传输设备

各类线缆及连接器

信号收发器（Sender/Resende）r

信号放大器（Amplifier）

3.切换控制设备

矩阵（Matrix）

控制码发生器

键盘（Keyboard）

人机界面（GUI）

矩阵解决的问题：

“用少量甚至一台监控器可以观看到多台摄像机的画面”通常一个项目需要部署很多台摄像机，进行多个场景的视频监控。

但是，受监控器的成本、监控中心的空间、值班人员的精力等因素限制，一台摄像机对应一台监视器的做法是不现实的，矩阵解决了这个问题。

4.显示与记录设备

多画面处理器（Multiplexer）

多画面分割器

监视器（Monitor）

磁带录像机（VCR）

1.2数字视频监控时代

1、硬盘录像机的主要功能

A.与传统的模拟录像机相比：

B.录像时间长，最大录像时间取决于连接的存储设备的容量；

C.支持的视音频通道数量多，可以进行几路、甚至几十路同事录像；

D.录像质量不会随时间的推移而变差；

E.功能更为丰富，强大的应用软件支持；

F.联网能力强，多台硬盘录像机联网可以构成大规模系统；

2、PC式与嵌入式

DVR分为PC式及嵌入式，PC式DVR—般采用工业主板加视频采集

卡的架构，软件建立在Windows（或者Linux）操作系统上；嵌入式DVR基于嵌入式处理器和嵌入式实时操作系统，系统没有PC式那么复杂和功能强大，结构比较单一，产品性能比较稳定。

3、编码压缩算法

DVR的关键技术是编码压缩算法，目前最主流算法是MPEG—4.此编码算法基于视频对象进行编码，考虑到帧内冗余及帧间冗余，可以在有限的码流下实现良好的视频图像质量，是目前大多数厂家采取的压缩算法。

H.264是近几年兴起并得到大力推广的算法，可以看成是对MPEG-4算法的升级和优化，能过进一步节省码流并提供更好的图像质量。

DVR应用中存在的主要视频编码方式如下：

MJPEG

MPEG-2

MPEG-4

H.264

1.3网络视频监控时代

1、视频采集编码设备主要有模拟摄像机、视频编码器、网络摄像机、高清摄像机等，主要完成视音频信号的采集、数字化、编码压缩及网络传输。

2、中央管理平台（CMS）

CMS是网络视频监控应用中有关软件的通称，主要功能是资源的管理、媒体的分发、存储管理、告警服务、用户服务等功能。

3、网络录像机（NVR）主要功能是完成视频的存储、转发与回放，与DVR的显著区别在于：

NVR不直接与模拟视频信号连接，其存储与转发的事前端设备已经完成编码的视频流，因此，NVR必须配合网络摄像机或视频编码器才能构成完整的系统。

4、解码显示设备主要将网络传输过来的数字信号还原成模拟信号进行输出显示。

5、视频内容分析

视频内容分析技术（VideoContentAnalysis,VCA）来源于计算机视觉，它能够在图像及图像描述之间建立映射关系。

从而使计算机能够吐过图像处理和分析来理解画面中的内容，其实质是：

自动分析和抽取视频源中的关键信息。

目前，将部署了视频内容分析单元的系统称为智能网络视频监控系统（IntelligentVideoSurveillance,IVS）,IVS将大量的、枯燥的视频内容分析工作任务交给了编码器或计算机，将保安人员从繁重的监控任务解脱出来，实现系统自动探测跟踪并触发报警，保安人员只需要进行录像查看，确认警情

并联络相关部门采取措施

2.视频监控的核心技术

2.1光学成像器件

光学感光器件主要包括镜头和感光器件，目前感光器件主要是CCD和CMOS两种。

2.2视频编码压缩算法

视频编码的目的是在尽可能保证视频效果的前提下减少视频数据量。

视频的压缩编码是视频监控系统数字化、网络化的前提条件，不经过编码压缩的视频信息的数据量大到计算机、网络带宽及硬盘存储均难以承受，因此，如何对大量视频数据进行有效的编码就成为一个非常关键的问题。

以标清D1图像为例，如果每秒传送25帧数据，未经压缩时，对网络带宽需求是16MB/S的数据量（720X576X12/8X25=15.5MB），经过编码压缩，其每秒视频数据占用的网络带宽（码流）变得小得多。

