视频监控基础

1、智慧改变生活科技呵护未来视频监控基础知识郑州市公安局视频办技术交流郑州市公安局视频办技术交流提纲提纲v前言 安全防范v第一章 视频监控原理和技术v第二章 视频监控主要产品：摄像机v第三章 视频监控主要产品：DVR、DVSv第四章 网络视频监控系统v第五章 新一代视频监控产品v第六章 数码监控技术的未来前言前言 安全防范安全防范v第一节 安全防范基本概念v第二节 安全防范系统设计依据v第三节 安全防范术语v第四节 安全防范产品v第五节 安全防范技术体系v第六节 安全技术防范（工程）系统v第七节 安全防范类别安全防范安全防范安全防范安全防范人防人防技防技防物防物防视频监控报警、门禁其它技术防范手段

2、一、安全防范基本概念一、安全防范基本概念v 安全防范（Security） 安全防范是社会公共安全的一部分 安全防范行业是社会公共安全行业的一个分支 以防盗、防劫、防入侵、防破坏为主要内容v 三种基本手段 人力防范，实（物）体防范，技术防范v 安全防范技术 用于安全防范工程的专用技术v 安全技术防范5三种基本手段三种基本手段-人防、物防、技防人防、物防、技防6利用人们自身的传感器（眼、耳等）进行探测，发现妨害或破坏安全的目标，作出反应；用声音警告、恐吓、设障、武器还击等手段来延迟或阻止危险的发生，在自身力量不足时还要发出求援信号，以期待做出进一步的反应，制止危险的发生或处理已发生的危险人力防范推

3、迟危险的发生，为“反应反应”提供足够的时间。现代的实体防范，已不是单纯物质屏障的被动防范，而是越来越多地采用高科技地手段，一方面使实体屏障被破坏的可能性变小，增大延迟时间；另一方面也使实体屏障本身增加探测和反应的功能实体防范对人力防范和实体防范在技术手段上的补充和加强。它要融入人力防范和实体防范之中，使人力防范和实体防范在探测、延迟、反应三个基本要素中间不断地增加技术含量，以不断提高探测能力、延迟能力和反应能力，使防范手段起到更好的作用，达到预期的目的 技术防范安全防范技术安全防范技术v物理技术防范（Physical Protection） 实体防范技术，如建筑物和实体屏障以及与其匹配的各种实

4、物设施、设备和产品（如门、窗、柜、锁等）v电子防范技术（Electronic Protection） 应用于安全防范的电子、通信、计算机与信息处理及其相关技术，如：电子报警技术、视频监控技术、出入口控制技术、计算机网络技术以及其相关的各种软件、系统工程等v生物统计学防范技术（Biometric Protection） 利用人体的生物学特征进行安全技术防范的一种特殊技术门类，现在应用较广的有指纹、掌纹、眼纹、声纹等识别控制技术。 7安全技术防范安全技术防范v以安全防范技术为先导，以人力防范为基础，以技术防范和实体防范为手段所建立的一种具有探测、延迟、反应有序结合的安全防范服务保障体系v是以预防损

5、失和预防犯罪为目的的一项公安业务和社会公共事业 对于警察执法部门而言，安全技术防范就是利用安全防范技术开展安全防范工作的一项公安业务 对于社会经济部门来说，安全技术防范就是利用安全防范技术为社会公众提供安全服务的一种产业8二、安全防范系统设计依据二、安全防范系统设计依据v国家标准 GB50348-2004安全防范工程技术规范 GB20815-2006视频安防监控数字录像设备 v行业标准 GA38-2004银行营业场所风险等级和防护级别的规定 GA308-2004安全防范系统验收规则 GA/T669-2006城市监控报警联网系统通用技术要求 v地方标准 DB33/T334-2001安全防范系统

6、v行业管理规定 国家公安部、国家教育部、省公安厅等相应文件及规范9三、安全防范术语三、安全防范术语v安全防范产品v安全防范系统v安全防范（系统）工程v防护对象v人力防范（人防）v实体防范（物防）v技术防范（技防）三、安全防范术语（续三、安全防范术语（续1 1）v风险等级（Level of risk）v防护级别（Level of protection）v安全防护水平（Level of security）v周界v监视区v防护区v禁区v盲区v监控中心v报警接收中心三、安全防范术语（续三、安全防范术语（续2 2）v探测（Detection） v延迟（Delay） v反应（Response）v误报警v漏

7、报警v纵深防护v均衡防护v纵深防护体系三个基本要素三个基本要素v探测（Detection） 指感知显形和隐性风险事件的发生并发出报警v延迟（Delay） 指延长和推延风险事件发生的进程v反应（Response） 指组织力量为制止风险事件的发生所采取的快速行动v探测、延迟和反应三个基本要素之间是相互联系、缺一不可的关系 探测要准确无误、延迟时间长短要合适，反应要迅速； 反应的总时间应小于（至多等于）探测加延迟的总时间 四、安全防范产品四、安全防范产品v入侵探测器v防盗（抢）报警控制器（手动）v汽车防盗报警系统v出入口控制设备v防盗保险柜（箱）v机械防盗锁v（楼宇）对讲（可视）系统v防盗安全门v防

8、弹复合玻璃v视频监控设备14安防产品管理办法安防产品管理办法v生产许可证vCCC认证体系v检测中心检测报告五、安全防范技术体系五、安全防范技术体系v入侵探测与防盗报警技术v视频监控技术v出入口目标识别与控制技术v报警信息传输技术v移动目标反劫、防盗报警技术v社区安防与社会救助应急报警技术v实体防护技术v防爆安检技术v安全防范网络与系统集成技术v安全防范工程设计与施工技术16六、安全技术防范（工程）系统六、安全技术防范（工程）系统v入侵报警系统 利用传感技术和电子信息技术探测并指示非法进入或试图非法进入设防区域的行为，处理报警信息，发出报警信息的系统或网络。v视频安防监控系统 利用视频技术探测、

