基于網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1、安全管理資訊系統(tǒng)安全管理資訊系統(tǒng)監(jiān)視監(jiān)視錄影概述錄影概述Introduction of Video Surveillance Networks目標目標1.介紹數(shù)位時代的監(jiān)視錄影設備介紹數(shù)位時代的監(jiān)視錄影設備2.參考書：參考書：a. Emily Harwood, “DIGITAL CCTV - A Security Professionals Guide,” Butterworth-Heinemann, Elsevier Inc., 2008多工器 (Multiplexer)類比式監(jiān)視器(Analog Monitor)卡式錄放影機 Video Cassette Recorder (VCR)網(wǎng)路

2、EthernetAlarm I/OMonitorDVR(含 Multiplexer)(Image Source: Mobotix)Cameras(Image Source: MIT CSAIL)類比時代類比時代影像數(shù)位化影像數(shù)位化網(wǎng)路時代網(wǎng)路時代Tape/CCTVDVRIP-Cam/NVRIntegration技術與產(chǎn)品時間智慧與整合智慧與整合n數(shù)位影像儲存機 (Digital Video Recorder; DVR) 用來取代了傳統(tǒng)的 CCTV 中的 Multiplexer 與 VCRnDVR 可以接多支類比式攝影機 (analog camera)，可做分割畫面，影像壓縮儲存與回放 (pla

3、yback)n常見影像及聲音壓縮方式有 JPEG，Motion-JPEG 及 比較新的 MPEG-4 或 H.264n可選擇不同的錄影每秒張數(shù) (frame rate, fps)n目前市場上以 4 channels (camera 數(shù)) 或 16 channels 為主流n內(nèi)建儲存記憶體 (硬碟機，hard disk) 以儲存影像。當儲存量超過記憶體容量，自動覆蓋 (rollback) 舊有的影像nDVR 主要兩類產(chǎn)品為嵌入型 (embedded，或稱 stand-alone) 與 PC 型 (PC-based) 兩種，在產(chǎn)品特性上各有優(yōu)缺。前者使用簡單 CPU 加上影像壓縮、解壓縮 DSP

4、晶片，所以功能固定，但價格較低；後者功能擴充彈性大，價格較高nDVR 可使用位移偵測 (motion detection) 來驅動事件前後時區(qū)之錄影。如此可減少 DVR 不必要之錄影量。如某一事件發(fā)生前五分鐘到事件發(fā)生後一小時間的錄影儲存。位移偵測常用兩種方式 可使用如磁簧開闢或紅外線感測器來當驅動事件 也可使用影像分析技術 (軟體)。選擇某一區(qū)塊或全部影像，分析並檢查影像重大變化nDVR 常含許多保全擴充功能，如讀取周邊感測器或控制某些開關 (IO) 和警報器 (Alarm)。與這些周邊 IO 接連方式主要使用直接信號線 DI/DO (Digital In / Digital Out) 或

5、RS485 或無線電等通信方式n通信方式以後再做介紹n內(nèi)建網(wǎng)頁，透過網(wǎng)際網(wǎng)路 Internet，可以讓遠端使用者透過網(wǎng)路瀏覽方式進行遠端即時監(jiān)視 (影像部份) 或歷史影像調(diào)閱。另網(wǎng)頁也可顯示感測器狀態(tài)與 IO 控制n有 PTZ (Pan, Tile & Zoom) 功能 Camera，一般也可透過網(wǎng)頁設計來控制 DVR 之 RS485 來輸出 Camera 雲(yún)臺轉動鏡頭方向與焦距調(diào)整的信號nDVR 實例 PTZ (Pan, Tile, Zoom) 表示可控制 Camera 水平垂直旋轉與遠近變焦 ()nDVR 設備注意事項 (.tw) 是否具剪線發(fā)報機制 ？ 是否具有前置錄影功能 ？ 確保被剪

6、線之前還能拍攝到歹徒之畫面 ？ 是否具有位移偵測 (motion detection) 功能 ？ 是否能夠遠端連線 ？ 是否具有斷電復歸功能 ？ 儲存容量是否足夠 ？ 擴充的方便性如何 ？ 硬碟備份是否方便 ？ 畫質是否清晰 ？ 解析度是否足夠 ？ 是否具有可依時間、事件等多重的搜尋機制 ？n攝影機設備 室外鏡頭是否具防水功能 ？ 夜間鏡頭是否有遠紅外線照明 ？ 攝影機畫質是否清晰 ？ 攝影機明亮度是否足夠 ？n一個網(wǎng)路最簡單的形式是由兩臺或更多臺連結的電腦組成，每一臺電腦裝有一個網(wǎng)路介面設備叫做網(wǎng)路介面卡 (NIC 或網(wǎng)路卡)。一般此介面卡使用乙太網(wǎng)路 (Ethernet) 之網(wǎng)路線連結 n

7、電腦可以連結到網(wǎng)際網(wǎng)路 (Internet)，使用媒介可能是電話線 (ADSL)、同軸電纜 (Cable Modem)、或是來自行動電話 (GPRS 或 3G) 和無線區(qū)域網(wǎng)路 (Wi-Fi 無線網(wǎng)路)。這部份後面介紹乙太網(wǎng)路 (Ethernet)EthernetADSL 數(shù)據(jù)機Internet (外網(wǎng))單一電腦n大多數(shù)電腦並非全然為 Internet 的直接成員，而是屬於區(qū)域網(wǎng)路 (Local Area Network; LAN) 的內(nèi)網(wǎng)成員，如學校網(wǎng)路或辦公室網(wǎng)路nLAN 通常包含一個交換器或者一個集線器，做為與電腦之間的一個連接點n集線器 (hub) 是連結網(wǎng)路元件的簡單設備，傳送資料封

