网络视频监控系统毕业论文88.docx

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网络视频监控系统毕业论文88

网络视频监控系统毕业论文88

网络视频监控系统

前言

视频监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。

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，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控制技术也有长足的发展。

随着计算机技术、多媒体技术、数字压缩技术以及计算机网络技术的发展，网络视频监控系统对目标范围实时监控、录入回放，被捕捉的图像存储在硬盘上，还可以根据报警信号的发生自动的实时记录现场情况，事后，从系统数据中查询相应的资料，并通过计算机网络传输到监控中心。

网络视频系统采用国际标准TCP/IP底层通讯协议，即可在局域网也可在广域网上进行通讯，充分发挥网络视频监控系统的优势，利用IP技术、数字化传输、数字化存储及图像处理等计算机技术通过LAN/WAN，实现高性能网络视频监控。

本文着重点在于网络视频监控客户端软件设计。

首先，介绍了网络视频监控系统的发展、特点及

码器控制。

画面分割器主要起着视频转换作用，它可以将对多个摄象机送来的视频信号进行特定形式的组合，重新形成一路视频信号送出去。

当然也可以将录象机的视频信号回放。

视频切换矩阵主要实现对视频的分配与全矩阵切换功能.采用差分放大使得视频干扰降低到最小程度.另外,它还通过键盘实现对云台和镜头的控制。

也可以直接采用计算机通过串口进行控制,其控制的速度达到毫秒级.切换板提供了16*5视频切换矩阵和扩展的接口。

通过切换板之间简单的并联就可以很方便的扩展输入输出路数,扩展后也不影响开关的控制速度。

切换矩阵的输入也可以直接与摄像机的输出相连,切换板的输出可以直接与监视器相连。

视频信号不经调制,直接进行切换,使得工程安装更加快捷方便。

视频切换矩阵是采用可以进行二次开发功能的矩阵。

1.2通信部分

模拟部分提供了RS-485的通信接口,这是与解码器的接口,它具有通信速度高,抗干扰能力强的特点。

通信板上设有硬件发送和接收缓冲区可以保证通信线路上数据的可靠性,不会因为拥挤而丢失数据.高速的通信速度,合理的缓冲区结构及高效率的编码方式,使得单一一条总线上可以并入多个系统,而不至于通信线路显得过分拥挤。

由于总线上只限于控制指令的传输，所以对线路的要求不高。

因此,采用这种简便易行的串行总线结构是最为现实可行的方法。

视频切换矩阵内带一个转换卡，它将RS-485转换为RS-232，从而为计算机进一步通过切换矩阵控制解码器创造条件。

1.3视频数字处理部分

1．运行平台：

硬件：

主控计算机（兼服务器）为赛扬466以上CPU、64M以上内存、16M以上显存、10G以上硬盘。

软件：

操作系统软件：

主控计算机为WINDOWSNTSERVER4.0;接收工作站为Windows95/98。

数字视频软件：

视频监控软件（包括图像切换、云台/镜头控制）；视频服务和接收软件（包括视频控制和局域网传输）。

2．视频采集压缩卡

视频采集压缩卡可以完成对视频的实时采集、数模转换、压缩存储,然后由计算机直接处理.这样通过软件就可以实现对视频的分屏显示,动态储存,实时捕捉,资料查询等功能。

本系统中把数字化处理单元的视频压缩等交由视频采集压缩卡处理,即由硬件处理。

我们采用市面上比较流行且适合网络传输同时性能价格比较高的AV-8MPEG-1实时采集压缩卡。

它是基于功能强大的VideoFLOW技术，高性能的图象压缩处理器（ICC）和运动补偿处理器（MEC）作为核心部件，压缩处理能力高达每秒70亿次操作，即使对快速运动的画面也能达到理想的效果。

