某大型建筑视频安防系统设计.docx
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某大型建筑视频安防系统设计
毕业设计[论文]
题目：
某大型建筑视频安防监控
系统的设计
系别：
电气与电子工程系
专业：
电气工程及其自动化
姓名：
学号：
指导教师：
河南城建学院
2010年5月25日
摘要
目前，在我国各行业中广泛使用的闭路监控系统大多为模拟系统，其主要特点是：
采用矩阵主机控制，通过电视墙监视前端目标，采用长延时模拟录像机进行录像和回放；其主要缺点是：
当录像资料需要长时间备份时，需要大量的录像带，消耗大量的人力和物力，并且在录像回放、检索时操作不方便。
因此，基于数字存储技术的硬盘录像系统应运而生，经过几年的发展，至今技术已经完全成熟，很好地解决了传统图像存储及回放等技术难题。
数字硬盘录像系统不仅存储费用低、效率高，而且还具有网络传输、远程传输和循环存储等优点。
与此同时，硬盘录像系统的数字化和传输网络化等先进技术可以实现与防盗报警等系统联网联动，及时准确地反馈现场信息，为报警事件提供充分可靠的依据。
关键词：
闭路电视监控系统，矩阵主机控制，数字硬盘录像系统
Abstract
Atpresent,variousindustriesinChina'sclosed-circuitmonitoringsystemwidelyusedmostlyanalogsystem,itsmainfeaturesare:
amatrixhostcontrol,front-endtargetbyTVwallsurveillance,usingtime-lapsevideorecorderforanalogrecordingandplayback;itsmaindrawbackis:
Whenthevideodatatakesalongtimeback,youneedalotofvideo,consumealargeamountofmanpowerandmaterialresources,andvideoplayback,retrievaloperationisnotconvenient.
Therefore,basedondigitalstorageharddiskvideorecordingsystemtechnologyemerged,afterseveralyearsofdevelopment,sincetechnologyhasfullymatured,agoodsolutiontoimagestorageandplaybackoftraditionaltechnicalproblems.Digitalharddiskvideorecordingsystemnotonlystoreslowcost,highefficiency,butalsohasanetworktransmission,remotetransmissionandcyclestorageandsoon.Atthesametime,harddiskdigitalvideosystemsandtransmissionnetworkcanbeachievedwithadvancedtechnologiessuchasanti-theftalarmsystem,networklinkage,timelyandaccuratefeedbackon-siteinformationforalarmeventstoprovideadequateandreliablebasis.
Keywords:
closed-circuittelevisionmonitoringsystem,Matrixhostcontrol，digitalharddiskrecordingsystem
附图A．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41
附图B．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42
附图C．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
1绪论
1.1视频监控系统发展历史
1、第一代全模拟图像监控方式。
主要由摄像机、视频矩阵、监视器、录像机组成，摄像机采集的视频信号采用模拟方式传输，主要采用专用的视频电缆，传输距离不太远，适用于小范围监控，如建筑物内部监控，只能在本地监控中心观看监控图像。
这种技术现在已经被淘汰。
2、第二代基于DVR（DigitalVedioRecorder，数字硬盘录像机）技术的模拟加数字混合监控方式。
