网络数字监控系统设计与实施

随着计算机网络和通信技术、多媒体技术的快速发展，视频监控系统也从模拟视频监控向数字视频监控发展。数字视频监控系统是融合了数字电视技术，计算机网络技术和通信技术的全新的视频监控系统。数字监控系统具有传统模拟监控系统无法比拟的优点，它可以实现在互联网上的传输，方便系统的构成和联网。而且符合当前信息社会中数字化、网络化和智能化的发展趋势。本论文首先对视频监控系统进行了简单的介绍，内容主要包括视频监控系统的概念、视频监控系统的发展历程、视频监控系统的应用并对视频监控系统的发展趋势进行了预测，其次，通过阐述视频监控系统的系统组成结构、系统主要设备的性能特点、技术指标的参数，说明数字视频监控系统的功能、优点，并结合视频监控的发展状况对目前广泛使用的四种数字视频监控系统进行了研究，同时给出了视频监控系统的设计方法和步骤;最后，结合自己对数字视频监控系统的研究和工程实践经验，设计了一个物电学院大楼的数字视频监控系统，目前已经成功的应用于该大楼的日常安全防范和保卫工作中。 关键字:视频监控、数字视频监控系统、数字硬盘录像机、视颇服务器 目录

第一章绪论………………………………………………….1 1.1视频监控系统简介...........................................................1 1.2视频监控系统的发展历程...............................................1 1.2.1传统监控系统............................................................1 1.2.2数字监控系统………………………………….…...2 1.2.3基于微机平台的数字视频监控………………........2 1.2.4基于视频服务器的网络化数字视频监控系统........2 1.2.5全数字化网络视频监控系统………………………3 1.3视频监控的应用及发展趋势…………………………...3 1.4数字视频监控技术的特点...............................................4 1.5本论文主要的研究内容...................................................5 第二章数字视频监控系统的研究.........................................7 2.1视频监控系统的组成及原理...........................................7 2.1.1系统组成及结构........................................................7 2.1.2摄像部分....................................................................7 2.1.3传输部分....................................................................10 2.1.4显示与记录部分....................................................... 10 2.1.5控制部分....................................................................12 2.2数字视频监控系统........................................................... 12 2.2.1数字视频监控系统的优越性.....................................12 2.2.2数字视频监控系统关键技术研究.............................13 2.2.3数字视频监控系统的研究.........................................14 2.2.4几种典型的数字视频监控系统的研究………….…16 第三章物理楼数字视频监控系统的设计…………………..19 3.l数字监控系统设计难点.....................................................19 3.2设计目标、原则………………………………………….20 3.2.1设计目标……………………………………………..20 3.2.2设计原则……………………………………………..20 3.2.3设计步骤……………………………………………..20

3.2.4设备选择……………………………………………20 3.3系统设计…………………………………………...……20 3.3.1物理楼监控工程现场情况勘察及布线分析报告....21 3.3.2工程总述、设计思想和依据………………………22 3.3.3系统架构……………………………………………22 3.3.4硬件设备……………………………………………23 3.3.5系统软件功能………………………………………26 第四章数字视频监控系统的施工、调试与运行………….28 4.1施工设计………………………………………………...28 4.1.1实施计划......................................................................28 4.1.2施工人…………………………………………….….28 4.2系统工程调试………………………………………...…28 4.2.1一般规定……………………………….…………….28 4.2.2系统调试……………………………………………..29 4.3基本操作步骤…………………………………………...29 4.4系统运行………………………………………………...30 第五章结束语………………………………………………. 参考文献……………………………………………….……

第一章绪论

1.1视频监控系统简介 经济的飞速发展促使人们不断的提高安防意识，特别是恐怖事件的发生也要求着人们对安全环境的建设提出了更高的要求。安全防范技术简称“安防”是指以维护社会公共安全和预防、制止重大治安事故为目的，综合运用安全防范产品和其它产品组成的电子系统或网络。安全防范具广泛的社会性，涉及到全社会的各个领域和部门。所以提高全社会各行业、各种场所的安全防范自动化水平具有深远的意义，加强安防措施势在必行，尤其提高技防手段、实现安全防范自动化是现代社会的需求。作为安全防范系统的组成部分，视频监控是一种防范能力较强的综合技术，因其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用。视频安防监控系统是利用视频探测技术、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。它分为模拟视频监控和数字视频监控。模拟视频监控系统是除显示设备外的视频设备之间以端对端模拟视频信号传输方式的监控系统;数字视频监控系统是除显示设备外的视频设备之间以数字视频信号方式进行传输的监控系统。由于使用数字网络传输，所以又称网络视频监控系统。技术的进步也促使着视频监控的发展，随着Intemet的发展，视频监控也从模拟视频监控向数字视频监控发展。这是因为在有的行业或领域需要大范围的进行监控，而传统的监控技术不能满足其需求。同时由于网络的大范围普及，远程监控通过互联网则能实现。现在的互联网在要求高的地方则实现了光缆的连接，则其传输图像的速率和质量将是优于普通的视频线的。再者，凡是有网络的地方就能构建数字视频监控系统。由于省去了传统的布线和线路维护费用，使得数字视频监控系统的安装成本大大降低。对于使用者来说，数字视频监控还不受时间、地点，即插即用，方便快捷。因此，研究数字视频监控系统将有着非常重要的意义。

1.2视频监控系统的发展历程

视频监控系统，以往也被称作闭路电视监控系统。顾名思义，它是与闭路有线电视技术密切相关的。因此，早期的视频监控技术可以说是闭路有线电视的微缩版。随着计算机网络技术、数字电视技术和通信技术的融合，数字视频监控技术无论从技术的先进性、可靠性、实用性和简便性上都大大超过以往的监控系统。视频监控系统的发展经历了三个不同阶段:模拟视频监控、多媒体微机平台(嵌入式系统)的数字视频监控、基于嵌入式网络视频服务器技术的数字化视频监控。 1.2.1传统监控系统

传统监控系统一般由四部分组成：摄像、控制、传输、显示与记录。摄像部分包括摄像机或摄像头、防护罩、安装支架和云台等。它负责摄取现场景物并将其转换为电信号。传统监控系统的控制部分主要包括输入、输出信号的切换和报警处理等。它的作用是负责对突发事件的报警并启动监控系统（或24小时监控），对视频信号进行分配和切换，以及进行多画面分割等处理。传输部分包括视频放大器和传输电缆等。它的作用是负责将视频信号进行放大并经视频电缆安全地传输到控制中心，然后通过解调、放大处理后，将电信号转换为图像信号，最后送到监视器上显示出来或同时把信息记录下来。显示部分通常采用多画面、大屏幕投影或电视墙显示方式。记录设备通常采用的是时滞录像机，以便进行24小时或36小时或72小时的连续报警录像。传统监视系统虽然仍在广泛使用，但是它有许多缺陷，已不能满足应用的需求。首先，它采用的记录设备是录像机，无法进行长时间、无间断地连续记录，最多几天就要换录像带。如果在换录像带时发生突发事件，则系统无法记录。录像带体积大，且不宜长期保存。如果时间过长，录像带宜发霉和粘连，导致无法重放。录像检索困难，速度慢。进行异地检索时只能把录像带拿过去，无法借助网络快速传输。传统监视系统占地面积大，一般需要专用的监控室，且价格昂贵，动辄几十万、上百万。传统监视系统操作复杂需要专门培训的人员才会操作，且只能在监控室中进行控制，无法实施远程监控。虽然它也可

以通过微波、卫星或加长传输电缆等方式来扩大传输范围，但它使用的仍然是电视技术，无法根除传统技术固有的缺陷。 1.2.2数字监控系统

随着计算机技术的飞速发展，计算机的处理能力越来越强，应用越来越广泛。多媒体技术是计算机技术的一个重要分支，它使计算机可以非常方便地处理语音、图像、动画、视频等多媒体信息。把计算机多媒体技术引入到应用广泛的监控系统，不仅可以降低成本，而且可以增强监控系统的安全性，使监控系统使用更加方便，功能更加丰富。在上世纪末，出现了使用多媒体计算机作为主控设备的数字监控系统。数字监控系统的摄像部分采用数字摄像头，摄取的信号采用工业控制机进行信号处理，最后用显示器进行显示，用大容量硬盘来记录信息。数字监控系统采用数字技术不仅可以完全实现并增强原有的功能，而且增加了一些传统的CCTV电视监控系统所无法实现的新功能。它一经出现，便以其优异的性能展现出了强大的生命力。总的来说，数字监控系统与传统的CCTV电视监控系统相比具有如下 优点：

1.处理速度快、画质好：系统采用高精度、高分辨率的音视频捕获/采集卡，使压缩后所产生的录像文件可以高质量地回放，不会出现停顿、延迟现象。

2.操作简单：使用友好的人机交互界面，只需操作鼠标就能轻松实现各种操作。

3.存储方便：压缩后所产生的文件可以保存在硬盘或光盘中，通过计算机网络还可以把资料存储在网络上的计算机中。

4.节约成本：最简单的系统仅需在监控中心办公室放置一台监控电脑主机既可。无需专门的监控室，一般办公室就可使用。

5.检索速度快：系统由于采用计算机文件格式存储，因此可以快捷地查询任何摄像头在任何时间段内产生的文件。通过计算机网络还可以方便地进行远程播放、检索。

6.传输方便：信号可以借助已有的计算机网络，快捷、方便地在LAN/Intranet/Internet上远距离传输。

7.控制方式多样化：不仅可以在监控主机上进行集中控制，还可以通过计算机网络远程控制摄像机的状态和监控效果。

综上所述，数字监控系统充分发挥了计算机多媒体技术、网络技术、人工智能技术、控制技术等的优势，它与传统监控系统相比有不可比拟的优点。 1.2.3基于微机平台的数字视频监控

DVR即是 DigitalVidcoRecorder，数字视频录像机或数字硬盘录像机，我们习惯上称为硬盘录像机.采用pVR的视频监控系统是近几年迅速发展的第二代监控系统，采用微机和Windows平台，在计算机中安装视频压缩卡和相应的DVR软件，不同型号视频卡可连接112/4等路视频，支持实时视频和音频，是第一代模拟监控系统升级实现数字化的可选方案，实现远程视频传输(超过1-2公里)的系统。采用DVR的视频监控系统特点为:

A.视频、音频信号的采集、存储主要为数字形式，质量较高 B.系统功能较为强大、完善 C.与信息系统可以交换数据 D.应用的灵活性较好

采用DVR的视频监控系统从监控点到监控中心为模拟方式传输，与第一代系统相似存在许多缺陷，要实现远距离视频传输需铺设(租用)光缆、在光缆两端安装视频光端机设备，系统建设成本高，不易维护、且维护费用较大。

随着信息处理技术的不断发展，嵌入式DVR系统近几年异军突起，由于其可靠性高、使用安装方便在银行系统应用特别广泛，我们通常称嵌入式DVR为2.5代监控系统。 1.2.4基于视频服务器的网络化数字视频监控系统

