第八章小型視頻監控系統8.1基本結構

8.2發展歷史8.3監控前端8.4視頻傳輸8.5視頻存儲8.6視頻顯示8.1基本結構

監控系統是由攝像、傳輸、控制、顯示、記錄登記5大部分組成。8.2發展歷史

從技術角度出發，視頻監控系統發展劃分為第一代模擬視頻監控系統(CCTV)，到第二代基于“PC+多媒體卡”數字視頻監控系統(DVR)，到第三代完全基于IP網絡視頻監控系統(IPVS)。2011年中國視頻監控行業總體市場規模達到230.4億元人民幣，同比增長19.71%。預計2012-2015年間將保持著21.52%的平均增長速度。

第一代視頻監控-傳統模擬閉路視頻監控系統(CCTV)

通過專用同軸線纜輸出視頻信號。視頻畫面分割器、矩陣、切換器、卡帶式錄像機(VCR)及視頻監視器等。局限性：有限監控能力只支持本地監控，受到模擬視頻纜傳輸長度和纜放大器限制。有限可擴展性，系統通常受到視頻畫面分割器、矩陣和切換器輸入容量限制。錄像負載重用戶必須從錄像機中取出或更換新錄像帶保存，且錄像帶易于丟失、被盜或無意中被擦除。錄像質量不高是主要限制因素。錄像質量隨拷貝數量增加而降低。第二代視頻監控是當前“模擬-數字”監控系統(DVR)

以數字硬盤錄像機DVR為核心半模擬-半數字方案，從攝像機到DVR仍采用同軸纜輸出視頻信號，通過DVR同時支持錄像和回放，并可支持有限IP網絡訪問。DVR系統仍存在大量局限：復雜布線“模擬-數字”方案仍需要在每個攝像機上安裝單獨視頻纜。有限可擴展性DVR典型限制是一次最多只能擴展16個攝像機。有限可管理性您需要外部服務器和管理軟件來控制多個DVR或監控點。有限遠程監視/控制能力。您只能通過DVR間接訪問攝像機。磁盤發生故障風險與RAID冗余和磁帶相比，“模擬-數字”方案錄像沒有保護，易于丟失。

同軸電纜、BNC頭、RJ45圖片硬盤錄像機（DVR）第三代視頻監控是未來完全IP視頻監控系統IPVS

該系統優勢是攝像機內置Web服務器，并直接提供以太網端口。這些攝像機生成JPEG或MPEG4、H.264數據文件，可供任何經授權客戶機從網絡中任何位置訪問、監視、記錄并打印，全IP視頻監控系統它巨大優勢是：簡便性-所有攝像機都通過經濟高效有線或者無線以太網簡單連接到網絡。強大中心控制-一臺工業標準服務器和一套控制管理應用軟件就可運行整個監控系統。易于升級與全面可擴展性-輕松添加更多攝像機。全面遠程監視-任何經授權客戶機都可直接訪問任意攝像機。堅固冗余存儲器-可同時利用SCSI、RAID以及磁帶備份存儲技術永久保護監視圖像不受硬盤驅動器故障影響。8.3監控前端前端供電

就近取電；UPS集中供電防雷與接地

前端設備直擊雷防護措施不完善傳輸線路敷設不符合要求等電位連接及接地措施不完善

1、前端設備直擊雷防護防雷解決措施防雷解決措施

2、傳輸線路的防護：

電源線路與信號號線路宜全程分開穿金屬管埋地敷設，并保持整個金屬管道的電氣連通，宜應至少在金屬管兩端做接地處理。信號線纜與其它線纜共桿架空敷設段之間的最小垂直間距應符合下表的要求。種類最小垂直間距(m)

1～10KV電力線2.5

1KV以下電力線1.5

廣播線1

通訊線0.63、等電位連接：前端設備的等電位連接宜在控制箱內設置S型等電位連接網絡。防雷解決措施

若機房大、設備多而分散時采用“M”型連接方式：等電位連接是將室內交流工作接地，直流工作接地、安全保護地、防靜電接地、防雷保護接地以及引入室內線纜金屬屏蔽層、金屬加強筋、金屬鋼門窗和一切外露可導電物體全部就近分別與室內等電位接地端子板或等電位連接帶相連接。（見下圖）防雷解決措施防雷解決措施防雷解決措施4、安裝SPD8.4視頻傳輸視頻監控傳輸方式（六種傳輸方式）：視頻基帶傳輸光纖傳輸網絡傳輸微波傳輸雙絞線平衡傳輸寬頻共纜傳輸。1、

視頻基帶傳輸

是最為傳統的電視監控傳輸方式，對0～6mhz視頻基帶信號不作任何處理，通過同軸電纜（非平衡）直接傳輸模擬信號。其優點是：短距離傳輸圖像信號損失小，造價低廉。缺點：傳輸距離短，300米以上高頻分量衰減較大，無法保證圖像質量；一路視頻信號需布一根電纜，傳輸控制信號需另布電纜；其結構為星形結構，布線量大、維護困難、可擴展性差。2、

