视频监控系统的调研报告.docx
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视频监控系统的调研报告
关于视频监控系统的
调研报告
2005年9月26
第1章概述
1.1行业背景
当前，随着经济发展水平的提高和技术的成熟，社会经济和科学技术的飞速发展，特别是计算机网络的发展，宽带接入及通讯已经成为电信领域最有潜力的广阔市场。
到2004年全球Internet用户已突破10亿，其中约有4.7亿用户将通过宽带接入方式，与此同时，人们对安全技术防范的要求也越来越高。
为了打击各种各样的经济刑事犯罪，保护国家和人民群众的生命财产安全，保证各行各业和社会各部门的正常运转，采用高科技手段预防和制止各种犯罪将会成为安全防范领域的发展方向。
二十世纪八十年代末到九十年代中期，随着各种新型安保观念的引入，社会各部门、各行业及居民小区纷纷建立起了各自独立的闭路电视监控系统或联网报警系统。
在银行、通讯、电力等国家重点部门，联网报警网络已基本形成，对预防和制止犯罪、维护社会经济的稳定起到了重要作用。
在中国，总理在“两会”的工作报告中也首次提到：
重点支持建设高速宽带信息业务。
2001年中国电信的目标用户是全年发展180万宽带用户，其中ADSL用户30万，以太网接入用户150万；背靠上市的长城宽带网络服务公司2001年要在全国建成完工宽带社区用户300万，预计投资25亿元人民币；还有联通、网通、吉通、铁通等各路人马大搞“圈地运动”。
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，一套优秀的监控系统可以实时动态地汇报被监测点的情况，及时发现问题并进行处理，完整的备份资料可以随时进行分析调查。
1.2应用领域
视频监控一直是监控领域的热点，它以直观、方便、信息内容丰富而在各个行业得到广泛应用，如：
交通、电力、通信、石油、码头、仓库、金融、政府机关企事业单位办事窗口，和军队、公安、消防、监狱、水利/水厂、民航等要害部门，以及医院、小区安保、店铺等领域。
具体应用方式如下：
例1：
医院安装的病房监视系统对于医护人员随时了解非典型肺炎患者病情、减少医护人员频繁出入“非典”病房、降低感染机率十分有利。
无线监看
有线监看
例2：
交通路况监测
无线监看
有线监看
PC录像
例3：
商场应用
便利店
音像店
药店
书店
1.3系统构成
典型的视频监控系统主要由前端设备和后端设备这两大部分组成，其中后端设备可进一步分为中心控制设备和分控制设备。
前、后端设备有多种构成方式，它们之间的联系（也可称作传输系统）可通过电缆、光纤或微波等多种方式来实现。
视频监控系统由摄像机部分（有时还有麦克）、传输部分、控制部分以及显示和记录部分四大块组成。
在每一部分中，又含有更加具体的设备或部件。
第2章发展历程
视频监控系统的发展与电子、通信的发展息息相关，就其发展的阶段看，主要经历了以下阶段：
✧模拟视频监控系统
✧数字视频监控系统
✧网络数字视频监控系统
2.1模拟视频监控系统
模拟监控系统发展较早，目前常称为第一代监控系统，视频以模拟方式采用同轴电缆进行传输，并由控制主机进行模拟处理。
2.1.1系统特点
A）视频、音频信号的采集、传输、存储均为模拟形式，质量最高；
B）经过几十年的发展，技术成熟，系统功能强大、完善；
2.1.2存在的问题
A）只适用于较小的地理范围；
B）与信息系统无法交换数据；
C）监控仅限于监控中心，应用的灵活性较差；
D）不易扩展；
2.1.3涉及主要技术
A）模拟摄相头采集模拟信号通过同轴电缆的传输；
B）多路模拟信号传入中心控制系统进行画面分割；
2.1.4涉及主要设备
视频数据采集
信号传输
信号处理
控制系统
数据存储
模拟摄相头
同轴电缆
画面分割器
画面处理器
画面处理器
磁带机
2.1.5典型应用
例1：
单台监视器上多画面显示
例2：
显示矩阵多画面显示
2.2数字视频监控系统