网络数字视频监控就是将传统的模拟视频信号转换为数字信号，通过计算机网络

来传输，通过智能化的计算机软件来处理。系统将传统的视频、音频及控制信号数字化，以lP包的形式在网络上传输，实现了视频/音频的数字化、系统的网络化、应用的多媒体化以及管理的智能化。实现网络数字视频监控的设备就是视频服务器。视频服务器对音视频数据进行编码处理并完成网络传输，从而实现远程监控的功能。具有完成网络传输功能，不需要另外设置计算机，故其能实现简单的IP方式组网，是传统的模拟监控所无法实现的。每部网络视频服务器具有网段内唯一lP地址，通过网络连接方便方便对该设备(IP地址)进行控制管理，也即通过IP地址识别、管理、控制该网络视频服务器所连接的视频源，故其组网只是简单的IP网络连接，新增一个设备只需要增加一个lP地址，极大的方便了原由模拟系统的网络升级改造和其他网络需求情况。

(1)将多通道、网络传输、录像与播放等功能简单集成网络，这点对目前的H2 网络型硬盘录像机而言也很容易实现，但是两种产品的基本功能不同也导致了其应用场合不同，目前对于模拟阶段及第一代的网络性能不好的设备而言，网络视频服务器可以提供较低成本的解决方案。

(2)网络视频服务器通过网络技术，可以在实现只要能上网的地方就可以浏览 画面，采用配套的解码器则可以不需要计算机设备直接传输到电视墙等方式浏览，极大的节约了远程监控的成本。

(3)网络视频服务器的多协议支持，与计算机设备进行完美的结合，形成更大 的系统集成网络，完成数字化进程。 1.2.5全数字化网络视频监控系统

随着电子技术功能的不断强大和集成水平不断提高，以及网络的普及和网络技术 的不断发展，出现了应用网络技术开发的远程监控系统。这种系统采用的网络监控产品包括:网络摄像机、网络高速球、网络视频接入器等，它们的输出即为全数字信号并可直接上网传输与控制。它采用嵌入式结构，现场无需Pc机支持;可全天24小时运行、稳定可靠;内置M厄七服务器，使网上授权监控者均可对其进行访问;可充分利用网络资源和功能，实现互联互通，构建大系统方便，并可实现远程监控等。 1.3视频监控的应用及发展趋势

随着视频监控技术在各行业的应用不断深入，视频监控系统已广泛应用于房地

产、连锁系统、医疗行业、金融行业、环境监测、电力、民航、奥运及一些需要进行图像远程监控、传输、存储和管理的行业。但是随着社会的发展视频监控也已经广泛应用于建立平安城市、平安校园和构建和谐社会中。在“平安城市”工程、技术和成本的改善以及奥运会、世博会等的推动下，视频监控市场快速发展，传统的模拟监控逐步萎缩，而数字监控逐步成为主流，网络监控稳步增长。预测系统未来5~10年的技术发展趋势包括:网络化监控、视频分析、大容量存储、红外低照度成像技术、百万像素、全景监控、家庭远程监控和统一的网络摄像机编解码技术。 (1)网络化监控

网络化监控相对模拟监控系统而言，可以称之为数字化监控，一个纯粹的网络化

监控系统应该由网络摄像机(支持PoE供电)、局域网(或互联网)、网络硬盘录像机、视频管理软件、大容量存储设备、服务器、数字化大屏幕和虚拟矩阵控制主机组成。 (2)视频分析

传统的监控系统采用人工的监视和回放，起到的作用主要是事后防范，毕竟人的

眼睛能够同时处理的图像信息太少，监视器和摄像机太多，一般情况下出现了问题，由保安人员按照事件发生的时间一个一个的调阅录像资料，发现相关的图像资料后再进行处理，起不到事先预警和及时处理的作用。故视频分析软件系统就是这种实现预警的系统。 (3)大容量存储

随着监控系统规模的不断扩大，摄像机的数量越来越多，出现了上百个、上千个 甚至上万个摄像机，模拟摄像机的分辨率也从380线升级到540线甚至更多，网络摄像机的分辨率从100万像素发展到300万像素，硬盘录像机的分辨率从CIF升级到Dl分辨率，录像的时间也从从前的7天升级到90天甚至更多，而这些所有的因素都需要大容量存储设备。 (4)红外低照度成像技术 在光线照度有保障的区域，比如24小时开照明灯的办公室、工厂可以实现24小时不间断的监控和录像，但如果是户外环境或者低照度环境一般只能够做到12个小时的监控和录像，这样的监控系统的效率可以被认为是50%，而且很多警情就出现在这些没能够实现监控和录像的时间段，怎么有效的解决这个问题呢?两种方法:采用低照度的摄像机和采用带红外灯的摄像机。 (5)百万像素

采用传统的模拟摄像机一般能够达到的分辨率最高到540线(或者再高一些)，如果换算成像素值，大约在50万像素左右，所以不论硬盘录像机本身的参数有多高，能够实现的监控效果大约就是50万像素，而且目前硬盘录像机录像和实现的最高效果是Dl，分辨率为 704x576，计算成像素约为40万像素，而数码相机的像素动则5、6百万像素，甚至千万像素，故监控系统在像素方面的发展余地很大，要实现高清监控，一定需要百万像素级的摄像机。

(6)全景监控

在一只摄像机采用一个摄像头的情况下，监控到的图像是有一定视角范围

的，广角摄像机能够达到的最大监控视角约为130度，无法实现180度的监控，更不用说实现360度的监控。在有些情况下，需要摄像机能够监控到连续范围内环境的情况(比如工厂的生产线、大型的停车场、边防站)，这种应用就需要全景监控，需要采用全景摄像机，全景摄像机有多种实现方法，其中一种方法是采用鱼眼镜头，另外一种方法就是一台摄像机内置2~3个摄像头实现全景监控。 (7)家庭远程监控

监控系统从工业及商业级应用扩大到民用是一个自然的过渡，随着人们生活质量 的不断提高和宽带技术的发展也使得家庭远程监控从技术上得以实现。在世界范围内，应用最广的家庭系统就是家庭报警系统，而报警系统是一种静态的、基于信号的系统，是无法看到视频信号的，而将监控系统和报警系统进行组合和集成，为家庭业主提供一整套的安防系统，大大的提高了“家”的安全性，一旦发生警情，接警中心可以通过视频信号判断警情的类型，是否误报等等，提高了处理的效率，业主也可以随时随地通过网络或者手机进行远程监控，能够实现多种的应用。家庭远程监控为家庭安防系统带来深远的影响，必将成为家庭安防系统不可或缺的一部分。 (8)统一的网络摄像机编解码技术

“一流的企业制定标准”是我们所熟知的一条道理，在模拟监控系统中，不管是

哪个厂家生产的摄像机，它的视频信号接口一定是标准的BNC接口，也就是说，构建一个监控系统，你可以选择任意品牌、任意厂家的任何一款摄像机，都可以通过标准的接口和线缆将图像传送至后端的监控中心，而后端的监控中心通过标准的BNC接口可将图像信号还原，但是这种统一的视频传输标准并不适用于网络摄像机. 1.4数字视频监控技术的特点

传统的模拟监控系统是在铜缆介质上传输基带视频信号，具有传输距离短、抗干 扰能力差、图像存储检索不方便等缺点。随着视频压缩技术以及计算机网络技术的不断发展，特别是网络带宽的不断提高，使得数字视频监控系统应用的不断拓展变得顺理成章。这主要是因为它具有以下特点:

1)数字视频监控系统将画面分割、多画面混合、远程访问、视频图像的记录全部集成在数字视频服务器中。有了它，视频摄像机只需要直接连到数字视频服务器的接口即可，比模拟系统需要安装多个设备和通过电缆互连进行配置要容易许多。

2)数字视频监控系统提供远程访问能力，这意味着从世界上任何有通信线路的

地方，用户能够通过一个网络连接到他们的数字视频服务器，从而能在他们选择的Pc计算机上观看到所需的视频图像，连接的网络既可是局域网也可是广域网，也可以是一个通过电话线的拨号网络。而模拟系统则是不可能远程观看到视频图像的。

3)数字视频监控系统的另一个优点是取消了视频录像带。与记录在视频录像带 上不同，数字视频监控系统是将视频图像记录在视频服务器中的计算机硬磁盘上，其最大优点是既能够提高存储图像的清晰度，又能够快速检索到所存储的图像。模拟录像带的分辨率通常为240线，最高也就300线，这与前端摄像机具有480线的图像分辨率显得不相称，致使从录像带放出图像往往不够清晰，影响到使用的效果。相反，记录在硬盘上图像的分辨率能够达到近500线，图像的清晰度高。为了看到感兴趣的视频图像，仅需键入需要的时间值和摄像机号，几秒钟后通过搜索硬盘即可将结果显现在计算机的显示器屏幕上，根据需要，可以打印它、在网上以E一mail发送，也可将其继续保存在硬盘，或者从硬盘中将其删除。 4)可靠性是选择数字视频监控系统而不选择模拟视频监控系统的另一个关键因

素。采用数字视频监控系统，故障率大大降低。而视频录像带则易遭破坏或磨损。此外，数字视频监控系统的运行是完全自动的，不需要人为介入。即使发生电源故障，数字视频监控系统具有的自举(re一boots)功能也可迅速恢复电源中断前系统正在进行的工作。 5)数字视频监控系统的潜在效益要比模拟视频监控系统大得多。

6)从战略上考虑，模拟视频监控装置发展到今天已近极限，技术发展空间受到较大的。若要满足未来更高的要求和更多的挑战，必须另辟新径。数字化设备由于具有失真小、精度高、传输特性好、抗干扰性能强等特点和易于大规模生产的优势，因此成为转型的必由之路和当然途径。

1.5本论文主要的研究内容及实现目标

视频监控系统在维护公共安全和社会稳定、保障人民群众生命财产安全、预防打

击各类违法犯罪行为，提高突发事件应急能力方面扮演着越来越重要的角色。在基于Microsoft Windows2000或XP环境下的一套数字监控系统，在完善和优化传统功能的前提下，重点有一些网络特性，实现自动监测，多路实时录像，报警录像，集中控制和远程控制，本地和远程查询、回放，并且在LAN(局域网)和Intranet(企业内部网)上实现多用户信息共享等功能。

我们所设计该系统的特点具体如下：

1)能适用于Microsoft Windows 2000或XP中文版。

2)采用工控机通过串口和解码器，实现对监控设备的集中控制以及系统故障报警的功能。同时，采用硬件加密狗，有效地保护软件的知识产权。

3)实现多路控制的功能，一台工控计算机可以控制25路监控目标。

4)实现多路显示的功能，可以同时显示25路画面的监控信息，通过点击鼠标等简单操作，能实现单路或多路显示的切换。

5)实现视频移动检测联动录像的功能，当系统检测到每个检测区 域内的图像亮度变化时，会联动主机录像工作。

6)实现实时报警的功能，当红外探头检测到视频移动变化或设备出现故障时，通过报警器报警。

7)实现图像的实时处理，包括冻结、存储和重放等功能。

8)通过解码器实现对云台的各种转动和摄像头姿态调整等控制。

9)完善信息处理功能，包括信息的压缩、存储，按日期、时间的查询、回放，录像的快进、快放、暂停、停止、浏览、打印等。

10)实现自动循环存储功能，当系统中存满数据时，新的数据会自动覆盖最早的数据。 11)实现信息网络共享，在LAN和Intranet上实现远程录像回放、远程下载和实时监控浏览等。