MPEG-4算法可将D1效果实时视频（25帧/秒）压缩成码流为2Mbps左右，而图像质量尚可接受。

2.3视频编码压缩芯片

视频编码压缩的核心是算法，算法的实现是基于运算处理芯片的。

视频编码算法在不断地改进以降低码流、提升图像质量，算法复杂程度的不断提升给芯片的处理能力带来不断的挑战。

目前市面上主流的芯片有DSP和ASIC两大类。

其中DSP为通用媒体处理器，即以DSP为核心并集成视频单元和丰富的外围接口，DSP通过软件编程来实现视频编解码且能扩展多种特色化功能。

ASIC是专用视频编码芯片，它可以集成一些外围接口，通过硬件实现视频编解码。

另外，还有利用CPU运行压缩算法的方式。

2.4视频管理平台

智能网络视频监控系统中不再具有类似矩阵的硬核心产品，所有的设备、组件、服务变得分散、多元化，在此情况下，网络是依托，而视频管理平台是灵魂。

整个视频监控系统的“形散而神不散”架构完全靠管理平台的有效整合，尤其是在大型的系统中，平台将发挥越来越重要的作用，而视频监控系统也逐步走出安防监控领域，向其他领域应用扩展。

3.模拟视频监控系统

3.1模拟监控系统的构成

3.2视频采集设备

3.2.1摄像机相关技术

通常，摄像机是指包含镜头的摄像机，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。

但是，对于普通的枪式摄像机，由于可能需要配置不同类型的镜头，因此“摄像机”一般是指不包括镜头的裸摄像机，那么在实际使用中需根据应用的具体需求，选择一个合适的镜头与裸摄像机配套。

1.摄像机的工作原理

摄像机的主要部件是电耦合器件（chargecoupledeviceCCD,它能够将光线信号变为电荷信号并可将电荷储存及转移，也可将存储的电荷取出，使电压发生变化，因此是理想的摄像元件。

CCD的工作原理是：

被摄物体

反射的光线传播到镜头，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，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。

2．摄像机的分类

摄像机按照不同分类方法，可以有很多种分类，并且各个分类之间是交叉的。

比如按照色彩可以分类为彩色摄像机和黑白摄像机；按照CCD的靶面尺寸可以分为1/3和1/4等；而实际应用中，比较直观的、常见的分类方式是按照外形来设计及部署摄像机，摄像机按照外形一般分类如下：

枪式摄像机

半球摄像机

云台摄像机一体化球型摄像机

3．摄像机的主要参数

（1）CCD靶面尺寸

CCD面积不同。

也就直接决定了感光点大小的不同。

感光点（像素）的功能是负责光电转换，其体积越大，能够容纳电荷的极限值也就越高，对光线的敏感性也就越高，描述的图像层次也就越丰富。

常用摄像元件的CCD靶面的大小

linch靶面尺寸为宽12.7mmX高9.6mm,对角线16mm2/3inch靶面尺寸为宽8.8mmX高6.6mm对角线11mm

1/2inch靶面尺寸为宽6.4mmX高4.8mm对角线8mm

1/3inch靶面尺寸为宽4.8mmX高3.6mm,对角线6mm

1/4inch靶面尺寸为宽3.2mmX高2.4mm对角线4mm

（2）清晰度

清晰度是指人眼看到的宏观图像的清晰程度，是由系统和设备的客观性能的综合因素造成的人们对最终图像的主要感觉。

清晰度作为一种主观感觉，是可以定量地进行测量的，它有标准的测量方法。

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

其数值越大成像越清晰。

图像清晰度与CCD和镜头有关，与摄像机电路通道的频带宽度直接相关（通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80TVLine）

（3）分辨率

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，或显示设备自身具有的表现图片细致程度的固有屏幕结构吗，换句话说就是单幅图像信号的扫描格式或显示设备的像素规格。

分辨率的单位是“像素点数Pixels”，而不是“电视线TVLine”，分辨率代表着水平行和垂直列的像素数目，用“水平像素*垂直像素”来表达，如1280X1024代表水平行有1280个像素而垂直列上有1024个像素。

这样整个画面大约有130万个像素，分辨率越高，就可以呈现更多信息，图像质量越好。

在传统的CCTV系统中，受制于技术本身的限制，最大分辨率为720X480（NTSC制式）及720X576（PAL）,那么相当于总共像素数量约40万像素，就是常说的D1分辨率水平。

（4）最低照度

照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫做勒克斯（Lux，法定符号为Lx）:

1Lx=1Lm/卅。

最低照度是测量摄像机感光度的一种方法，也就是说，标称摄像机能在多黑的条件下还可以看到可用的影像。

简单的说，在暗房内，摄像机对着被测物，然后把灯光慢慢调暗，直到监视器上快要看不清楚被测物为止，这时测量光线的照度，就是该摄像机最低照度。

通常用最低环境照度指标来表明摄像机灵敏度，黑白摄像机的灵敏度一般是在0.01~0.5Lux之间，彩色摄像机多在O.ILx以上。

考察最低照度指标还需要看这个指标是在什么条件下测得的。

如摄像机标称最低照度指标：

0.25LX/F1.4/50IRE/AGCON，这表明0.25Lux的低照度是用F1.4通光量镜头、视频信号测量电平在50IRE（350mv）、AGC为ON的条件下测量出来的。

一般情况下的环境照度参考值如下：

夏日阳光下为100000LX，晴间多

云为10000LX，阴雨天为1000LX，全月晴空为0.1Lx。

（5）信噪比所谓“信噪比”，指的是信号电压对于噪声电压的比值，通常用符号S/N

来表示。

信噪比是摄像机一个重要的性能指标。

当摄像机取较亮场景时，监视器显示的画面通常比较明快，观察者不易看出画面的干扰噪点；而当摄像机取较暗的场景时，监视器显示的画面就比较昏暗，观察者此时很容易看到画面中雪花状地干扰噪点。

干扰噪点的强弱（也即干扰噪点对画面的影响程度）与摄像机信噪比指标的好坏有直接关系，即摄像机的信噪比越高，干扰噪点对画面的影响就越小。

（6）自动增益控制AGC

自动增益控制即AGC（AutomaticGainControl）。

所有摄像机都有一个将来自CCD的信号放大到“可以使用水准”的视频放大器，其放大量及增益，等效于有较高的灵敏度，可使其在微光下更加灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。

为此，需要利用摄像机的自动增益控制器

（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC,从而使摄像机能提高图像信号的强度，来获得清晰的图像。

（7）背景光补偿BLC

背景光补偿BLC（BacklightCompensation），也称作逆光或逆光补正，它可以有效地补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。

通常，摄像机的AGC工作点是通过对整个视场的内容作平均来确定的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标，则此时确定的AGC

工作点有可能对于前景目标是不够合适的

（8）宽动态范围

宽动态范围即WDR（WideDynamicRange）。

当在强光源照射下的高度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在一副图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。

摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的“动态范围”。

一般的“动态范围”是指摄像机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力，具体指亮度（反差）及色温（反差）的变化范围。

宽动态摄像机的动态范围比传统只具有3:

1动态范围的摄像机超出了几十倍。

322镜头相关介绍

镜头之于摄像机的成像器件，相当于眼睛的晶状体之于视网膜。

没有晶状体，人的眼睛看不到东西，而没有镜头，摄像机将会无法成像并输出图像。

摄像机的镜头是视频监视系统的关键器件，它的质量（指标）优劣直接影响摄像机的整机性能指标。

1.镜头的主要分类

镜头的关键指标就是镜头的焦距，通常根据镜头的焦距的不同，进行不同的分类。

镜头的焦距决定了该镜头拍摄的被摄体在CCD上所形成影像的大小，焦距越短，拍摄范围越大，也就是广角镜头；焦距月长，镜头的视角越小，拍摄到景物的范围也就越小。

人们通常把短焦距、视场角大于50°（如f=3mm左右）的镜头，称为广角镜头；把更短焦距（如f=2.8mm）的镜头叫做超广角镜头；而把很长焦距（如f大于80mm）

的镜头称为望远（或远摄）镜头。

介于短焦与长焦之间的镜头就叫做标准镜头。

广角镜头：

视角在50°以上，一般用于电梯轿厢内、大厅等视距大视角场所。

标准镜头：

视角在30°左右，一般用于走廊、通道及小区周界等场所。

长焦镜头：

视角在20°左右，焦距的范围从几十毫米到上百毫米。

变焦镜头：

焦距分为可变，可从广角变到长焦，用于景深大、视角范围广的区域。

针孔镜头：

用于隐蔽监控场合，如电梯轿厢内。

2.镜头的主要参数

（1）焦距在实际应用中，经常要考虑“摄像机能看清多远的物体”或“摄像机能看清多宽的场景”等问题，这实际上由所选用的镜头的焦距来决定的，因为用不同焦距的镜头对同一位置的某物体摄像时，配长焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就大，反之，配短焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就小。

