视频监控系统培训资料精华.ppt

视频安防监控系统 二 一三年 演讲 谢洪巍 一 视频安防监控系统基本组成二 前端采集设备介绍三 信号传输介绍四 终端设备介绍五 存储设备介绍六 数字视频介绍七 视频安防监控系统设计目标八 技术标准介绍 视频安防监控系统基本介绍 视频安防监控系统也叫闭路电视监控系统 CCTV closedcircuittelevision 该系统是根据建筑物安全技术防范管理的需要 对必须进行监控的场所 部位 通道等进行实时 有效地视频探测 视频监控 视频传输 显示和记录 并具有报警和图像复核功能 视频安防监控系统一般由前端 传输 控制 显示记录重放四个主要部分组成 视频安防监控系统应用领域及作用 视频安防监控系统的应用领域非常广泛 不仅用于金融 文博 军事 珠宝商场 宾馆等行业的安全保卫 也用于公安 交通 医疗 机场车站港口 工厂等行业的安全生产及现场管理 概括地说 电视监控系统的作用主要就是对被监控的场景实施实时监视和监听同时实时地记录场景情况的变化以便事后查证 视频安防监控系统录象回放的例子 视频安防监控子系统组成 摄像机 拾音器 辅助灯光 前端系统 传输系统 终端系统 中心控制及配套设备 视频安防监控系统构成示意图 视音频分配设备 图像声音还原设备 联动控制设备 控制设备 视音频切换设备 视音频记录设备 视频安防监控系统组成 视频安防监控系统实现装置结构框图 视频安防监控系统组成 视频安防监控系统实现装置实物图 一 视频安防监控系统基本组成二 前端采集设备介绍三 信号传输介绍四 终端设备介绍五 存储设备介绍六 数字视频介绍七 视频安防监控系统设计目标八 技术标准介绍 一 前端采集设备介绍 视频采集设备音频采集设备报警信号采集设备 在报警子系统中介绍 一 前端采集设备介绍 视频采集设备视频前端设备包括摄像机及其配套的镜头 云台 解码器 支架和护罩 支架的作用是固定摄像机和镜头 护罩的作用是保护摄像机和镜头工作稳定并延长其使用寿命 云台不仅起到固定摄像机的作用 更重要的是扩大了摄像机的视野范围 解码器的作用就是接收控制中心的控制命令并驱动云台 镜头和摄像机工作 摄像机摄像机能够把景物的光信号转变为电信号 为电视监控系统提供图像信号源 摄像机是前端设备中最主要的设备 监控摄像机的分类 按传感器类型分 CCD摄像机 CMOS摄像机 普通型摄像机 日夜型摄像机 按功能分 按清晰度分 标清摄像机 高清摄像机 红外摄像机 按传输方式分 模拟摄像机 网络摄像机 按外形结构分 一 前端采集设备介绍 3 按摄像机的用途分有电视广播用摄像机 业务用摄像机和家用摄像机4 按摄像器件成像面的尺寸分有1 2 1 3 1 4 2 3英寸等摄像机5 按摄像器件的种类分有摄像管摄像机和固体 CCD 摄像机CMOS摄像机摄像管摄像机不属于固体摄像器件摄像机 一 前端采集设备介绍 CCDCMOS 电荷藕合器件图像传感器CCD ChargeCoupledDevice 互补性氧化金属半导体CMOS ComplementaryMetal OxideSemiconductor 一体化球型摄像机 云台摄像机 半球型摄像机 标准摄像机 网络摄像机 一 摄像机主要技术指标 1 电视标准 即电视制式 全世界现行的黑白电视制式有A B C N共14种 全世界现行的彩色电视制式有三大种 NTSC制 PAL制和SECAM制 中国采用的电视制式是PAL D制 2 CCD尺寸 即成像靶面的大小 h v 一 摄像机主要技术指标 3 摄像器件的像素 像素 成像靶面是由许多点阵构成的 每个小圆点即为一个像素 像素越多 图像的分辨率就越高 