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視頻監控系統的原理及關鍵技術問題研究

數字監控系統簡介

數字監控系統是由傳統閉路電視監控系統(簡稱CCTV系統)發展而來的,是信息時代發展的產物。當今數字監控系統采用了4C技術,即計算機技術、顯示技術、通訊技術和控制技術。這些高新技術的應用,使數字監控系統技術上了壹個新臺階。它不但能使管理者坐在控制室中就能觀察到控制範圍內所有員工作的情況,為管理、保安系統提供了臨場視覺效果,還可以根據系統設置記錄下營業場所內職工和外來人員活動情況,為解決糾紛提供壹個有力的證據。因此,數字監控系統已成為企事業現代化管理系統中不可缺少的組成部分。

數字監控的優點

第壹,便於計算機處理。由於對視頻圖像進行了數字化,所以可以充分利用計算機的快速處理能力,對其進行壓縮、分析、存儲和顯示。通過視頻分析,可以及時發現異常情況並進行聯動報警,從而實現無人值守。

第二,適合遠距離傳輸。數字信息抗幹擾能力強,不易受傳輸線路信號衰減的影響,而且能夠進行加密傳輸,因而可以在數千公裏之外實時監控現場。特別是在現場環境惡劣或不便於直接深入現場的情況下,數字視頻監控能達到親臨現場的效果。即使現場遭到破壞,也照樣能在遠處得到現場的真實記錄。

第三,便於查找。在傳統的模擬監控系統中,當出現問題時需要花大量時間觀看錄像帶才能找到現場記錄;而在數字視頻監控系統中,利用計算機建立的索引,在幾分鐘內就能找到相應的現場記錄。

第四,提高了圖像的質量與監控效率。利用計算機可以對不清晰的圖像進行去噪、銳化等處理,通過調整圖像大小,借助顯示器的高分辨率,可以觀看到清晰的高質量圖像。此外,可以在壹臺顯示器上同時觀看16路甚至32路視頻圖像。

第五,系統易於管理和維護。數字視頻監控系統主要由電子設備組成,集成度高,視頻傳輸可利用有線或無線信道。這樣,整個系統是模塊化結構,體積小,易於安裝、使用和維護。

正是由於數字視頻監控具有傳統模擬監控無法比擬的優點,而且符合當前信息社會中數字化、網絡化和智能化的發展趨勢,所以數字視頻監控正在逐步取代模擬監控,廣泛應用於各行各業.

視頻監控系統的歷史發展

隨著監控行業的飛速發展,視頻監控系統的發展大致經歷了三個階段。

在上個世紀末以前,主要是以模擬設備為主,含攝像機和磁帶錄像機的全模擬電視監控系統,稱為第壹代模擬監控系統;這壹階段監控系統中基本不使用視頻監控軟件。

到了二十壹世紀,隨著計算機技術的飛速發展,計算機處理視頻的技術不斷成熟,人們利用計算機的高速數據處理能力進行視頻的采集和壓縮處理,利用顯示器的高分辨率實現圖像的多畫面顯示,從而大大提高了圖像質量,由於傳輸依舊采用傳統的模擬視頻電纜,所以就叫著第二代半模擬半數字本地視頻監控系統;這壹階段使用的監控軟件基本上都為PC單機DVR軟件。

從2004年開始,隨著網絡帶寬的提高和成本的降低、硬盤容量的加大和中心存儲成本的降低,以及各種實用視頻處理技術的出現,視頻監控步入了全數字化的網絡時代,由於它從攝像機或網絡視頻服務器下來就直接進入網絡,以數字視頻的壓縮、傳輸、存儲和播放為基礎,依靠強大的平臺軟件實施管理,所以稱之為第三代全網絡視頻監控管理系統。在第三代視頻監控系統中,視頻監控軟件是必不可缺的,普通用戶需要使用視頻監控軟件進行日常的監控功能應用,系統管理員更需要使用視頻監控軟件對監控系統中所有的硬件軟件資源進行全面的管理和維護,可以毫不誇張的說,視頻監控軟件是第三代視頻監控系統的核心。

視頻監控系統構成

以計算技術為基礎,采用網絡、數據庫和多媒體技術、視音頻技術、現代通信技術、自動控制技術等,形成多功能、綜合性的現代化數監控系統。首先在設計上要保證數字監控系統的先進性;但在具體實施時又要本著經濟、實用、合理、可靠的原則來配置系統的硬件和軟件;同時系統所配置的硬件和軟件必須是模塊化的、開放式的結構,以便監控系統今後擴展和提升整個系統的容量和功能。切實保證醫學院附屬第壹醫院的智能管理系統做到動態的先進性,以使系統的綜合水平始終保持第壹流的水準。此次監控系統我們準備采用國內最先進的嵌入式網絡數字硬盤錄像系統,配以視頻矩陣及電視墻。

視頻監控系統示意圖如下:

系統組成

監控系統報警系統由攝像部分(有時還有拾音器、報警探測器)、傳輸部分、控制部分以及顯示和記錄部分等組成。在每壹部分中又含有更加具體的設備或部件。

攝像部分

攝像部分是監控系統的前沿部分,是整個系統的"眼睛"。它布置在被監視場所的某壹位置上,使其視場角能覆蓋整個被監視的各個部位。有時,被監視場所面積較大,為了節省攝像機所用的數量、簡化傳輸系統及控制與顯示系統,在攝像機上加裝電動的(可遙控的)可變焦距(變倍)鏡頭,使攝像機所能觀察的距離更遠、更清楚,同時還把攝像機安裝在電動雲臺上,通過控制器的控制,可以使雲臺帶動攝像機進行水平和垂直方向的旋轉,從而使攝像機能覆蓋到的角度、面積更大。總之,攝像機就象整個系統的眼睛壹樣,把它監視的內容變為圖像信號,傳送給控制中心的監視器上。

