数字视频监控

　定义

　　数字视频监控系统(digital video surveillance system)，除显示设备外的视频设备之间以数字视频方式进行传输的监控系统，使用数字网络传输，所以又称网络视频监控系统。

　　数字视频监控系统以其信息量大、视觉直观、现场信息便于保存分析、系统功能齐全、控制灵活、能节省大量安全保卫巡逻人力物力、安全防范严密及时等特点，在安全防范技术中得到越来越多的应用。

　　随着科学技术的发展，数字视频监控系统设备价格越来越低，综合性能不断提高。数字视频监控系统，集图像、声音和防盗报警于一体，已经成为安全防范自动化技术的主要发展方向。

　发展历史

　　1、模拟时代

　　在九十年代以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。模拟视频监控系统发展较早，主要由摄像机、视频矩阵、监视器、录像机等组成，通过视频矩阵主机可以将来自摄像机的视频图像显示在监视器，并能用键盘进行切换和控制或将图像信息录像到磁带;远距离图像传输采用模拟光纤，利用光端机进行视频的传输。由于系统视频信号的采集、传输、存储均为模拟形式，因此质量较高。但是由于图像信息采用视频电缆以模拟方式传输，一般传输距离不能太远，主要应用于小范围内的监控，监控图像一般只能在控制中心查看。其局限性还在于有线模拟视频监控无法联网，只能以点对点的方式监视现场，使得布线工程量极大，无法形成有效的报警联动，因而模拟视频监控系统的扩展性较差。

　　2、半数字时代

　　九十年代初，随着计算机微处理器技术和彩色视频技术的发展与普及，视频监控技术有了第一次质的飞跃，原来的黑白图像变成了富有生机的彩色图像。人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示，从而大大提高了图像质量。这种基于PC机的多媒体主控台系统称为第二代数字化本地视频监控系统。DVR是第二代多媒体监控系统的核心产品，采用微机和Windows平台，在计算机中安装视频卡和相应的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。但由于网络技术和视频压缩技术的滞后，无法组建大型监控系统，监控信息局限于本地。

　　3、全数字时代

　　九十年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种实用视频压缩处理技术的出现，视频监控步入了全数字化的网络时代，称为第三代远程数字视频监控系统。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像理解和分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命。新的监控技术完全打破了传统的结构，依靠功能日益强大的计算机，不仅可以处理文本、数据、图形等，还可以处理视频、声音等信息，成为真正的多媒体监控终端。再加上网络和通信技术的发展，多媒体信息的交互和共享趋向更广阔的空间。从局域网络到广域网络，从一个城市到另一个城市，从一个国家到另一个国家，都能完成在现场所能完成的一切任务。数字化、网络化的第三代视频监控技术，与传统的模拟监控技术相比较，还具有：便于模块化，通用性、可扩展性强;便于智能化、支持远程控制，监控效率更高，信号抗干扰强;便于对信号进行存取、查找、再次处理;易于安装管理维护等优点。

　　第三代网络视频监控技术，融合了新兴的网络技术、多媒体技术、视频技术，是技术发展和社会进步的一次巨大飞跃，具有深远的现实意义。例如：交通监控系统不仅能实时收集交通流量参数，对违章车辆的拍照记录加强了交通监管力度，由此产生的警示作用有利于司机的行为自律，保障交通安全，倡导遵章守纪的良好社会风尚。对便捷的远程网络访问能力支持，使得视频监控技术可以进入普通百姓家庭，应用于幼儿看护，智能家居等场合，改变人们传统的生活方式。视频监控技术还可以应用于企业管理和生产经营管理，提高生产效率。第三代网络视频监控技术具有广阔的发展前景和巨大的商机，加之其强大实用的功能，可拓展的技术空间，良好的社会价值，因此受到了学术界、产业界和相关使用部门的高度重视，是当前信息产业发展的热点之一。

　基本组成

　　数字视频监控系统通常由摄像机等前端设备、传输系统和主控显示记录设备三大部分组成。

　　1.前端设备

　　安装在监视现场的设备称为“前端设备”。前端设备通常包括：摄像机、摄像机镜头、摄像机防护罩、旋转云台、解码器和安装支架等。带有监听功能的系统，安装有监听探测器。带有安全防范报警功能的系统，安装有各种类型的报警探测器，具有联动功能的系统，安装有报警联动照明设备、红外线灯以及其他控制设备。

　　2.传输系统

　　由前端摄像机摄取的视频电视信号、监听探测器拾取的声音信号、报警探测器发出的报警信号以及主控设备向前端设备传送的控制信号以及供电电源等，都要通过一定的传输媒体进行传送。传输系统可以是有线传输方式、无线传输方式、微波传输方式、光纤传输方式、双绞线平衡传输方式和电话线传输等多种传输系统方式。在一些较复杂的闭路电视监控系统中，可以同时使用多种传输系统。

　　3.主控显示记录设备

　　主控系统设备包括对前端系统的控制设备和对安全防范现场前端设备传送回来的视频电视信号、声音信号和报警信号进行处理、显示和传送的设备。

　　通常使用的主控系统设备有：多媒体计算机，视音频切换器、视频分配放大器、云台镜头控制器、画面分割器或多画面处理器、数字视频场开关、字符发生器、视频报警器、矩阵系统控制主机、控制键盘、录像机、显示器(或电视机)、、视频打印机、摄影仪、联动控制器、警灯、警号、直流稳压电源、UPS交流净化稳压电源或交流净化稳压电源、控制台和电视柜(电视墙)等设备组成。