9、监视设防区域并实时显示、记录现场图像的电子系统或网络。v出入口控制系统 利用自定义符和/或模式识别技术对出入口目标进行识别并控制出入口执行机构启闭的电子系统或网络v电子巡查系统v停车库（场）管理系统v防爆安全检查系统v安全管理系统（集成以上系统的平台）17七、安全防范类别七、安全防范类别v高风险对象的安全防范工程 金融机构 文博机构 民航、车站、码头 重要物资存储库 重要内保单位（如电力、电信）v普通风险对象的安全防范工程 通用型公共建筑 住宅小区18复习与思考复习与思考v安全防范的三个基本手段是什么？v安全防范的三个基本要素是什么？v现有的安全防范体系中，包括哪4个层次的标准？第一章第一章

10、视频监控原理和技术视频监控原理和技术v第一节 视频监控定义v第二节 视频监控系统组成v第三节 从模拟到数字v第四节 基本概念v第五节 编码和压缩原理及技术v第六节 视频监控中分辨率、码率的选择20视频监控基本定义视频监控基本定义v视频监控的定义 利用视频技术探测、监视设防区域，实时显示、记录现场图像，检索和显示历史图像的电子系统或网络系统v视频监控系统是安全技术防范的一个子系统v视频监控技术是安全防范技术的一部分21监控系统的基本功能监控系统的基本功能主要功能主要功能监视监视控制控制管理管理功能要求功能要求实时，清晰实时，清晰报警及时、云镜操作灵活报警及时、云镜操作灵活存储、检索、回放、认证、

11、维护等存储、检索、回放、认证、维护等业务对象业务对象视频源视频源控制信令控制信令用户命令用户命令第一章第一章 视频监控原理和技术视频监控原理和技术v第一节 视频监控定义v第二节 视频监控系统组成v第三节 从模拟到数字v第四节 基本概念v第五节 编码和压缩原理及技术v第六节 视频监控中分辨率、码率的选择视频监控系统基本组成视频监控系统基本组成v前端 各种类型的摄像机及其附属设备 编码设备v传输 光端机 路由器和交换机 同轴电缆、光纤v后端 显示、记录、控制、管理设备 采用独立的视频中心控制台或监控 报警中心控制台24第一章第一章 视频监控原理和技术视频监控原理和技术v第一节 视频监控定义v第二节

12、 视频监控系统组成v第三节 从模拟到数字v第四节 基本概念v第五节 编码和压缩原理及技术v第六节 视频监控中分辨率、码率的选择视频监控的发展趋势视频监控的发展趋势智能化智能化个性化个性化网络化网络化数字化数字化这是一个数字取代模拟的阶段。实际上，这个阶段从90年代就已经开始了。但直到2000年金融行业进行监控数字化改造，才得到了突飞猛进的发展。这个阶段奠定了数码监控持续向前发展的技术和市场基础。随着网络技术和网络基础建设的不断发展，掀起了新一轮监控网络化的改革浪潮。在这个阶段中，DVR、DVS成为主流的产品形态。联网成为基本需求。视频监控管理平台软件应用越发广泛，IP监控初露端倪。联网监控不断

13、深化发展以及需求的不断提升，以IP摄像机、高清、智能为基本元素的开放式IP监控架构被越来越多地提及。如何满足客户的个性化需求成为设计者和生产者首要考虑的问题CCTVCCTV系统的基本结构系统的基本结构v CCTV：闭路电视系统v 技术：主要是电视技术v 组成：摄像机、监视器、录像机、画面分割器等v 功能：监视（监听）、录像、回放等v 线缆：视频电缆（75欧同轴 阻抗 1.0Vp-p电平 传输约500m ）画面分割器CCTVCCTV系统结构系统结构v 技术：电视技术、控制技术v 组成：矩阵、摄像机、云台、监视器、录像机等v 功能：监视（监听） 、控制、录像、回放v 线缆：视频电缆、485控制线（

14、一对多 终端匹配电阻120欧，传输约1200m）v 主要应用：规模较大的视频监控系统，如金融、楼宇等模拟视频监控系统模拟视频监控系统光纤光纤前端前端传输传输操作操作电缆电缆控制键盘控制键盘长延时录像机长延时录像机显示显示 矩阵矩阵数字视频监控的基本结构数字视频监控的基本结构v 技术：主要是视频编解码技术、嵌入式技术v 组成：硬盘录像机、摄像机、监视器等v 功能：监视（监听）、控制、录像、回放、对讲等v 线缆：视频电缆、 485控制线v 主要应用：金融、楼宇、小区等模拟与数字监控的比较模拟与数字监控的比较v模拟监控 组建跨区域监控系统成本高昂、实现难度大 追加监控点难度较高 图像存储成本高、长期

15、保存图像质量下降严重 不支持录像与检索双工操作v数字监控 可通过网络组建低成本跨区域监控系统 一机多路，使用大容量硬盘可长期存储 数字信号长期保存信号不失真 采用智能检索，检索与录像可同时进行 循环录像方式，节约人力第一章第一章 视频监控原理和技术视频监控原理和技术v第一节 视频监控定义v第二节 视频监控系统组成v第三节 从模拟到数字v第四节 基本概念v第五节 编码和压缩原理及技术v第六节 视频监控中分辨率、码率的选择图像、视频和码流图像、视频和码流v图像（Image）v视频（Video ） 时间上连续的图像组成视频：ImageVideo 视频中的某一幅图像称为一帧（Frame） 帧率（Fra