12)实现网上多用户共享。

13)实现远程控制功能，在客户端通过网络可对监控效果和云台进行一些简单的控制操作。

第二章数字视频监控系统的研究

视频监控系统属于应用电视，作为一种有效的观测工具，通过在建筑的公众区(如大厅、停车场、商场、客房走廊等)、设备间(如电梯间、水电设备间)及其他重要场所(比如财务室、商品库、金库等)设立监视区，对其情景状态进行监视，实时、形象、真实的反映楼内各种设备的运行和人员活动，以便及时观察到该区域发生的紧急事件(如盗窃、险情等)，为保安、消防、楼宇自控等部门提供决策依据，从而达到维护治安、保障安全的目的。视频监控系统与广播电视的相同之处是采用同轴电缆(或光缆)作为电视信号的传输介质，并不向空间发射频率。视频监控系统与广播电视的不同之处在于其信息来源于多台摄像机，多路信号要求同时传输、同时显示，除了向接收端传输视频信号之外，还要向摄像机传送控制信号和电源，因而是一种双向的多路传输系统。 2.1视频监控系统的组成及原理 2.1.1系统组成及结构

视频监控系统由摄像、传输、控制和显示与记录四部分组成

控制部分 摄像部分 传输部分 显示与记录

视频监控系统的组成原理

摄像部分安装在现场，它包括摄像机、镜头、防护罩、支架和电动云台，它的任务是对监视区域进行摄像并将其转换成电信号;传输部分的任务是把摄像机发出的电信号传送到控制中心，它一般包括线缆、调制解调设备、线路驱动设备等;控制中心将信号有选择地送入显示与记录部分，显示部分把从控制中心送来的电信号转换成图像在监视设备上显示，记录部分根据需妻将监视区域的图像用录像机录制，所以显示、记录用的主要设备是监视器和录像机，控制部分则负责所有设备的控制，如控制摄像机的焦距、光圈与图像信号的处理等。下面逐一介绍以上四部分的设备及其功能。 2.1.2摄像部分

(l)摄像机

摄像部分的核心是摄像机。摄像机的任务是观察、收集信息，将被摄物体的图像转变为电信号。摄像机按摄像器材类型可分为电真空摄像器材(即摄像管)和固体摄像器材(如CCD及MOS器件)两大类。由于CCD电荷祸合式摄像机具有体积小，性能好、寿命长等优点，在安全监视系统中应用较多。由CCD电荷祸合器件构成的摄像头，根据光线照射的强弱积

累相应比例的电荷，在视频时序的控制下将各个像素积累的微弱电荷变化逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号，视频信号输出到连接的监视器或电视机的视频输入端，即可得到与摄像机原始场景图像相同的图像信号。CCD摄像机的灵敏度高，可靠性强，能在较宽的温度环境中长期正常工作。CCD摄像机对红外光比较敏感，这种光人虽然看不见，但却能在CCD摄像机上呈现很清晰的图像，如果要在完全黑暗的地方进行监视，加上红外光源即可。摄像机按颜色划分又可以划分为彩色和黑白两种类型。黑白摄像机比彩色摄像机的灵敏度高，比较适合用于光线不足的地方，如果希望能比较清晰地反映出被观察物的细节情况，或只监视景物的位置和移动、无识别颜色的要求，可采用黑白摄像机;如果是一种宏观监视，被监视场景色彩又比较丰富，或有分辨衣服和景物的颜色的需要，可采用彩色摄像机。常见的摄像机如图2.1所示。

图2.1各种类型的摄像机

（2）镜头

镜头是安装在摄像机前端的成像装置，其作用是把观察目标的光像聚焦于摄像管的靶面或CCD传感器件上。摄像机用的镜头有固定焦距镜头和变焦距镜头两种。所谓定焦镜头是指该镜头的焦距在出厂时已确定，使用时焦距是不可变的。定焦距镜头适合于摄取焦距相对固定的目标。而变焦镜头是在固定成像的情况下能够连续调整焦距的镜头。

(3)云台

云台是安装、固定摄像机的支撑设备，它分为固定云台和电动云台两种。固定云台用于监视区范围不大的场合，使用时将摄像机固定于云台上，调整好摄像机水平、俯仰的角度，达到最好的工作姿态，然后锁定调整机构即可。若需对大范围进行扫描监视，则采用电动云台。电动云台的使用可以扩大摄像机的监视范围，提高了摄像机的使用价值。云台根据其回转的特点可分为只能左右旋转的水平旋转云台和既能左右旋转又能上下旋转的全方位云台。云台水平转动的角度为小350度，俯仰角度为0一90度。有的云台还有自动巡视功能。电动云台调整姿态通过两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。在控制信号的作用下，云台上的摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。从使用环境上分，云台还可分为室内用云台和室外用云台。选择云台的主要指标有回转范围、承载能力和旋转速度。一般的云台均属于有线控制的电动云台。

常用的云台如图2.2所示。

图2.2云台 (4)防护罩

摄像机作为电子设备，使用中需要采取一些保护措施，目的是要保证摄像机可靠工作，同时也可延长摄像机使用寿命。防护罩就是专门为摄像机配置的具有多种特殊保护措施的外罩。防护罩分为室内型和室外型两种，室内的防护罩主要是防尘，有的也有隐蔽作用，使监视场合和对象不易察觉受监视。室外防护罩的功能有防晒、防雨、防尘、防冻、防凝露等功能。一般室外防护罩还配有温度继电器，在温度高时自动打开风扇冷却，温度低时自动加热。下雨时可以人为控制雨刷器刷雨。有些室外防护罩的玻璃可以加热，如果防护罩有结霜，可以加热除

霜。常见的防护罩和支架如图2.3所

图2.3护罩和支架

目前还有一种把云台、变焦镜头和摄像机封装在一起的一体化摄像机，如一体化球形摄像机就是将摄像机机体、镜头、云台和解码器等组合在一起，置于一个球形或半球形的透光外罩内，悬挂或固定在天花板上，可做到360度旋转，并具有预置监视点和预置巡视路径等功能，这样，平时可以按设定的路线进行自动巡视，一旦发生报警，就能很快地对准报警点，进行定点的监视和录像。

视频监控系统中视频信号的传输方式有视频基带传送方式、射频有线传输、无线传输、光纤传输和局域网/因特网网络传输等方式。视频基带传输从摄像机至控制台之间传输视频信号，因而传输系统简单，在一定距离范围内，失真小，附加噪声低，但传输距离不能太远，一般在几百米之内。当摄像机的安装位置离监控中心较近时，多采用视频基带传送方式:射频传输方式是将视频图像信号经调制解调器调制到某一射频频道上进行传送，该方式多用于传输距离远和同时传送多路信号的场合:无线传输主要采用微波的形式通过发射台将信号发射出去，通过微波接收器将视频信号接收，经处理后显示在监视器上;光缆传输方式是用光缆代替同轴电缆进行电视信号传输，不仅传输距离长，传输容量大而且传输质量高，保密性

好，适用于长距离的大系统干线使用;随着网络技术和电子技术的发展，出现了网络视频服务器以及网络摄像机，网络视频服务器或网络摄像机将前端监控点的模拟图像经数字化压缩处理后可以基于宽带IP网络传输，其地域范围非常广，远程监控的实施非常方便。当各摄像机的位置距离监控中心较远时，可采用射频有线传输或光纤传输方式。 2.1.3控制信号传输

控制信号的传输方式有直接控制、多线编码间接控制、通信编码间接控制和同轴视控等多种方式。

l)直接控制

直接控制是将控制信息直接通过多路导线送至被控设备，它的特点是简单、直观、容易实现，在现场设备比较少的情况下比较适用，但在所控制的云台、镜头数量很多时，需要大量的控制线缆，线路也复杂，所以目前较少采用。

2)多线编码间接控制

多线编码间接控制方式是控制中心直接把控制的命令编成二进制或其它方式的并行码，由多线传送到现场的控制设备，通过译码转换成控制量来对现场摄像设备进行控制。这种方式比直接控制方式用线量少，在近距离控制时可采用。

3)通信编码间接控制

随着微处理器和各种集成电路芯片的普及，目前规模较大的视频监控系统大都采用通信编码间接控制，这种方式可用单根线路传送多路控制信号，控制信号传送到前端，通过终端解码器将传送来的串行数据解码还原为对摄像机和云台的具体控制信号。通信编码间接控制节约线路费用，通信距离长，目前是一种用的较多的传输方式。

4)同轴视控

同轴视频传输方式是控制信号和视频信号复用一条电缆，不需另外铺设控制电缆，一般是利用视频信号场消隐期间传送控制信号，或是通过频率分割，把控制信号调制在与视频信号不同的频率范围内，然后同视频信号一起传送，到现场后再把它们分解开。 2.1.4显示与记录部分

显示与记录部分的主要任务是把从控制中心送来的电信号转换成图像在监视设备上显示，并根据需要将监视区域的图像用录像机录制。所以显示记录用的主要设备是监视器、录像机和一些视频处理设备，这些显示记录设备安装在控制室内。

(l)图像监视器

图像监视器主要用于显示摄像机所摄的图像，在屏幕上提供高分辨率、高对比度的画面。图像监视器比普通电视机清晰度高，普通电视机的信号带宽约4MHz，而图像监视器视频信号的带宽在7一SMHZ。另外因为视频监控系统的监视器往往需要很多个放在一起，为了尽量减少相互之间的电磁干扰，图像监视器都有金属外壳，这也是与普通电视机不同的地方。监视器可分为通用型应用级和广播级两类。每类又有彩色和黑白两种。在视频监视系统中主要采用通用型监视器。在选择监视器时，应根据实际应用需求做出选择:

①屏幕的大小应根据监视的人数、要求画面的分辨程度和监视人员到屏幕间的距离来确定。一般采用17~21英寸的监视器。也可以是40英寸左右的等离子体平板显示器、液晶显示器或上百英寸的投影显示。