更重要的是这种卡提供了相应的API函数，从而为我们进行二次开发提供了基础和方便。

二、网络视频监控系统软硬件特点

（一）、部件和设备的稳定性

成像、编码、传输、存储的核心设备，防护和供电等辅助部件，是IP视频监控系统的有机组成部分。

部件的设计思路，很大程度上体现了系统的市场定位，以及应用场合。

2.1.1IPC（网络摄像机）的硬件架构

IPC的硬件构成一般包括镜头、图像传感器、声音传感器、信号处理器、模/数转换器、编码芯片、主控芯片、网络及控制接口等部分组成。

光线通过镜头进入传感器，然后转换成数字信号由内置的信号处理器进行处理，处理后的数字信号由编码压缩芯片进行编码压缩，最后通过网络接口发送到网络上进行传输。

目前有不少IP摄像机是采用模拟摄像机+网络视频编码模块的形式来完成IP传输等应用，原因就是模拟摄像机足够成熟，外加便宜的网络视频编解模块或者直接外接网络视频编解码器（DVS），可以得到同原有模拟信号差不多的画质，也能够实现全IP的传输和管理模式。

下图为一IPC摄像机特性图:

2.1.2直接数字处理

在这些IP产品中，有的采用了CCDsensor＋图像DSP＋编码板的方式，直接输出IP数据包，其中传统的模拟输出信号不再是重点，只是一个兼容目前模拟系统的权宜之计。

或者，采用参数水平日益提高、成本更低廉的CMOSsensor＋编码板方式，以更简洁的方式得到数字视频信号，进行压缩和传输。

长远的看，直接进行全程数字信号处理传输的方式能够得到传统模拟系统无法企及的图像分辨率水平。

同轴电缆是IP视频监控系统中图像清晰度提高的瓶颈，最多支持到500线电视分辨率，而CCD和CMOS都开始达到1－5百万像素级别。

2.1.3精简，减少连接环节

另外，从模拟摄像机到网络视频编码器，从网络视频解码器到模拟监视器电视墙，转换的环节越多，系统传输的稳健性越差。

所以，采用数字图像传感器直接输出数字图像信号到编码器主板，转换成网络包发送，是一个比较稳妥和先进方式。

（二）、硬件功耗和软件能效

摄像机加编码器的方案，前端系统功耗一般在8～15W，网络摄像机则可以控制在3～8瓦。

更低的功耗，不管对用户还是对集成商都是好事。

辅助电源供应，系统散热，长时间运行的耗电量，除了环保，也更多是成本和系统稳定性的考虑。

对于主要依靠空气传导散热方式的IP网络视频前端设备，可降低功耗，减少器件发热量，是保障长时间稳定运行，并减少器件老化的最主要手段。

2.2.1功耗设计和核心器件选择

对于图像传感器，究竟采用CCD还是CMOS，这个问题的考虑可以用简单的办法来分析：

成本，图像品质，功耗。

当然，CMOS的功耗更低，也能够在足够便宜的价格上实现更高像素的图像采集，如果配合足够好的图像处理算法，也能够得到不比CCD差的图像效果，但是，也有大厂坚持在自己的网络摄像机系统中采用CCD，这对掌握了核心CCD生产技术的大厂商来说不是一个问题。

对于编码器压缩芯片，ASIC的特点是可以将标准压缩算法和系统集成在一个专用ICchip上，而不需要集成商花费过多的研发精力。

对于高清H.264这样的高负荷运算时，可靠性和运算效能（速度）会比较高，但是同时存在芯片研发周期较长，集成商自主发挥的余地小等缺点，如果要实现一些自己的算法，可能需要增加一个CPU。

富有灵活性是DSP的主要特点，功能改进和产品换代都可以做得比较容易。

已经有一些厂商借助TI的Davinci方案定制出支持车牌识别、面部识别、人体跟踪快球等特殊功能的编码器或者网络摄像机，单从硬件上讲，芯片厂商提供的单芯片系统解决方案和技术支持确实有助于帮助终端设备厂商提高硬件的稳定性。

图1：

StretchIP摄像机参考设计套件S6105

除了核心压缩芯片的选择，电路设计和周边器件的考虑，也是硬件稳定性的关键，Advantech的DVS采用了X86架构、标准移动计算机配件加上Conexant压缩芯片的紧密布局，采用了10层PCB板的精致设计。

因此，合适的核心芯片选择，出色的电路板设计，可靠的工艺，所有的工作都是为了保证硬件的运算效能和抗干扰能力。

以往小批量、作坊式的生产和测试方式终将被淘汰。

IT行业的标准化模式非常值得借鉴。

最后，还要在功能要求和硬件稳定性之间做好平衡。

越来越多的网络摄像机开始整合音频、人体探测器甚至温度传感器。

因此，如何在DSP和CPU够用的情况下，稳定的发挥外围硬件的功能，以便IP视频安防系统部分取代，或者更好的融和如门禁、报警、应急广播等其他类型的安防系统，是硬件厂商需要着重考虑的问题。