半数字模式，视频以模拟方式采用同轴电缆进行传输由多媒体控制主机或硬盘录像主机（DVR）进行数字处理与存贮。
DVR采用微机和Windows平台，在计算机中安装视频压缩卡和相应的DVR软件，不同型号视频卡可连接1/2/4路视频，支持实时视频和音频，是第一代模拟监控系统升级实现数字化的可选方案，适合传统监控系统的改造，不适合新建的监控系统、又要求实现远程视频传输（超过1-2公里）的系统。
2.2.1系统特点
A）视频、音频信号的采集、存储主要为数字形式，质量较高
B）系统功能较为强大、完善
C）与信息系统可以交换数据
D）应用的灵活性较好
2.2.2存在的问题
A）通常只适合于小范围的区域监控模拟视频信号的传输工具主要是同轴电缆，而同轴电缆传输模拟视频信号的距离不大于1Km，双绞线的距离更短，这就决定了模拟监控只适合于单个大楼\小的居民区以及其它小范围的场所；
B）系统的扩展能力差对于已经建好的系统，如要增加新的监控点，往往是牵一发而动全身，新的设备也很难添加到原有的系统之中；
C）无法形成有效的报警联动在模拟监控系统中，由于各部分独立运作，相互之间的控制协议很难互通，联动只能在有限的范围内进行。
DVR系统从监控点到监控中心为模拟方式传输，与第一代系统相似存在许多缺陷，要实现远距离视频传输需铺设（租用）光缆、在光缆两端安装视频光端机设备，系统建设成本高，不易维护、且维护费用较大。
随着信息处理技术的不断发展，嵌入式DVR系统近几年异军突起，由于其可靠性高、使用安装方便在银行系统应用特别广泛，我们通常称嵌入式DVR为2.5代监控系统。
2.2.3涉及主要设备
视频数据采集
信号传输
信号处理
控制系统
数据存储
模拟摄相头
同轴电缆
控制线
局域网络设备
视频采集卡
视频矩阵
硬盘录相机
硬盘录相机
2.2.4典型应用
数字信号控制的模拟视频监控系统分为基于微处理器的视频切换控制加PC机的多媒体管理和基于PC机实现对矩阵主机的切换控制及对系统的多媒体管理两种类型。
1、基于微处理器的视频切换控制加PC机的多媒体管理类型
80年代是微处理器的年代，视频监控系统利用微处理器固件发展的矩阵切换器，将原来分散的全硬件视频监控系统微型集中化，如将视频切换、对前端的控制等功能集合一起，一机处理，是技术上的一个突破。
自备微处理器的矩阵主机可通过PC机的图形管理软件实现以下功能：
①对单一工作站之中的视频监控、出入口控制、内部通讯、报警等进行综合全面控制（注：
只能提供一个简单的、可增强系统控制功能的用户界面，但不能代替矩阵主机的安防配置和编程能力）；
②任意一台工作站可通过网络，控制其它工作站所连接的矩阵主机、报警设备，完成视频切换云台、镜头控制及报警联动等；
③可通过软件实现对众多矩阵主机和报警接口软件模块的控制。
2、基于PC机实现对矩阵主机的切换、控制和对系统的多媒体管理
基于PC机的视频监控系统采用软件设计，实现摄像机到监视器的视频矩阵切换，云台和镜头的控制，通过串口连接报警设备的报警信息，并通过程序编程自动完成视频切换、云台控制、报警联动、报警录像等各项控制功能。
系统能充分利用PC机的资源，使视频监控系统随电脑技术的发展而不断进步，同时其开放性的结构特性更可使之与其它多种系统如与消防报警系统、出入口管理系统、楼宇自控系统等实现互动集成。
2.3网络数字视频监控
网络数字监控是将传统的模拟视频信号转换为数字信号，通过计算机网络来传输，通过智能化的计算机软件来处理。
2.3.1系统特点
视频从前端图像采集设备输出时即为数字信号，并以网络为传输媒介，基于国际通用的TCP/IP协议，采用流媒体技术实现视频在网上的多路复用传输，并通过设在网上的网络虚拟（数字）矩阵控制主机（IPM）来实现对整个监控系统的指挥、调度、存贮、授权控制等功能。
此外报警、门禁、巡更等前端设备输出的数字信号也可由多网合一的方式通过网络复用进行传输并在同一平台上进行管理与控制。
2.3.2系统优势