②在有特殊要求的情况下，可采用多画面、大屏幕投影或电视墙显示方式。在图像显示质量方面，有用标准分辨率的监视器，也有追求高图像质量而采用的高分辨率监视器。

常见的图像监视器如图2.4所示

监视器 显示器 电视墙 图2.4常见的图像监视器

(2)录像机

录像机是视频监控系统中的记录和重放装置，与一般家用的录像机相比，有一些特殊的要求。一是要求记录时间长，二是要有遥控功能，可对录像机进行远距离操作或用控制信号自动操作录像机;三是要求录像机有间歇录像和实时录像两种方式，间歇式视频录像只记录特定时间段内的图像，一般有多种时间间隔录像模式，在一盘180min的录像带上，最长可以录制960h的录像。另外，录像机还应有自动录像周期设定功能，可以对一星期内每一天的录像模式编程，无报警时，采用间歇录像模式，如果收到报警信号，录像机便自动进入连续录像状态，并通过录像机内置的字符信号发生器，在图像上打出年/月旧/星期/时/分/秒及录像模式。在新兴起的多媒体监控系统中，将音、视频信号数字化，并利用先进的数据处理技术，将数字图像信号进行数据压缩和解压缩。这样不仅大大降低了数字图像传输所需的带宽，而且大大减少了数字录像所需的存贮容量，可以用硬盘或光盘进行长时间录像。由于数字图像的存贮介质为硬盘或光盘，所以其检索无延时，而且可以具有更多的检索要素，例如可以根据时间、地点、编号等要素进行图像检索，方便快捷。另外，对于数字化的图像数据可以进行诸如提取轮廓线、改变对比度、改变亮度等图像处理，用以增加图像信息的信息量。传统的录像机都是采用的卡带式，录像时间短，磁带介质存放不太方便。目前广泛使用工控机+视频采集卡的系统或嵌入式DVR硬盘录像机来代替。

(3)视频切换器、视频矩阵

视频切换器是选择视频图像信号的设备。如果将几路视频信号加在它的输入端，通过对它的控制，可以选择任何一路视频信号输出，而其它信号则不输出。在大型建筑中，视频监控系统中摄像机的数量多达数百个，但监视器的数量受机房面积的要远远小于监视器的数量，而且监视器数量太多也不利于值班人员全面巡视，为了用少量的监视器监视多路视频信号，需要用视频切换器按一定的时序把摄像机的视频信号分配给特定的监视器，轮流切换显示各个摄像机的图像，在接到某点报警信号后，长时间监视该区域的情况，即只显示一台摄像机信号。切换的控制一般要求和云台、镜头的控制同步，即切换到哪一路图像，就控制那一路的设备。如果系统规模比较大时，比如要把n台摄像机的视频信号送给m台监视器，就需采用视频矩阵切换器。矩阵切换器采用模块化机箱，内含视频输入模块、视频输出模块、报警模块、扩展模块、电源模块、处理模块及键盘输入几部分。

(4)多画面分割器

多画面分割器采用分割屏方式，把多路视频信号合成为一路输出，输入一台监视器，即可在一台监视器屏幕上同时显示多个画面，是用少量的监视器监视多路视频信号的另一种方式。与视频切换器比较，它可实现全景监视，即让所有的摄像机信号都能显示在监视器屏幕上，克服了视频切换器可能漏过重要画面的弊端，对于要求较高的系统应采用多画面分割器。

多画面分割器分割方式常用的有4画面、9画面及16画面。使用多画面分割器可在一台监视器上同时观看多路摄像机信号，而且用一台录像机同时录制多路视频信号。多画面分割器还具有摄像机单路回放功能，即能选择同时录下的多路信号视频信号的任意一路在监视器上满屏放映。多画面分割器的应用见 2.1.5控制部分

视频监控系统中的控制部分是视频监控系统中的核心部分，负责对系统内各设备进行控制。控制部分由多种设备组合成控制台，控制台包括视频矩阵切换器、控制键盘、时间地址发生器、云台遥控器、监视器等设备。控制台接收摄像机、报警探头的信号，将这大量的信号选送到显示部分，供值班人员参考，并对电源、云台、镜头、切换、录像及防护罩等多个设备进行控制。主要控制功能有:通过各种遥控电路实现对摄像部分的控制，控制电动变焦镜头的变焦、聚焦和光圈;控制电动云台的左右上下转动(有自动巡视功能的云台可自动控制)实现对相当广阔范围的监视，而且还可以对该范围内任意部分进行特写;控制切换设备，使切换控制与云台、镜头的控制同步，即切换到哪一路图像，就控制哪一路的设备。

①三可变镜头的控制 “三可变”是指变焦、聚焦和变光圈，这是近年来生产的变焦镜头同时具有的特性。“三可变”中分别有长短(变焦)远近(聚焦)和开闭(变光圈)两类控制，总共有6种控制。

②云台的控制

全方位云台有左右和上下4种控制，再加自动巡视控制，共有6种控制。 ③通信编码间接控制方式.

镜头和云台如采用直接控制的方式，每一个监控点大约需要13-17根控制线。由于镜头和云台远离控制中心，长距离直接传输控制信号不仅不经济，而且系统的操作可靠性降低.所以在建筑监控系统应用最多的是通信编码间接控制方式，采用RS485串行通信，用单根双绞线就可以传送多路编码控制信号，到现场后解码驱动控制。

④解码器

解码器是监控系统中控制云台、镜头、电源、雨刷、灯光的一种前端控制设备，控制键盘、矩阵或计算机系统通过解码器可实现对云台、镜头、辅助功能的控制一。采用获5-485通信控制方式。分室内型和室外型解码器。解码器一般采用抗干扰性强的单片机设计、CPU内置看门狗、电路，通信全光电隔离，在软件上采用通信干扰自动复位技术。支持多种控制协议、多种通信波特率选择，0--256个地址设定。提供对云台的上、下、左、右、自动运动的驱动信号(云台电压AC220V和 AC24v可选择).控制镜头的光圈、焦距、变倍。镜头电压可通过电路板上的电位器调整，调整范围份6-12V扫C，镜头电压越高，镜头的动作速度越快。解码器一般支持多种控制协议，如PELCO·D、PELCO于、SAMSUNG、R气NASONIC等。解码器与控制中心之间的通信协议最常用的是PELCO-Df护ELCO矛协议。 2.2数字视频监控系统

传统的模拟监控系统是在铜缆介质上传输基带视频信号，具有传输距离短、抗干扰能力差、图像存储检索不方便等缺点。随着视频压缩技术以及计算机网络技术的不断发展，特别是网络带宽的不断提高，使得数字视频监控系统的出现和应用的不断拓展变得顺理成章。 2.2.1数字视频监控系统的优越性

数字视频监控系统的优越性有如下几个方面: 1)数据存储:采用 Motion PEG、MPEG等多媒体数字压缩技术，将视频图像完全数字化，存储在计算机的硬盘、光盘等数字化存储媒介上，可连续存储一个月或更长的时间，从而避免了经常更换磁带的麻烦。数字化资料存储可以做到保存时间长、数据更稳定且不宜损坏。

2)数据查询:在传统的模拟监控系统中，当出现问题时需要花大量时间观看录像带才能找到现场记录;而在数字视频监控系统中，利用计算机建立的索引，可帮助用户在短短的几

分钟内就能找到相应的现场记录，节省了时间和精力，大大提高了工作效率。

3)录像质量和图像质量:数字图像的画面是以逐行扫描的方式进行显示的，采用数字化录像，可以使录像画面的质量提高，做到画面信息度高、画面清晰和不失真。利用计算机还可以对不清晰的图像进行去噪、锐化等画面处理，通过调整图像大小，借助电脑显示器的高分辨率，可以观看到清晰的高质量图像。此外，可以在一台显示器上同时观看4路、12路、16路甚至更多路视频图像。

4)网络传输功能:由于数字监控系统是安防行业和IT行业完美结合的产物，所以它具有计算机网络上相当一部分的功能。数字监控系统中的数字信息抗干扰能力强，不易受传输线路信号衰减的影响，而且能够进行加密传输，因而可以在数千公里之外实时监控现场。特别是在现场环境恶劣或不便于直接深入现场的情况下，数字视频监控能达到亲临现场的效果。可以完美的解决跨地域的监控需求。

5)多系统整合:监控系统发展到第三代，视频监控系统已经将门禁系统、报警系统整合在一起。视频数据、门禁数据和报警数据的数字化，利用计算机进行数字化数据的运算、处理，做到数据间的交互。三个系统的完美整合，几乎可以解决所有用户的需求。

6)扩充简易:数字视频监控系统的前端设备主要采用网络摄像机和视频服务器，它们扩充非常方便，只需一个电源和一个网络借口就能接入系统扩展监控范围。

7)系统易于管理和维护:数字视频监控系统主要由电子设备组成，集成度高，

视频传输可利用有线或无线通道。这样，整个系统是模块化结构设计，体积小，便于安装、使用和维护。

2.2.2数字视频监控系统关键技术研究

(1)视频采集-

目前利用计算机对视频信号进行捕捉的方法主要有两种:利用模拟摄像头配合视频采集卡捕获视频和利用数字摄像头捕获视频。

1)视频采集卡:其主要功能是对输入的模拟视频进行采样、量化后转化成数字图像文件。某些视频采集卡还提供了硬件压缩功能，使用专用芯片对视频进行数字化压缩，这些数据在播放时再被解压缩。

2)数字摄像头:可以直接捕捉影像并进行模数 (MD)转换，经数字信号处理芯片(DSP加工处理后通过串、并口或USB接口直接输入计算机。

(2)视频处理

视频处理包括对视频数据的处理和对视频图像的预处理。压缩编码技术是视频数据处理的关键。主要是对采集到的视频进行压缩编码然后进行存盘或网络传输。图像预处理则主要包括传感器标定、滤波、图像增强与恢复等，以方便我们提取感兴趣的信息。

从视频采集端输入的原始视频流，数据量相当大，很难通过网络直接传输，因此必须对其进行压缩编码，以便得到可以进行网络传输的有效的、高质量的视频流。关于视频压缩的算法和标准有很多，其中MPEG-4是目前应用最为广泛的视频压缩标准;ITU-T的H.2，同时又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分，则拥有广泛的应用前景:

1)MPEG-44:MPEG-4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，允许在系统中加入新的算法，为利用纯软件进行编解码提供了更大的方便。MPEG-4采用基于对象的编码理念，将一个复杂的场景分成若干在时问和空间上相互联系的对象，编码就是针对该时刻的视频对象的形状、运动和纹理信息进行的。

MPEG-4视频编码器的基本结构包括形状编码、运动补偿和基于DCT的纹理编码。它从轮廓、纹理思路出发，轮廓信息在轮廓编码器中编码，对运动和纹理信息的编码仍然采用经典的类MPEG一1/2标准的运动预测，补偿法对不同对象的运动和纹理信息的编码可采用不同的方法，以提高编码的效率。对不同视频对象的平面分别编码后，再经过复用传输到

接收端。接收端的解码过程是编码过程的逆操作，从技术角度来看，基于内容的压缩、更高的压缩比和时空可伸缩性是MPEG一4的三个最重要特点，这些特点都适应于视频监控领域的需求。

2)H.2:H.2作为新一代视频压缩算法在吸收以往编码方案优点的同时使用了很多新技术，很大的提高了压缩效率(在同等质量的情况下，该标准的压缩效率高出MPEG一4标准40%左右)。它采用网络友好的分层技术增强了网络适应性，扩展了应用范围。当然，其优越的性能是以增加计算复杂度为代价的。H.2可以很好的保证监控视频图像的清晰度，以及在IP网络上传输的稳定性和实时性，但鉴于其实现的技术难度，现在还未被广泛应用，但从长远来看，H.2是未来发展的方向。