当然，被摄物体成像的清晰度与所选的CCD摄像机的分辨率及监视器的分辨率有关。

（2）镜头尺寸

镜头尺寸一般可分为25.4rnn（1in）、16.9mm（2/3in）、12.7mm（1/2in）、8.47mm（1/3in）和6.35mm（1/4in）等几种规格。

选用镜头时，应使镜头尺寸与摄像机的靶面尺寸大小相吻合，并注意一个原则，即小尺寸靶面的CCD可使用大尺寸的镜头，反之则不行。

原因是：

如1/2CCD摄像

机采用1/3的镜头，则进光量会变小，色彩会变差，甚至图像也会缺损；反之，则进光量会变大，色彩会变好，图像效果肯定会变好。

通常，摄像机还是选择与其完全相匹配的镜头。

3）相对孔径

在镜头都设有一个光圈。

光圈的相对孔径等于镜头的有效孔径与镜头焦距之比。

镜头的相对孔径说明了镜头的通光量，相对孔径越大，通过的光越多。

所以，选用相对孔径大的镜头，可以降低对景物照明条件的要求。

镜头都标出相对孔径的最大值，例如一个镜头标有“ZoomLENS3.5~70mm1:

1.81/2”C”，就说明这是一个20倍的变焦镜头，焦距为3.5~70mm,最大相对孔径是1:

1.8，成像尺寸是1/2in,C型接口。

（4）镜头接口

C与CS接口的区别在于镜头与摄像机接触面至镜头焦平面（摄像机CCD光电感应器应处地位置）的距离不同，C型接口此距离为

17.5mm,CS型接口此距离为12.5mm。

C型镜头与C型摄像机，CS型镜头与CS型摄像机可以配合使用。

C型镜头与CS型摄像机之间增加一个5mm的C/CS转接环可以配合使用。

CS型镜头与C型摄像机无法配合使用。

3.镜头的焦距计算方法镜头的焦距、视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算公式如下：

f=wD/Wf=hD/H

其中：

f镜头焦距

w图像的宽度（被摄物体在CCD靶面上的成像宽度）

W被摄物体的宽度

D被摄物体至镜头的距离

h图像的高度（被摄物体在CCD靶面上的成像高度）

H被摄物体的高度

举例说明：

当选用1/2"镜头时，图像尺寸为h=4.8mm，w=6.4mm。

镜头至景物距离D=3500mm,景物的实际高度为H=2500mm（景物的实际宽度可由下式算出H=1.333?

W，这种关系由摄像机取景器CCD片决定）。

将以上参数代入公式

（1）中，可得f=4.8?

3500/2500=6.72mm,故选用

6mm定焦镜头即可。

3.2.3云台及解码器

1、云台

的运动，从而带给摄像机设备全方位、多角度的视野。

2、解码器

解码器，国外称其为接收器/驱动器（Receiver/Driver），是为带有云台、变焦镜头等可控设备提供驱动并与控制设备如矩阵进行通讯的设备。

通常，解码器可以控制云台的上、下、左、右旋转。

3.3信号传输设备3.4矩阵控制设备

简单的说，会议室中一般的输入设备很多：

摄像头、DVD、VCR、实物展

台、台式电脑以及很多的笔记本信号等等。

而显示终端很少：

投影机、等离子、大屏幕显示等。

矩阵的作用可以把提供信号源的设备的任意一路的信号送到任意一路的显示终端上，可以做到音频和视频同步或者不同步，随心所欲，方便，节约成本。

常见的类型是根据接口类型划分（VGA、AV、RGB）,当然还有混合矩阵，就是设备中不同的接口类型，还根据接口数量来划分，如8系列的有8进2出，8进4出，8进8出等

根据档次分有电信广播级：

切换的时候没有闪烁和雪花，很平稳，可以看看CCTV的节目就知道了，接下来是专业矩阵、切换的时候稍微出现点黑屏，但也没有闪烁，还有是民用的了，大多数会议室用的就是这种，切换的瞬间有闪烁的雪花和抖动，但切换完画面很稳定。