16、me Rate）FPS 每秒的帧数v码流（Bit Stream） 将图像压缩后形成的数据 码率（Bit Rate）bps/Bps 对码流进行量化 码率类型：定码率（CBR）、变码率（VBR） 码流类型：视频流、音频流、复合流基本概念图像基本概念图像n 像素（Pixel）n 分辨率（Resolution）u水平：Widthu垂直：Heightn 线数（TVL）n 分辨力u水平u垂直扫描方式扫描方式13579111315246810121416奇场(Odd Field)偶场(Even Field)12345678910111213141516只有1场逐行扫描(Progressive)隔行扫描(In

17、terlacing）视频制式视频制式v PAL（ Phase Alternating Line）： 供电频率为50Hz、场频为每秒50场、帧频为每秒25帧、扫描线为625行 图像彩色误差较小，与黑白电视的兼容也好 中国、德国v NTSC （National Television System Committee）： 供电频率为60Hz，场频为每秒60场，帧频为每秒30帧，扫描线为525行 美国、日本v SECAM（Sequentiel Couleur A Memoire ）： 按顺序传送彩色与存储 俄罗斯、法国、埃及分辨率分辨率D14CIF112CIF1 1/2DCIF3/4 2/3CIF1/

18、2 1/2QCIF1/4 1/4PAL720576704576704288528384352288176144NTSC720480704480704240528320352240176120分辨率分辨率4CIF576(PAL)480(NTSC)704 (PAL/NTSC)CIFQCIF2CIFDCIF528384(PAL)高清高清4CIF（704576） 720p（1280720）1080p（19201080）UXGA(16001200）第一章第一章 视频监控原理和技术视频监控原理和技术v第一节 视频监控定义v第二节 视频监控系统组成v第三节 从模拟到数字v第四节 基本概念v第五节 编码和压缩

19、原理及技术v第六节 视频监控中分辨率、码率的选择数码监控的基础技术：编码和压缩数码监控的基础技术：编码和压缩采集采集编码编码压缩压缩A/D转换数字信号DSP压缩输出数字信号模拟信号为什么要压缩？为什么要压缩？v 一幅一幅CIFCIF分辨率的图像，进行分辨率的图像，进行A/DA/D转换后未经压缩的数据量转换后未经压缩的数据量是是(RGB)(RGB)：一帧：一帧：3523522882883 3字节字节304128304128字节（不包括文件头大小）字节（不包括文件头大小）一秒：一秒：304128304128字节字节2525帧帧/ /秒秒76032007603200字节字节/ /秒秒7.25MB/7

20、.25MB/秒秒一小时：一小时：7.25M/7.25M/秒秒36003600秒秒/ /小时小时25.5GB/25.5GB/小时小时一天：一天：25.5GB/25.5GB/小时小时2424小时小时612GB/612GB/天天 压缩的基本原理压缩的基本原理v安防监控中的视频数据有极强的相关性，有大量的冗余信息v冗余信息分为空域冗余信息和时域冗余信息v压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉v压缩技术包括帧内压缩技术、帧间压缩技术和熵编码压缩技术压缩的基本原理压缩的基本原理冗余信息去除冗余信息编码帧结构编码帧结构vI帧、B帧、P帧IIBBPBBPI 帧间隔压缩标准压缩标准Chronological Pro

21、gression of ITU and MPEG Standard监控中压缩标准的选择监控中压缩标准的选择v监控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC等几种视频编码技术v对于最终用户而言，最为关心的主要有：清晰度、存储量（带宽）、稳定性还有价格。采用不同的压缩技术，将很大程度影响以上几大要素M-JPEGM-JPEGvMJPEG（Motion JPEG）压缩技术，主要是基于静态视频压缩发展起来的技术，它的主要特点是基本不考虑视频流中不同帧之间的变化，只单独对某一帧进行压缩vMJPEG压缩技术可以获取清晰度很高的视频图像，可以动态调整帧率、分辨率v但由

22、于没有考虑到帧间变化，造成大量冗余信息被重复存储，因此单帧视频的占用空间较大，目前流行的MJPEG技术最好的也只能做到3K字节/帧，通常要820KMPEG-2MPEG-2vMPEG-2被称为“21世纪的电视标准”，它在MPEG-1的基础上作了许多重要的扩展和改进。主要针对存储媒体、数字电视、高清晰等应用领域。vMPEG-2视频相对MPEG-1提升了分辨率，满足了用户高清晰的要求，但由于压缩性能没有多少提高，使得存储容量还是太大，也不适合网络传输MPEG-4MPEG-4v MPEG-4的制定初衷主要针对视频会议、可视电话超低比特率压缩的需求。应用范围包括实时视听通信、多媒体通信、远地监测/监视、

23、VOD、家庭购物/娱乐等v MPEG-4与前面提到的JPEG、MPEG-1/2有很大的不同，它为多媒体数据压缩编码提供更为广阔的平台，它定义的是一种格式、一种框架，而不是具体算法，它希望建立一种更自由的通信与开发环境v MPEG-4视频压缩算法相对于MPEG-1/2在低比特率压缩上有着显著提高，在CIF、4CIF情况下，无论从清晰度还是从存储量上都比MPEG1具有更大的优势，也更适合网络传输。v MPEG-4由于系统设计过于复杂，使得MPEG-4难以完全实现并且兼容，很难在视频会议、可视电话等领域实现。v 对于中国企业来说还要面临高昂的专利费，目前规定： 每台解码设备需要交给MPEG-LA 0