于第一代模拟技术相比，它主要是在后端的图像处理方式上的改进，采用了数字视频压缩处理技术。
前段摄像机采集的视频信号采用模拟方式传输，通过相应的线路（同轴电缆、光缆）连接到监控中心的DVR终端上，DVR监控中断完成对图像的多画面显示、压缩、数码图像、网络传输等功能。
3、第三代全数字化的网络监控方式。
它的主要原理是：
摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片进行压缩，然后通过内部处理后传送到网络或服务器上。
网络上的用户可以通过专用软件或者直接用浏览器观看Web服务器上的摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统进行配置。
网络视频监控的代表产品就是网络视频服务器和网络摄像机。
1.2国内外现状和发展方向
在国内外市场上，模拟视频监控技术发展已经非常成熟、性能稳定，在实际工程中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛。
数字视频系统是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型系统，该系统解决了模拟系统部分弊端，但仍需要进一步完善和发展。
由于历史及观念上的原因，我国大陆的安防产业较发达国家晚二三十年。
但是在二十世纪九十年代末。
随着我国经济的快速发展、人民物质生活水平的提高和消费观念的改变，中国监控行业在伴随着计算机技术、图像处理技术和网络技术的发展普及，兴起了数字化网络监控系统的浪潮。
这股浪潮使自八十年代末期成长起来的中国安防市场发生了深刻的变化，中国从事网络视频监控的企业第一次站在了与国外公司几乎相同的起跑线上，也为中国新兴的专业网络视频监控公司和企业带来了前所未有的挑战和机遇。
前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础。
所以视频监控发展的最大特点就是数字化、网络化和智能化。
视频监控系统的数字化首先是系统中信息流从模拟状态转为数字状态，根本上改变视频监控系统从信息采集、数据处理、传输到系统控制等方面的结构形式。
信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其他各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制。
视频监控系统的网络化是远程视频监控系统今后发展的主要目标之一，系统网络化将实现整个网络系统硬件和软件资源共享以及任务和负载共享。
提高网络的利用效率，这也促使视频监控系统成为新的网络应用热点。
1.3课题研究的意义
随着现代化企业制度在我国的普及和深化发展，企业的信息化建设不断深入，各企业特别是大中型企业都加快了信息网络平台的建设；企业正逐步转向利用网络和计算机集中处理管理、生产、销售、物流、售后服务等重要环节的大量数据。
传统的厂区周界安全防范系统是建立高高的围墙,铁栅栏等,如果有非法入侵无法及时发现和处理，那么就需要有一套先进,科学,实用,性能稳定可靠的安全防范监控系统来实现,为了更好的保护财产及工厂的安全,根据企业用户实际的监控需要，一般都会在工厂周边、大门、办公楼、生产车间、仓库、机房等重点部位安装摄像机。
监控系统将视频图像监控,实时监视,多种画面分割,多画面分割显示,云台镜头控制,打印等功能有机结合的新一代监控系统，同时监控主机自动将报警画面纪录,做到及时处理,提高了保卫人员的工作效率并能及时处理警情，能有效的保护工厂财产和工作人员的安全,最大程度的防范各种入侵,提高处理各种突发事件的反映速度,给保卫人员提供一个良好的工作环境,确保整个工厂的安全。
在现代化企业中，工厂实施视频监控系统，安全保卫部门可以实现在企业厂区门口、厂房、办公楼、周界围墙、仓库等目标进行实时全天候视频监控，对厂内各主要通道和生产场地进行监控，行政部门可以了解员工工作情况，加强员工考勤管理，提高工作效率，需对生产和办公场所进行视频监控，生产管理部门实现及时了解各车间的工作情况和流水线的生产情况，但视频图像必须保密，某些车间因工作环境有害人体健康，需要实现无人作业，这就需要远程监控生产过程，某些设备因安装位置不易接近，人工巡视作业危险性较大，需用摄像机进行远程监视，企业领导在办公室利用桌面微机，随时了解各主要生产环节的实时生产状况，处理突发事件，与现场进行双向语音交流，外出时可利用上网输入密码登录进入系统，随时了解生产情况，异地监控需求对于跨地区大中型企业，除本地建立网络监控系统外，还可对分支机构进行集中远程视频监控。