光纖傳輸

常見的有模擬光端機和數字光端機，是解決幾十甚至幾百公里電視監控傳輸的最佳解決方式，通過把視頻及控制信號轉換為光信號在光纖中傳輸。其優點是：傳輸距離遠、衰減小，抗干擾性能最好，適合遠距離傳輸。其缺點是：對于幾公里內監控信號傳輸不夠經濟；光熔接及維護需專業技術人員及設備操作處理，維護技術要求高，不易升級擴容。3、

網絡傳輸

是解決城域間遠距離、點位極其分散的監控傳輸方式，采用mpeg音視頻壓縮格式傳輸監控信號。其優點是：采用網絡視頻服務器作為監控信號上傳設備，有internet網絡安裝上遠程監控軟件就可監看和控制。其缺點是：受網絡帶寬和速度的限制，只能傳輸小畫面、低畫質的圖像；每秒只能傳輸幾到十幾幀圖像，動畫效果十分明顯并有延時，無法做到實時監控。4、微波傳輸

是解決幾公里甚至幾十公里不易布線場所監控傳輸的解決方式之一。采用調頻調制或調幅調制的辦法，將圖像搭載到高頻載波上，轉換為高頻電磁波在空中傳輸。其優點是：省去布線及線纜維護費用，可動態實時傳輸廣播級圖像。其缺點是：由于采用微波傳輸，頻段在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）,傳輸環境是開放的空間很容易受外界電磁干擾；微波信號為直線傳輸，中間不能有山體、建筑物遮擋；ku波段受天氣影響較為嚴重，尤其是雨雪天氣會有嚴重雨衰。

5、

雙絞線傳輸（平衡傳輸）

是解決監控圖像1km內傳輸，電磁環境復雜場合的解決方式之一，將監控圖像信號處理通過平衡對稱方式傳輸。其優點是：布線簡易、成本低廉、抗共模干憂性能強。其缺點是：只能解決1km以內監控圖像傳輸，而且一根雙絞線只能傳輸一路圖像，不適合應用在大中型監控中；雙絞線質地脆弱抗老化能力差，不適于野外傳輸；雙絞線傳輸高頻分量衰減較大，圖像顏色會受到很大損失。6、

寬頻共纜傳輸

解決幾公里至幾十公里監控信號傳輸的最佳解決方案，采用調幅調制、伴音調頻搭載、fsk數據信號調制等先進技術，可將四十路監控圖像、伴音、控制及報警信號集成到“一根”同軸電纜中雙向傳輸。其優點是：充分利用了同軸電纜的資源空間，四十路音視頻及控制信號在同一根電纜中雙向傳輸、實現寬頻共纜“一線通”；施工簡單、維護方便，大量節省材料成本及施工費用；頻分復用技術解決遠距傳輸點位分散，布線困難監控傳輸問題；射頻傳輸方式只衰減載波信號，圖像信號衰減很小，亮度、色度傳輸同步嵌套，保證圖像質量達到4.5級以上國家標準；采用75ω同軸不平衡方式傳輸使其具有非常強抗干擾能力，電磁環境復雜場合仍能保證圖像質量。其缺點是：采用弱信號傳輸，寬頻調制端需外加ac220v交流電源，但目前大多監控點都具備這個條件。8.5視頻存儲視頻監控存儲的發展磁帶機計算機帶采集卡

DVR(Digital

Video

Recorder)IPSANVM視頻監控存儲的特點

1）編碼器或采集服務器以流方式寫入數據，實時存儲監控點的實時圖像和畫面，存儲的文件類型為流媒體文件，因此檢索服務器也會以流方式來讀取已存儲的視頻文件。

2）數據讀寫操作的持續時間長。由于攝像頭一般都是7*24

小時工作的，即使采集后視頻數據采用分段保存，寫入操作的持續也有可能長達2-6

個小時，后期回放時也需要相同的時間。存儲系統系統中有必須要有足夠的帶寬。

3）由于視頻采集過程中，視頻文件格式一般都不會發生變化，且碼率保持恒定，因此視頻監控系統的讀寫操作還具有碼率恒定，也就是帶寬恒定的特點。4）視頻監控系統存儲的讀寫方式與數據庫系統存儲和文件服務器存儲采用的小數據塊讀寫或文件傳輸讀寫方式與有著根本的區別，因此視頻監控系統不能采用數據庫系統等常用的存儲設備。

5）視頻監控系統存儲必須支持大容量，且容量具有高擴展性。存儲空間計算

比特率是指每秒傳送的比特(bit)數。單位為bps(BitPerSecond)，比特率越高，傳送的數據越大。比特率表示經過編碼(壓縮)后的音、視頻數據每秒鐘需要用多少個比特來表示。比特率越高，音、視頻的質量就越好，但編碼后的文件就越大;如果比特率越少則情況剛好相反。