24、.25美元 每台设备还需要按时间交费(4美分/天=1.2美元/月=14.4美元/年）H.264H.264v 在ISO/IEC中的正式名称为：MPEG-4 AVC标准；在ITU-T中的名称:H.264v H264集中了以往标准的优点，并吸收了以往标准制定中积累的经验, 采用简洁设计,使它比MPEG4更容易推广v H.264创造性多参考帧、多块类型、整数变换、帧内预测等新的压缩技术，使用了更精细的分象素运动矢量（1/4、1/8)和新的环路滤波器，使压缩性能大大提高v H.264主要有以下几大优点： 高效压缩：与H.263+和MPEG4 SP相比，最高减小50%比特率 延时约束方面有很好的柔韧性 容

25、错能力 编/解码的复杂性可伸缩性 解码全部细节：没有不匹配（MPG-4采用浮点运算，进行整形变换时 高质量应用 网络友善视频监控中视音频压缩的实现方式视频监控中视音频压缩的实现方式v主要采用ASIC和DSP两种方案vASIC（Application Specific Integrated Circuits）专用集成电路 集成度高，编解码算法固化在芯片中 ASIC芯片设计、生产周期较长vDSP（Digital Signal Processor）数字信号处理器 处理器架构 通用设计，按需加载编码算法第一章第一章 视频监控原理和技术视频监控原理和技术v第一节 视频监控定义v第二节 视频监控系统组成v

26、第三节 从模拟到数字v第四节 基本概念v第五节 编码和压缩原理及技术v第六节 视频监控中分辨率、码率的选择分辨率的选择分辨率的选择v 目前监控行业中主要使用以下分辨率：QCIF、CIF、DCIF、4CIFv QCIF主要用于窄带环境，如手机监控；v CIF是监控行业的主流分辨率，它的优点是存储量较低、图像质量较好，能在普通宽带网络中传输，价格也相对低廉。缺点是图像质量不能满足高清晰的要求。v 4CIF是标清分辨率，它的优点是图像清晰。缺点是存储量高，带宽要求很高，价格也较高v DCIF图像清晰度介于CIF与4CIF之间，是兼顾清晰度和存储成本的过渡选择v 下一代高清数码监控的分辨率选择：720

27、p、960pv 下一代超高清数码监控的分辨率选择：UXGA、1080p352352288288704704576576码率的选择码率的选择v不同分辨率对应不同的码率范围，通常而言，码率与图像质量成正比关系v如果码率小于该范围，则图像质量较差v如果码率大于该范围，则显得浪费25fps通过码率计算录像文件大小通过码率计算录像文件大小v每小时录像文件大小（单位：M字节/小时）码率（Kbps）3600秒810241字节8 bit1M1024K分辨率、图像质量与码流关系图分辨率、图像质量与码流关系图Bitrate（kbps）复习与思考复习与思考v 尽管都是采用H.264编码标准，为什么不同厂家的播放器仍

28、然不能通用？v A和B两个编码通道接入同一视频源，A采用CIF分辨率，B采用4CIF分辨率；A和B均采取相同的码率录像，相同时间后它们所生成的录像文件大小：AB？ AB？ A=B？第二章第二章 视频监控的主要产品：摄像机视频监控的主要产品：摄像机v第一节 摄像机基本概念v第二节 图像传感器v第三节 摄像机的分类v第四节 摄像机的关键指标v第五节 镜头知识摄像机基本概念摄像机基本概念v组成：主要由镜头、影像传感器（CCD/CMOS）、ISP(Image Signal Processor)及相关电路组成v工作原理：被摄物体经镜头成像在影像传感器表面，形成微弱电荷并积累，在相关电路控制下，积累电荷逐

29、点移出，经过滤波、放大后输入DSP进行处理，最后形成视频信号（CVBS）输出CCDDSPCDSAGCV. DriverT. G.Composite VideoIris第二章第二章 视频监控的主要产品：摄像机视频监控的主要产品：摄像机v第一节 摄像机基本概念v第二节 图像传感器v第三节 摄像机的分类v第四节 摄像机的关键指标v第五节 镜头知识第二节第二节 图像传感器图像传感器v传感器分类vCCD的诞生vCCD的结构和工作原理vCCD的种类vCCD的技术指标vCMOS的结构vCCD vs CMOS图像传感器分类图像传感器分类vCCD（Charged Coupled Device）电荷耦合器件 优点

30、：灵敏度，信噪比，成像质量 缺点：成本、动态范围、功耗、制造加工 代表厂家：SONY、 Sharp、 Panasonic、富士、Philips、KodavCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）互补金属氧化物半导体 优点：成本、动态范围、功耗 缺点：灵敏度、信噪比、成像质量 代表厂家： Aptina(Micron)、 OmniVision、PixelCamCCDCCD结构结构vCCD结构 感光二极管（Photodiode） 并行信号寄存器（Shift Register） 用于暂时存储感光后产生的电荷 串行信号寄存器（Transfer Regis

31、ter） 用于暂时存储并行寄存器的电荷并转移放大 信号放大器 用于放大微弱的电信号 模数转换器 将放大后的电信号转换为数字信息CCDCCD结构（图示）结构（图示）CCDCCD工作原理（图示）工作原理（图示）彩色成像原理彩色成像原理第二章第二章 视频监控的主要产品：摄像机视频监控的主要产品：摄像机v第一节 摄像机基本概念v第二节 图像传感器v第三节 摄像机的分类v第四节 摄像机的关键指标v第五节 镜头知识摄像机的分类摄像机的分类v 按图像色彩分：彩色（Color）（彩色自动转黑白）、黑白（B/W）；v 按传感器分：CCD、CMOSv 按分辨率分：超高解、高解、低解v 按灵敏度（最低照度）分：普通