厂区闭路监控系统实施可实现其功能为：
✧实时对各个大门进行高清晰视频监控
✧可录制各点的视频录像以备安防查用
✧有效保证生产现场的安全规范操作
✧物资出门及劳动纪律考察
✧实时监控各个大门口的物资交接情况
✧调节镜头的焦距可以清晰的观测到车辆出入的具体细节
✧在上下班时可以对大门口员工的到位情况进行监控
✧随时考察员工的实际生产劳动纪律
为进一步满足社会经济发展与人们文明生活的高标准要求，创造一个安全、舒适、温馨、高效的生产与生活环境，并根据各种不同厂区的需要，从工厂的具体实际出发，做到配置合理，留有扩展余地，技术先进，性能价格比高，确保系统性能高质量，高可靠性。
2闭路监视系统
2.1闭路监视系统原理
（1）模拟闭路电视监控系统原理图
（2）数字闭路电视监控系统原理图
2.2闭路监视系统组成
闭路电视监控系统应该说是跨学科跨行业的系统工程，以功能要求的不同可分为以下几个方面：
前端摄像系统；
视频传输系统；
视频控制系统；
视频显示和记录系统。
摄像部分是电视监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”，它把监视的内容变为图像信号，传送控制中心的监视器上，摄像部分的好坏及它产生的图像信号质量将影响整个系统的质量。
传输部分是系统的图像信号通道。
控制部分是整个系统的“心脏”和“大脑”，是实现整个系统功能的指挥中心。
显示部分一般是由几台或多台监视器组成，它的功能是将传送过来的图像一一显示出来。
闭路监控系统的粗略结构图如下图所示：
图2.1闭路监控系统结构图
2.2.1摄像部分
1、摄像机
在闭路监控系统中，摄像机是采集图像信号的设备。
被监视场所的画面通过CCD（ChargeCoupledDevice，电荷耦合器件）将光信号变为电信号（图像信号），再经过放大、整形等一系列信号处理，最终输出视频信号。
摄像机从信号处理与传输的角度有模拟摄像机和数字摄像机之分。
从色彩的角度有黑白和彩色之分。
摄像机从应用角度分为枪式摄像机、一体化高速球机、红外日夜型摄像机、一体化摄像机、半球式摄像机、烟感式摄像机等。
（1）灵敏度（最低照度）
是CCD正常成像时所需要的最暗光线，用照度表示。
照度数值越小，表示摄像机需要的光线越小，摄像机也越灵敏。
普通型摄像机正常工作所需照度为1～3Lx，月光型正常工作所需照度0.1Lx左右，星光型正常工作所需照度0.01Lx以下，红外型采用红外灯照明，在没有光线的情况下也可以成像。
在应用中，为获得满意的图像，所选摄像机的灵敏度一般应为被摄物体表面照度的1/10为宜。
（2）水平清晰度
水平清晰度（分辨率）是用电视线（TVLINES，简称线）来表示的，彩色摄像机的分辨率在330～500线之间，主要有330线、380线、420线、460线、500线等不同档次。
分辨率与CCD和镜头有关，还与视频信号的带宽直接相关。
水平清晰度越高，图像越清晰，线数值越大，所需的视频信号传输带宽越宽。
（3）图像分辨率
网络摄像机、DVR（数字硬盘录像机）用图像分辨率来表示图像的清晰度。
对PAL制式有QCIF（176×144）、CIF（352×288）、HALFD1（352×576）、D1（704×576）标准，对NTSC制式有QCIF（176×120）、CIF（352×240）、HALFD1（352×480）、D1（704×480）标准。
CIF格式的图像相当于VCD的品质，D1格式的图像则相当于DVD的品质。
在对记录图像质量要求不太高的场所，CIF格式基本可以满足监控要求，CIF存储量在60MB/h左右。
但是在一些重要的监控场所，例如金融、公安、医疗等行业则需要D1格式高清晰度的图像显示与记录。
在D1格式的监控记录图像下，能够看清楚细节，例如钞票的面值和张数，对人物的脸部特征也能够有非常好的分辨。
D1格式存储量在300MB/h左右。
网络摄像机的视频流信号传输带宽直接和图像分辨率相关，一个CIF格式码流带宽不到500Kbps，如果提高到D1格式，则一个D1格式码流带宽需要1～2Mbps。
（4）图像压缩方式
网络摄像机的图像压缩编码方法很多，用于视频监控应用的主流技术是H.264、MPEG-4标准。
MPEG-4（ISO/IEC14496）标准着眼于不同的应用领域，非常低的数码率（可小于64Kbps）的活动图像编码技术，其编码方法基于模型的方法、形态学方法和分形方法等，在数字监控系统（DVR等）中得到了大量的应用。
每传输一路D1格式的视频数据流，MPEG-4编码标准传输速率大约需1.8Mbps的带宽，存储量在300MB/h左右。