(3)网络传输

由于TCP/I P协议的重传机制和网络拥塞控制机制会引起传输延时和耗用大量的网络带宽，因此它不适合传输实时视频数据。在监控系统的解决方案中，一般采用HTTP/TCP来传输控制协议，而用RTP/UDP来传输实时数据。

RTP(实时传输协议)是一种提供端对端传输服务的实时传输协议，用来支持在单目标广播和多目标广播网络服务中传输实时数据，而实时数据的传输则由RTCP(实时传输控制协议)来监视和控制。即RTP负责传输数据，而RTCP负责传输状态。RTP和RTCP配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合实时数据的传输。RTP本身并不具有传输数据的能力，它通常使用UDP来传输数据，也可以在TCP或ATM等其他协议上工作。经过压缩编码的视频流，经过封装成为RTP包，然后再装入UDP用户数据报，通过网络发送出去，在此过程中，发送端和接收端定时发送RTCP包进行反馈控制。

(4)IP组播技术

视频数据的传送有单播、组播和广播3种方式。采用IP组播技术可有效减轻网络负担，避免网络资源的浪费。此外，组播既可以用于局域网，也可以用于广域网。比较符合视频监控系统多点、多机监控、跨局域范围的远程监控的要求。

系统中既要传输控制指令，又要传输实时视频数据，故综合采用TCP协议和UDP协议。对要求高可靠性的控制指令，选用TCP协议;对视频流数据的通信，则选用基于UDP协议的lP组播来实现。

2.2.3数字视频监控系统的研究

(1)数字式监控系统的构成

数字式电视监控系统以图像输入压缩和处理模块、切换控制模块和网络连接与远程传输模块三部分构成，具有多画面处理、录放像、矩阵控制、探测报警、远程传输等多种功能，为此需要在PC机平台上集成以下三类板卡，并应有USB或IEEE1394接口，以实现数据的快速交换。

1)图像输入、压缩及处理板块

如果采用的是新型数字式摄像机，则其输出的是图像数据流VS（Video Streaming），可以直接与pC机快速进行数据交换，将视频图像输入到PC控制主机中。如果采用的是模拟式CCD摄像机，则首先要经过系统的视频接口及处理模块，逐次从多路输入中选出一路进行A/D转换，并压缩成MPEG标准数据后予以存储。这样对于16路图像扫描输入速度，因有各路间的采集切换时间和系统开销，故速率一般为每路每秒数帧，但也有每秒25帧的实时产品。图像画面大小和清晰度有320、24()、480线等多种。在对图像显示速度要求不高的场合，也可采用价格低廉的CMOS数码照相机，根据快闪存储器容量的大小，存储图片的数量可达数百张。

2)切换控制板块

其功能是通过软件来控制摄像机输入图像的切换，并按需要将切换图像送往各指定的显

示器上。有模拟切换和数字切换两种不同的技术层次，数字切换可得到更好质量的图像，但因为要采用有多个处理器并行处理的高速专用芯片，故其费用要比模拟切换贵很多。在以芯片实现切换控制之后，便可通过将分割显示图像数据流送往不同显示器的VRAM之中，循环刷新来达到显示的目的。此外，从理论上讲，还可以在图像输入采集切换与输出显示之间引入同步控制机制来实现。图像的记录采用硬盘录像机，它不仅有500线以上的录像分辨率和巨大的存储空间，更能实现图像或报警事件的快速检索，是一种理想的将存储、分割、显示集于一身的数字化装置，其操作系统除了我Windows外，还可采用Linux、RTOS、FreeBSD等操作系统，以便提高硬盘录像机的可靠性和简化操作的复杂性。

3)网络连接与远程传输板块

早期的视频图像远程传输和联网一般都是基于计算机之间的低层控制通讯网络，如RS232/RS485通信协议，由于RS232/RS485通信协议没有路由功能，因此在发生通讯错误时，联网功能就失败。因此新型的远程视频图像传输需要改进为通过LAN传输联网的系统。对于视频监控系统而言，要求的是全数字的视频信息联网，数字视频监控系统主机相当于一个网络视频服务器，所有对视频的需求都由视频服务器控制和完成。当前由于视频压缩技术的发展和LAN及Intemat的普及，网络带宽成本正在下降，千兆以太网及高端路由器产品使局域网与广域网的界限也越来越模糊，同时带有IP地址的LAN接口摄像机、编解码器、硬盘录像机等也已经出现，这使得有可能建立视频信息网。每一个视频信息网对外表现为一个视频网站，有IP地址，通过网关或路由器即可接入Intemet这样就可供其它远程用户访问。视频信息网对内表现为专用网，由视频服务器、键盘、编解码器等组成，带LAN接口的摄像机、编解码器等可直接连接到LAN上，而模拟式的CCD摄像机则需经过编码器才能挂到网上。

(2)通过局域网实现的数字视频监控系统

数字图像监视系统是先将前端现场传输过来的摄像机图像在数字视频控制器 (CamHub)进行数字化和作压缩处理，之后就可以将对应每台摄像机图像的视频流VS(VideoStreaming)通过一个100M以太网络或千兆以太网进行传输，送往指定的监视器(DisPlayer)和记录装置(Recordor)，从而通过局域网实现了数字式的视频矩阵切换。

(3)IP摄像机和IP网关

lP摄像机是内置有IP服务器可以直接连接到网络上的摄像机，也被称为网络摄像机(LANCamera)。视频格式有MJPEG、H.261、MPEG-1、MPE-2、 MPEG-4等不同的形式，分辨率最高可达 720x576。H.261标准是利用运动图像相邻帧间有很大相关性的特点，使得相邻帧的存储可以只保留变动部分的数据，以此来提高压缩率。MPEG-l标准对于图像的压缩技术与H.261标准类似，不同的是其数据流除包含有视频数据外还包含有音频数据。MPEG-2标准是对MPEG-1标准的一种改进，使之不但能处理逐行扫描的图像信息，也可处理隔行扫描的图像信息。MPEG-4采用了小波压缩技术而进一步提高了图像的压缩率，改善了图像的清晰度，更加适合Intemet图像环境的应用，为众多应用看好。

使用IP摄像机可以在现有的以太网上传输视频和音频，在指定IP地址后，也可以在网络上的任何一个位置通过浏览器在本地或远程网络上调阅图像，多个用户可以同时调阅同一图像，图像传输速度可以达到每秒25帧。调阅的图像既可以显示在电脑屏幕上，也可以显示在常规监视器上。

IP摄像机的IP地址及图像的各种参数均可预先设置好，这样在现场安装时可以做到即插即用。IP摄像机由于能将双向音频以多播方式传输，带有Ivp一p双向音频接口，故可实现对讲功能，采用的是G711或G728压缩。摄像机内置的低速数据传输格式，支持RS232、RS422、RS485接口，传输速率为1200bps一115.2Kbps，可以用来控制云台和镜头。lP摄像机还可直接连接多路报警输入和多路报警输出。与IP摄像机基本一样，IP网关实现了低

成本的音视频以及报警信号的传输，发射和接收采用多播方式在以太网上传输双向音频和视频，有效地减低安装布线成本。如果事先设置好IP地址，摄像机的安装可以做到即插即用。通过配置可以将IP网关当作编码器或者解码器来使用。当作编码器使用时,可以将最多4路模拟视频信号同时上网，并可以直接在电脑上察看图像。将网关当作解码器使用时，可将数字视频信号转换成模拟的视频信号，在普通的监视器上显示图像。网关自带的双向数据接口可以供用户在网络上直接控制前端的云台和镜头。网关可以选择TCP/IP(传输控制协议/网间协议)或者UDP(用户数据报协议)、HTTP等网络协议，采用H.261方式压缩的图像，传输速率可以达到每秒25帧。采用MJPEG方式压缩的图像，传输速率可以达到每秒15帧 2.2.4几种典型的数字视频监控系统的研究

数字化是21世纪的特征，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然，数字化是迈向成长的通行证，随着时代的发展，我们的生存环境将变得越来越数字化。视频监控系统的数字化首先应该是系统中信息流(包括视频、音频、控制等)从模拟状态转为数字状态，这将彻底打破“经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心”的结构，根本上改变视频监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制。目前主要的数字视频监控系统有以下四类。

(1)视频采集卡组成的数字视频监控系统

视频采集卡也叫视频卡，按照其用途可以分为广播级视频采集卡、专业级视频采集卡、民用级视频采集卡，他们的区别主要是来集的图像指标不同。视频采集卡是将模拟摄像机、录像机、LD视盘机、电视机输出的视频信号等输出的视频数据或者视频音频的混合数据输入电脑，并转换成电脑可辨别的数字数据，存储在电脑中，成为可编辑处理的视频数据文件。

其特点为:

在电脑上通过视频采集卡可以接收来自视频输入端的模拟视频信号，对该信号进行采集、量化成数字信号，然后压缩编码成数字视频。大多数视频卡都具备硬件压缩的功能，在采集视频信号时首先在卡上对视频信号进行压缩，然后再通过PCI接口把压缩的视频数据传送到主机上。一般的PC视频采集卡采用帧内压缩的算法把数字化的视频存储成AVI文件，高档一些的视频采集卡还能直接把采集到的数字视频数据实时压缩成MPEG-1格式的文件。

其工作原理为:

视频采集就是将视频源的模拟信号通过处理转变成数码信息，并将这些数码信息存储在电脑硬盘上的过程。这种模拟数码转变是通过视频采集卡上的采集芯片进行的。通常在采集过程，对数码信息还进行一定形式的实时压缩处理，较高档的采集卡依靠特殊的处理芯片进行硬件实时数据压缩处理;而那些没实时硬件压缩功能的卡，也可通过电脑上的CPU进行被称为软件压缩的处理。另外，对于开始流行的数码摄像机这类数码视频源，通过它们上面的 IEEE1394端口，不必再添加任何采集卡，就可以用电脑上的 IEEE1394端口进行视频采集。

(2)嵌入式DVR数字硬盘录像机组成的数字视频监控系统

前面已经介绍过DVR，DVR即是DigitalVideoRecorde,数字视频录像机或数 字硬盘录像机，我们习惯上称为硬盘录像机。

嵌入式DVR数字硬盘录像机监控系统是一套进行图像存储处理的计算机系统，具有对图像/语音进行长时间录像、录音、远程监视和控制的功能，嵌入式DVR数字硬盘录像机监控系统集合了录像机、画面分割器、云台镜头控制、报警控制、网络传输等五种功能于一身，用一台设备就能取代模拟监控系统一大堆设备的功能，而且在价格上也逐渐占有优势。

嵌入式DVR数字硬盘录像机监控系统采用的是数字记录技术，在图像处理、图像储存、检索、备份、以及网络传递、远程控制等方面也远远优于模拟监控设备，嵌入式DVR数字硬盘录像机监控系统代表了视频监控系统的发展方向，是目前视频监控系统的首选产品。