碼流(DataRate)是指視頻文件在單位時間內使用的數據流量，也叫碼率。同樣分辨率下，視頻文件的碼流越大，壓縮比就越小，畫面質量就越高。

上行帶寬就是本地上傳信息到網絡上的帶寬。上行速率是指用戶電腦向網絡發送信息時的數據傳輸速率。

下行帶寬就是從網絡上下載信息的帶寬。下行速率是指用戶電腦從網絡下載信息時的數據傳輸速率。

傳輸帶寬計算

比特率大小×攝像機的路數=網絡帶寬至少大小監控點的帶寬是要求上行的最小限度帶寬(監控點將視頻信息上傳到監控中心);監控中心的帶寬是要求下行的最小限度帶寬(將監控點的視頻信息下載到監控中心);例：電信2Mbps的ADSL寬帶，理論上其上行帶寬是512kbps=64Kb/s，其下行帶寬是2Mbps=256KB/s

傳輸帶寬計算舉例（前端監控點）CIF格式每路攝像頭的比特率為512Kbps，10路攝像機數據傳輸帶寬為：

512Kbps×10≈5120Kbps=5Mbps(上行帶寬)

D1格式每路攝像頭的比特率為1.5Mbps，10路攝像機數據傳輸帶寬為：

1.5Mbps×10=15Mbps(上行帶寬)

720P(100萬像素)的視頻格式每路攝像頭的比特率為2Mbps，10路攝像機所需的數據傳輸帶寬為：2Mbps×10=20Mbps(上行帶寬)

1080P(200萬像素)的視頻格式每路攝像頭的比特率為4Mbps，10路攝像機所需的數據傳輸帶寬為：4Mbps×10=40Mbps(上行帶寬)

CIF、QCIF、D1概念CIF是CommonIntermediateFormat的縮寫，即通用影像傳輸視頻會議（videoconference）中常使用的影像傳輸格式，分辨率有352x288像素，影像傳輸可達每秒30frame，符合ITUH.261視頻會議資料傳輸協定。分辨率：352x288像素傳輸速度：每秒30frame。QCIF：Quartercommonintermediateformat，四分之一CIF。可以簡單理解為分辨率上看水平和垂直像素均為一半，即：176*144像素。D1:(4CIF)：四倍CIF,可以簡單理解為分辨率上看水平和垂直像素均為2倍,704*576像素。CIF格式所需帶寬：512Kbps×50=25600Kbps=25Mbps(下行帶寬)

D1格式所需帶寬：1.5Mbps×50=75Mbps(下行帶寬)

720P(100萬像素)的視頻格式的所需帶寬：

2Mbps×50=100Mbps(下行帶寬)

1080P(200萬像素)的視頻格式的所需帶寬：4Mbps×50=200Mbps(下行帶寬)

傳輸帶寬計算舉例（監控中心）

存儲空間計算

所需存儲空間的大小=碼流大小(單位：KB/s;即：比特率÷8)×3600(單位：秒;1小時的秒數)×24(單位：小時;一天的時間長)×30(保存的天數)×50(監控點要保存攝像機錄像的總數)÷0.9(磁盤格式化的損失10%空間)注：存儲單位換算1TB=1024GB;1GB=1024MB;1MB=1024KB

50路存儲30天的各視頻格式存儲空間大小為CIF視頻格式：

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

192×3600×24×30×50÷0.9=26367.2GB≈26TB720P(100萬像素)視頻格式：

256×3600×24×30×50÷0.9=35156.3GB≈35TB

1080P(200萬像素)視頻格式：

512×3600×24×30×50÷0.9=70312.5GB≈69TB9.6視頻顯示監控顯示器是閉路監控系統（cctv）組成部分，是監控系統的顯示部分，是監控系統的標準輸出，有了監控顯示器的顯示我們才能觀看前端送過來的圖像。監控顯示器的發展經歷了黑白到彩色，從閃爍到不閃爍，從CRT（陰極射線管）到LCD（液晶）的發展過程，每個過程都發生了很大的質的飛躍。從黑白到彩色，使得監控圖像的單調世界邁向了五彩繽紛、色彩斑斕、圖像逼真的世界。關于監控顯示器

監控顯示器按尺寸分：15/17/19/20/22/26/32/37/40/42/46/52/57/65/70/82寸。按色彩分：彩色，黑白監控顯示器。按材質分：CRT，LED，DLP,LCD等。按掃描方式分：純平，逐行掃描等。按屏幕分：純平，普屏，球面等。按品牌分：創維監控顯示器，TCL監控顯示器，三星監控顯示器，TYL監控顯示器，GSBA監控顯示器，創視紀監控顯示器，TVlogic監控顯示器等。按類型分：液晶監控顯示器，背投CRT監控顯示器，等離子監控顯示器。關于監控顯示器液晶監控顯示器清晰度高、省電、壽命長（可達8萬小時）、維護費用低，缺點是拼接的時候有拼縫，現在40、42、46寸的液晶監視器拼接縫隙大概是6～7mm左右。背投的特點是無拼縫，缺點是體積大、耗電、壽命短（一般5000小時要換燈泡）亮度低（中間亮四周暗）。CRT該產品正被其余三種產品所替代。等離