　　闭路电视监控系统根据不同的主控系统设备的不同组合，可以分成切换器控制闭路电视监控系统(小型闭路电视监控系统)、矩阵控制闭路电视监控系统(常用闭路电视监控系统)和多媒体闭路电视监控系统几种类型。

　相关硬件介绍

　　摄像机摄像机

　　是将现场图像变成视频信号的设备，基本参数有;成像器件(基本采用CCD固定成像元件)、电源种类(220V AC，24V AC，12V DC等)、信号种类(彩色/黑白)、最低照度(LUX)，是否带逆光补偿、分辨率、靶面尺寸、镜头接口( C/CS)等。

　　镜头

　　镜头是将观察目标的光像聚焦于CCD成像器件上的元件，根据作用不同可分为常用镜头、特殊镜头(广角镜头、针孔镜头等)两类。其基本参数有：焦距、光圈(自动、手动)、视场角、镜头安装接口(C/CS)、景深等。

　　云台

　　云台是控制现场摄像机的设备，其控制的主要功能有摄像机的上、下、左、右旋转、镜头的变焦、接收报警输入、产生报警输出等。

　　监视器

　　监视器是将现场信号重新显示的设备，作为监控系统的输出部分，是整个系统的重要组成，所以正确选择监视器是影响系统整体效果及可靠性的关键环节。其基本参数有：画面尺寸、黑白/彩色、分辨率等。

　　矩阵切换器

　　矩阵切换器是系统的核心部件，其主要功能有：

　　*图像切换 将输入的现场信号切换至输出的监视器上，实现用较少的监视器对多处信号的监视。

　　*控制现场 可控制现场摄像机、云台、镜头、辅助触点输出等。

　　*RS-232通信 可通过RS-232标准端口与计算机等进行信息通讯。

　　*可选的屏幕显示 在信号上叠加日期、时间、视频输入变编号、用户定义的视频输入或目标的标题、报警标题等以便监视器显示。

　　*通用巡视及成组切换 系统可设置多个通用巡视多个成组切换。

　　*事件定时器 系统有多个用户定义时间，用以调用通用巡视到输出。

　　*口令和优先等级 系统可设置多个用户变编号，每个用户有自己的密码，根据用户的优先等级来限制用户使用一定的系统功能。

　　图像处理器

　　图像处理器是将多路视频信号合成，以便录像和监视和监视的设备。其基本参数有：输入视频信号路数(根据不同型号可有四、九、十六路等多种规格)、单/双工、彩色/黑白、图像效果(像素)、是否带有视频移动报警功能等。

　　录像机

　　录像机是监控系统的记录和重放装置，根据其录制时间可有24、36、48 、72等多种规格，利用电脑硬盘进行数字录象已成为趋势。

　　对于数字视频监控，根据系统各部分功能的不同，我们将整个数字视频监控系统划分为七层——表现层、控制层、处理层、传输层、执行层、支撑层、采集层。当然，由于设备集成化越来越高，对于部分系统而言，某些设备可能会同时以多个层的身份存在于系统中。

　相关软件技术

　　1、视频编解码技术

　　网络视频监控要处理传输的主要数据就是图像语音数据。一幅640×480中等分辨彩色图像，采用24位比特量化的数据量约为7Mbit，如果按每秒3O帧的速率播放，则需要传输的码率高达221Mbit/s，要在有限的带宽上传输如此之高的码流是不现实的，在这样的情况下，视频编解码技术显得尤为重要。根据项目实际背景，选择了压缩效率较好，较易实现的MPEG-4视频压缩标准。因其更高的压缩比、更好的IP和无线网络信道的适应性，在数字视频通信和存储领域得到越来越广泛的应用。

　　2、网络传输技术

　　视频图像的传输质量直接影响系统的监控质量，数字视频信号虽然已经过压缩，但数据量还是很大，特别是当几路视频信号同时在网络上传输时，大量的数据传输会使得传输网络变得拥挤，这会造成数据的延迟及丢失，因此良好的网络通信通道和通信协议的选择至关重要，本系统采用TCP/IP传输协

　优点

　　与以往的监控相比，采用网络数字摄像机的网络化数字监控具有很大的优势和强大的功能。

　　1，远端网络监视功能通过以太网络即可直接实现远端监控，可多人同时监控多个点，即时传输图像，无距离限制，可使用光纤远距离传输图像。

　　2，大幅减少线材及成本通过现有的以太网络即可直接将网络数字摄像机既插既用连接成远端监控系统，省去了布线的环节，即无距离限制，又可大幅减少线材及人力费用，降低了成本。特别适合突发性非典疫区的临时远端监控。

　　3，集成RS232/RS485通讯口便于扩充周边设备用户可自行选择通讯方式连接周边设备。如:全方位云台等。

　　4，报警录像功能可设定当警报触发前后录像，便于回放。

　　5，使用者需要权限及口令设定不同等级的使用者权限，不同使用者可获得不同的监控图像信息。

　　6，画面设置功能可依应用环境不同自行设定显示画面的大小，解析度，压缩比等参数。

　　7，报警功能配合网络摄像机I/O端子，可设定报警功能，联动录像，警报器，发送电子邮件等。

　　8，系统扩充性高可在现有的以太网络上既插既用随时随地增减网络数字摄像机， 以扩大或减小监控区域或地区。

　　9，系统运行稳定网络数字摄像机是嵌入式设备，其稳定性明显高于DVR和CCTV设备。

　未来发展趋势

　　视频监控技术有了长足的发展。其应用领域也在不断开疆阔土。在科学技术飞速发展的今天。我们相信未来视频技术将有更多的功能、更多的创新，服务于大众、服务于用户、服务于我们的安防行业。其智能化、自动化、信息化将是其发展的趋势。