远程网络视频监视系统设计.docx
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远程网络视频监视系统设计
远程网络视频监视系统设计
摘要
本文针对某车间生产安全及生产环境的监控需要，设计了一个远程网络视频监视系统。
该系统是通过安装在车间多个位置上的网络摄像机采集视频画面，并且直接转换为网络视频流，发送至局域网，可以实现局域网内部多点监控，也可以实现通过因特网远程监控。
整个设计主要完成了具体车间监控区域的分析，通过分析设计监控点，继而对网络摄像机、线型等设备进行选型，对具体车间的布线进行测量，最后对网络进行安装和配置等。
所有的理论设计都在具体车间得到了很好的实现。
关键词：
网络摄像机，监视系统，多点监控，远程监控
DesignofRemoteVideoMonitoringNetwork
Abstract
Inthispaperaworkshopproductionsafetyandproductionenvironmentmonitoringneed,designofaremotevideomonitoringnetwork.Thesystemisthroughtheinstallationmulti-positionintheworkshopnetworkvideoscreen,andcollectingthecameradirectlyconvertnetworkstreamingvideo,senttothelocalareanetwork,canachieveinternalLAN,alsocanachievemoremonitoringbyremotemonitortheInternet.Thewholedesignmaincompletedthespecificworkshopsurveillancearea,throughtheanalysisoftheanalysisanddesign,andthentoemploynetworkcamerasandlinearequipmentselectionforspecificworkshop,thewiringofmeasurement,thenetworkforinstallationandconfiguration,etc.Allthetheorydesignareinspecificworkshopareverywellrealize.
KEYWORDS:
IPcamera，monitoringsystem，multi-pointsmonitoring，remotemonitoring
1概述
1.1课题意义
在现阶段，企业以及厂房等使用的监控系统大多数都是传统的监视系统，传统的视频监控使用低电源的放大器和电缆来观看摄像头的图像。
摄像头和监视器使用复杂且昂贵的视频交换和发布网络连接，每一个摄像头连接到一个监视器，且模拟信号传输距离有限且无法联网，仅局限于同一建筑物或工厂内，信号很容易受干扰，监控图像质量不好，维护管理复杂，没有良好的用户操作界面，非专业人员无法正常操作，对每个监控中心都需配置一套监控设备，这种系统存在着很大的缺陷和局限性。
随着科技的发展，传统意义上的模拟本地化监控已经远远不能满足市场需求。
而网络系统的飞速发展，使得依靠网络进行远程视频监控成为可能。
2000年以后，伴随着中国国内监控系统数字化、网络化需求日益增大，数字硬盘录像设备开始取代传统模拟录像设备，数字监控产品市场份额的不断增长，远程网络视频监视系统的发展呈现空前繁荣的景象。
1.2国内外发展现状及发展趋势
在我们周围随处可见数码产品，如手机、DVD、数码照像机、数码摄像机、MP3等，数码产品已经走进我们的生活。
曾经记得当年监控系统里还在使用模拟磁带式录像机，可仿佛一夜之间硬盘录像机就完全取代了模拟的传统录像机。