32、型、月光型、星光型、红外照明型v 按传感器大小分：1、2/3、1/2、1/3、1/4； v 按供电电源分：直流12V、交流24V、交流220V； v 按同步方式分：内同步、外同步v 按镜头接口分：C卡口 、CS卡口、M12。 v 按摄像机结构分：枪机、半球、迷你、针孔、飞碟、防暴、一体型v 按输出信号类型分：模拟摄像机、网络摄像机、数字摄像机（ITU656）v 按特殊功能分：宽动态摄像机、强光抑制第二章第二章 视频监控的主要产品：摄像机视频监控的主要产品：摄像机v第一节 摄像机基本概念v第二节 图像传感器v第三节 摄像机的分类v第四节 摄像机的关键指标v第五节 镜头知识摄像机的关键性能指标摄像

33、机的关键性能指标v传感器类型v分辨力（解析度）v最低照度v信噪比（S/N）v自动增益控制（AGC）v白平衡（WB）v同步方式v电子快门（ES）v其它摄像机的关键性能指标摄像机的关键性能指标传感器传感器v传感器类型：CCD、CMOSv传感器（靶面）尺寸： 1/2”，6.44.8mm，对角线8mm； 1/3”，4.83.6mm，对角线6mm； 1/4”，3.22.4mm，对角线4mm。v有效像素 例如：1/3” SONY Super HAD CCD有效像素规格有： 500（水平）582（垂直），PAL制式 752（水平）582（垂直），PAL制式摄像机的关键性能指标摄像机的关键性能指标分辨力分辨力

34、v标示摄像机清晰度的参数，通常用水平电视线（TVL）来表示v现阶段常见的分辨力参数有 420TVL或以下，低解 480530TVL，高解 540TVL以上，超高解摄像机的关键性能指标摄像机的关键性能指标最低照度最低照度v 标示摄像机能够正常输出图像的最低照度值，有时被称为“灵敏度”，单位：Luxv 摄像机的最低照度参数通常由三部分组成，例如：v 以摄像机正常工作照度范围划分： 普通型：13 Lux 月光型：0.1 Lux左右 星光型：0.01 Lux以下 红外型：0 Lux，采用红外照明彩色 0.1Lux F1.2色彩模式（彩色/黑白）。同一支摄像机在彩色或黑白模式下，其照度参数不相同照度参数

35、，表示摄像机在正常输出图像时，到达传感器的最小光照强度光圈值。表示该照度参数是在镜头设定于何种光圈值条件下取得的。摄像机的关键性能指标摄像机的关键性能指标信噪比信噪比v 标示摄像机输出信号中的信号与噪声之比，用S/N表示，单位为dBv 计算公式：S/N=20log(VS / VN )v 信噪比性能直接决定了摄像机在低照度条件下的输出图像质量（噪点）正常照度低照度（IR）摄像机的关键性能指标摄像机的关键性能指标自动增益自动增益v AGC（Auto Gain Control）将来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，并自动根据信号电平调整增益幅度v 优点是提升了摄像机的动态

36、范围，缺点是将噪声一同放大AGC打开AGC关闭摄像机的关键性能指标摄像机的关键性能指标白平衡白平衡v 用于彩色摄像机，确保在不同色温环境下正确表示色彩v 分为手动白平衡和自动白平衡两种 手动白平衡 自动白平衡 自动控制白平衡（AWB，Auto White Balance） 自动跟踪白平衡（ATB，Auto Tracking White Balance）日光灯色温 标准色温 钨丝灯色温摄像机的关键性能指标摄像机的关键性能指标同步方式同步方式v 摄像机必须依靠一个同步信号来协调各信号处理模块的运作；分为内同步、电源同步和外同步三种 内同步（INT） 采用摄像机内部晶振产生的时钟信号作为同步信号；

37、电源同步（LL，Line Locked） 采用交流电源作为同步信号（零线同步） 外同步（EXT） 利用外部信号发生器作为同步信号源，如：彩色复合视频或黑色突发信号（VBS）、黑白复合视频或复合同步信号（VS）、复用垂直驱动信号（VD2）和复合视频输出信号矩阵同步出错摄像机同步出错摄像机的关键性能指标摄像机的关键性能指标电子快门电子快门v ES（Electronic Shuttle），摄像机通过控制传感器的感光时间实现快门功能，通常为1/501/100000秒可调v AES（Auto Electronic Shuttle）自动电子快门模式，根据环境照度高低（进光量大小）自动调整电子快门时间，确保

38、输出图像亮度恒定AES关闭AES打开摄像机的关键性能指标摄像机的关键性能指标其它关键指标其它关键指标v背光补偿（BLC）v宽动态（WD）v日夜转换（D/N）v强光抑制背光补偿背光补偿v 摄像机通过整个视场的亮度平均值来确定AGC水平，如前景、后景亮度差异较大时，将导致前景曝光不足v 摄像机开启背光补偿功能，仅针对视场中的某一个子区域来确定其AGC水平，确保前景正常曝光，但会导致背景过曝宽动态宽动态v 采用特殊的CCD和DSP电路，针对画面中较亮的区域和较暗的区域分别曝光，并将两个画面合成在一起形成一幅前景和后景均正常的图像日夜转换日夜转换D/ND/Nv 在夜间或照度较低的场景下，摄像机从彩色模