傳輸部分

傳輸部分就是系統圖像信號、聲音信號、控制信號等的通道。目前視頻監控系統多半采用視頻基帶傳輸方式。如果在攝像機距離控制中心較遠的情況下,也有采用射頻傳輸方式或光纖傳輸方式。壹般場合要求傳輸的距離都比較近,可采用基帶傳輸方式,也就是75歐姆的視頻同軸電纜。對圖像信號的傳輸重點要求在圖像信號經過傳輸系統後,不產生明顯的噪聲、失真(色度信號與亮度信號均不產生明顯的失真),保證原始圖像信號(從攝像機輸出的圖像信號)的清晰度和灰度等級沒有明顯下降等。

控制部分

控制部分是整個系統的"心臟"和"大腦",是實現整個系統功能的指揮中心。控制部分主要由總控制臺(有些系統還有副控制臺)組成。總控制臺中主要的功能有:視頻信號放大與分配、圖像信號的校正與補償、圖像信號的切換、圖像信號的記錄等;對攝像機、電動變焦鏡頭、雲臺等進行遙控,以完成對被監視場所全面、詳細的監視或跟蹤監視;對系統防區進行布防、撤防等功能。當前端防區有非法入侵時,報警信號傳送到總控制臺,可以顯示報警防區、聯動警號、閃燈、前端燈光、錄像機等設備。根據系統所防範的風險等級及區域中要害地點的數目選擇硬盤錄像機的臺數。

錄像部分

錄像系統使用海康DVR硬盤錄像機,采用先進的數字多媒體技術、計算機圖像處理技術和高速網絡技術,全面實現所內數字監控功安全保衛功能。具體功能如下:

數字壓縮技術先進:采用目前業界最先進的壓縮技術,MPEG方式下錄像幀速率可調、可變位速率自適應記錄方式,在保證圖像質量的前提下,大大提高了壓縮率。

多畫面顯示:可任意選擇1、4、9、16、32畫面分割監控模式、可全屏放大,分割方式系統智能識別。

循環錄像功能:在硬盤存儲滿時提醒,而後可將最早的錄像文件自動替換,實現循環錄像。

字符疊加功能:可以在每壹路視頻上疊加監控點的信息,字符自動調整,方便於查詢控制。

報警預錄功能:視頻報警觸發時,可以預錄觸發前5秒的內容,使錄像內容完整。

視頻報警功能:動態監測報警錄像,每個視頻畫面可以設置兩個敏感度相同的報警分區,精確報警觸發,且敏感度可調。報警觸發開始錄像,錄像持續時間可以設定,合理利用硬盤空間。並具有報警聯動攝像機電源、燈光等功能。

系統自檢功能:視頻源丟失時系統自動報警。

系統鎖定功能:系統在無人操作經過所設置時間後自動鎖定,所有操作無效,只能重新輸入密碼後,才能繼續操作。

硬盤空間提示:指示所有硬盤資源占用情況。

錄像管理功能:具有任意控制點定時連續錄像、手動錄像,動態報警錄像、傳感器報警錄像功能。可預置壹星期的錄像模板,方便準確。

自動加鎖功能:報警文件自動加鎖,當硬盤錄滿,先按時間刪除未加鎖文件,如果都是加鎖文件,則按時間刪除文件。

定時錄像功能:可分別設置每路錄像視音頻碼流、錄像質量,在規定時間段中自動錄像,定時啟動關閉錄像,達到無人值守自動啟動監控錄像的功能。

報警聯動功能:可配置與視頻輸入相同路數的報警輸入/輸出,聯動攝像機電源、燈光等。並可通過電話線進行語音呼叫報警或GSM手機短信息報警。

報警自動切換:系統報警後會自動切換畫面,如果壹路報警切換單屏,如果多路報警切換多屏,並疊加報警信息。

圖像抓拍打印:可將單幀圖像保存為BMP文件,並可隨時打印抓拍的圖像,以便備份。

遠程圖像傳輸:可以通過電話線、DDN、E1、LAN等聯網方式將圖像遠程傳輸到上壹級監管單位。

網絡控制功能:適用於任何現有網絡(LAN局域網、DDN、E1、PSTN電話網等),傳輸監控場所的音視頻信號,保證傳輸的速度和傳輸質量,如需要可以授權控制雲臺鏡頭。可擴展多級控制,支持多服務器,多客戶端。可設置網絡客戶的使用權限,每個客戶端可同時連接16個服務器,支持同時四畫面傳輸。

錄像回放功能:每路25幀/秒回放,可擴大至滿屏,支持四畫面回放,采取正/反向播放、快放/慢放、快進/快退、單幀播放、多文件連續播放等。

局部放大功能:可將回放畫面某壹局部圖像進行動態或靜止放大,便於取證。

回放處理功能:可將回放錄像進行圖像柔和、銳化、反相處理,便於取證。

視頻檢索功能:按照文件、日期、時間、監控點、存儲盤符進行檢索。

錄像分割合並:可以將壹個較長時間錄像文件根據需要將有用途部分進行分割,便於有效利用視頻備份空間,便於刻錄光盤;或將幾個較短有效錄像文件合並為壹個錄像文件便於取證管理,也便於刻錄光盤。

密碼保護功能:采取密碼授權的方式保護系統設置,防止無授權者修改系統。

錄像備份功能:支持多種方式備份(熱插拔硬盤、CD-RW刻錄盤、服務器、U盤等)。

多任務同時工作:監控、錄像、回放、遠程網絡傳輸可同時進行,互不影響。

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