近年来，随着科技的不断发展，安防行业里也不断推出很多监控设备。
目前，最为先进的就是利用网络摄像机获取并处理图像的远程网络视频监视系统。
远程网络视频监视系统的突出优点在距离和控制功能等方面。
远程视频监控系统已从传统的图像应用系统发展成为网络、数字媒介的综合应用。
随着IP视频及网络技术的发展，当前的远程视频监控系统采用了先进的编码和网络传输技术，使之区别于以往的监控系统。
它是利用网络摄像机来获取图像并进行处理。
网络摄像机是直接与网络相连的数字摄像装置，它内置了专门的网络视频服务器（也可以当作客户端来发送信息），无需计算机的协助独立进行工作。
局域网上的用户或互联网上的用户采用标准的网络浏览器，就可以根据IP地址对网络摄像机进行访问，观看通过网络传输的实时图象，还可以通过对云台的控制，对目标进行全方位的监控。
网络摄像机除了能在世界的任何一个角落通过Internet进行远端监控之外，通过网络监控也可以有效地降低成本，它的”即插即用”功能，无须像模拟摄像机一样必须安装同轴电缆。
只要利用现有的网络就可以使用。
随着我国网络建设的逐步完善，现在有很多新建的项目对网络的建设越来越重视，主干千兆、百兆到桌面已经很普遍了，甚至有的项目采用主干万兆千兆到桌面的网络构架。
这为网络摄像机的推广应用奠定了良好的基础。
远程网络视频监控产品在技术上将会向两个方向发展，第一个方向是高清晰度，对图像质量的追求始终是人们努力的方向，更是监控业内在的要求。
随着存储设备容量的不断增大，价格不断降低、其他高画质图像标准的网络摄像机将投入市场，成为数字化网络视频监控的重要产品。
第二个方向是基于MPEG-4或更新的图像压缩标准的产品，MPEG-4技术对数字化监控产品提供了新的发展空间，MPEG-4技术尤其适合网路监控，它的出现和应用将使数字化网络视频监控迈向一个新的时代。
特别电信在大力推进3G的网络建设，4G也已经为时不远，今后的网络摄像机很有可能通过无线的方式直接接入电信网络，我们可以通过手机直接监视画面，这样的应用水准应该是相当广泛的理想的局面。
2系统设计
2.1设计任务
根据设计任务书的要求，我的设计目标是结合计算机知识和网络知识，设计一个通过局域网可以监视整个车间（新城弹簧厂）生产环境的视频监视系统。
视频监视系统，是通过安装在车间多个位置上摄像机采集视频画面，并且直接转换为网络视频流，发送至局域网，可以实现局域网内部多点监控，也可以实现通过因特网远程监控。
本设计主要完成监控网络的设计，设备选型和组建。
根据以上设计目标，结合相关参考文献，提出如下设计方案。
2.2系统设计流程框图
图2-1系统设计流程图
2.3系统结构设计简介
用户监控区域主要为两个车间、三个走廊和两个门厅，为尽量避免监控盲点，计划安装10个摄像机。
由于车间区域面积比较大，因此每个车间至少安装两个摄像机，形成交叉视角。
监控计算机和网络中心节点设计在经理办公室（A室），同时为B、C、D室安装局域网接口。
总体安装布局如下：
图2-2某车间平面布局图
2.4远程网络视频监视系统示意图
图2-3视频监控网络示意图
在图中可以发现，该系统是客户可处于世界任何地方，只要有互联网连接就可以通过摄像机观察并进行控制。
2.5远程网络视频监视的技术特点
（1）网络摄像机主要结合了互联网技术中先进的网络通讯技术和计算机数字多媒体领域中先进的图像语音压缩技术和图像控制技术，实现专业远程监控管理。
整套系统采用RJ45接口，TCP/IP、PPPOE等国际标准互联网通讯技术协议，适用于ADSL和LAN环境，能够直接架构在局域网、广域网和无线网络上。
系统采用了嵌入式实时多任务操作系统，使用了功能强大的CPU完成视频压缩和传输的工作，网络用户通过专用软件或用浏览器直接观看图像，通过网络摄像机，可以在网络的任何计算机上通过计算机来控制远端系统的云台、镜头方位及镜头焦距、景深和光圈变化，采集现场图像，实施全方位监控。
