高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的原理及組成

高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的原理及組成高清監(jiān)控系統(tǒng)主要由：前端圖像采集編碼、高清傳輸、高清存儲、高清解碼顯示、擴展應(yīng)用等。前端采集前端可采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機或者高清數(shù)字?jǐn)z像機+高清編碼器的方式，可選擇130W萬、200萬高清攝像機、高清編碼器。高清傳輸必須滿足高清碼流的傳輸帶寬。高清存儲支持提供高清圖像，視頻數(shù)據(jù)的存儲，可采用NVR、IPSAN、SVR等設(shè)備實現(xiàn)。高清解碼顯示可選擇DH嵌入式高清解碼器、SNVD軟解碼服務(wù)器。擴展應(yīng)用高清的擴展應(yīng)用，例如智能分析、車牌識別等，更高的分辨率能夠帶來擴展應(yīng)用1.1系統(tǒng)工作原理全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，是基于計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)字壓縮技術(shù)及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將現(xiàn)場的影像通過前端數(shù)字采集設(shè)備（IP攝像機）采集并進行數(shù)字壓縮，生成數(shù)字信號，再通過網(wǎng)絡(luò)將這些圖像數(shù)據(jù)包傳送至后端的存儲設(shè)備（NVR或者SVR），在硬盤中生成按一定規(guī)則約定的圖像文件。原理示意如下所示：通過網(wǎng)絡(luò)上傳的圖像數(shù)據(jù)包也可以直接通過數(shù)字解碼設(shè)備（如DH-NVSXX04DF），將這些圖像數(shù)據(jù)包還原成模擬圖像，輸出至大屏進行圖像顯示。原理示意如下所示：1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)我公司對于全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，有著從前端（IP攝像機）到后端（存儲、硬解碼及大屏幕顯示系統(tǒng)）一系列的產(chǎn)品。一套全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)由前端IP攝像機、中間的網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)和后端的存儲，管理平臺及顯示系統(tǒng)組成。1.1.1前端攝像機部分A、網(wǎng)絡(luò)攝像機組成網(wǎng)絡(luò)攝像機一般由鏡頭、圖像傳感器、聲音傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、圖像、聲音控制器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、外部報警、控制接口等部分組成。鏡頭作為網(wǎng)絡(luò)攝像機的前端部件，有固定光圈、自動光圈、自動變焦、自動變倍等種類，與模擬攝像機相同。圖像傳感器有CMOS和CCD兩種模式。CMOS既互補性金屬氧化物半導(dǎo)體，而CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，下圖為網(wǎng)絡(luò)攝像機的結(jié)構(gòu)圖：通過CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來實現(xiàn)基本的功能。這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。CMOS針對CCD最主要的優(yōu)勢就是非常省電。不像由二級管組成的CCD和CMOS電路幾乎沒有靜態(tài)電量消耗。這就使得CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右。網(wǎng)絡(luò)攝像機作為網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品的新興代表,具有其自身的優(yōu)勢那就是使用便捷。CCD圖像傳感器由在單晶硅基片上呈二維排列的光電二級管及其傳輸電路構(gòu)成。光電二極管把光轉(zhuǎn)化成電荷，再經(jīng)轉(zhuǎn)化電路傳送和輸出。A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將圖像和聲音等模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的圖像、聲音數(shù)字信號，按一定的格式或標(biāo)準(zhǔn)進行編碼壓縮。