越清晰 如某一CCD器件的像素为752H 水平 582V 垂直 即像素为437664个 4 图像清晰度 TVL 图像清晰度又称水平解析度 用电视线 TVLine TVL 来表示 其数值除与摄像器件及镜头的质量有关外 还与摄像机系统的电路通道的频带宽度有关 通常视频带宽增加1MHz 清晰度增加80TVL 清晰度与视频带宽有一下对应关系 5 摄像机的灵敏度或最低照度 LUX 这一指标反映了摄像机在较低光照条件下对景物成像的能力 一般情况 彩色摄像机要求的最低照度比黑白摄像机高 通常在1LUX以上 某些黑白摄像机的最低照度可低至0 0001LUX以下 一 摄像机主要技术指标 6 信噪比信噪比是指摄像输出的图像信号强度与噪声强度之比 用dB表示 比值越大 噪声干扰越小 图像质量越高 一般应大于45dB以上 7 视频输出通常规定视频输出阻抗为75欧姆 信号幅度为1Vp p 8 镜头接口摄像机的镜头接口有CS型和C型两种 CS型和C型镜头这两者的区别在于镜头的安装定位面与成像面之间的距离相差5mm 这里需注意的是CS型镜头要安装在C型接口的摄像机上 必须附加一个5mm的接圈 但C型镜头不能安装在CS型接口的摄像机上 一 前端采集设备介绍 摄像机镜头接口C接口和CS接口是工业摄像机最常见的国际标准接口 为1英寸 32UN英制螺纹连接口 C型接口和CS型接口的螺纹连接是一样的 区别在于C型接口的后截距为17 5mm CS型接口的后截距为12 5mm 所以CS型接口的摄像机可以和C口及CS口的镜头连接使用 只是使用C口镜头时需要加一个5mm的接圈 C型接口的摄像机不能用CS口的镜头 摄像机的镜头接口有CS型接口和C型接口之分 其中C型接口的摄像机可通过接圈与CS型接口镜头连接 1 2 的镜头可以用于具有1 3 CCD芯片的摄像机 一 前端采集设备介绍 摄像机安装摄像机宜安装在监视目标附近不易受外界损伤的地方 安装位置不应是影响现场设备运行和人员正常活动 安装的高度 室内宜距地面2 5 5m米 室外宜距地面3 5 10m米 并不得低于3 5m米 一 前端采集设备介绍 镜头镜头是摄像机必不可少的配套设备 其作用就是给摄像机提供成像的光源 摄像机只能通过光学镜头将景物的光像投射到成像靶面 摄像器件 上 才能完成摄像的光电转换 分类 1 按光圈调整的方式分有 手动光圈镜头和自动光圈镜头2 按镜头焦距是否可变方式分有 定焦镜头和变焦镜头3 按镜头的尺寸 对应摄像器件尺寸 分有 1 3 1 4 1 2 2 3 等4 按镜头的安装方式分有 C型镜头和CS型镜头5 按镜头参数可调整项目分有 一可变镜头 二可变镜头 三可变镜头6 按镜头焦距的尺寸分有 广角镜头 远景镜头 标准镜头 一 镜头主要技术指标 1 镜头的焦距镜头焦距的尺寸直接影响所能摄取景物的大小 选择镜头时 应根据摄像机与被监控目标的距离和目标物的大小来选择镜头焦距的尺寸 镜头的焦距可由下式计算 f v D V或f h D H焦距 像场高 物距 视场高 2 视场角在成像面的尺寸一定的条件下 固定焦距的镜头就有一个固定的视野 通常用视场角来描述视野大小 长焦距镜头的视场角相对短焦距镜头的视场角要窄小 3 光圈的相对孔径每个镜头里都有一个光圈 其主要作用是控制光通量的大小 以满足摄像机所需的合适的照度 从而达到控制曝光量的目的 当监视目标照度有变化时 应采用自动光圈镜头 拾音器 俗称 监听头 拾音头分类 有源 无源用途 监听监控区域内的声音 银行 探监 审讯 服务性行业 主要指标 工作电压DC6 24V消耗电流4mA 6mA频率范围100 10000HZ频率响应2 