网络视频监控系统使用现有的网络系统，采用嵌入式的“网络视频服务器”，实现从监控点前端、监控中心、监控工作站的数字化处理，是监控系统发展的必然趋势。
网络数字视频系统与上述第一、二代系统相比具有明显的优势：
A）利用现有的网络资源，不需要为新建监控系统铺设光缆、增加设备，轻而易举地实现远程视频监控。
B）系统扩展能力强，只要有网络的地方增加监控点设备就可扩展新的监控点。
C）维护费用低，网络维护由网络提供商维护，前端设备是即插即用、免维护系统。
D）系统功能强大、利用灵活、全数字化录像方便于保存和检索。
E）在网络中的每一台计算机，只要安装了客户端的软件，给予相应的权限就可成为监控工作站。
2.3.3涉及主要设备
视频数据采集
信号传输
信号处理
控制系统
数据存储
模拟摄相头
一体化摄相机
双绞线
光纤
E1线路
交换机等网络设备
无线传输设备
视频服务器（流媒体服务器）
解码器
PC+软件
硬盘录相机
网络存储器
磁盘阵列
2.3.4典型应用
IPCCTV发展至今主要有三种方式。
第3.1代：
现场电脑插卡方式：
即通过在现场设置电脑并在其内安装视频压缩卡，将前端模拟信号通过PC机转换为数字信号再上网传输，属非嵌入式系统。
3.1代示意图
这一代的系统优缺点如下：
a、PC机的多媒体监控主机综合了视频矩阵、图像分割器、录像机等的众多功能，使系统结构大为简化。
b、由于采用计算机网络技术，数字多媒体远程网络监控不受距离限制；
c、由于采用大容量磁盘阵列存盘器或光盘存储器，可以节省大量的磁带介质，同时有利于系统实现多媒体信息查询。
但由于是基于PC机的视频监控录像系统，在实际工程使用过程中，也暴露出一些不足，主要是系统工作的不稳定性。
基于PC的视频监控录像系统的组成结构为：
兼容/工控PC机+视频采集卡+普通/较可靠的操作平台+应用软件。
从系统的组成结构来分析：
a、PC机
兼容PC机用于24小时不间断工作时，其性能是不很稳定的，工控PC机相对兼容PC机的稳定性有一个档次上的提高，适用于较复杂的工作环境；
b、操作系统
以Windows98为操作平台的系统，业内人士都知道，Win98的稳定性是有一定问题的，如果同时应用软件又不是很规范，这样就容易在使用过程中出现工作不稳定、死机等问题，而基于PC机的视频监控录像系统其软件的实现是在Windows95/98/NT、Unix、Linux等通用操作系统上，同时系统文件、应用软件和图像文件都存储在硬盘上，视频处理必须高密度输入大量数据，同时硬盘要进行多工工作，普通的硬盘逻辑（如Windows的FAT32）已无法适应，以致极易产生系统的不稳定性，造成死机现象；
c、应用软件
采用简易应用软件的系统是不能够用于安防领域的，视频监控系统的应用软件能力上应支持多任
务并发处理，如监视、录像、回放、备份、报警、控制、远程连接等的多工处理能力；
d、视频采集卡
视频监控录像系统通常均为多路输入系统，视频采集卡可采用多卡方式，也可采用单卡方式。
一般说，单卡方式集成度高，稳定性会优于多卡方式，很多采用一路一卡的方式很容易形成硬件冲突，其稳定性会有较大的影响。
目前市场上也有部分为追求高帧数而设计采用多卡进行迭加的多路单卡设备，但其仍在计算机的总线上进行传输、处理，不可能会有质的飞跃。
第3.2代：
通过网络视频编解码器方式——通过在现场设置视频网络编码器将模拟视频编码后上网传输，并在监控端设置的对应解码器将网上数字视频信号解码后进行监控。
其优点在于现场不需PC机支持，系统稳定性提高。
但具有只能实现“一对一”式传输，实现网络“互联互通”及授权客户直接访问较困难，构建系统及联网比较困难的缺点。
3.2代示意图
第3.3代：
现场采用网络监控产品包括：
网络摄像机、网络高速球、网络视频接入器等，它们的输出即为全数字信号并直接上网传输与控制。
多采用嵌入式结构，现场无需PC机支持；
3.3代示意图
这一代系统又是称为嵌入式视频监控系统，其特点在于：