嵌入式DVR数字硬盘录像机监控系统在稳定性、可靠性、易用性等方面有“专业化”的优势，嵌入式DVR数字硬盘录像机监控系统会逐步侵占工控机+视频采集卡的系统。但工控机+视频采集卡的系统在通用性、可扩张性方面占有优势，在网络视频监控系统中仍可负担管理主机的角色。

嵌入式DVR数字硬盘录像机监控系统由硬件和软件组成，主要由CPU、内存、主板、显卡、视频采集卡、机箱、电源、硬盘、连接线缆等构成;嵌入式DVR数字硬盘录像机监控系统的软件是由个人公司进行开发完成的、建立在硬件系统之上的，著名的DVR软件包括花生壳、DVR一CPS等。

DVR数字硬盘录像机的功能有: ①高速高画质录像。单主机可支持4一24路摄像机音视频同步高画质录像(Dl，704x576，25帧/s)。

②图像压缩方式。采用MPEG4，H.2等高压缩比算法，同时兼容多种压缩格式。录像压缩比大，数据量在60MB/h至290MB/h之间。于160GB硬盘容量下，16路摄像机同时激活录像，CIF格式的图像平均可储存7天。

③智能型动态侦测、报警功能。每台摄像机均可设定警戒区域，对区域内的图像作数字对比，一旦有变动即触发录像和警报，播放警告音，同时自动拍照存证，并可自动远程报警，拍照图像可立即传输至远程计算机等。

④PTZ功能。PTZ是Pan/Tilt/Zoom简写，代表云台全方位(上下、左右)移动及镜头变倍、变焦控制。DVR数字硬盘录像机可在系统软件中直接操作摄像机云台(云台可上、下、左、右控制摄影机转动)、镜头放大缩小、焦距及光圈调整(即把图像拉近推远，放大缩小)。

⑤图像搜寻功能。可实现回放智能检索、快进/快退肤放/慢放功能，文件列表搜寻模式、警报记录搜寻模式、指定时间搜寻模式、自定义界面、1/4/9/16/25路全实时显示、录像、回放。

⑥多任务功能。监视、录像、回放、传输、备份可同时工作。

⑦网络功能。支持局域网、互联网、电话网等方式传输实时预览，远程实时监看，远程控制录像、回放功能。

由DVR数字硬盘录像机组成的典型监控系统构成如图2.19所示。系统主要由摄像机、DVR硬盘录像机、切换矩阵、电视墙、编解码器等组成。由于把模拟图像经过A/D转换为数字图像，为图像的后加工处理带来很大方便

(3)视频服务器组成的数字视频监控系统 视频服务器是一种对视音频数据进行压缩、存储及处理的专用嵌入式设备，它在远程监控及视频等方面都有广泛的应用。视频服务器采用MPEG4或MPEGZ等压缩格式，在符合技术指标的情况下对视频数据进行压缩编码，以满足存储和传输的要求。此外还有网络视频服务器，网络视频服务器是一种对音视频数据进行编码处理并完成网络传输的专用设备，从而实现远程监控的功能。

(l)网络视频服务器的构成

网络视频服务器是一种实现音视频数据编码、网络传输处理的专用设备，它由音视频编码器、网络接口、音视频接口、RS422/RS485串行接口、RS232串行接口等构成。

音视频压缩编码器:由于模拟视频数据量非常大，通过数模转化后，数据量也很大，故要利用成熟的编码技术，将视频数据在满足网络传输要求的技术指标下进行高压缩比的编码，以满足传输要求。以前的网络视频服务器一般采用M一JPEG等编码器，用户无法实现更高的压缩码率。为了适合于各种不同的网络环境，只能通过减低帧率实现效果一般的网络传输效果。目前很多公司都已经推出了MPEG4的网络视频服务器以满足视频网络传输的要求。

网络接口:模拟产品的组网主要通过建立昂贵的光纤实现网络传输，网络视频服务器的以太网接口可以方便地实现正组网，实现数据传输。网络视频服务器主要采用TCP/IP等协议实现音视频数据、控制数据和状态检测信息等数据的网络传送。

音视频接口:网络视频服务器带有标准模拟音视频输入接口，方便监视各通道的视频信号。采用特定技术保证双向音频实时传输，视频帧率根据带宽自动调节，网络中断后自动连接。

RS422/RS485串行接口:网络视频服务器带有 RS422/RS485串行通讯接口，可通过通讯线外接如云台、快球等各种外设。

网络视频服务器可配合计算机中控软件实现大系统组网方案，有的厂家网络视频服务器提供开放的SDK，供用户或第三方厂商开发和构建新的应用方式。

(2)视频服务器组成的视频监控系统

视频服务器可以搭配任何类型的摄像机、云台和音频设备，配置灵活，组网简单，成本比较低，便于维护;而且使用视频服务器，通过端口设置，可以有选择的在网络选择任意一台或多台、全部摄像机进行监控和管理。

(4)网络摄像机组成的数字视频监控系统

基于网络化和数字化发展的网络摄像机，集镜头、图像传感器、A/D转换器、

DSP芯片、ROM、RAM、嵌入式操作系以及WEB服务器于一身。接收图像信号、模拟信号转换成数字信号、图像的压缩与编码、图像的传输等一系列的过程都由网络摄像机完成。其特有的32位的精简指令系统(RISC)的信号处理器(DSP)芯片，ZM的随机存储器以及稳定的嵌入式操作系统，使其具有每秒钟25帧的流畅浏览效果。只要使用一根网线、一个电源就能连接到遍布全球的互联网络，使用者无论何时何地都能够通过互联网络运筹帷幌之中，监控千里之外。

网络摄像机的优点: 1、实时

流畅的效果与高清晰度一直以来都是监控所追求的最高境界，网络摄像机最高0*480的标准VGA格式分辨率和每秒25帧的浏览速度。采用的MJPEG、MPEG4压缩格式使传输所要求的带宽达到最小，而浏览到的图像效果可以与数码摄像机相媲美。

2、易用

网络摄像机使用简便，个人电脑上无论是安装了windows98、Windows2000或WindowsXP又或者是Linux操作系统，只要使用IES.0以上版本的浏览器或

Navigator4.0以上版本的浏览器，就能直接输入网络摄像机的IP地址而达到监控的目的。

3、节省

传统监控设备的安装复杂，铺设线路工序繁琐，安装调试工作量大。网络摄像机却是异常简便，尤其是一些部门、学校、大中小型企业等，只要在其原有的计算机网络的基础上稍微作一下扩充，就能把网络摄像机随意安装，减少了不必要的施工工程和额外的维护，节省了人力和物力。

第三章物理楼数字监控系统的设计

3.1数字监控系统设计难点

要设计一个实时性好、时延小、占用带宽资源低、稳定可靠的数字监控系统，必须解决以下几个方面的技术问题:音视频编解码、网络传输、远端设备控制等，同时还要考虑系统软件的稳定性、易用性、实时性。 (l)音视频编解码

对音视频编解码即对现实世界中的模拟音视频采样、编码、压缩、解压缩。因为未经压缩的图形、视频和音频数据需要非常大的存储容量，例如:一路6MHz的普通电视信号数字化后，其数码率将高达167MbPs，对储存器容量要求很大，占有的带宽将达80MHz左右，这样将使数字信号失去实用价值。数字压缩技术很好地解决了上述困难，压缩后信号所占用的频带大大低于原模拟信号的频带。通过前面的研究、分析得知，采用H.2标准对模拟音视频信号进行编解码，至为重要，这里不再赘述。 (2)网络传输

传统监控系统只能局限于一点，如一座大楼、一个工厂。而随着多媒体通信技术和网络技术的发展，网络监控系统开始出现，能把远处的多媒体信息通过网络实时传送到本地的不同监控点，可使多个不同的部门能同时查看远处的情况。也能使一个部门同时查看远处多个不同地点多媒体信息。

在传统的网络传输中，大都采用点对点的传输方式，这种方式比较可靠，但对于一点向多点传输相同的数据的情况下，这种方式就不能充分利用带宽，使传输的路数受到。例如在一个网络上由100个用户需要接受相同的视频流时，传统的解决方案要么把这一信息分别发送 100次，以便确保需要数据的用户能够得到所需的数据;要么采用广播的方式，在整个网络范围内传送数据，需要这些数据的用户可直接在网络上获取。这些方式都浪费了大量宝贵的带宽资源，特别是网络上只有少数用户需要这些数据时，这种浪费更加明显。IP组播就是为了解决这个棘手问题而开发出来的。

IP组播采用了组地址的概念，把需要视频流数据的用户编入用户组，并利用一些高级的网络协议来确保最经济地利用带宽，把数据通过用户组传递给真正需要的用户。正组播还能减轻服务器的负担，提高视频服务器应用程序的效率，从而性地改变网络的性能，节省大量的网络带宽]。简单来说，组播是一种保存带宽的技术，它采用的方式是把一个单独的信息流同时传送到许多接收者那里，从而减少了网络的流量。

在数字监控系统设计中强调使用正组播技术，把正组播技术作为一种网络层的点对多点传输方式，减少网络流量，提高数据传送效率。 (3)远端设备控制

数字监控系统需要对远端设备，如摄像机、云台、报警检测装置等进行控制。系统的主要控制功能包括:对前端装置执行云台上下俯仰、左右旋转运动;对镜头光圈、聚焦和变倍进行调节控制;对云台运动和镜头设置进行按预置为快速定位;执行摄像机定日一期或定时间巡回扫描等控制操作。 (4)软件设计

随着计算机图形技术的不断发展，Windows操作系统己在PC机的操作系统领域占据主导地位。因此现在的软件必须具备图形化的操作界面。在数字监控系统软件设计中，良好的用户界面能使用户操作更方便，增强产品在市场上的竞争力。由于现在的处理器速度己足够用于实现图像的解压缩工作，大多数监控系统用软件对图像进行解码显示，因此良好的图像解码算法非常重要，它能缩小图像的延迟速度。同时现在的数字监控系统都在一台计算机上实现多路监控地点图像的显示，尽管用现在操作系统的多线程技术比较容易实现，但多线程之间的通讯和线程的开启和停止，系统资源的管理，都是需要十分重视的问题。软件的实现

应采用最新的模块化技术，便于系统升级、扩展和维护，这也是衡量图像监控系统软件的一个重要指标。

3.2设计目标、原则 3.2.1设计目标

(1)建立覆盖物理楼办公及实验区域的数字视频监控系统，实现远程集中监控; (2)应用多媒体技术搭建数字化视频监控平台，实现资源共享、权限管理; (3)具有国内领先水平，易操作、易维护。