（2）基于网络化和数字化发展的网络摄像机，集镜头、图像传感器、A/D转换器、DSP芯片、ROM、RAM、嵌入式操作系以及WEB服务器于一身。
接收图像信号，模拟信号转换成数字信号，图像的压缩与编码，图像的传输等一系列的过程都由网络摄像机独立完成。
只要使用一根网线、一个电源就能连接到遍布全球的互联网络。
2.6系统布线
2.6.1系统布线说明
网络及布线系统，作为本工程的基础工程，也是本工程的重点工序之一。
按照施工设计方案的规范要求，根据商务楼电信布线标准ANSI/TIA/EIA-568-A或B（默认为B类标准）标准对系统线缆进行铺设，并保证线缆的通路。
各车间公共部分采用PVC管的布线方式、室内部分采用PVC线槽的布线方式。
线缆经各车间和走廊梁下的最低点作为基准，安装在横梁下方或墙壁上。
网络监控系统在通过PVC管敷设。
电源线采用AC220V就近接用的方式，由车间负责统一布线，注意电源线不要妨碍摄像机云台运动。
布线要按照建筑电气弱电系统的相关标准来设计。
监控系统特别强调以下注意事项：
信号线严禁与强电线包括AC220V连在一个层内或一个线槽、桥架内。
严格意义上，也不能走同一个线井，如无法分开走线井，也应间隔60cm以上；视频线和信号线尽量不要与有线电视、电缆、电话走同一通道，如无法分开，信号线要用屏蔽线（RVVP）布线；信号线也不能与其他系统的开关电源走同一通道。
2.6.2系统布线原则
（1）综合布线。
在布线设计时，应当综合考虑电话线，电力线和双绞线的布设。
电话线和电力线不能离双绞线太近，以避免对双绞线产生干扰，但也不宜离的太远，相对位置保持在20cm左右即可。
（2）适当冗余。
布线时不可能非常准确的测量线路长度，所以在布线时应当有适当冗余，防止线路长度不够。
也可以为以后线路改动等留些空间。
（3）线路应当避免直接的日晒，不宜在潮湿的地方布设。
另外，应当尽量远离经常使用的通道和重物之下，避免可能的磨擦，以保证线路的性能。
2.6.3线缆连接方式及长度
通过对厂房结构和摄像机安装位置的分析，设计出摄像机连接方式和测量出线缆长度如图2-4所示。
图2-4线缆连接方式及长度
3系统设备选型
3.1系统摄像机选型
3.1.1网络摄像机与其他监控系统比较
（1）相对于传统的闭录电视监控系统：
网络摄像机监控系统无须同轴电缆、无须庞大的视频分配器；软件实现NxN多对多（即多个观察员可同时看多个镜头画面）；安装所需设备少，工程成本大幅降低（整个安装过程就是架设摄像机和在PC机上安装系统管理软件），大幅减少线材；充分利用网络资源，用宽带网络图像传输非常廉价，增强了监控范围的灵活性，可直接实现远端监控，利用网络更新软件。
这些都是传统的闭录电视系统无法比拟的。
（2）相对于当前的监控系统：
网络摄像机监控系统对PC机的要求范围减少，一般普通配置即可；无须软件维护；无须机房，可以安装在过道和环境差的地点；可以避免了死机现像和重新启动时造成无法监控的缺陷。
这些是基于PC的数字监控系统无法比拟的。
3.1.2网络摄像机的优点
（1）先进性：
利用现有的综合布线网络传输图像，进行实时监控系统所需的前端设备少，连线简洁，后端仅需一套软件系统即可；
（2）可靠性：
主要设备网络摄像机采用了嵌入式实时操作系统，所需设备简单，而图像的传输是通过综合布线网络实现的，系统可靠性相当高；
（3）性能价格比：
所需设备极其简单，系统的控制由后端的软件系统实现，省去了传统模拟监控系统中的大量设备，如昂贵的矩阵、画面分割器、切换器、视频转网络的主机等。
由于图像的传输通过综合布线网络，省去了大量的视频同轴电缆，降低了费用；
（4）安全性：
系统设置了不同等级的使用者权限，仅有最高级权限的用户才可对整个系统进行设置或更改，没有权限的用户是接收不到图像的。
另外，图像数据的存储是专有的格式；
（5）使用及维护性：
系统的安装极其简单，软件系统的安装及使用也非常易懂。