a、布控区域广阔嵌入式视频Web服务器监控系统的Web服务器直接连入网络，没有线缆长度和信号衰减的限制，同时网络是没有距离概念的，彻底抛弃了地域的概念，扩展布控区域。
b、系统具有几乎无限的无缝扩展能力所有设备都以IP地址进行标识，增加设备只是意味着IP地址的扩充。
c、可组成非常复杂的监控网络采用基于嵌入式Web服务器为核心的监控系统，在组网方式上与传统的模拟监控和基于PC平台的监控方式有极大的不同，由于Web服务器输出已完成模拟到数字的转换并压缩，采用统一的协议在网络上传输，支持跨网关、跨路由器的远程视频传输。
d、性能稳定可靠，无需专人管理嵌入式Web服务器实际上基于嵌入式电脑技术，采用嵌入式实时多任务操作系统，又由于视频压缩和Web功能集中到一个体积很小的设备内，直接连入局域网或广域网，即插即看，系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高，也无需专人管理，非常适合于无人值守的环境。
e、当监控中心需要同时观看较多个摄像机图像时，对网络带宽就会有一定的要求。
第3章产品介绍
3.1摄像部分
摄像部分是视频监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”。
它布置在被监视场所的某一位置上，使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位。
有时，被监视场所面积较大，为了节省摄像机所用的数量、简化传输系统及控制与显示系统，在摄像机上加装电动的（可遥控的）可变焦距（变倍）镜头，使摄像机所能观察的距离更远、更清楚；有时还把摄像机安装在电动云台上，通过控制台的控制，可以使云台带动摄像机进行水平和垂直方向的转动，从而使摄像机能覆盖的角度、面积更大。
总之，摄像机就像整个系统的眼睛一样，把它监视的内容变为图像信号，传送给控制中心的监视器上。
由于摄像部分是系统的最前端，并且被监视场所的情况是由它变成图像信号传送到控制中心的监视器上，所以从整个系统来讲，摄像部分是系统的原始信号源。
因此，摄像部分的好坏以及它产生的图像信号的质量将影响着整个系统的质量。
从系统噪声计算理论的角度来讲，影响系统噪声的最大因素是系统中的第一级的输出（在这里即为摄像机的图像信号输出）信号信噪比的情况。
所以，认真选择和处理摄像部分是至关重要的。
如果摄像机输出的图像信号经过传输部分、控制部分之后到达监视器上，那么到达监视器上的图像信号信噪比将下降，这是由于传输及控制部分的线路、放大器、切换器、等又引入了噪声的缘故。
除了上述的有关讨论之外，对于摄像部分来说，在某些情况下，特别是在室外应用的情况下，为了防尘、防雨、抗高低温、抗腐蚀等，对摄像机及其镜头还应加装专门的防护罩，甚至对云台也要有相应的防护措施。
3.1.1摄像机
摄像机是获取监视现场图像的前端设备，它以面阵CCD图像传感器为核心部件，外加同步信号产生电路、视频信号处理电路及电源等。
近年来，新型的低成本MOS图像传感器有了较快速的发展，基于MOS图像传感器的摄像机已开始被应用于对图像质量要求不高的可视电话或会议电视系统中。
由于MOS图像传感器的分辨率和低照度等到主要指标暂时还比不上CCD图像传感器，因此，在电视监控系统中使用摄像机仍为CCD摄像机。
摄像机具有黑白和彩色之分，由于黑白摄像机具有高分辨率、低照度等优点，特别是它可以在红外光照下成像，因此在电视监控系统中，黑白CCD摄像机仍具有较高的市场占有率。
顺便指出，在各商家列出的闭路电视监控器材清单中的摄像机通常都是不带镜头的（一体化摄像机除外），因此在实际应用中，应根据监控现场的实际环境及用户要求，为摄像机配合适的镜头。
3.1.1.1黑白CCD摄像机的主要参数
在电视监控系统中选择摄像机，一般要看几个主要的参数，即分辨率、最低照度和信噪比等，另外还要考虑摄像机的附带功能及价格和今后服务等因素。
以下对摄像机的几个主要参数作一介绍。