39、式自动转换为黑白模式，可有效提高摄像机的低照度性能白天（彩色）模式夜间（黑白）模式0.008Lux / F1.2日夜转换日夜转换D/ND/N（续）（续）v 两种日夜转换模式 普通日夜型采用固定式的双峰滤光片，同时通过可见光和红外光 ICR日夜型采用机械式红外滤色片，白天滤掉红外光确保图像效果；夜晚则移去红外滤色片，确保全光谱光线均可进入CCD普通日夜型ICR日夜型强光抑制强光抑制v对画面中的强光源进行抑制，以获得周边图像信息附：提升摄像机照度性能的几种方法附：提升摄像机照度性能的几种方法v镜头 采用F值较小的镜头v滤光片 采用双滤光片（ICR）vISP（Image Signal Process

40、or） 工作于黑白模式下 提升AGC水平 采用低速电子快门（帧累积）v传感器 提升传感器的开口率（填充因子） 采用大尺寸的传感器 采用多传感器第二章第二章 视频监控的主要产品：摄像机视频监控的主要产品：摄像机v第一节 摄像机基本概念v第二节 图像传感器v第三节 摄像机的分类v第四节 摄像机的关键指标v第五节 镜头知识镜头种类镜头种类手动光圈镜头（MF）手动变焦镜头（VR）DC Vedio自动光圈镜头（AI）Board Lens(Pine Hole)固定光圈镜头(FF)电动镜头(Zoom Lens)镜头分类镜头分类v按焦距 定焦镜头 变焦镜头 变倍镜头 广角镜头v按光圈 固定光圈镜头 手动光圈镜

41、头 自动光圈镜头 DD VDv按特殊功能 FA镜头（工业级） 百万像素镜头 IR镜头 针孔镜头镜头的关键指标镜头的关键指标v像面尺寸vF值（光圈值）v焦距v接口类型 CS C第三章第三章 视频监控主要产品：视频监控主要产品：DVRDVR、DVSDVSv第一节 PC式硬盘录像机（PC-DVR）v第二节 嵌入式硬盘录像机（DVR）v第三节 DVR的关键技术v第四节 嵌入式视频服务器（DVS）PCPC式网络硬盘录像机系统构成式网络硬盘录像机系统构成兼容兼容/ /工控工控PCPC机机+ +视频采集或压缩卡视频采集或压缩卡+ +普通普通/ /较可靠的操作平台较可靠的操作平台+ +应用软件应用软件PCPC

42、式硬盘录像机特点式硬盘录像机特点v PC平台在数字视频技术发展的早期阶段成为首选的载体v PC-DVR的核心要素是视音频压缩（采集）板卡，它决定了整套系统的技术体系架构及性能v PC式DVR具有兼容性好，软件开发周期短，易扩展、易操作，一机多用等特点v PC式DVR中影响整套系统稳定性的环节较多，例如主板、显卡、压缩卡、操作系统、应用软件等等视频卡分类视频卡分类v 视频采集卡 / 捕捉卡 / 软压卡v 视频压缩卡 / 硬压卡软压卡A/D转换CPU（压缩）（压缩）模拟信号输入数字信号输出硬压卡A/D转换模拟信号输入数字信号输出DSP压缩压缩附：视音频压缩板卡分类及简介附：视音频压缩板卡分类及简介

43、 数字视频监控系统的核心是视频压缩板卡，从工作方式（算法实现的芯片）来分的话，可以分为软压缩卡和硬压缩卡两种。软压缩卡： 也称视频采集卡、视频捕捉卡，主要由视频采集芯片加辅助元器件组成，电路结构比较简单，只负责采集视频信号，视频数据的压缩、处理则由计算机的CPU来实现。 主要生产厂商有台湾Geovision、韩国Kodicom等。硬压缩卡： 又称视频采集压缩卡，与软压卡不同的是，多了视频压缩部分的电路。视频数据的压缩、处理是由卡上的视频处理器(Video Processor,有的也叫DSP)完成。 硬压缩板卡又分为采用DSP技术的压缩板卡和采用ASIC芯片技术的压缩板卡。第三部分 基础知识附：

44、软压卡和硬压卡的演变历程附：软压卡和硬压卡的演变历程 在2000年左右，由于DSP运算能力的不足，硬压卡发展缓慢，软压卡在海外及国内的市场获得了较大的成功，占据了很大的市场份额，但由于软压卡方案本身的限制，总线带宽和CPU的运算能力有限，它的稳定性和压缩效率是两大固有缺点，所以对于大路数的软压卡，基本上采用低帧率录像方式，图像的压缩也采用了运算能力较简单的MPEG4的编码方式； 在2002年后，随着DSP主频的不断提高，处理能力的不断增强，以及视频编码技术的不断进步，在DSP上开发视频压缩软件，实现实时的视频压缩成为可能，国内多家厂商根据监控市场应用的需求，吸纳视频编码最新成果，推出了硬压缩视

45、频卡。 第三部分 基础知识附：软压卡特点附：软压卡特点优点：v 成本低；v 海外市场占有率高、认同度高；缺点：v 压缩算法、效率容易受主机资源（CPU）的限制；v 稳定性要差一点；v 大多数提供应用软件，面向直接客户；第三部分 基础知识附：硬压卡特点附：硬压卡特点v 图像采集、压缩均在板卡上完成v 每通道都有独立25帧/秒的资源v 压缩效率较高，不受主机CPU资源限制v 功能强大，移动侦测、水印等技术可以直接通过DSP完成v 稳定性好，v 成本较高，主要面向中高端市场第三部分 基础知识第三章第三章 视频监控主要产品：视频监控主要产品：DVRDVR、DVSDVSv第一节 PC式硬盘录像机（PC-