在维护性方面，系统的接线十分简洁，而主要设备的可靠性很高，维护性能好，而且可实现远程维护；
（6）扩展及延伸性：
当需要增加监控点和监控主机时，只需要通过现有网络增加一台摄像机或PC机即可，不需要对现有布线系统做什么改动；
（7）应用范围广阔：
区域性监控，利用网络传送实时图像，如办公室、大楼等；跨区远端监控，连锁事业、大型工厂机房、远端老人、儿童看护、公共建筑、无人环境监控、金融机构分行监控、交通监管、错误警报辩识等。
（8）区域性监控：
利用网络传送实时图像，如办公室、大楼等；跨区远端监控，连锁事业、大型工厂机房、远端老人、儿童看护、公共建筑、无人环境监控、金融机构分行监控、交通监管、错误警报辩识等。
3.1.3网络摄像机简介
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、控制器网络服务器、外部报警、控制接口等部分组成。
（1）镜头
镜头作为网络摄像机的前端部件，有固定光圈、自动光圈、自动变焦、自动变倍等种类，与模拟摄像机相同。
（2）图像传感器、声音传感器
图像传感器有CMOS和CCD两种模式。
CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电。
不像由二级管组成的CCD和CMOS电路几乎没有静态电量消耗。
通常，传送优良图像质量的设备都采用CCD图像传感器，而注重功耗和成本的产品则选择CMOS图像传感器。
（3）A/D转换器
A/D转换器的功能是将图像和声音等模拟信号转换成数字信号。
基于CMOS模式的图像传感器模块有直接数字信号输出的接口，无须A/D转换器；而基于CCD模式的图像传感器模块如有直接数字输出的接口，亦无须A/D转换器，但由于此模块主要针对模拟摄像机设计，只有模拟输出接口，故需要进行A/D转换。
（4）图像、声音编码器
经A/D转换后的图像、声音数字信号，按一定的格式或标准进行编码压缩。
编码压缩的目的是为了便于实现音/视信号与多媒体信号的数字化；便于在计算机系统、网络以及万维网上不失真地传输上述信号。
（5）控制器
控制器是网络摄像机的心脏，它肩负着网络摄像机的管理和控制工作。
如果是硬件压缩编码，控制器是一个独立部件；如果是软件编码压缩，控制器是运行编码压缩软件的DSP，即二者合而为一。
（6）网络服务器
网络服务器提供网络摄像机的网络功能，它采用了RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相关网络协议，允许用户从自己的PC机使用标准的浏览器根据网络摄像机的IP地址对网络摄像机进行访问，观看实时图像，及控制摄像机的镜头和云台。
（7）外部报警、控制接口
网络摄像机为工程应用提供了实用的外部接口，如红外探头发现有目标出现，发报警信号给网络摄像机，网络摄像机自动调整镜头方向并实时录像；另一方面，当网络摄像机侦测到有移动目标出现时，亦可向外发出报警信号。
3.1.4本设计所选摄像机
本系统拟采用网今B系列IPCAMERA，IPCamera集成了网络和web服务功能，可以把摄制的视频通过网络传送到任何地方，您只需通过web浏览器就可随时访问现场视频。
它可以应用在大型卖场、学校、工厂、家庭等一系列场所。
（1）设备外观
图3-1网今B系列IPCAMERA外观
状态指示灯：
上图绿色的指示灯为状态指示灯，设备运行时，慢闪烁（两秒一次），表示设备正在搜索网络；闪烁（每秒一至两次），表示设备使用有线网络；快闪烁（每秒三至四次），表示设备正在使用无线网络。
（2）设备接口
图3-2设备接口
1）音频输出接口
输出音频信号，用于外接各种声音播放设备，如耳机、音响。
2）网络接口
网络接口为10/100M自适应以太网接口，通过该接口可以与各种网络设备连接，如集线器、路由器、交换机等。
注意：
设备出厂默认IP地址为192.168.0.178，默认端口为80。
默认用户为admin，默认密码为123456.
