数字图像处理第8章小型的视频监控系统

第八章小型视频监控系统8.1基本结构

8.2发展历史8.3监控前端8.4视频传输8.5视频存储8.6视频显示8.1基本结构

监控系统是由摄像、传输、控制、显示、记录登记5大部分组成。8.2发展历史

从技术角度出发，视频监控系统发展划分为第一代模拟视频监控系统(CCTV)，到第二代基于“PC+多媒体卡”数字视频监控系统(DVR)，到第三代完全基于IP网络视频监控系统(IPVS)。2011年中国视频监控行业总体市场规模达到230.4亿元人民币，同比增长19.71%。预计2012-2015年间将保持着21.52%的平均增长速度。

第一代视频监控-传统模拟闭路视频监控系统(CCTV)

通过专用同轴线缆输出视频信号。视频画面分割器、矩阵、切换器、卡带式录像机(VCR)及视频监视器等。局限性：有限监控能力只支持本地监控，受到模拟视频缆传输长度和缆放大器限制。有限可扩展性，系统通常受到视频画面分割器、矩阵和切换器输入容量限制。录像负载重用户必须从录像机中取出或更换新录像带保存，且录像带易于丢失、被盗或无意中被擦除。录像质量不高是主要限制因素。录像质量随拷贝数量增加而降低。第二代视频监控是当前“模拟-数字”监控系统(DVR)

以数字硬盘录像机DVR为核心半模拟-半数字方案，从摄像机到DVR仍采用同轴缆输出视频信号，通过DVR同时支持录像和回放，并可支持有限IP网络访问。DVR系统仍存在大量局限：复杂布线“模拟-数字”方案仍需要在每个摄像机上安装单独视频缆。有限可扩展性DVR典型限制是一次最多只能扩展16个摄像机。有限可管理性您需要外部服务器和管理软件来控制多个DVR或监控点。有限远程监视/控制能力。您只能通过DVR间接访问摄像机。磁盘发生故障风险与RAID冗余和磁带相比，“模拟-数字”方案录像没有保护，易于丢失。

同轴电缆、BNC头、RJ45图片硬盘录像机（DVR）第三代视频监控是未来完全IP视频监控系统IPVS

该系统优势是摄像机内置Web服务器，并直接提供以太网端口。这些摄像机生成JPEG或MPEG4、H.264数据文件，可供任何经授权客户机从网络中任何位置访问、监视、记录并打印，全IP视频监控系统它巨大优势是：简便性-所有摄像机都通过经济高效有线或者无线以太网简单连接到网络。强大中心控制-一台工业标准服务器和一套控制管理应用软件就可运行整个监控系统。易于升级与全面可扩展性-轻松添加更多摄像机。全面远程监视-任何经授权客户机都可直接访问任意摄像机。坚固冗余存储器-可同时利用SCSI、RAID以及磁带备份存储技术永久保护监视图像不受硬盘驱动器故障影响。8.3监控前端前端供电

就近取电；UPS集中供电防雷与接地

前端设备直击雷防护措施不完善传输线路敷设不符合要求等电位连接及接地措施不完善

1、前端设备直击雷防护防雷解决措施防雷解决措施

2、传输线路的防护：

电源线路与信号号线路宜全程分开穿金属管埋地敷设，并保持整个金属管道的电气连通，宜应至少在金属管两端做接地处理。信号线缆与其它线缆共杆架空敷设段之间的最小垂直间距应符合下表的要求。种类最小垂直间距(m)

1～10KV电力线2.5

1KV以下电力线1.5

广播线1

通讯线0.63、等电位连接：前端设备的等电位连接宜在控制箱内设置S型等电位连接网络。防雷解决措施

若机房大、设备多而分散时采用“M”型连接方式：等电位连接是将室内交流工作接地，直流工作接地、安全保护地、防静电接地、防雷保护接地以及引入室内线缆金属屏蔽层、金属加强筋、金属钢门窗和一切外露可导电物体全部就近分别与室内等电位接地端子板或等电位连接带相连接。（见下图）防雷解决措施防雷解决措施防雷解决措施4、安装SPD8.4视频传输视频监控传输方式（六种传输方式）：视频基带传输光纤传输网络传输微波传输双绞线平衡传输宽频共缆传输。1、

视频基带传输

是最为传统的电视监控传输方式，对0～6mhz视频基带信号不作任何处理，通过同轴电缆（非平衡）直接传输模拟信号。其优点是：短距离传输图像信号损失小，造价低廉。缺点：传输距离短，300米以上高频分量衰减较大，无法保证图像质量；一路视频信号需布一根电缆，传输控制信号需另布电缆；其结构为星形结构，布线量大、维护困难、可扩展性差。2、