46、DVR）v第二节 嵌入式硬盘录像机（DVR）v第三节 DVR的关键技术v第四节 嵌入式视频服务器（DVS）DVRDVRv DVR：Digital Video Recoder数字视频网络硬盘录像机功能：v 模数转换、编码v 存储、检索及回放（VOD）v 连接CVBS系统及IP系统v 提供控制界面什么是嵌入式？什么是嵌入式？v 从应用的角度，IEEE（国际电子和工程师协会）给嵌入式系统下过一个定义，即嵌入式系统是控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置。嵌入式系统在工业控制、交通管理、信息家电、环境监测、航空航天、军事等方面均有广泛的应用，美国火星车上的探测器是嵌入式技术在高端领域的典型例子v

47、 目前国内有一个比较认同的定义就是：以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统 v 比较通俗的解释是，嵌入式就是按需订制的计算机系统，其所有构成部件（软件和硬件）都是围绕着一个核心目标而设计嵌入式网络硬盘录像机系统结构嵌入式网络硬盘录像机系统结构A-Out预览模块VGAV-OutA-IN CPUDSPPCI内存控制器网络控制器报警控制器USB控制器UART控制器RS232KBRS485UTPAlarmUSBV-IN ADCSATA硬盘控制器IDE嵌入式嵌入式DVRDVR软件结构软件结构录像录像监控应用软件监控应用软件网

48、络网络硬件层硬件层硬件硬件抽象层抽象层操作操作系统层系统层应用层应用层PC-DVRPC-DVR与嵌入式与嵌入式DVRDVR的比较的比较vPC式DVR（PC-DVR）在处理性能和功能方面有优势，适于小规模应用v嵌入式DVR（E-DVR）优势主要在可靠性方面，性能随着IC技术的进步而不断提升；适于各种规模的应用第三章第三章 视频监控主要产品：视频监控主要产品：DVRDVR、DVSDVSv第一节 PC式硬盘录像机（PC-DVR）v第二节 嵌入式硬盘录像机（DVR）v第三节 DVR的关键技术v第四节 嵌入式视频服务器（DVS）DVRDVR的关键技术的关键技术v视频编码技术v硬盘记录技术v网络传输技术v

49、应用技术关键技术之一：视频编码技术关键技术之一：视频编码技术v几种编码技术的效率对比关键技术之一：视频编码技术（续）关键技术之一：视频编码技术（续）v任何视频编码的效率都是与视频源有关的，针对不同的视频源，视频编码效率是不一样的v现有的视频编码算法，不是很适合数码监控中的视频编码，需要对现有的视频编码算法进行重新组合和/或改进v解码图像质量与视频输入源的图像质量（信噪比等）以及视频编码算法有极大的相关性v为提高视频输入源的图像质量，解决方案是： 选择高质量的前端图像输入设备 增加DVR视频图像的自适应处理功能关键技术之二：硬盘记录技术关键技术之二：硬盘记录技术v 硬盘录像机这样快速普及，主要原

50、因是管理和使用方便，如无需人工对硬盘进行管理（不存在象磁带那样堆放的负担）、可快速检索、提供人性化的回放操作等v 目前硬盘是为计算机设计的，用于硬盘录像还存在一些问题：记录数据的关联性、错误恢复能力、硬盘的使用寿命等，DVR专用硬盘的问世一定程度上改善了这一状况，但还有很大的提升空间v 在硬盘管理上还需要做很多工作，目前已使用的硬盘休眠技术、磁盘预分配技术、冻结保护技术、低寻道技术、硬盘故障预警和报警等，还需要做更多的工作DVRDVR的存储管理技术的存储管理技术v磁盘管理技术 硬盘休眠技术 SMART技术v文件管理技术 磁盘空间预分配 双分区表 低寻道技术 分区表冻结保护 索引 帧重叠技术关键

51、技术之二：硬盘记录技术（续）关键技术之二：硬盘记录技术（续）v普通硬盘与DVR专用硬盘的差别性能指标性能指标DVR专用硬盘专用硬盘普通硬盘普通硬盘连续工作时间连续工作时间724小时，企业级应用环境设计小时，企业级应用环境设计58小时，商业、家庭环境设计小时，商业、家庭环境设计启动电流启动电流2.0安培，优化电源配置安培，优化电源配置2.8安培安培功耗和散热功耗和散热8W / 盘，适合多盘应用盘，适合多盘应用14.5W / 盘盘传输模式传输模式不间断传输，适合流媒体传输不间断传输，适合流媒体传输间断传输，适合文件传输间断传输，适合文件传输并发访问并发访问支持多路并发支持多路并发I/O支持随机并发

52、支持随机并发I/O防震性能防震性能多盘系统的专业抗震解决方案多盘系统的专业抗震解决方案不考虑多盘系统的抗震不考虑多盘系统的抗震关键技术之三：网络传输技术关键技术之三：网络传输技术v 有效传输：目前的IPv4技术，是为数据业务设计的，用于流媒体的传输，在有效和实时上有些勉强，需要RTP/RTCP协议，给予适当的补救v 协议支持：各领域的监控业务要求不同，需采用不同的传输协议，如TCP、UDP、点播、多播、SIP等等v 网管功能：对于网络监控，端设备的在线保活及业务功能实施状态的信息传递已成为必须具备的功能v 网络电视技术可应用于网络监控中，但不能照搬。因为网络电视的需求特点鲜明，容易出标准，而网

53、络监控的需求复杂，规模大小不一，所以宜选择符合监控业务要求的相关技术，如实时控制切换技术、QoS、各安防子系统的集成技术，具有安防特点的视频内容管理与分发技术等等关键技术之三：网络传输技术（续）关键技术之三：网络传输技术（续）v 端到端时延主要包括IP链路上的传输时延、DVR编码时间、终端解码时间以及接入时间等，在网络传输时，由于缓冲区的调度也会产生延时，后者甚至比前者还严重，需要仔细的调度v 时延指标应包括传输时延、时延抖动、丢包率等参数v 公安部669标准规定的网络性能指标要求如下：业务类型（端到端）端到端时延时延抖动丢包率监控中心内部及监控中心间互联400ms50ms0.1%前端设备与信

