視頻監控系統概述《鐵路專用通信子系統》教學資源庫湖南鐵道職業技術學院視頻監控系統概述系統的互聯及聯動3視頻技術2發展概況1鐵路視頻監控系統是鐵路運輸指揮、生產作業及治安防范的重要設施。鐵路總公司、鐵路局、站段等各級用戶根據需要可選擇實時調用或回放各采集點視頻圖像，以確保行車安全，提高管理水平和效率。無論是在滿足鐵路行車指揮、生產組織、客貨運輸服務、設備監測、作業監控、搶險救援還是在治安防范方面都發揮了不可替代的作用。出于安全考慮，要求視頻監控無死角的全覆蓋，鐵路視頻監控系統按監控地點和使用方式，分為綜合視頻監控系統和專業視頻監控系統，綜合視頻監控系統的監控區域包括鐵路車站公共場所、重點作業場所、咽喉區、重要機房以及線路重點區段等處所。視頻監控系統概述一、發展概況視頻監控系統概述視頻監控系統經過短短幾十年時間，從最早的模擬監控到數字監控再到網絡視頻監控，發生了巨大變化。從技術角度看，視頻監控系統發展劃分為第一代模擬視頻監控系統（CCTV），到第二代數字視頻監控系統（DVR），到目前廣泛應用的第三代基于IP網絡視頻監控系統（IPVS）。一、發展概況視頻監控系統概述第一代視頻監控是傳統模擬閉路視頻監控（ClosedCircuitTelevision，CCTV）CCTV主要由攝像機、監視器和錄像機等組成，攝像機通過視頻同軸電纜輸出視頻信號，電纜連接到卡帶式錄像機（VCR）及視頻監視器等。系統的視頻、音頻信號的采集、傳輸和存儲均為模擬形式。1模擬視頻監控一、發展概況視頻監控系統概述CCTV特點1模擬方式傳輸，傳輸距離有限，通常只有幾百米，應用于小范圍內的監控，適合點對點的方式監控。4模擬視頻數據存儲的信息量巨大，但錄像機存儲容量有限，且用戶必須從錄像機中取出或更換新錄像帶保存，錄像帶也容易丟失、被盜或無意中被擦除。5查詢取證煩瑣。系統的施工復雜，維護麻煩，擴展性差。32模擬信號易受干擾，穩定性差。一、發展概況視頻監控系統概述2數字視頻監控第二代視頻監控是基于計算機與多媒體的“模擬-數字”監控系統（DigitalVideoRecorder，DVR），即數字視頻錄像機，也稱為硬盤錄像機。“模擬-數字”監控系統是以數字硬盤錄像機DVR為核心半模擬-半數字方案，從攝像機到DVR仍采用同軸電纜輸出視頻信號，通過DVR同時支持錄像和回放，并可支持有限IP網絡訪問。一、發展概況視頻監控系統概述DVD特點1依靠電纜作為傳輸介質，傳輸方式依舊是模擬方式，監控服務仍有限。4早期的DVR圖像存儲為數字化存儲，存儲能力增強，數字化程度仍不夠，需要外部服務器和管理軟件來控制多個DVR或監控點。5視頻多采用MPEG-1、MPEG-2壓縮方式。圖像顯示為模擬視頻或無損壓縮視頻，較清晰。32以本地存儲為主，網絡傳輸能力較弱。6不能從任意客戶機訪問任意攝像機，只能通過DVR間接訪問攝像機。一、發展概況視頻監控系統概述3網絡數字視頻監控第三代視頻監控是網絡視頻監控系統（IPVideoSurveillance，IPVS）。IPVS的攝像機內置Web服務器，提供以太網端口，視頻從攝像機設備輸出時即為數字信號，生成H.264或MPEG-4數據文件，可供經授權客戶機從網絡中任何位置訪問、監視、記錄并打印。基于國際標準TCP/IP協議，IPVS實現視頻在網上的多路復用傳輸，并通過設在網上視頻流服務器，完成視頻流的轉發、報警等操作，以實現整個監控系統的指揮、調度、存儲、授權控制等功能。一、發展概況視頻監控系統概述IPVS特點1全數字化音頻、視頻信息，可充分利用計算機對其進行壓縮、分析、存儲和顯示。支持智能分析和智能處理，可及時發現異常情況并進行聯動報警，從而實現無人值守。在數字視頻監控系統中，利用計算機建立的索引，在很短時間內就能找到相應的現場記錄。32多樣化遠距離傳輸，突破地域空間的限制，支持有線、無線等傳輸方式，利用現有的網絡資源，可實現高效的遠程監控。一、發展概況視頻監控系統概述IPVS特點4利用計算機可圖像進行去噪、銳化等處理，改善圖像質量，提高監控效果。5整個系統是模塊化結構，體積小，易于安裝、使用、管理和維護，維護成本低。6存儲量大且存儲方式靈活，支持前端存儲與服務器存儲。7分散監控、集中管理，組網靈活，只要增加監控點設備便可擴展新的監控點。