編碼壓縮的目的是為了便于實現(xiàn)音/視信號與多媒體信號的數(shù)字化，便于在計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)以及萬維網(wǎng)上不失真地傳輸上述信號?？刂破魇蔷W(wǎng)絡(luò)攝像機的心臟，它肩負(fù)著網(wǎng)絡(luò)攝像機的管理和控制工作。如果是硬件壓縮編碼，控制器是一個獨立部件；如果是軟件編碼壓縮，控制器是運行編碼壓縮軟件的DSP，即二者合而為一。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供網(wǎng)絡(luò)攝像機的網(wǎng)絡(luò)功能，它采用RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，允許用戶從自己的PC機使用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)攝像機的IP地址對網(wǎng)絡(luò)攝像機進行訪問，觀看實時圖像，及控制攝像機的鏡頭和云臺等。網(wǎng)絡(luò)攝像機為工程應(yīng)用提供了實用的外部接口，如控制云臺的485接口，用于報警信號輸入輸出的I/O口。如紅外探頭發(fā)現(xiàn)有目標(biāo)出現(xiàn)，發(fā)報警信號給網(wǎng)絡(luò)攝像機，網(wǎng)絡(luò)攝像機自動調(diào)整鏡頭方向并實時錄像；另一方面，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)攝像機偵測到有移動目標(biāo)出現(xiàn)時，亦可向外發(fā)出報警信號。B、網(wǎng)絡(luò)攝像機的特點遠程實時監(jiān)控利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，經(jīng)過數(shù)字化并壓縮后的圖像數(shù)據(jù)可以達到網(wǎng)絡(luò)能到達的地方，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。全面開啟數(shù)字化時代DVR即數(shù)字硬盤錄像主機，要基于已經(jīng)大量安裝的模擬監(jiān)控攝像機等把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再進行存儲和處理。而網(wǎng)絡(luò)攝像機內(nèi)建有Webserver和CCD，可以將數(shù)字化的視頻信號轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)通信傳輸協(xié)議（TCP/IP協(xié)議）的數(shù)據(jù)流，遠端的應(yīng)用優(yōu)勢。即插即用、隨時隨地?zé)o須像模擬攝像機一樣必須安裝同軸電纜，只要利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)就可以使用。網(wǎng)絡(luò)攝像機可以廣泛應(yīng)用在世界的任何角落，進行實時連續(xù)地傳輸圖像，甚至可以在那些不適宜布線的環(huán)境中，使用無線寬帶網(wǎng)絡(luò)完成遠端監(jiān)控及錄影。靈活集成只要有網(wǎng)絡(luò)接口即可隨時接入網(wǎng)絡(luò)攝像機，RS232/RS485通訊口便于擴展周邊設(shè)備。結(jié)束隔行掃描時代模擬攝像機最多可以提供4CIF級別的分辨率，也就是40萬像素左右，因為模擬攝像機的技術(shù)原因，采用的是隔行掃描的成像方式，成行掃描可以利用不高的帶寬實現(xiàn)更好的視覺效果-刷新率更高，人的視覺效果舒服些。隔行掃描的成像采用奇數(shù)場+偶數(shù)場相加得到一幀圖像，當(dāng)圖像中有激烈運動目標(biāo)，會表現(xiàn)成“鋸齒”或模糊的現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)攝像機采用逐行掃描，每一幀圖像均是由電子束順序地一行接著一行連續(xù)掃描而成，這種掃描方式稱為逐行掃描。要得到穩(wěn)定的逐行掃描圖像，每幀圖像必須掃描整數(shù)行。舉例來說，一幀圖像是連續(xù)掃描625行組成的，每秒鐘共掃描50幀圖像，即幀掃描頻率為50幀/秒。以太網(wǎng)供電節(jié)省成本、提高穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)攝像機使得通過網(wǎng)線對攝像機供電成為可能，人們不再需要為攝像機單獨加電源。801.3標(biāo)準(zhǔn)的POE方式已經(jīng)得到驗證并成功應(yīng)用，過去，人們是不敢想象用小小的網(wǎng)線完成對攝像機的供電的，這個技術(shù)為人們帶來便利同時節(jié)約的成本。POE方式的另外一個好處是，由于電源集中采自機房的交換機，這種集中的供電方式可以保證電源的穩(wěn)定性。