5dB输出阻抗600欧姆左右灵敏度 0 2V AUPAR 一 视频安防监控系统基本组成二 前端采集设备介绍三 信号传输介绍四 终端设备介绍五 存储设备介绍六 数字视频介绍七 视频安防监控系统设计目标八 技术标准介绍 信号传输分类无论是视频信号 音频信号还是控制信号 都必须借助媒体才能进行传输 承担传输的媒体可归结为两类 有无线和有线 用于安防系统的电视监控系统一般采用有线传输方式 基于有线传输方式的传输系统有同轴电缆传输系统 光纤传输系统 对称电缆传输系统 视频监控系统传输部分的功能就是传输图像信号 同轴电缆传输系统 一 同轴电缆的主要参数特性阻抗 75欧姆 50欧姆衰减常数 随频率的增高而增大 二 信号在同轴电缆中的传输方式1 基带传输方式信号不经调制而直接传送的方式 这种传输方式简单 成本低 一般在中 短距离的监控系统中 均采用这种传输方式 基带图像信号的频带宽度约6MHz 2 调制传输方式采用调幅 调频等方式将信号调制到高频载波上 通过同轴电缆传输到接收端 再经过解调将信号还原 这种方式的优点是利用一根电缆同时传送多路视音频信号并能较好第一只基带传输方式中常有的各种干扰 光纤传输系统 一 光纤传输系统构成光纤传输就是以光导纤维为传输媒介 以光波为载波进行信息传输的方式 光纤传输系统是有三部分组成 激光发送 光接收和光传输 二 基于光纤的传输方式空分复用形式 波分复用形式 频分复用形式 三 光纤的主要优点传输容量大 传输损耗小 抗干扰能力强 电信号 光纤 电信号 发光端机 收光端机 光纤传输系统 普通光纤由纤芯和涂覆层组成 纤芯外面是涂敷层 涂覆层的材料是环氧树脂或硅橡胶 直径约0 25mm 对称电缆传输系统对称电缆传输系统也称平衡线传输系统 如电话线 网络线 控制信号传输线等等 随着数字技术的发展 综合智能布线系统得到了充分的应用 各种信号源经过采用适当的适配器均可在同一的对称的布线平台上传输 对称电缆传输系统是应用发展值得关注的技术 无线传输系统视频信号可以通过多种无线方式进行传输 如模拟微波 数字微波 3G网络 WiFi无线局域网 卫星系统等等 不同的无线系统有其特殊的适应性 用户可以根据实际的需求选择恰当的无线传输方式进行视频传输 无线图像传输频率应符合国家无线电管理的规定 发射功率应不干扰广播和民用电视 调制方式宜采用调频制 一 视频安防监控系统基本组成二 前端采集设备介绍三 信号传输介绍四 终端设备介绍五 存储设备介绍六 数字视频介绍七 视频安防监控系统设计目标八 技术标准介绍 终端设备一般都集中在控制室 并固定安装在相应的机架和操作控制台上 终端一般包括视音放大频分配器 视音频切换矩阵 多画面分割器 音视频录像机 控制键盘和显示器等 视音频信号的流程是从前端传输过来一般先经视音频放大分配器 信号在视音频放大分配器中获得补偿放大并分成两路或多路信号给矩阵切换器 录像机及相关设备 最后在监视器上还原成声音与图像信号 视频监控还可以和报警联动 视频安防监控系统联动响应时间应不大于4秒 下面就主要的终端设备的性能和原理作一介绍 终端设备 由于前端每个摄像机只能输出一路图像信号不够监控中心设备使用 因此 视频放大分配器的作用就是将一路视频输入信号分配成两路或多路相同的视频输出信号 以保证切换器 录像机 监视器等设备的需要 视频分配放大器 一个电视监控系统有时因摄像机数量较多 而监视器数量有限 同时又要满足监视操作人员对多路图像的同时观看 多画面分割器就起到了重要的作用 多画面分割器的工作原理就是采用数字图像压缩处理技术 将多个摄像机的图像信号经模 数转换 并经适当比例压缩后存入帧存储器 