54、号直接接入的监控中心相应设备间2s前端设备与用户终端设备间4s关键技术之四：应用技术关键技术之四：应用技术v个性化应用技术v平台技术v智能监控技术个性化应用技术个性化应用技术v移动侦测v字符叠加v报警联动v同步回放v电子放大vDVRDVR主要解决的问题主要解决的问题v模数转换、编码v存储、检索及回放（VOD）v连接CVBS系统及IP系统v提供控制介面第三章第三章 视频监控主要产品：视频监控主要产品：DVRDVR、DVSDVSv第一节 PC式硬盘录像机（PC-DVR）v第二节 嵌入式硬盘录像机（DVR）v第三节 DVR的关键技术v第四节 嵌入式视频服务器（DVS）嵌入式网络视频服务器（嵌入式网络

55、视频服务器（DVSDVS）系统结构）系统结构A-Out预览模块VGAV-OutA-IN CPUDSPPCI内存控制器网络控制器报警控制器USB控制器UART控制器RS232KBRS485UTPAlarmUSBV-IN ADCSATA硬盘控制器IDEDVSDVS主要解决的问题主要解决的问题v前端模数转换、编码v连接CVBS系统及IP系统v尽可能缩短CVBS传输距离v提供缓存第五章第五章 新一代视频监控产品新一代视频监控产品v第一节 网络摄像机（IPC）v第二节 网络视频录像机（NVR）v第三节 混合型网络视频录像机（HDVR）v第四节 磁盘存储阵列第一代网络摄像机的系统结构第一代网络摄像机的系统

56、结构v 第一代网络摄像机包括视频采集模块和编码模块，二者通过模拟信号接口（CVBS）相连v 本质上是将模拟摄像机与视频编码器进行捆绑，主要解决联网的问题v CVBS系统成为实现更高分辨率的瓶颈v 最大分辨率为4CIF/D1，最大帧率为25/30fps传感器ADCDSP1DAC光光图像码流第一代IP摄像机系统结构ADCDSP2NETCVBS第二代网络摄像机的系统结构第二代网络摄像机的系统结构v 第二代网络摄像机包括视频采集模块和编码模块，二者通过数字接口（ITU656）相连v 真正全数字化，主要解决清晰度的问题，同时前端智能化应用成为可能v 传感器像素密度成为实现更高分辨率的瓶颈v 可实现100

57、万像素以上分辨率、25fps以上帧率传感器A/DDSP1NET光光图像码流图像码流DSP2第二代IP摄像机系统结构第三代网络摄像机的系统结构第三代网络摄像机的系统结构v 第三代网络摄像机将视频处理和编码进行整合v 实现强大的视频处理和高效的视频分析（智能）功能v DSP的性能决定了摄像机的整体性能v 更注重前端智能化，高分辨率已经不是唯一追求的目标DSP CCD/CMOSISPNET光图像码流第三代网络摄像机系统结构第三代网络摄像机的关注重点第三代网络摄像机的关注重点v强调技术的整合与业务的融合 视频处理技术、视音频编码技术、智能技术 管理、传输、控制、识别v更高的技术门槛，将对IPC市场格局

58、产生影响v在性能和成本之间取得平衡网络摄像机与智能技术结合的案例网络摄像机与智能技术结合的案例智能跟踪高清卡口网络摄像机的发展趋势网络摄像机的发展趋势清晰度清晰度 整体性能整体性能 ASIC第三代IPC技术的整合第二代IPC解决清晰度的问题第一代IPC解决联网的问题网络、高清、智能网络摄像机的关键技术网络摄像机的关键技术v视频处理技术v视频编码技术v网络传输技术IPCIPC关键技术之一：视频处理技术关键技术之一：视频处理技术v模拟摄像机技术 传感器类型 分辨力（解析度） 最低照度 信噪比（S/N） 自动增益控制（AGC） 白平衡（WB） 同步方式 电子快门（ES） 背光补偿（BLC） 宽动态（

59、WD） 日夜转换（D/N） 强光抑制v图像增强技术 降噪 去抖动 GAMMA校正 图像均衡原始图像增强处理IPCIPC关键技术之二：视频编码技术关键技术之二：视频编码技术v略（与DVR关键技术中的编码技术一致）IPCIPC关键技术之三：网络传输技术关键技术之三：网络传输技术v有效传输：目前的IPv4是为数据业务设计的，用于流媒体的传输，在有效和实时上有些勉强，需要RTP/RTCP协议给予适当的补救v协议支持：各领域的监控业务要求不同，需采用不同的传输协议，如TCP、UDP、点播、多播、SIP等等v网管功能：对于网络监控，端设备的在线保活及业务功能实施状态的信息传递已成为必须具备的功能IPIP摄

60、像机的优势摄像机的优势v支持百万像素以上的高清v开放式的IP系统，降低总体拥有成本（TCO）v安装成本低，设备管理可达通道级v兼顾未来对智能应用的需要第五章第五章 新一代视频监控产品新一代视频监控产品v第一节 IP摄像机v第二节 网络视频录像机（NVR）v第三节 混合型网络视频录像机（HDVR）v第四节 磁盘存储阵列网络视频录像机（网络视频录像机（NVRNVR）v NVR是Net Video Recorder的缩写 ,其主要功能是对网络音视频数据进行集中存储和检索v 主要工作原理：采集+编码传输存储网络视频流网络视频流IP网络NVR网络摄像机第五章第五章 新一代视频监控产品新一代视频监控产品v