如传输一路CIF的视频数据流，MPEG-4编码标准传输速率可下降到400Kbps的带宽，存储量在60MB/h左右。
H.264标准使运动图像压缩技术上升到了一个更高的阶段，在较低带宽上提供高质量的图像传输是H.264的应用亮点。
在同等的画质下，H.264比上一代编码标准MPEG2平均节约64%的传输码流，比H.263要平均节约50%的传输码流，而比MPEG4要品均节约39%的传输码流。
可以说，H.264是目前压缩率最高的视频压缩标准。
H.264视频编码标准是专为中高质量运动图像压缩所设计的低码率图像压缩标准。
H.264采用运动视频编码中常见的编码方法，将编码过程分为帧内编码和帧间编码两个部分。
埃帧内用改进的DCT变换并量化，在帧间采用1/2象素运动矢量预测补偿技术，使运动补偿更加精确，量化后适用改进的变长编码表（VLC）地量化数据进行熵编码，得到最终的编码系数。
（5）CCD靶面尺寸
CCD芯片已经开发出多种尺寸，目前采用的芯片大多数为1/3”和1/4”。
CCD靶面尺寸关系到镜头的选配，它们将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。
1英寸靶面尺寸为宽12.7mm×高9.6mm；对角线16mm；2/3英寸靶面尺寸为宽8.8mm×高6.6mm，对角线11mm；1/2英寸靶面尺寸为宽6.4mm×高4.8mm，对角线8mm；1/3英寸靶面尺寸为宽4.8mm×高3.6mm，对角线6mm；1/4英寸靶面尺寸为宽3.2mm×高2.4mm，对角线4mm。
（6）镜头的安装方式
镜头的安装方式有C式和CS式两种，两者的螺纹均为1英寸32牙，直径为1英寸，差别是镜头距CCD靶面的距离不同，C式安装座从基准面到焦点的距离为17.562mm，比CS式距离CCD靶面多一个专用接圈的长度，CS式距焦点距离为12.5mm。
在安装镜头前，先察看摄像头和镜头是不是同一种接口方式，如果不是，就需要根据具体情况增减接圈。
有的摄像头不用接圈，而采用后像调节环调节CCD靶面相对安装基座向后（前）运动，也起到接圈的作用。
（7）摄像机的其他使用参数
摄像机有PAL和NTSC制式之分，应用时应根据系统所采用的制式加以选定。
彩色摄像机要真实还原被摄物的原色，必须白平衡正常。
彩色摄像机的自动白平衡就是实现自动调整作用的。
此功能又分自动白色平衡或自动白色控制（AWB或AWC）和自动跟踪白色平衡（ATW）两种，在彩色摄像中常设有按钮ATWON（实现ATW）和OFF（实现AWB或AWC）。
2、镜头
常用的镜头种类包括：
手动/自动光圈定焦镜头和自动光圈变焦镜头两种。
焦镜头分为标准镜头和广角镜头两种。
定焦镜头的适用范围如下：
手动光圈镜头---所需监视的环境照度变化不大，如室内。
自动光圈镜头---所需监视的环境照度变化大，如室外。
广角镜头---监视的角度较宽，距离较近。
标准镜头---监视的角度和距离适中。
常用的变焦镜头分为10倍、6倍和2倍变焦镜头，另一种分法是：
手动变焦和电动变焦（电动光圈和自动光圈）两种。
变焦镜头在规则上可以划分为：
1/3〞、2/3〞、1/2〞和1〞等。
选择变焦镜头的原则是：
镜头的规格不应小于摄像机的规格，也就是说1/2〞的镜头可以与1/3〞的摄像机一起使用，但是1/3〞的镜头就不能够在1/2〞的摄像机上使用。
镜头按功能和操作分类：
1）摄取静态目标的摄像机，可选用固定焦距镜头，当有视角变化要求的动态目标摄像场合，可选用变焦距镜头。
镜头焦距的选择要根据视场大小和镜头到监视目标的距离而定。
F=A×L/B
式中F——焦距（mm）；
A——像场、宽（mm）；
L——镜头到监视目标的距离；
B——视场高（L、B采用相同的度量单位）。
2）选择镜头焦距时，必须考虑摄像机图像敏感器画面的尺寸，有2/3”、1/2”、1/3”、1/4”四种型式，这四种模式都具有垂直X水平尺寸为3X4的方位比，而四种模式摄像机对应于某一个镜头，则下一个模式正好与它上一个模式摄像机相差一个镜头焦距的档次。
如专1/2”摄像机使用16mm镜头的视角范围正好与1/3"摄像机使用12mm焦距的镜头相同。
以此类推。
3）对景深大、视场范围广的监视区域及需要监视变化的动态场景，一般对应采用带全景云台的摄像机，并配置6倍以上的电动变焦距带自动光圈镜头。
4）使用电荷耦合器件（CCD）时，一般均应选择自动光圈镜头，对于室内照度恒定或变化很小的时可选择手动可变光圈镜头，电梯轿箱内的摄像机镜头应根据轿箱体积的大小选用水平视场角大于70°的广角镜头。
5）随着小型化需要，镜头尺寸需缩小，除通常摄像机镜头的标准C接口外，引入了Cs接口。