3.2.2设计原则

(l)总体设计，分步实施

在保证系统完整性、合理性的前提下，系统分步实施，避免一次性投入资金过大。 (2)系统高可用性

系统点多面广，采取区域集中、就近接人原则。保证系统的完整性、合理性、可实施性。便于发挥网络优势、充分利用网络资源。 (3)系统可靠性

所有硬件产品均为成熟稳定的产品，够长时间稳定可靠工作。在实现无人职守和远程配置的情况下，系统能够长时间稳定可靠工作。 (4)系统先进性

系统设计采用全面数字化和网络化的方式，代表网络视频监控系统的发展方向。为用户图像监控提供一个网络操作平台。 (5)系统可扩充性

只需前端设置采集工作站和必要的图像采集设备，即可加入网络，无需增加监控中心投资。 (6)系统实时性

图像传输整体时延小于1秒、图像浏览与回放不少于25帧/秒(PAL)。 3.3.3设计步骤

①根据设计原则，确定系统的组成及设备配置;

②根据建筑平面及各部分的使用功能，确定摄像机和其他设备的设置地点; ③根据监视目标和环境条件，确定摄像机类型及防护措施; ④根据摄像机分布及环境条件确定传输电缆的线路路由;

⑤根据摄像机配置的数量及摄像机与监视器数量配置的比例确定监视器的数量(注意摄像机与监视器的数量配置应有恰当的比例，比例太大，画面切换时间过长，不易及时发现问题，比例太小，设备增多，不经济);

⑥根据摄像机和监视器的数量确定控制设备的输入、输出的最少路数，选择控制设备。 3.2.4设备选择

1)摄像部分

①摄像机的选择

电荷藕合器件(CCD)固体摄像机具有体积小、重量轻、寿命长、不受电磁干扰、抗震动、灵敏度高和极好的图像再现性等优点，在要求较高的场合和重点考虑体积、重量的情况下，应首选CCD摄像机。可从灵敏度、清晰度、性价比等方面考虑，宜采用黑白摄像机，当需要观察色彩信息时，可采用彩色摄像机。

选择摄像机还应考虑监视目标的照度，根据不同的环境照度选择不同灵敏度的摄像机。 ②摄像机镜头的选择

摄取固定监视目标时，可选用定焦距镜头;当需要改变监视目标的观察视角或视角范围较大时，宜采用变焦距镜头。

③防护罩及云台

根据工作环境应选配相应的摄像机防护罩。防护罩可根据需要设置调温控制系统和遥控雨刷等。

当一台摄像机需要监视多个不同方向的场景时，应配置自动调焦装置和遥控电动云台。 2)显示与记录部分

根据实际需要选择黑白或彩色监视器。根据对图像质量的要求并考虑价格因素选择监视、接收两用机和专用监视器，专用监视器的图像质量好，但价格比监视接收两用机的价格高。监视器屏幕大小根据观看距离远近而定，一般选择观看距离为屏幕对角线尺寸的4~6倍为宜。对于有特殊要求的系统，可采用多幅画面、大屏幕或投影显示方式。

在录像机的选择上，应注意录像机输入、输出信号，视、音频指标均应与整个系统的技术指标相适应。

3)控制部分.

①控制设备的功能

视频切换控制器应能手动或自动编程，对摄像机的各种动作进行程控，并能将所有视频信号在指定的监视器上进行固定或时序显示，在画面上应有摄像机的编号、部位、地址和时间、日期显示。视频切换控制器应有与报警控制器联网的接口，报警发生时切换出相应部位的摄像机图像，并能记录和重放。

②控制器输入、输出路数的确定

根据系统中摄像机的数量和监视器的数量决定控制器输入路数和输出的路数，一般控制器输入路数应大于摄像机的数量，控制器输出的路数应大于监视器的数量，为今后扩展留有余地。

4)传输部分

系统采用设备和部件的视频输入和输出阻抗以及电缆的特性阻抗均应为频设备的输入、输出阻抗应为高阻抗或600Q。若要保持视频信号优质传输SYV-75-3电缆不宜长于50m，SYV-75-5电缆不易长于100m，SYV-75-7电缆不宜长于400m，SYV-75-9电缆不宜长于600m。 3.3系统设计

物理楼数字监控系统采用网线传输的数字监控方式。系统分为前端采集设备和集中监控系统。监控前端主要由摄像机系统、监控工作站等主要设备组成。主要完成图像的采集、压缩编码和传输、摄像机的控制、图像的实时监控，录像的存储、检索、回放、备份、恢复等工作;集中监控系统主要由总控工作站、图像存储系统、监视客户终端等组成。主要完成现场图像接收，用户登录管理，优先权的分配，控制信号的协调，图像的实时监控，录像的存储、检索、回放、备份、恢复等。所有远端的视频采集信号通过监控工作站进行编码并根据要求发送到局域网上。总控站、监视客户终端，接收监控工作站的视频图像信号并进行解码还原，实现总控中心对监控远端的指挥功。 3.3.1物理楼监控工程现场情况勘察及布线分析报告

该物理大楼数字视频监控系统共设计13台摄像机，设计在大楼的各类进出口(例如主出入大厅和门口停车场等)、大楼内部的主要走廊，安装摄像机进行现场实时监视录像，以保证大楼门卫可以有效地杜绝隐患或发生突发事件时可以及时处理。在大楼门口设置无线球型红络摄像机1台，用于监控人员及车辆的出入情况，一楼门厅设计一体化球机1个，因为这个地区是大楼内人群集散地，进行监视和合理的干预对保证物理楼秩序和人群流动安全有积极的作用。并与周界报警系统联动控制，一旦有入侵报警信号发生，摄像机将自动旋转至报警区域，自动跟踪监控，同时在监控中心，系统将自动切换报警现场画面至指定监视器，硬盘录像机进行实时录像。该物理楼的数字监控系统1到5楼都采用网线传输，大厅

和门口分别采用的电力猫系统及无线监控系统，监控中心放在一楼门房，所以每楼的网线都要通过电工房到门房，可供传送视频信号之用。1楼a段到门房之间的距离为15米。1楼b段距门房约为25米，之间可以布线。之前该楼走的是视频线，需要重新布线，因该楼早已装修过，且该系统布线走的是暗线，施工有一定难度，所以都要通过接掉天花板来布线，通过一楼电工房然后到门房监控中心，2、3、4、5楼也已同样的方式布置网线从监控地点到一楼电工房再到门房监控中心，因为大厅和门口分别采用的是电力猫系统，和无线监控系统只需电源线传输，无需布置网线。 3.3.2工程总述、设计思想和依据

以下方案是在综合考虑了用户的实际情况和工程现场情况勘察报告后做出的。本设计方案的设计目的是要把用户单位的报警指挥中心建设成具有相当高的先进技术、数字化、可扩展的、切实有效的一道防范屏障。本方案在设计时综合考察了当今流行的数种数字监控体系结构，结合用户单位具体实际情况，本着适度超前、一流设计性价比优先的设计理念。 本设计方案遵循以下标准

1、《北京市工业、民用建筑电器设施设计安装规范》

2、《北京市安全防范系统工程设计规范》

3.3.3系统架构

把前端摄像系统的模拟视频信号通过视频捕捉卡采集进来、用H.2编码，转换为数字信号，通过必要的网络接入设备，同远端(总控工作站或分控工作站、视频WEB服务器)建立应答通讯关系，在远程客户端进行图像解码、还原，从而实现远程集中控制和IE浏览。物理楼数字监控系统架构示意图如图3.1所示。

从原理图中可见，整个系统分为:前端摄像部分，中间信号传输部分，后端控制、显示及记录部分。系统以中心控制部分即后端控制、显示及记录部分为核心，汇集前端摄像机信号并进行数字处理及显示，构成一个完整的电视图像监控系统，实现图像预览、录像。考虑现场实际情况，我们设计系统前端采用全天候高清晰度彩色摄像机，视频传输采用网线的传输方式，控制信号传输也采用网线传输，控制系统采用数字化硬盘录像机控制，显示器实时显示监控系统信息;采用数字化硬盘录像主机进行录像，可以实现循环录像，并方便检索回放。

3.3.4硬件设备

虽然视频监控系统会因为应用的范围等关系在结构和组成上存在一些差异，但作为同一类系统，它们的结构和组成上又有很多的相似之处。根据视频监控系统各部分功能的不同，将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。 (l)表现层

表现层是我们最直观感受到的，它展现了整个视频监控系统的品质。如监控电视墙、监视器、高音报警喇叭、报警自动驳接电话等等都属于这一层。 (2)控制层

控制层是整个视频监控系统的核心，它是系统科技水平的最明确体现。通常我们的控制方式有两种—模拟控制和数字控制。模拟控制是早期的控制方式，其控制台通常由控制器或者模拟控制矩阵构成，适用于小型局部安防监控系统，这种控制方式成本较低，故障率较小。但对于中大型安防监控系统而言，这种方式就显得操作复杂且无任何价格优势了，这时我们更为明智的选择应该是数字控制。数字控制是将工控计算机作为监控系统的控制核心，它将复杂的模拟控制操作变为简单的鼠标点击操作，将巨大的模拟控制器堆叠缩小为一个工控计算机，将复杂而数量庞大的控制电缆变为一根串行电话线。它将中远程监控变为事实、为Internet远程监控提供可能。但数字控制也不是那么十全十美，控制主机的价格昂贵、系统可能出现全线崩溃的危机、控制较为滞后等等问题仍然存在。 (3)处理层

处理层或许应该称为音视频处理层，它将从传输层送过来的音视频信号加以分配、放大、分割等等处理，有机的将表现层与控制层加以连接。音视频分配器、音视频放大器、视频分割器、音视频切换器等等设备都属于这一层。 (4)传输层

传输层相当于视频监控系统的血脉。在小型安防监控系统中，我们最常见的传输层设备是视频线、音频线，物理楼监控系统采用的网线传输，大多数人在数字视频监控上存在一个误区，他们认为控制层使用的数字控制的视频监控系统就是视频安防监控系统了，其实不然，纯数字安防监控系统的传输介质一定是网线或光纤。信号从采集层出来时，就己经调制成数字信号了，数字信号在目前已趋成熟的网络上跑，理论上是无衰减的，这就保证远程监控图像的无损失显示，这是模拟传输无法比拟的。当然，高性能的回报也需要高成本的投入，这是数字视频监控系统无法普及最重要的原因之一。 (5)执行层

执行层是我们控制指令的命令对象，在某些时候，它和我们后面所说的支撑层、采集层不太好截然分开，我们认为受控对象即为执行层设备。比如:云台、转台、镜头、解码器等等。

(6)支撑层

顾名思义，支撑层是用于后端设备的支撑，保护和支撑采集层、执行层设备。它包括支

架、防护罩等等辅助设备。 (7)采集层

采集层是整个视频监控系统品质好坏的关键因素，也是系统成本开销最大的地方。它包括镜头、摄像机、报警传感器等等。

本系统的硬件包含以上七层所涉及到的设备:计算机、编码器、解码器、摄像机、镜头、云台、防护罩等。就其中的关键设备进行如下设计:

(l)监控工作站

监控工作站是模拟视音频数据数字化的关键设备，要求性能好、图像处理能力强。本系统监控工作站选用华北工控工业加固PC，其主要配置如下:INTEL PIV2.4GA的CPU，256MB DDR内存、40G ATA100硬盘、 ATIR7000VE(32MB)显示卡和Osp rey100/200视频采集卡。