一、發展概況視頻監控系統概述由于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，數字視頻監控正在逐步取代模擬監控，廣泛應用于各行各業。鐵路綜合視頻監控系統采用網絡化、數字化視頻監控技術和IP傳輸方式構建。二、視頻技術1視頻壓縮與編解碼技術通常，視頻圖像數據具有極強的相關性，即有大量空間冗余信息和時間冗余信息的冗余信息。為將視頻圖像中的冗余信息去掉，需進行視頻壓縮。視頻壓縮技術利用幀內壓縮技術去除空域冗余，利用幀間壓縮技術去除時域冗余，利用熵編碼壓縮技術對空域和時域模型的輸出參數進行壓縮，消除統計冗余，僅存儲連續幀即視頻圖像之間有差別的地方，從而達到較大的壓縮比。視頻監控系統概述二、視頻技術視頻監控系統概述通過對視頻圖像的壓縮編碼，在不降低質量的情況下，可減小碼率，降低存儲空間，同時也減輕網絡帶寬的負擔。鐵路綜合視頻監控系統規范要求視頻編碼器支持MPEG4、H.264視頻編解碼標準。二、視頻技術1.MPEG-4MPEG-4（MovingPicturesExpertsGroup）是動態圖象專家組于1999年頒布的視頻編碼國際標準。MPEG-4是為滿足網絡實時傳輸視頻音頻信號和交互式多媒體通信制定的低速率、高壓縮比的視頻音頻編碼壓縮標準，在視頻監控中大量應用。視頻監控系統概述二、視頻技術視頻監控系統概述MPEG-4標準是面向對象的壓縮方式，根據圖像的內容，將其中的對象（人物、物體、背景等）分離出來，分別進行幀內、幀間編碼，并允許在不同對象之間靈活分配碼率，可對重要的對象分配較多的字節，從而提高壓縮比，壓縮比最高可達200：1，在較低的碼率下獲得較好的效果。MPEG-4兼容MPEG-1、MPEG-2，支持其中的絕大部分功能。MPEG-4在提供高壓縮比的同時，對數據的損失較小。MPEG-4的應用能大幅度的降低存儲容量，同時獲得較高的清晰度，適用于視頻監控系統中的長時間實時錄像的需求，也可在低帶寬上進行良好的網絡傳輸。二、視頻技術2.H.264H.264

是ITU-T的視頻編碼專家組（VideoCodingExpertsGroup,VCEG）和ISO/IEC的MPEG（活動圖像編碼專家組）的聯合視頻組開發的一個新的數字視頻編碼標準，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10

部分。H.264采用了統一的VLC符號編碼，高精度、多模式的位移估計，基于4×4塊的整數變換、分層的編碼語法等，使得H.264算法具有很高的編碼效率，在相同的重建圖像質量下，能夠比H.263節約50％左右的碼率。視頻監控系統概述二、視頻技術2分辨率目前視頻監控領域常見的分辨率有CIF（352×288）、2CIF（704×288）、4CIF（704×576）、D1（720×576），高清分辨率有720P、1080P等。CIF分辨率是主流分辨率，其存儲量較低，能在普通寬帶網絡中傳輸，能被大部分用戶所接受。4CIF和D1分辨率相差不多，圖像清晰但存儲量也較大，網絡傳輸帶寬要求相對較高。隨著視頻監控需求的增長和對視頻圖像質量要求的提高，伴隨著計算機處理能力的提高、存儲設備的發展和網絡帶寬的擴展，高清720P（1280×720）、1080P（1920×1080）將成為未來的主流選擇。視頻監控系統概述二、視頻技術3視頻存儲技術視頻監控系統中由于攝像頭數量眾多，而且視頻圖像資料需要存儲一定的時間長度，因此存儲容量需求巨大。視頻監控系統概述1.磁盤陣列磁盤陣列RAID（RedundantArraysofInexpensiveDisks）是由很多容量較小、穩定性較高的獨立硬盤，以不同的方式組合成一個容量巨大的磁盤組，提供比單個硬盤更高的存儲性能和讀寫速率，通過數據校驗提供容錯功能，提供數據冗余和數據備份。利用磁盤陣列技術，可以將數據切割成許多區段，分別存儲在各個硬盤上，保障用戶數據的安全性和可靠性。視頻監控系統中，磁盤陣列主要用于視頻的存儲及視頻回放檢索。視頻監控系統概述二、視頻技術2.存儲方式視頻監控系統中，存儲形式根據需要可選擇集中存儲、分散存儲、相對集中存儲等模式，常用的是基于Windows等開放式操作系統的外掛存儲形式，有DAS、NAS和SAN等存儲方式。