光纤传输

常见的有模拟光端机和数字光端机，是解决几十甚至几百公里电视监控传输的最佳解决方式，通过把视频及控制信号转换为光信号在光纤中传输。其优点是：传输距离远、衰减小，抗干扰性能最好，适合远距离传输。其缺点是：对于几公里内监控信号传输不够经济；光熔接及维护需专业技术人员及设备操作处理，维护技术要求高，不易升级扩容。3、

网络传输

是解决城域间远距离、点位极其分散的监控传输方式，采用mpeg音视频压缩格式传输监控信号。其优点是：采用网络视频服务器作为监控信号上传设备，有internet网络安装上远程监控软件就可监看和控制。其缺点是：受网络带宽和速度的限制，只能传输小画面、低画质的图像；每秒只能传输几到十几帧图像，动画效果十分明显并有延时，无法做到实时监控。4、微波传输

是解决几公里甚至几十公里不易布线场所监控传输的解决方式之一。采用调频调制或调幅调制的办法，将图像搭载到高频载波上，转换为高频电磁波在空中传输。其优点是：省去布线及线缆维护费用，可动态实时传输广播级图像。其缺点是：由于采用微波传输，频段在1ghz以上常用的有l波段（1.0～2.0ghz

）、s波段（2.0～3.0ghz）、ku波段（10～12ghz）,传输环境是开放的空间很容易受外界电磁干扰；微波信号为直线传输，中间不能有山体、建筑物遮挡；ku波段受天气影响较为严重，尤其是雨雪天气会有严重雨衰。

5、

双绞线传输（平衡传输）

是解决监控图像1km内传输，电磁环境复杂场合的解决方式之一，将监控图像信号处理通过平衡对称方式传输。其优点是：布线简易、成本低廉、抗共模干忧性能强。其缺点是：只能解决1km以内监控图像传输，而且一根双绞线只能传输一路图像，不适合应用在大中型监控中；双绞线质地脆弱抗老化能力差，不适于野外传输；双绞线传输高频分量衰减较大，图像颜色会受到很大损失。6、

宽频共缆传输

解决几公里至几十公里监控信号传输的最佳解决方案，采用调幅调制、伴音调频搭载、fsk数据信号调制等先进技术，可将四十路监控图像、伴音、控制及报警信号集成到“一根”同轴电缆中双向传输。其优点是：充分利用了同轴电缆的资源空间，四十路音视频及控制信号在同一根电缆中双向传输、实现宽频共缆“一线通”；施工简单、维护方便，大量节省材料成本及施工费用；频分复用技术解决远距传输点位分散，布线困难监控传输问题；射频传输方式只衰减载波信号，图像信号衰减很小，亮度、色度传输同步嵌套，保证图像质量达到4.5级以上国家标准；采用75ω同轴不平衡方式传输使其具有非常强抗干扰能力，电磁环境复杂场合仍能保证图像质量。其缺点是：采用弱信号传输，宽频调制端需外加ac220v交流电源，但目前大多监控点都具备这个条件。8.5视频存储视频监控存储的发展磁带机计算机带采集卡

DVR(Digital

Video

Recorder)IPSANVM视频监控存储的特点

1）编码器或采集服务器以流方式写入数据，实时存储监控点的实时图像和画面，存储的文件类型为流媒体文件，因此检索服务器也会以流方式来读取已存储的视频文件。

2）数据读写操作的持续时间长。由于摄像头一般都是7*24

小时工作的，即使采集后视频数据采用分段保存，写入操作的持续也有可能长达2-6

个小时，后期回放时也需要相同的时间。存储系统系统中有必须要有足够的带宽。

3）由于视频采集过程中，视频文件格式一般都不会发生变化，且码率保持恒定，因此视频监控系统的读写操作还具有码率恒定，也就是带宽恒定的特点。4）视频监控系统存储的读写方式与数据库系统存储和文件服务器存储采用的小数据块读写或文件传输读写方式与有着根本的区别，因此视频监控系统不能采用数据库系统等常用的存储设备。

5）视频监控系统存储必须支持大容量，且容量具有高扩展性。存储空间计算

比特率是指每秒传送的比特(bit)数。单位为bps(BitPerSecond)，比特率越高，传送的数据越大。比特率表示经过编码(压缩)后的音、视频数据每秒钟需要用多少个比特来表示。比特率越高，音、视频的质量就越好，但编码后的文件就越大;如果比特率越少则情况刚好相反。