A、CCD尺寸及像素数CCD尺寸指的是CCD图像传感器感光面的对角线尺寸，早期的CCD尺寸比较大，为lin、2/3in和1/2in等几种，因而近年来用于电视监控摄像机的CCD尺寸以1/3in为主流。
像素数指的是摄像机CCD传感器的最大像素数，有些给出了水平及垂直方向的像素数，如500H*582V，有些则组出了前两者的乘积值，如30万像素。
对于一定尺寸的CCD芯片，像素数越多则意味着每一像素单元的面积越小，因而由该芯片构成的摄像机的分辨率也就越高。
例如，在电视监控摄像机中使用的CCD传感器的像素有的已达到48万像素。
B、分辨率分辨率是衡量摄像机优劣的一个重要参数，它指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器（应比摄像机的分辨率高）上能够看到的最多线数。
当超过这一线数时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相间的线条。
工业监视用摄像机的分辨率通常在380~460线之间，广播级摄像机的分辨率则可达到700线左右。
C、低照度低照度指的是当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。
测定此参数时，还应特别注明镜头的最大相对孔径。
例如，使用F1.2的镜头，当被景物的光亮度值低到0.04lx时，摄像机输出的视频信号幅值为最大幅值的50%，即达到350mV（标准视频信号最大幅起来700mV），则称此摄像机的最低照度为0.04lx/F1.2。
被摄景物的光亮度值再低，摄像要输出的视频信号的幅值就达不到350mV了，反映在监视器的屏幕上，将是一屏很难分辨出层次的、灰暗的图像。
D、信噪比及伽玛校正系数信噪比也是摄像机的一个主要参数。
其基本定义是信号对于噪声的比值乘以20log，一般摄像机给出的信噪比值均是在AGC（自动增益控制）关闭时的值，因为当AGC接通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应提高。
CCD摄像机的信噪比的典型值一般为45~55dB。
测量信噪比参数时，应使用视频杂波测量仪直接连接于摄像机的视频输出端子上。
伽玛校正系数前面提到的γ值，其典型值为γ=0.45。
现行摄像机大都采用了固定的γ值。
3.1.1.2黑白CCD摄像机的附带功能
除了上述介绍的基本参数外，各品牌的摄像机大都还有一些附带的功能，如自动光圈接口、电子快门、自动增益控制、逆光补偿、线锁定同步及外同步等，下面简要介绍一下。
A、电动光圈接口目前在市场上见到的标准CCD摄像机大都带有驱动自动光圈镜头的接口，其中有些只提供一种驱动方式（通常为视频驱动方式），也就是说，它只能配接VD型的自动光圈镜头，有些则可同时提供两种驱动方式（视频驱动和直流驱动）供用户选择，因此，它可以配接任何自动光圈镜头。
这里，视频驱动（VideoDriver，简称VD）方式是指摄像机将视频信号电平输出到自动光圈镜头的内部，再由其内部的驱动电路输出控制电压，使镜头光圈调整电动机转动；直流驱动（DCDriver，简称DD）方式则是指摄像机内部增加了镜头光圈电动机的驱动电路，可以直接输出直流控制电压到镜头内的光圈电动机并使其转动，因此，具有直流驱动接口的摄像机的成本就稍许高一些（因为增加了一部分电路），但所选配的自动光圈镜头则因其内部不含有驱动电路而体积稍小一些，价格也就低一些。
不同品牌及型号的摄像机所带自动光圈接口的位置及形式是不完全一样。
一般摄像机的自动光圈接口设置在机身的后面板上，但也有一些则设在机身的侧面。
其中阴式方四孔接口最为常见，但不同摄像机对其各针脚的定义又不完全相同。
一般视频驱动自动光圈接口使用3个针，即电源、视频、接地；而直流驱动自动光圈接口使用4个针，即阻尼正、阻尼负、驱动正、驱动负。