百萬像素高分辨率受制于傳統(tǒng)模擬攝像機本身技術(shù)限制，其最高分辨率可以達到40萬像素，但是，網(wǎng)絡(luò)攝像機可以達到百萬像素級，百萬像素給人們帶來的好處是：更多的細節(jié)、更大的角度。更多的細節(jié)，意味著我們可以分得清車牌號碼，人臉；更大的角度，我們可以減少普通模擬攝像機的安裝便可以覆蓋更大的范圍。在本項目中金庫，柜臺，ATM現(xiàn)金填送處，檔案室，憑證庫和保險柜等重點區(qū)域建議使用百萬像素數(shù)字?jǐn)z像機。智能視頻分析置于前端，結(jié)構(gòu)更合理如今人們已經(jīng)基本認(rèn)同智能視頻分析單元置于前端的好處了。早期的視頻分析工作，復(fù)雜而繁重，因此都是基于后端服務(wù)器的CPU，此方式的弊端在于，需要實時傳輸視頻給服務(wù)器，服務(wù)器再進行繁重的分析工作，過分集中的方式導(dǎo)致的問題是帶寬、存儲的浪費；而前端分散智能，利用網(wǎng)絡(luò)攝像機內(nèi)置分析單元，直接對未壓縮的視頻進行分析，發(fā)現(xiàn)異常觸發(fā)報警-改變幀率及分辨率并通知視頻控制終端。更好的集成音頻音頻錄制乃至雙向錄音已經(jīng)成為比較廣泛的需求了，對于模擬系統(tǒng)，實施比較困難并且需要單獨增加設(shè)備；而對于網(wǎng)絡(luò)攝像機，此工作變得非常容易，人們可以進行音頻錄制，并自動合成同步的音視頻文件，可以實現(xiàn)雙向語音對講，相當(dāng)于免費的PA系統(tǒng)，而一切變得非常簡單，實現(xiàn)真正的VOIP,音頻VOICE，視頻VIDEO都網(wǎng)絡(luò)化了。高的安全性傳輸在模擬時代，模擬信號通過銅纜傳輸，然后利用矩陣進行純粹電信號的切換，這種與數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系不大的方式使得信號的加密變得不可能（VCR磁帶的不可篡改是另外一回事）。最糟糕的情況是可能前端攝像機已經(jīng)被調(diào)包了但是控制中心人員還沒發(fā)覺。網(wǎng)絡(luò)攝像機的視頻遮擋、視頻丟失告警功能，視頻加密功能、權(quán)限管理等功能可以更好的防止這類問題。結(jié)構(gòu)靈活，成本更低對于模擬監(jiān)控系統(tǒng)，工程設(shè)計及施工人員最頭疼的是剛剛建設(shè)完成的系統(tǒng)需要擴容升級。此時，需要考慮的問題很多，核心矩陣的位置，線纜的鋪設(shè)，電源、分控的位置，前端攝像機的位置及距離，傳輸及供電方式等等，受制于諸多因素的根本原因在于模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不靈活。對于網(wǎng)絡(luò)攝像機，讓這些問題統(tǒng)統(tǒng)見鬼去吧，只要網(wǎng)絡(luò)是通的，不管你的攝像機位置如何，系統(tǒng)都沒有限制，另外，由于信號基于IP包的，因此視頻不會因為位置或路由而質(zhì)量下降。但是傳統(tǒng)的矩陣級聯(lián)可能碰到明顯的問題。集中管理、節(jié)約成本無需專人管理，即插即用，無距離限制，又可省去布線的環(huán)節(jié)，節(jié)約了成本。C、網(wǎng)絡(luò)攝像機的優(yōu)勢網(wǎng)絡(luò)攝像機能在世界的任何一個角落通過Internet進行遠端監(jiān)控之外，通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控也可以有效地降低成本，它的“即插即用”功能，無須像模擬攝像機一樣必須安裝同軸電纜、控制電纜、音頻線等問題。只要利用網(wǎng)絡(luò)就可以使用，這都是網(wǎng)絡(luò)攝像機的優(yōu)勢之處。除了具有這個特點外，還有以下幾大優(yōu)勢：先進性利用現(xiàn)有的綜合布線網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像，進行實時監(jiān)控系統(tǒng)所需的前端設(shè)備少，連線簡潔，后端僅需一套軟件系統(tǒng)即可。可靠性主要設(shè)備網(wǎng)絡(luò)攝像機采用了嵌入式實時操作系統(tǒng)，所需設(shè)備簡單，而圖像的傳輸是通過綜合布線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的，系統(tǒng)可靠性相當(dāng)高。性能價格比所需設(shè)備極其簡單，系統(tǒng)的控制由后端的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)，省去了傳統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)中的大量設(shè)備，如昂貴的矩陣、畫面分割器、切換器、視頻轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)的主機等。