在经数 模转换后显示在同一台监视器的屏幕上 多画面分割器一般来说具有如下几个功能 1 具有多种显示方式2 两路视频输出3 内置时间 日期 字符发生器4 采用真切换防时 可将多路视频信号记录在一盘录像带上5 与报警系统联动 设有报警输入和报警输出接口6 可设置视频报警方式 多画面分割器 一个电视监控系统 往往摄像机数量较多 而显示器不能与其一一对应 这就需要一个可选择控制监视信号的设备 视频信号控制切换设备 视频信号控制切换设备俗称视频矩阵 视频输入 8 视频输出 4 视频信号控制切换设备 视频信号控制切换设备系统组成视频矩阵切换系统采用模块化结构设计 一般由 1 一块CPU控制主板2 多块视频输入板3 多块视频输出板4 通信控制板四部分组成 系统设置和控制通过外接控制键盘和 或 多媒体电脑完成 控制输出有外接云台镜头控制的RS 485端口 外接报警信息接收的RS 485端口等 视频信号控制切换设备操作功能介绍频矩阵切换系统除了具备一般切换器的常规操作功能外 还具有多种可编程的操作功能 1 循环切换模式 程序切换 对监视器的切换 巡回 群组切换 对矩阵系统的切换 2 三种报警模式切换 模式1 模式2 模式33 定时切换功能 可以设定巡回 群组切换的开始与停止时间4 操作员权限设置管理 电视墙 纯监视器组成的电视墙 电视墙 纯VGA数字屏幕 DLP拼接 组成的电视墙 电视墙 数字 模拟屏幕 DNP拼接 组成的电视墙 一 视频安防监控系统基本组成二 前端采集设备介绍三 信号传输介绍四 终端设备介绍五 存储设备介绍六 数字视频介绍七 视频安防监控系统设计目标八 技术标准介绍 存储设备 模拟式磁带录像机 VideoCassetteRecorder VCR 长时间录像机是将摄像机信号于磁带上的一种磁记录备 其特点是通过普通的180分钟的磁带记录长达24小时甚至于960小时的摄像机信号 从而极大地节省了磁带 便于管理 长时间录像机的磁头是走停相间 也就是说通过损失一定的画面时间来换取长延时效果 故其回放图像将会有明显的效差异 硬盘录像机 DigitalVideoRecorder DVR DVR采数字方式存录影像 具有整合性高 功能多样 可重复录像 影像搜寻方便 画质清晰 不需耗材等特色 逐渐取代了画面分辨率不够 无法快速搜寻画面 所需耗材庞大的VCR 网络硬盘录像机 NVR 网络硬盘录像机 比较鲜明的说法就是监控服务器 首先它具备通过监控视频头采集数据 经过传输到录像机 录像机采集数据后进行编码 产生图像 网络硬盘录像机通过你个人的需求 录制下来 用串口 大部分 硬盘进行储存录像 并且在连接网络的情况下 可以通过注册动态域名 达到远程监控的目的 记录设备 视频压缩算法 当我们将音视频模拟信号进行采样并分别进行模 数转换 则这些音视频信号就被转化成为数字化的信息流 但这些数据流是不能直接进行传送和存储 因为未经压缩的图形 视频和音频数据需要非常可贵的存储容量 例如 用PAL制式采集的视频信号在一般清晰度时要求25帧 秒 352 288像素 帧 彩色图像每像素占用空间24bit 则该数据流速度为 352 288 25 24 60825kbps 为此人们开始专门研究将这些视频 音频数据流进行压缩 很多压缩编码标准相继推出 主要有JPEG M JPEG H 261 H 263和MPEG等标准 硬盘录像机基本功能及原理 1 录像及录音 在录像时由硬盘录像机的应用程序和操作系统通过计算机的CPU对音视频处理器下指令 由它通知音视频模 数转换器截取图像信号 该信号经压缩处理后送入计算机存盘 