若同时具有两种光圈驱动方式，则具体将该接口定义为VD还是DD驱动方式，须由另外的拨动开关来选择（如JETCOM公司的JC系列摄像机），也有的由摄像机盖板内视频处理板上不同的插座位置来选择，并在出厂前设定一种方式（如NATURE的NV-434CA摄像机），还有的干脆在摄像机机身侧面及后面板上直接设定两个不同的自动光圈接口（如JVC的TX-S240E摄像机）。
B、电子快门电子快门（ElectronicShutter）是比照照相机的机械快门功能提出一个术语，它相当于控制CCD图像传感器的感光时间。
由于CCD感光的实质是信号电荷的积累，则感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，输出信号电流的幅值也就越大。
通过调整光生信号电荷的积累时间（即调整时钟脉冲的宽度），即可实现控制CCD感光时间的功能。
C、自动增益控制摄像机输出的视频信号必须达到电视传输规定的标准电平，即。
为了能在不同的景物照度条件下都能输出的标准视频信号，必须使放大器的增益能够在较大的范围内进行调节。
这种增益调节通常都是通过检测视频信号的平均电平而自动完成的，实现此功能的电路称为自动增益控制电路，简称AGC电路。
具有AGC功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高，但此时的噪点也会比较明显。
这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。
D、背光补偿背光补偿（Back–lightCompensation）也称作逆光补偿或逆光补正，它可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。
当引入背光补偿功能时，摄像机仅对整个视场的一个子区域（如从第80行~200行的中心区域）进行检测，通过求此区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。
由于子区域的平均电平很低，AGC放大器会有较高的增益，使输出视频信号的幅值提高，从而使监视器上的主体画面明朗。
此时的背景画面会更加明亮，但其与主体画面的主观亮度差会大大降低，整个视场的可视性得到改善。
E、线锁定同步线锁定同步（LINELOCK）是一种利用交流电源来锁定摄像机场同步脉冲的一种同步方式。
当图像出现因交流电源造成的网波干扰时，将此开关拨到线锁定同步（LL）的位置，就可消除交流电源的干扰。
3.1.1.3摄像机的使用
摄像机的使用很简单，通常只要正确安装镜头、连通信号电缆，接通电源即可工作。
但在实际使用中，如果不能正确地安装镜头并调整摄像机及镜头的状态，则可能达不到预期使用效果。
以下简要介绍摄像机的正确使用方法。
A、安装镜头摄像机必须配接镜头才可使用，一般应根据应用现场的实际情况来选配合适的镜头，如定焦镜头或变焦镜头、手动光圈镜头或自动光圈镜头、标准镜头或广角镜头或长焦镜头等。
另外还应注意镜头与摄像机的接口，是C型接口还是CS型接口（这一点要切记，否则用C型镜头直接往CS接口摄像机上旋入时极有可能损坏摄像机的CCD芯片）。
安装镜头时，首先去掉摄像机及镜头的保护盖，然后将镜头轻轻旋入摄像机的镜头接口并使之到位。
对于自动光圈镜头，还应将镜头的控制线连接到摄像机的自动光圈接口上，对于电动两可变镜头或三可变镜头，只要旋转镜头到位，则暂时不需校正其平衡状态（只有在后焦聚调整完毕后才需要最后校正其平衡状态）。
B、调整镜头光圈与对焦关闭摄像机上电子快门及逆光补偿等开关，将摄像机对准欲监视的场景，调整镜头的光圈与对焦环，使监视器上的图像最佳。
如果是在光照度变化比较大的场合使用摄像机，最好配接自动光圈镜头并作摄像机的电子快门开关置于OFF。
如果选用了手动光圈则应将摄像机的电子快门开关置于ON，并在应用现场最为明亮（环境光照度最大）时，将镜头光圈尽可能开大并仍使图像为最佳（不能使图像过于发白而
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