3）WIFI天线安装孔
用于安装WIFI天线。
4）告警输出接口
告警输出接口与IPCAMERA内部的一个继电器开关连接，当IPCAMERA要驱动警铃或蜂鸣器等报警器时，则控制继电器的开关闭合，该继电器可用于控制额定电压低于36V，最大电流低于2A的报警器的开启和关闭。
外接报警器的示意图如图3-3。
图3-3告警输出连接示意图
5）告警输入接口
外接传感器实现告警信息的采集，示意图如图3-4。
要求为开关型传感器类型（常开或常闭均可），当检测到烟雾、温度、湿度超标，人或动物进入防区等信号时，开关闭合或开启，即可作为外部告警信号输入到IPCAMERA。
图3-4告警输入连接示意图
6）电源接口
接外部电源适配器，要求为5V电源。
7）复位按键
复位键于设备底部，长按复位按键（10秒钟），设备恢复出厂默认值，并重启。
（3）技术参数
表3-1网今B系列IPCAMERA技术参数
类别
子类别
描述
图像采集
图像传感器
1/4"CMOS传感器
总像素数
30万
最低照度
红外灯开启，0Lux
镜头
f=4.5mm,F=2.0,标配红外镜头
防抖动
支持
云台
水平转角
270°
垂直转角
120°
辅助
照明
10个850nm红外灯,5米有效
照明控制
通过光敏电阻自动控制
音视频处理
分辨率
640*480（VGA）/320*240（QVGA）/160*120（QQVGA）
视频压缩格式
MJPEG
最大帧率
30帧/秒
码率
128kbps~5Mbps
图像旋转
镜像/倒置
字符叠加
支持
音频压缩格式
ADPCM
网络
基本协议
TCP/IP、UDP/IP、HTTP、SMTP、FTP、DHCP、DDNS、UPNP、NTP、PPPOE
其它协议
802.11b/g/n
其它特性
视频控制
支持
双向语音
支持
移动侦测
支持
告警动作
外部告警/Email/FTP/向告警服务器发送信息
用户设置
三级用户权限
时间/日期设置
支持
升级
可通过网络升级
动态域名
厂家提供免费DDNS
硬件接口
以太网接口
10Base-T/100base-TX
告警输入
1路
告警输出
1路
音频输入
内置麦克风
音频输出
1个音频输出插孔
物理指标
重量
245克
尺寸
100mm（长）*99mm（宽）*118mm（高）
电源
DC5V
功耗
<6W
工作温度
0℃~45℃
工作湿度
10%~80%无凝结
PC端软件
支持操作系统
MicrosoftWindows98/2000/XP/Vista
浏览器
IE6.0及以上版本或者兼容浏览器,Firefox、Safari等
客户端软件
IPCMonitor.exe
（4）所需摄像机详情
表3-2摄像设备
摄像设备
名称
型号
数量
摄像机
台
10
广角镜头
只
8
中焦镜头
只
2
万向支架
只
10
保护外壳
套
10
备注
点3、点7使用中焦镜头
其他点使用广角镜头
3.2系统线型选型
3.2.1各类线型比较
（1）同轴电缆
同轴电缆具有价格较便宜、铺设较方便的优点（相对于光纤而言），所以，一般在小范围的监控系统中，由于传输距离很近，使用同轴电缆直接传送监控图象对图象质量的损伤不大，能满足实际要求。
但是，根据对同轴电缆自身特性的分析，当信号在同轴电缆内传输时其受到的衰减与传输距离和信号本身的频率有关。
一般来讲，信号频率越高，衰减越大。
视频信号的带宽很大，达到6MHz，并且，图象的色彩部分被调制在频率高端，这样，视频信号在同轴电缆内传输时不仅信号整体幅度受到衰减，而且各频率分量衰减量相差很大，特别是色彩部分衰减最大。
所以，同轴电缆只适合于近距离传输图象信号，当传输距离达到200米左右时，图象质量将会明显下降，特别是色彩变得暗淡，有失真感。
另外，同轴电缆在监控系统中传输图象信号还存在着一些缺点：