2.2.2软件效率

纯数字IP监控系统对于传统安防厂商，最主要的门槛就是软件。

编码器和网络摄像机，更像一台嵌入式计算机，需要完全独立的操作系统，以及编码压缩的软件算法，甚至要能够对原始的数字图像进行加工和后处理，比如数字曝光、背光补偿、宽动态、低照及强光抑制、数字白平衡调节等，但目前市场上容易买到的便宜的模拟摄像机用的DSP解决方案，是难以对超过600线以上的图像进行及时有效处理的。

由于许多传统安防厂商缺乏IT的行业背景，也没有储备足够的软件技术，他们没有能力自己来定制一个编码器或者网络摄像机用的操作系统，或者花费精力研发自己的硬件，因此有些厂商选择自有监控软件整合第三方SDK，或者OEM的方式，借助成熟的软件平台来实现IP视频功能。

因此，许多专业的软件平台厂商应运而生，国内知名的有杭州天视等，国外则有MilestoneSystems、UnrealStreamingTechnologies、ControlByNet、IPCamEYE、IPVisionSoftware、ONSSI、NICE，NUUO等一大群相关业务的软件供应商，其中很多软件整合了多家知名编码器和网络摄像机的SDK，可以在一个平台上方便的管理多个终端设备的图像。

同时，海康威视、AXIS、Arecont、Lumenera这些前端硬件设备厂商，则乐于提供自己的SDK。

“我们专注于提供便宜的高清晰度网络摄像机相关硬件和SDK，因此，市场上有足够多的（IP视频监控）管理软件供大家选择”，Arecont总裁VladimirBerezin先生在安防科技（中国）有限公司的会议室里摊开双手这样说道。

连PELCO这样的厂商也已经在其新的数字系统中，可以直接存储、管理Axis、松下等知名品牌的网络摄像机了。

虽然现在的硬件已经提供了宽裕的工作环境，但出于系统优化的考虑，工程师们还是要想尽办法，让自己的语句更精简，算法更高效，以便释放出更多的CPU和内存资源，让位给越来越受到用户青睐的其他附加功能的软件运算。

比如事件前预录像、图像优化处理，特别是能够检测人群、车辆的活动模式的智能视频分析算法，或者各种硬件软件事件之间的逻辑关系处理。

（三）、硬件结构的挑战

2.3.1主板和器件连接

不断增加的功能也带来了系统结构的复杂度，这对设计厂商不能不说是一个挑战。

早期的视频编码器和网络摄像机由于硬件条件局限，板卡体积都较大，从标准17英寸机架式安装到miniPCI接口的板卡堆叠，研发人员作了各种尝试来缩小设备体积。

现在即使能够将编码器主板压缩到香烟盒大小，对于网络摄像机来讲，考虑到图像传感器和图像处理DSP，以及附加的硬件接口，我们仍旧觉得不够小。

现在人们已经意识到单板设计更为稳定，因为它几乎不会出现板卡堆叠遇到的接口之间接触不良引起的故障。

sensor和主板之间则可以用软线路和插针连接器进行紧密连接，或者直接将sensor牢固焊接在主板上。

图2：

早期结构复杂的网络摄像机

图3：

牢固的单板设计

2.3.2

图4：

网络快球的内部设计紧凑而且精细

伴随着百万像素图像传感器进入安防市场，人们发现在这样的分辨率下，使用广角镜头可以得到良好的图像，在这样的图像中去做数字PTZ，仍可以获得比QVGA分辨率DVR更好的分辨率。

比如一个采用90度广角镜头的2048×1536（3百万像素）分辨率网络摄像机，可以通过软件操作在画面中实现水平约70度，俯仰约50度的352×288像素的数字图像PTZ，而这一切操作都脱离了机械传动系统。

加上数字图像曝光处理、数字防抖、数字图像平滑放大技术，我们可以减少自动光圈和变焦镜头的使用；如果采用黑白＋彩色传感器、广角＋长焦镜头搭配，我们还可以得到一些出乎意