硬盘录像机处理时将视频信号和声音信号合并成同一个音视频数据流文件 播放时应用程序会同时处理视频和音频 一并播放出来 2 回放 回放过程是将保存于磁盘上的压缩文件通过应用程序在计算机上解压缩 而不需要视频卡的支持 3 实时监控 在监控时由硬盘录像机的应用程序和操作系统通过计算机的CPU对视频处理器下指令 由它通知视频模 数转换器截取图像信号 该信号不作压缩处理 直接由视频处理器送入计算机 硬盘录像机基本功能及原理 4 报警当视频移动报警功能被激活时 应用程序对送入的图像数据中被框选的一段数据进行检测 如有异动时将由操作系统告知声卡播放出报警声 及时提醒值班人员 当探头报警功能被激活时 应用程序不断地检测报警控制器 查询报警信息 如有警情 软件根据接收到的报警信息和软件里设定的联动关系 开始录像或者输出相应的开关量 以达到报警联动的目的 5 远程监控先由本地机的应用程序告知操作系统 操作系统告知本地网络连接器完成接网动作 当远地网络连接器被接上时 本地机的应用程序告知操作系统 操作系统通过两地网络连接器和局域网 广域网 发送指令告知远端操作系统 远端操作系统通知远端机的应用程序 远端机的应用程序开始先停下正在执行的其它命令 响应本地机的指令 送出准备发送的信息给本地机 本地机应用程序接到准备发送指令后 当准备工作完成时 会回应可以发送准备接收的信息到远地计算机 远地计算机收到信息后开始录像 并把压缩的图像信息编码送给本地机 最后 由本地机对图像进行解码并还原为人类可识别的活动画面 硬盘录像机基本功能及原理 视频压缩标准如 Mpeg4H 264处理音视频信号的路数4路 8路 16路分辨率QCIF176X144像素CIF352X288像素VCD4CIF704X576像素D1720X576像素DVDVGA640X480像素 硬盘录像机主要技术指标 存储天数计算方法 第一步 根据式 1 计算单个通道每小时所需要的存储容量S1 单位MByte S1 D 8 3600 1024 1 其中 D 码率 即录像设置中的 位率 位率上限 单位Kbit s第二步 确定录像时间要求后 根据式 2 计算单个通道所需要的存储容量S2 单位MByteS2 S1 24 t 2 其中 t为保存天数24表示一天24小时录像第三步 确定视频通道数计算最终所需容量S3 S2 N示例 实际输出码流是2048bit 要求全天录像 共有15个摄像机 要求存储1个月的录像资料 计算硬盘容量 2048 8 3600 1024 24 30 15 9720000MB 9 26TB 配置10TB的硬盘即可 一 视频安防监控系统基本组成二 前端采集设备介绍三 信号传输介绍四 终端设备介绍五 存储设备介绍六 数字视频介绍七 视频安防监控系统设计目标八 技术标准介绍 数字视频随着用户对图像质量和操控的要求越来越高 传统模拟视频系统的局限性暴露出来 计算机芯片和软件技术的发展使高质量的数字视频和视频集中管理得到发展 数字视频突破了模拟视频的清晰度局限 200万像素级的数字视频产品开始走向市场 在性价比合理的时候 最终将取代模拟视频 数字视频还可以通过日益强大的现有网络进行传输 使用成熟的计算机软件技术 如数据库技术 流媒体技术 安全控制技术 WEB技术等进行有效管理 网络摄像机 IP摄像机 DVS介绍 网络摄像机 IP摄像机 DVS 视频服务器 是数字视频的基础终端设备 相对于模拟摄像机 这些设备能更简单的实现监控特别是远程监控 更简单的施工和维护 更好的支持音频 更好的支持报警联动 更灵活的录像存储 更丰富的产品选择 更高清的视频效果和更完美的监控管理 