1）同轴电缆本身受气候变化影响大，图象质量受到一定影响；
2）同轴电缆较粗，在密集监控应用时布线不太方便；
3）同轴电缆一般只能传视频信号，如果系统中需要同时传输控制数据、音频等信号时，则需要另外布线；
4）同轴电缆抗干扰能力有限，无法应用于强干扰环境；
5））同轴放大器还存在着调整困难的缺点。
（2）双绞线
双绞线的使用由来已久，电话传输使用的就是双绞线，在很多工业控制系统中和干扰较大的场所以及远距离传输中都使用了双绞线，我们今天广泛使用的局域网也是使用双绞线对。
双绞线之所以使用如此广泛，是因为它具有抗干扰能力强、传输距离远、布线容易、价格低廉等许多优点。
由于双绞线对信号也存在着较大的衰减，所以传输距离远时，信号的频率不能太高，而高速信号比如以太网则只能限制在100m以内。
对于视频信号而言，带宽达到6MHz，如果直接在双绞线内传输，也会衰减很大，所以视频信号在双绞线上要实现远距离传输，必须进行放大和补偿，双绞线视频传输设备就是完成这种功能。
加上一对双绞线视频收发设备后，可以将图象传输到1至2km。
双绞线和双绞线视频传输设备价格都很便宜，不但没有增加系统造价，反而在距离增加时其造价与同轴电缆相比下降了许多。
（3）光纤
光纤和光端机应用在监控领域里主要是为了解决两个问题：
一是传输距离，一是环境干扰。
双绞线和同轴电缆只能解决短距离、小范围内的监控图象传输问题，如果需要传输数公里甚至上百公里距离的图象信号则需要采用光纤传输方式。
另外，对一些超强干扰场所，为了不受环境干扰影响，也要采用光纤传输方式。
因为光纤具有传输带宽宽、容量大、不受电磁干扰、受外界环境影响小等诸多优点，一根光纤就可以传送监控系统中需要的所有信号，传输距离可以达到上百公里。
光端机可以提供一路和多路图象接口，还可以提供双向音频接口、一路和多路各种类型的双向数据接口（包括RS232、RS485、以太网等），将它们集成到一根光纤上传输。
光端机为监控系统提供了灵活的传输和组网方式，信号质量好、稳定性高。
近些年来，由于光纤通信技术的飞速发展，光纤和光器件的价格下降很快，使得光纤监控系统的造价大幅降低，所以光纤和光端机在监控系统中的应用越来越普及。
不过，使用光纤和光端机需要一定的专业知识和专用设备，这给工程施工和用户使用带来了一定的困难。
另外，对于短距离、小规模的监控系统来说，使用光纤传输也显得不够经济。
3.2.2本设计所使用线型
通过以上线型的比较，本设计选用超5类双绞线最为合适，本设计中监控系统用双绞线进行传输具有以下明显的优势：
（1）100m内可高速传输。
由于车间线缆连接长度基本不超过100m，所以使用双绞线传输高速信号简单易行。
即使传输距离超过100m，也很好解决。
由于在双绞线收发器中采用了先进的处理技术，极好地补偿了双绞线对视频信号幅度的衰减以及不同频率间的衰减差，保持了原始图象的亮度和色彩以及实时性，在传输距离达到1km或更远时，图象信号基本无失真。
如果采用中继方式，传输距离会更远。
（2）布线方便、线缆利用率高。
一对普通电话线就可以用来传送视频信号。
另外，楼宇大厦内广泛铺设的5类非屏蔽双绞线中任取一对就可以传送一路视频信号，无须另外布线，即使是重新布线，5类缆也比同轴缆容易。
此外，一根5类缆内有4对双绞线，如果使用一对线传送视频信号，另外的几对线还可以用来传输音频信号、控制信号、供电电源或其它信号，提高了线缆利用率，同时避免了各种信号单独布线带来的麻烦，减少了工程造价。
（3）抗干扰能力强。
双绞线能有效抑制共模干扰，即使在强干扰环境下，双绞线也能传送极好的图象信号。
而且，使用一根缆内的几对
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