视频矩阵，就是将视频图像从任意一个输入通道切换到任意一个输出通道显示。

一般来讲,一个MXN矩阵：

表示它可以同时支持M路图像输入和N路图像输出。

即任意的一个输入和任意的一个输出。

同时通过键盘，可以对前端摄像机、镜头及辅助设备进行远程控制操作。

矩阵一般采用模块化设计，多个矩阵可以级联。

视频矩阵分类

按实现视频切换的不同方式，视频矩阵分为模拟矩阵和数字矩阵。

模拟矩阵：

视频切换在模拟视频层完成。

信号切换主要是采用单片机或更复杂的芯片控制模拟开关实现。

数字矩阵：

视频切换在数字视频层完成，这个过程可以是同步的也可以是异步的。

数字矩阵的核心是对数字视频的处理，需要在视频输入端增加AD转换，将模拟信号变为数字信号，在视频输出端增加DA转换，将数字信号转换为模拟信号输出。

视频切换的核心部分由模拟矩阵的模拟开关，变将成了对数字视频的处理和传输。

矩阵的主要功能

音视频切换

视频输入信号经驱动电路，提高带负载能力后，直接输入到矩阵内的交叉电子开关。

根据选通指令，使指定通道的摄像机视频信号输入到指定的输出通道。

中央处理通讯

由多个微处理CPU及周边电路组成，主CPU是系统核心，不但进行主机内部各单元电路的协同集成，还通过通讯接口对控制键盘、报警接口单元等外围设备进行扫描查询，实现多个设备间的并发指令控制，通讯接口一般为RS-232/485/422o比如报警接口单元接收信号信息后，CPU根据端口的报警信号将对应的视频画面切换到指定监视器显示，并启动其他联运操作。

前端控制

通过控制端口对指定地址的前端云台镜头进行全方位操作，通过接口一般为

RS-485/422。

字符叠加

CPU对需要显示的时间、日期及中英文字符进行处理。

根据要求从字符图形存储器读出字符发送到视频输出模块去叠加显示

视频矩阵组网应用

视频矩阵能够通过自身的网络接口从网络上接收2048路数字视频码流（可能是MPEG4、H.264、MJPEG等等不同格式的码流），将这些数字视频码流进行解码，并且转换成模拟视频信号，然后输出给16台甚至32台监视器，构建一个2048X16或者2048X32的大容量网络矩阵。

网络视频矩阵的典型应用如下图所示：

数字矩阵与传统模拟矩阵对比

对比项

数字矩阵

传统模拟矩阵

视频/音频

输入

既可以是模拟信号输入，也可以是数字信号输入。

可以直接前端摄像机模拟信号输入，也可

以是DVRDVSIPCAMER等数字信号输入。

数字系统的音频与视频是成对岀现的，无需单独接音频功能。

只能是模拟信号输入

录像存储功

能

可根据网络结构灵活采用集中式或分布式存储，也可采用多级存储结构，确保录像数据的绝对安全。

根据需求可实现高达三个月以上的海量存储功能。

无

历史视频回

放

可远程回放到电视墙，操作非常方便。

即不仅实现了模拟矩阵想看哪路就看哪路的实时视频，更重要的是能实现想看哪路什么时候的视频都可以的超强功能。

无

视频/音频

输出

既可以通过模拟信号输岀上电视墙，也可以数

字信号输出上电视墙。

BNC/VG/双输出。

并且可视音频同步输出，而无须外加音频模块。

支持最高达HDMI的高清数字屏输出。

只能是模拟信号输岀。

无法直接输岀上VGA液晶屏，中间需要VGA专换器或需价格昂贵的VGA巨阵跟多屏拼接电视墙处理器。

音频输岀时需增加音频模块。

本地视频切

换输出

群组切换、同步切换、程序切换的设置及指令的执行，向前向后切换；远程高速球及云台控制，光亮光暗，远焦，近焦，预置位设置等功能。

完全实现模拟矩阵所有的切换功能，并对

各手动或自动切换功能做了许多的优化，比如

移动视频帧测报警联动切换等功能。

有。

群组切换、同步切换、程序切换的设置及指令的执行，向前向后切换；远程高速球及云台控制，光亮光暗，远焦，近焦，预置位设置等功能。

群组切换、

程序切换限

制

可执行256组群组切换，各群组支持512个同步，各同步支持1024个单切换。

支持512组程序切换，各程序支持1024个单切换。

报警

联动支持单报警16对以上的切换。

受单片机存储空间及录入界面的限制，一般模拟矩阵支持16组群组切换、各群组支持32个同步切换，各同步支持32个单切换。

支持16组程序切换，各程序切换支持32个单切换。

报警联动只支持一对一的联动切换。

远程切换输

岀

可远程执行群组切换、同步切换、程序切换等各种切换功能。

最多支持64个个分点电视墙切换所有全网路中来自于多级或多个监控中心的上1000路视频，并同时进行高速球等控制。

无远程群组切换、同步切换、程序切换功能。

联网矩阵内置DVS模块，只能