码流(DataRate)是指视频文件在单位时间内使用的数据流量，也叫码率。同样分辨率下，视频文件的码流越大，压缩比就越小，画面质量就越高。

上行带宽就是本地上传信息到网络上的带宽。上行速率是指用户电脑向网络发送信息时的数据传输速率。

下行带宽就是从网络上下载信息的带宽。下行速率是指用户电脑从网络下载信息时的数据传输速率。

传输带宽计算

比特率大小×摄像机的路数=网络带宽至少大小监控点的带宽是要求上行的最小限度带宽(监控点将视频信息上传到监控中心);监控中心的带宽是要求下行的最小限度带宽(将监控点的视频信息下载到监控中心);例：电信2Mbps的ADSL宽带，理论上其上行带宽是512kbps=64Kb/s，其下行带宽是2Mbps=256KB/s

传输带宽计算举例（前端监控点）CIF格式每路摄像头的比特率为512Kbps，10路摄像机数据传输带宽为：

512Kbps×10≈5120Kbps=5Mbps(上行带宽)

D1格式每路摄像头的比特率为1.5Mbps，10路摄像机数据传输带宽为：

1.5Mbps×10=15Mbps(上行带宽)

720P(100万像素)的视频格式每路摄像头的比特率为2Mbps，10路摄像机所需的数据传输带宽为：2Mbps×10=20Mbps(上行带宽)

1080P(200万像素)的视频格式每路摄像头的比特率为4Mbps，10路摄像机所需的数据传输带宽为：4Mbps×10=40Mbps(上行带宽)

CIF、QCIF、D1概念CIF是CommonIntermediateFormat的缩写，即通用影像传输视频会议（videoconference）中常使用的影像传输格式，分辨率有352x288像素，影像传输可达每秒30frame，符合ITUH.261视频会议资料传输协定。分辨率：352x288像素传输速度：每秒30frame。QCIF：Quartercommonintermediateformat，四分之一CIF。可以简单理解为分辨率上看水平和垂直像素均为一半，即：176*144像素。D1:(4CIF)：四倍CIF,可以简单理解为分辨率上看水平和垂直像素均为2倍,704*576像素。CIF格式所需带宽：512Kbps×50=25600Kbps=25Mbps(下行带宽)

D1格式所需带宽：1.5Mbps×50=75Mbps(下行带宽)

720P(100万像素)的视频格式的所需带宽：

2Mbps×50=100Mbps(下行带宽)

1080P(200万像素)的视频格式的所需带宽：4Mbps×50=200Mbps(下行带宽)

传输带宽计算举例（监控中心）

存储空间计算

所需存储空间的大小=码流大小(单位：KB/s;即：比特率÷8)×3600(单位：秒;1小时的秒数)×24(单位：小时;一天的时间长)×30(保存的天数)×50(监控点要保存摄像机录像的总数)÷0.9(磁盘格式化的损失10%空间)注：存储单位换算1TB=1024GB;1GB=1024MB;1MB=1024KB

50路存储30天的各视频格式存储空间大小为CIF视频格式：

64×3600×24×30×50÷0.9=8789.1GB≈9TBD1视频格式：

192×3600×24×30×50÷0.9=26367.2GB≈26TB720P(100万像素)视频格式：

256×3600×24×30×50÷0.9=35156.3GB≈35TB

1080P(200万像素)视频格式：

512×3600×24×30×50÷0.9=70312.5GB≈69TB9.6视频显示监控显示器是闭路监控系统（cctv）组成部分，是监控系统的显示部分，是监控系统的标准输出，有了监控显示器的显示我们才能观看前端送过来的图像。监控显示器的发展经历了黑白到彩色，从闪烁到不闪烁，从CRT（阴极射线管）到LCD（液晶）的发展过程，每个过程都发生了很大的质的飞跃。从黑白到彩色，使得监控图像的单调世界迈向了五彩缤纷、色彩斑斓、图像逼真的世界。关于监控显示器

监控显示器按尺寸分：15/17/19/20/22/26/32/37/40/42/46/52/57/65/70/82寸。按色彩分：彩色，黑白监控显示器。按材质分：CRT，LED，DLP,LCD等。按扫描方式分：纯平，逐行扫描等。按屏幕分：纯平，普屏，球面等。按品牌分：创维监控显示器，TCL监控显示器，三星监控显示器，TYL监控显示器，GSBA监控显示器，创视纪监控显示器，TVlogic监控显示器等。按类型分：液晶监控显示器，背投CRT监控显示器，等离子监控显示器。关于监控显示器液晶监控显示器清晰度高、省电、寿命长（可达8万小时）、维护费用低，缺点是拼接的时候有拼缝，现在40、42、46寸的液晶监视器拼接缝隙大概是6～7mm左右。背投的特点是无拼缝，缺点是体积大、耗电、寿命短（一般5000小时要换灯泡）亮度低（中间亮四周暗）。CRT该产品正被其余三种产品所替代。等离