由于Cs接口比C接口短5mm，减小了镜头与敏感件的间距，故Cs接口系统体积小、轻，且Cs接口镜头价格较便宜。
Cs接口摄像机可配用Cs接口镜头，也可使用C接口镜头再加上引入5mm隔条环。
而C接口摄像机只能配用C接口镜头，不能使用Cs接口的镜头。
6）摄像机镜头应从光源方向对准监视目标，避免逆光。
镜头的焦距和摄像机靶面的大小决定了视角，焦距越小，视野越大，焦距越大，视野越小。
若要考虑清晰度，可采用电动变焦距镜头，根据需要随时调整。
7）通光量：
镜头的通光量是用镜头的焦距和通光孔径的比值（光圈）来衡量的，一般用F表示。
在光线变化不大的场合，光圈调到合适的大小后不必改动，用手动光圈镜头即可。
在光圈线变化大的场合，如在室外，一般均需要自动光圈镜头。
3、防护罩
防护罩分为室内型和室外型两种。
室内的防护罩主要是防尘，有的也有作隐蔽作用，使监视场合和对象不易察觉受监视；室外防护罩的功能主要有防晒、防雨、防尘和防冻等作用。
一般的室外防护罩都配有温度继电器，在温度高时自动打开风扇冷却，温度低时自动加热；下雨时可以人工控制雨刷器刷雨；有的室外防护罩的玻璃还可以加热，当防护罩上有结霜时，可以加热除霜。
4、云台
云台是安装、固定摄像机的支撑设备，它分为水平和全方位云台两种。
水平云台适用于监视范围不大的情况，在水平云台上安装好摄像机后可调整摄像机俯仰的角度，达到最好的监视角度后可遥控水平旋转。
全方位云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以大大增加摄像机的监视范围。
云台高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。
在控制信号的作用下，云台摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。
一般来说，水平旋转角度为0°～350°，垂直旋转角度为+90°。
恒速云台的水平旋转速度一般在3°～10°/s，垂直速度为4°/s左右。
变速云台的水平旋转速度一般在0°～32°/s，垂直旋转速度在0°～16°/s左右。
在一些高速摄像系统中，云台的水平旋转速度高达200°/s以上，垂直旋转速度在30°/s以上。
5、镜头和云台的控制
（1）控制三可变镜头
“三可变”是指变焦、聚焦和变光圈，这是近年来生产的变焦镜头同时具有的特性。
“三可变”中分别有长短（变焦）远近（聚焦）和开闭（变光圈）两类控制，总共有6种控制。
（2）控制云台
全方位云台有左右和上下4种控制，再加自动巡视控制，共有6种控制。
（3）通信编码间接控制方式
镜头和云台如采用直接控制的方式，每一个监控点大约需要13～17根控制线。
由于镜头和云台远离控制中心，长短离直接传输控制信号不仅不经济，而且系统的操作可靠性降低。
所以在智能建筑监控系统应用最多的是通信编码间接控制方式，采用RS-485串行通信，用单根双绞线就可以传送多路编码控制信号，到现场后解码驱动控制。
6、解码器
解码器一般与矩阵控制主机配套使用，主要作用为通过数据线缆接收来自矩阵主机的控制信号，对主机的控制码进行解码，放大输出，驱动云台的旋转，以及变焦镜头的变焦和聚焦。
采用RS-485通信控制方式。
解码器一般支持多种控制协议，如PELCO-D、PELCO-P、SAMSUNG、PANASONIC等，解码器与控制中心之间的通信协议最常用的是PELCO-D、PELCO-P协议。
7、PELCO-D协议
PELCO-D协议一般用于矩阵和其他设备之间的通信。
它的格式如下：
表2-1PELCO-D协议的格式
Byte1
Byte2
Byte3
Byte4
Byte5
Byte6
Byte7
同步字
地址码
命令字1
命令字2
数据1
数据2
校验码
所有的值都是用十六进制表示。
同步字通常都是＄FF。
地址码是指与矩阵通信的那台设备的逻辑地址，可以在设备中设置。
命令字1和命令字2设置如下：
表2-2命令字1和命令字2设置
Bit7
Bit6
Bit5
Bit4
Bit3
Bit2
Bit1
Bit0
命令字1
Sence码
为0
为0
自动/手动扫描
摄像机打开/关闭
光圈关闭
光圈打开
焦距拉近
命令字2
焦距拉近
视角变宽
视角变窄
上
下
左
右
为0
Sence码与Bit4和Bit3有关。
在Bit4和Bit3为1的情况下，如果Sence码为1，则命令就是自动扫描和摄像机打开；如果Sence码为0，则命令就是手动扫描和摄像机关闭。
当然如果Bit4或Bit3为0的话，那命令就无效了。
数据1表示镜头左右平移的
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