視頻監控系統概述1DAS（DirectAttachedStorage直連式存儲）DAS是比較傳統和常見的存儲方式，存儲設備被直接連接到應用的服務器（計算機）上。DAS適用于小型網絡、地理位置分散的網絡和特殊服務器。DAS已經存在了很長時間，并且在很多情況下仍是一種不錯的存儲選擇。二、視頻技術視頻監控系統概述2NAS（NetworkAttachedstorage網絡附加存儲）NAS采用獨立于服務器，將存儲設備通過文件服務器連接到基于IP的網絡中，自形成一個網絡，這樣數據存儲就不再是服務器的附屬，而是作為獨立節點存在于網絡之中，為所以網絡用戶共享。NAS是一種文件共享服務，擁有自己的文件系統，通過文件存儲協議（NFS、CIFS等）進行文件訪問、數據存儲等。NAS是文件級的存儲方式，數據是以文件作為操作對象。NAS通過網絡連接存儲系統，為設備提供統一的存儲空間，使用網絡進行數據備份和恢復，當然備份過程中就會引起帶寬的消耗。NAS存儲做到了即插即用，部署也相對靈活二、視頻技術視頻監控系統概述3SAN存儲設備組成一個單獨、專用的存儲網絡，大多利用光纖連接，采用光纖通道協議（FiberChannel,FC），服務器與存儲設備之間可以任意連接，具有更高的帶寬和很好的傳輸速率，服務器與存儲設備之間可以有更遠的距離，當然設備的價格昂貴。SAN是數據塊級的存儲方式，數據是以數據塊的形式訪問，視頻流不需經過文件格式的轉換，數據訪問的效率較高。SAN的結構允許任何服務器連接到任何存儲設備，不管數據放在何處，服務器都可以直接存儲所需的數據，適合于大規模監控系統的集中存儲。SAN（StorageAeraNetwork存儲區域網絡）二、視頻技術NAS和SAN都是集中存儲方式。集中存儲方式下，若網絡中斷時，可能引起監控視頻缺失，視頻監控系統中應考慮集中存儲和前端保活備份存儲相結合，即在網絡故障時，前端根據要求保存一定時間的數據存儲，網絡恢復后再將數據備份至中心存儲。視頻監控系統概述二、視頻技術用戶的操作關系到整個視頻監控系統的安全，錯誤操作可能導致視頻資料缺失，嚴重的可能導致整個系統無法正常工作，這樣就要求用戶登錄視頻監控系統時需要相應的認證才能進行相應的操作。用戶的權限可以被賦予，也可以被收回，由管理員統一設定。一般情況下，系統要求采用分級用戶管理機制，根據用戶的不同身份，給予不同的操作權限。權限分為系統管理、視頻瀏覽、云鏡控制、報警管理、錄像管理和用戶管理等幾種。為了安全性考慮，系統為每一個操作或查看監控圖像的用戶分配一個賬號。用戶賬號在確定的時候，即被賦予一個角色，獲得此角色的相應權限。用戶應該以正確的用戶名和口令登錄系統。視頻監控系統概述4管理技術二、視頻技術1用戶認證與權限視頻監控系統中應設置優先級，網絡上的設備及其所代表的用戶可以被管理員分為多個控制權限等級。當多個用戶同時操作時，優先級高的用戶有優先控制權。當優先級高的用戶不控制后，優先級低的用戶才獲得控制權。視頻監控系統概述二、視頻技術2優先級實際的視頻監控系統中，監控點會越來越多，工作人員根本無法顧及所有監控場景及實時高效準確地監控，導致視頻監控是一個事后調查取證的被動工具且人工錄像回放取證方式效率不高，引入智能圖像分析技術可有效解決這一問題，且便于大規模部署。智能圖像分析技術是計算機圖像技術在安防領域的應用，是一種基于目標行為的智能監控技術，通常采用背景減除技術先將場景中的背景和目標分離，去除背景干擾（如光線變化），識別出真正的目標，再分析、跟蹤和提取場景內的目標行為，進行規則判定，當發現存在符合某種規則的行為發生時，觸發報警（如聲光報警），采取對應措施進行人工干預。視頻監控系統概述二、視頻技術5智能分析技術通過智能圖像技術可實現圖像只在需要時才上傳，甚至只在需要時才錄像。這樣可極大地縮減網絡上的圖像流量，減少所需的錄像空間資源，極大地節省投資，降低運營維護成本。鐵路視頻監控系統中，視頻分析主要應用在重要場所的防盜檢測、車站的擁擠度檢測、重要區段的入侵檢測和棄置物體檢測等。視頻監控系統概述二、視頻技術重要場所的防盜檢測是指在重要場所（如樞紐機房）的貴重物品、設備設施被移動或取走時，發出報警。視頻監控系統概述1.防盜檢測擁擠度檢測是指在特定區域（如車站的售票廳、候車室）內目標進行統計，當目標數量超過設定的范圍時產生報警或給出提示。2.擁擠度檢