这些设备都能支持WIFI无线接入 3G接入 POE供电 网络供电 和光纤接入 网络摄像机 IP摄像机 DVS基本功能及原理 1 网络摄像机一般是指传统模拟摄像机加装视频编码模块 可以通过网络传输数字视频信息 网络摄像机 IP摄像机 DVS基本功能及原理 2 IP摄像机一般是指视频编码模块直接获取CCD或CMOS感光器件的数字信号 进行压缩和网络传输 IP摄像机突破了模拟视频PAL或NTSC制式的分辨率限制 可以达到200万像素以上的高清分辨率 是未来摄像机发展的方向 网络摄像机 IP摄像机 DVS基本功能及原理 3 DVS是独立的模拟视频编码设备 可接1路或多路模拟视频摄像机 通过网络实现远程多路同时监控录像 DVS一般支持双向语音对讲 报警输入输出 PTZ控制 集中存储 网络存储系统构建集中式存储中心 由监控前端采集的监控数据流经过IP网络汇总到存储中心 实现海量 易维护 高可用的监控数据集中存储 中心存储可选用NAS SAN等多种磁盘阵列 用户随时随地都可以通过PC 笔记本电脑 PDA或3G手机等设备接入监控网络 从网络存储设备中调阅并查看监控资料 集中存储 高可用性 中心可采用了冗余技术 如RAID5和网卡失败接管 保证了整个系统的高可用性 高并发性 可采用先进的磁盘管理技术 高速网络吞吐接口 保证了整个系统的高性能和并发性 高安全性 可采用SSL等消息加密等安全机制对通信报文进行加密 有效地防止网络攻击 从而保证系统安全 易操作性 管理员通过基于Web的管理页面 便可执行全面的管理功能 简化了管理操作 降低了维护成本 易扩展性 通过增加NAS存储节点 可轻松地将NAS扩展到数百TB的容量 NVR H DVR网络及混合网络硬盘录像机 纵观视频监控技术的发展 走过了一条由模拟到数字 再由数字到网络的过程 目前正处于网络化的深入发展阶段 在这一阶段主要的产品形态是DVR DVS 而嵌入式结构的网络DVR占据了绝对的主流地位 在这一阶段 更加重视联网在监控应用中的作用 强调基于网络的传输 共享和管理 尤其是与用户原有业务的融合受到更多的欢迎 然而随着新的理念不断被引入 市场上也持续地涌现出以IP前端 IP摄像机 IP后端 NVR 混合型网络硬盘录像机 H DVR 等为代表的网络监控产品和技术 NVR NetworkVideoRecorder 部署监控中心 监控点安装网络摄像机或视频适配器 监控点设备与中心NVR之间通过任意IP网络相连 监控点视频 音频以及告警信号经网络摄像机或视频适配器数字化处理后 以IP码流形式上传到NVR 由NVR进行集中录像存储和管理 H DVR HybridDigitalVideoRecorder 混合网络硬盘录像机 专用内置计算机 能够同时支持IP摄像机 DVS和直接连接模拟摄像机 既具有DVR的全部功能 同时也具备NVR的功能 在模拟向数字过度中可简化系统结构和降低系统成本 NVR H DVR网络及混合网络硬盘录像机 数字矩阵原理及基本功能 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 通过AD转换后的数字视频也可以压缩后网络传输 由接收端解码转换成模拟视频信号后输出 这样的过程也叫硬解压输出 这种工作方式的数字矩阵输入的数字视频路数不受限制 但输出的模拟视频端口数量受设备本身的限制 数字矩阵原理及基本功能 数字矩阵可以将图像输出到一台或多台监视器上 并可实现多画面分割显示 单画面轮巡显示和多画面分割轮巡显示 报警联动显示 分组切换 数字矩阵可以通过软件直观设置 操作简单 可以通过树形结构 电子地图 模糊检