(2)摄像系统

摄像系统是图像采集的直接设备，也是整个视频监控系统品质好坏的关键因素。因此，要求成像器件捕捉能力强，色彩自然，具有智能补偿等功能。根据监控点性质的不同，选用不同的摄像机。该物理楼监控系统采用的摄像机如下：

这种是普通红络摄像机，安装在1到5楼每个楼道，是定点监控，具体参数，指标，见如下表格： 项目 参数内容 CCD模块 镜头 视频 视频制式 视频压缩方式 帧率 具体指标 1/3SONY CCD,420线（选配，可选配1/3Sony CCD,520线等） 自动白平衡、电子快门、自动光圈、自动增益控制、自动背光补偿 支持NTSC或PAL格式 H.2编码 25帧/秒（PAL格式），30帧/秒（NTSC制式）,向下可调 图像调节 支持分辨率 亮度、对比度、色度、饱和度、图像质量调节 PAL格式 D1：704*576（高清晰）、HalfD1:704*288、CIF:352*240 NTSC格式 D1：704*480（高清晰）、HalfD1：704*240、CIF：352*240 画面延迟 音频 音频输入（选配） 音频输出（选配） 音频压缩标准 网络接口 支持协议 网络 动态域名 网络监控方式 报警 触发事件 报警输入接口 报警输出接口 控制 选配

小于200毫秒（局域网） 麦克风输入或线性输入 线性输出 G.722 RJ-4510/100M自适应 HTTP、TCP/IP、UDP、DNS、DDNS、DHCP、FTP、SNMP 内置动态域名客户端，配置成为二级域名方便动态IP用户使用 IE浏览、配置、升级 触发条件：时间/报警输入/视频移动侦测/视频丢失/视频遮挡动作 1路报警输入（开关量检测） 1路继电器报警输出（1A 120VAC 1A 24VDC） 一个RS-485端口，支持透明通道传输

这是红外球形一体化网络摄像机，安装在一楼大厅，主要性能指标如下：

项目 参数内容 旋转 旋转范围 转动速度 CCD模块 镜头 视频 视频制式 视频压缩方式 帧率 图像调节 具体指标 水平：0~3550/垂直：0~900，最小水平转角：200 水平/垂直：200/S、60/S 1/3SONY CCD,420线（选配，可选配1/3Sony CCD,520线等） 自动白平衡、电子快门、自动光圈、自动增益控制、自动背光补偿 支持NTSC或PAL格式 H.2编码 25帧/秒（PAL格式），30帧/秒（NTSC制式）,向下可调 亮度、对比度、色度、饱和度、图像质量调节 支持分辨率 PAL格式 D1：704*576（高清晰）、HalfD1:704*288、CIF:352*240 NTSC格式 D1：704*480（高清晰）、HalfD1：704*240、CIF：352*240 音频 音频输入 音频输出 音频压缩标准 网络接口 性能 网络 动态域名 网络监控方式 报警 触发事件 报警输入接口 报警输出接口 存储 SD卡存储 其它 系统组成 输入电压 功率 麦克风输入或线性输入 线性输出 G.722 RJ-4510/100M自适应 输出帧率最大为30fps，网络带宽占用最小为32Kbps 内置动态域名客户端，配置成为二级域名方便动态IP用户使用 IE浏览、配置、升级 触发条件：时间/报警输入/视频移动侦测/视频丢失/视频遮挡动作 1路报警输入（开关量检测 1路继电器报警输出（1A 120VAC 1A 24VDC） SD卡存储接口，支持16GSD卡存储 高性能DSP，实时嵌入式Linux操作系统（Vxworks） DC12V/2A 20W 3.3.5系统软件功能

系统软件功能主要包括监控工作站、监控中心和监控服务器(视频WEB服务器)三部分功能。监控工作站主要完成图像的采集、压缩编码和传输、摄像机的控制、图像的实时监控，录像的存储、备份等工作;监控中心主要完成现场图像的实时监控与历史存储;监控服务器主要完成用户登录及权限管理、数据备份、提供WWW服务等。 （1）监控工作站系统功能

l)音视频全实时同步:每台主机4路/6路全实时(延迟不超过1秒)同步视音频采集、压缩、存储、网络传输、显示;每路25帧砂，标准分辨率 352X240，最大分辨率704*576;回放时也可达每路25帧砂，不丢帧，可放大至全屏，可以局部细节无放大。

2)节省存储空间:采用H.2算法，压缩比最高可达1:500，每路每小时只需60一15OM硬盘空间(包括视音频)，网络传输所需带宽K~512K可调。此外实现了动态检测功能，图像动则录，不动则不录。

3)镜头、云台控制:支持镜头的光圈、焦距、景深三可变控制;支持云台的全方位控制;在监控工作站和网络分控终端均可进行控制。

4)安全管理:重要操作均需权限密码验证，防止无关人员观看、删除、修改图像资料;未经授权的人无法远程访问。

5)智能应用:按时间段定时录制;图像有动态检测功能;压缩比、画质、码流可调整。 6)界面友好:全中文图形界面，简单实用，易于操作;可在画面上叠加地点、时间信息。

（2）监控中心系统功能

l)同时接收网络内部任何一个监控点的音视频数据，可实现1、4、9、16画面分割多画面监看;

2)监控工作站和监控中心可以是一对一、一对多、多对一、多对多; 3)支持组播功能; 4)支持多用户多级别管理;

5)可以远程监看、检索现场资料、根据需要存储正在观看的监控点数据; 6)经过等级授权能控制任何一个监控点的云台及镜头; 7)可以所有路或单路全屏显示，可以接大屏幕投影或背投

8)采用树形结构组织各监控点，操作方便;具有良好的可扩放性，不受监控点数目的。 （3）监控服务器系统功能

l)可以将前端监控点的音视频数据存储在服务器上，用户可以点播存储在服务器上的历史资料;提供基于网页的历史资料的检索、查询、浏览功能;

2)提供WWW服务，使授权用户在网络与服务器相连的任何地方都可以通过wWW方式实时察看监控点情况;

3)提供用户认证和多级权限控制;

4)对于不支持组播的网络环境，提供组播代理功能，转发音视频组播数据流; 5)提供网络备份功能，确保数据的完整性和安全性。

第四章物理楼数字视频监控系统的施工、调试与运行

4.1系统施工设计

监控系统的工程施工必须严格执行国家现有的标准和规范，监控系统的施工、安装与调试过程是一个比较复杂和细致的工程，科学、合理的施工、安装与调试是决定整个系统质量的关键，也是工程顺利进行的必要保证。鉴于以上原因，在施工前必须做出实施计划。 4.1.1实施计划 (l)了解学院需求 (2)现场勘察 (3)设计方案

(4)方案会审并确定最终方案。 (5)施工人员进入现场施工。 (6)系统分部、联机调试，清理现场。 (8)系统工程验收，交付学院使用。 4.1.2施工人员

现场负责人（王老师）:负责对该工程项目的全面组织、领导、协调工作；负责施工人员的组织调配工作；合理安排工程施工顺序与工期，确保工程按期按质顺利完成。

技术人员（学生）：负责工程中的技术管理工作;协助现场负责人协调施工顺序;解决工程施工工程中出现的技术问题;负责工程图纸、资料、设备器材的说明书、合格证的保管工作；负责工程质量的监督检验工作:负责工程器材、线材、辅材、工具的登记、保管、发放工作；负责布线、安装，调试等具体工作。 4.2系统工程调试 4.2.1一般规定

1.系统调试，应在建筑内部装修和系统施工结束后进行。

2.系统调试前，应具备设备平面布置图、接线图、安装图、系统图以及其他必要 的技术文件。

3.调试负责人员必须由有资格的专业技术人员担任，所有调试人员应职责明确。

4.调试前应按设计要求查验设备的规格、型号、数量、备品备件等。 5.设备在通电前要注意供电的电压、极性、相位等。

6.检查系统的施工质量。对属于施工中出现的问题，应会同有关单位协商解决， 并有文字记录。

7.检查系统线路，对于错线、开路、虚焊、短路等应进行处理。 4.2.2系统调试

1.系统摄像机监控的范围要达到公共安全防范的需要和设计要求，调整聚焦和后靶面，使控制面、清晰度、灰度等级等达到系统技术指标。在调整时要注意有足够的照度和必要的逆光处理等。摄像机云台和镜头的遥控功能要能调整到应有的范围。要注意避免遥控延迟和机械冲击等不良现象;

2.视频控制矩阵的调整，通过调整操作程序的软件，达到设置功能正常，切换功能正常，字符叠加功能正常，云台镜头遥控功能正常和其他功能正常; 3.检查系统的技术指标是否符合有关规定;

4.检查摄像机与镜头的配合、控制和功能部件(如云台、变焦、光圈及防护罩等)的技术状态是否合理、正常，是否有明显逆光现象;

5.检查主机操作是否正常，并按正式设计方案达到相关功能要求;- 6.检查记录图像的回放质量是否达到可用图像的要求;

7.检查图像显示画面上是否叠加标明摄像机位置、时间、日期等字符。

8.检查系统与计算机集成系统的联网接口以及该系统对视频监控系统的集中管理和控制能力。

4.3基本操作步骤 (1)如何搜索网络摄像机

确认网络摄像机已经接入网内；连接电源，正常情况下在5秒内网络连接指示灯（橙色）亮；使用附带软件包里的Camera Search网络摄像机搜索软件进行设备的IP查询（此软件只适用于与电脑同一个局域网内的设备），点击“Camera Search”软件的“Search”，在局域网内所有网络摄像机IP（设备类型为SERVER）便会显示在列表中；网络摄像机默认IP为192.168.1.19，子网掩码为255.255.255.0；选中需要更改的IP网络摄像机，点击“修改参数”进行IP和其它网络参数的修改，可以将网络摄像机与当前电脑改为同一网段，以便访问；修改完参数后点击“确定”——“重启设备”，使网络摄像机重新初始化系统网

络参数；服务器名称为设备的名字，比如可以改为“一楼大厅”一楼a段b段等等。IP更改时不能与网内其它设备的IP地址冲突。 （2）首次登陆

如果通过Camera Search软件对网络摄像机IP进行了修改，直接可在IE浏览器中输入更改后的地址，如果未更改网络摄像机的IP地址，请将用户的计算机IP地址改为网络摄像机相同的网段，默认IP地址为192.168.1.19，子网掩码为255.255.255.0，打开IE浏览器，在地址栏输入网络摄像机的IP地址，回车后，弹出登陆画面，如下图所示

点击“下载安装控件”，按照提示安装网页浏览控件，安装完毕后，输入默认用户名“888888”，输入默认密码“888888”，点击“确定”进入系统画面； （3）功能设置

进入界面，对设备名称、序列号、时钟同步、用户管理基本参数进行设置，还要对网络参数/IP地址及端口/静态地址等进行设置 4.4系统运行

目前系统已经投入使用，运行效果良好。附部分图片