由于圖像的傳輸通過綜合布線網(wǎng)絡(luò)，省去了大量的視頻同軸電纜，降低了費用。安全性系統(tǒng)設(shè)置了不同等級的使用者權(quán)限，僅有最高級權(quán)限的用戶才可對整個系統(tǒng)進行設(shè)置或更改，沒有權(quán)限的用戶是接收不到圖像的。另外，圖像數(shù)據(jù)的存儲是專有的格式。使用及維護性系統(tǒng)的安裝極其簡單，軟件系統(tǒng)的安裝及使用也非常易懂。在維護性方面，系統(tǒng)的接線十分簡潔，而主要設(shè)備的可靠性很高，維護性能好，而且可實現(xiàn)遠程維護。擴展及延伸性當(dāng)需要增加監(jiān)控點和監(jiān)控主機時，只需要通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)增加一臺攝像機或PC機即可，不需要對現(xiàn)有布線系統(tǒng)做什么改動。應(yīng)用范圍廣闊區(qū)域性監(jiān)控，利用網(wǎng)絡(luò)傳送實時圖像，如辦公室、大樓等；跨區(qū)遠端監(jiān)控，連鎖事業(yè)、大型工廠機房、遠端老人、兒童看護、公共建筑、無人環(huán)境監(jiān)控、金融機構(gòu)分行監(jiān)控、交通監(jiān)管、錯誤警報辯識等。1.1.2網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)主要實現(xiàn)前端網(wǎng)絡(luò)攝像機及前端存儲設(shè)備NVR和中心管理子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)和圖像信息的傳輸，包括中心管理子系統(tǒng)對前端設(shè)備到控制、設(shè)置和維護等。該傳輸網(wǎng)絡(luò)可以采用光纖通訊、數(shù)據(jù)專線、寬帶網(wǎng)絡(luò)、光纖網(wǎng)絡(luò)、無線GPRS/CDMA/3G等方式。1.1.3中心管理系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)訪問前端監(jiān)控點的實時圖像，可隨意查看任一圖像。通過網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議進行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。監(jiān)控中心可對所轄的各前端設(shè)備進行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，中心可以進行圖像顯示、語音對講、遠程電氣設(shè)備的開關(guān)控制、遠程控制報警系統(tǒng)布撤防區(qū)，以及遠程錄像數(shù)據(jù)下載、打印、刻錄錄像數(shù)據(jù)用。在監(jiān)控中心都能夠?qū)λ斜O(jiān)控點圖像進行集中存儲和檢索，同時支持統(tǒng)一的管理。在監(jiān)控中心電視屏幕墻上能實時監(jiān)控所轄網(wǎng)點的現(xiàn)場圖像監(jiān)控情況。通過操作實時監(jiān)控到前端的任一路圖像，電視屏幕墻按各功能區(qū)域等方式進行分類顯示，對各分類畫面進行實時分割監(jiān)控，并可隨時進行視角切換。對各個監(jiān)控環(huán)節(jié)尤其是一些重點部位等進行定點監(jiān)視，其它畫面可進行分割顯示或輪巡顯示。監(jiān)控中心可通過網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控到所有前端任何地方的突發(fā)事件報警信息，如劫警、盜警和事件糾紛等，當(dāng)某處發(fā)生報警警情時，報警信息自動上傳到監(jiān)控中心，同時與報警信號聯(lián)動的現(xiàn)場圖像同時傳送到監(jiān)控中心并在屏幕上自動彈出顯示并進行中心錄像，在電子地圖上明顯顯示報警的位置，同時有聲音、圖像或燈光告警。遠程雙向語音對講功能：用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程雙向語音對講功能和語音廣播功能，即是總監(jiān)控中心可主動向任意一區(qū)域進行廣播，同時監(jiān)控中心顯示與前端對講監(jiān)控點的圖像。在分控端上可根據(jù)中心授權(quán)實現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)的維護管理（包括參數(shù)設(shè)置、資料下載、光盤刻錄等）。在相關(guān)職能部門（工會、人事等）等授權(quán)人員能通過辦公室電腦實現(xiàn)對全轄網(wǎng)點實時圖像及錄像資料的調(diào)閱。原有的監(jiān)控報警管線保持不變，且整合到新建設(shè)的報警系統(tǒng)中進行遠程控制。在充分利用原有硬件的基礎(chǔ)上，以最小的投資完成最好的系統(tǒng)改造。