8、包到所有其他連結的設備n交換器 (switch) 比集線器更聰明一些，能過濾並傳送資料到指定的地點Ethernet交換器 SwitchLAN (內(nèi)網(wǎng))EthernetnLAN 可以透過某一連接器來連結外網(wǎng) (Wide Area Network; WAN 廣域網(wǎng)路，即泛稱的 Internet)n路由器 (router) 是一個特殊的通信處理器，用來阻隔內(nèi)、外網(wǎng)，在不同的網(wǎng)路中替封包選擇路徑，確保訊息能傳送到正確的位址n防火牆 (firewall) 是一個比 router 更有智慧的通信處理器，除了具備 router 功能外，還可過濾內(nèi)、外網(wǎng)上電腦的不必要通信EthernetSwitchLAN (

9、內(nèi)網(wǎng)) 防火牆防火牆ADSL 數(shù)據(jù)機網(wǎng)際網(wǎng)路Internet (外網(wǎng))n網(wǎng)路的速度，常使用網(wǎng)路頻寬 (bandwidth) 來表示。在不同的網(wǎng)路中，有不同的網(wǎng)路頻寬n一般內(nèi)網(wǎng)常有穩(wěn)定 100M bps (bits per seconds) 以上之網(wǎng)路頻寬；但外網(wǎng) (Internet) 頻寬卻在 10M bps 以下，而且不穩(wěn)定n網(wǎng)路頻寬愈大通?？梢詡鬏敻嗟挠耙袅?，但它不全然代表網(wǎng)路速度。如同開車在六線道之高速公路不全然一定會比兩線道之快速公路來得快，端視公路使用量n在影音數(shù)位化時，也使用影音頻寬來表示，如 1.5M bps 的 VCD 影音。其原因便在於影音是被考慮如何在網(wǎng)路上傳輸n網(wǎng)路上的

10、電腦或設備使用某一 IP address (地址) 來定址，如同我們的住家使用不同地址一樣。這裡的 IP 指 Internet Protocol。一個 IP address 為一個 4 bytes 的位置 (新的定址已經(jīng)擴充到 6 bytes)n通常我們使用全球資訊網(wǎng) (World Wide Web; www) 來定址。如 Internet 上的 其實真實的 IP address 為9 四個 bytes (每個 bytes: 0 255)n許多情況下，網(wǎng)路上的電腦並沒有固定的 IP address，而是動態(tài)地址 (dynamic address)。一般內(nèi)網(wǎng)上的電腦常是動

11、態(tài)地址，所以，外網(wǎng)上的電腦卻不容易連結到此一內(nèi)網(wǎng)的電腦換言之，內(nèi)網(wǎng)電腦設計上容易連結到外網(wǎng) (即 “上網(wǎng)”)，但外網(wǎng)上的電腦卻不容易連結到某一內(nèi)網(wǎng)內(nèi)的電腦nDVR 影像儲存於 DVR 本身。影像可由內(nèi)網(wǎng) (LAN) 或外網(wǎng) (WAN, 即 Internet) 的電腦來瀏覽DVRCCD CameraSwitchCableEthernet防火牆防火牆 內(nèi)網(wǎng)內(nèi)網(wǎng) 個人電腦個人電腦遠端遠端 個人電腦個人電腦Monitor網(wǎng)際網(wǎng)路網(wǎng)際網(wǎng)路LAN (內(nèi)網(wǎng))Internet (外網(wǎng))n當 DVR 提供網(wǎng)路介面時，影像可由內(nèi)網(wǎng) (LAN) 電腦來顯示n由於一般內(nèi)網(wǎng) (LAN) 網(wǎng)路速度 (或頻寬) 甚大於影像

12、頻寬，所以，使用內(nèi)網(wǎng)電腦來顯示影像，可如同使用顯示器 (monitor) 的顯示效果n如果 DVR 是可以被外網(wǎng)連結時，則可以使用外網(wǎng)電腦來觀看 DVR 影像n由於一般外網(wǎng) (WAN) 網(wǎng)路速度 (或頻寬) 小於影像頻寬，所以影像顯示無法得到如同使用顯示器，得到即時的效果nIP-Cam (IP Camera) 或稱網(wǎng)路攝影機 (network camera)。為一種結合單一鏡頭 (或兩個鏡頭) 與影像壓縮處理單元之 camera，並使用網(wǎng)路來傳輸影像。這裡的 IP 指使用 Internet Protocol 的通信協(xié)定n網(wǎng)路包括使用有線的 Ethernet 及無線區(qū)域網(wǎng)路 (wireless

13、LAN, WiFi network) 兩種。通信方式與通信協(xié)定， 以後再做進一步介紹nIP-Cam 一般有 標準型、紅外線型 半球型、高速球型 (speed dome) 戶外型、防暴型 迷你型 n一般 IP-Cam 含有 DVR 的功能，但與 DVR 不同之處為 DVR 使用同軸電纜 (coax-cable) 連接多臺傳統(tǒng) cameras 之分離設備，IP-Cam 內(nèi)建 camera 之單一設備 一般 DVR 提供顯示器 (monitor) 介面 (cable) 來做多分割畫面監(jiān)看，IP-Cam 使用網(wǎng)路介面，在其它地點使用 PC 來監(jiān)看 DVR 影像儲存於 DVR 本身 (硬碟機)，所以網(wǎng)路

14、功能並不一定是其主要重點。IP-Cam 本身無儲存設備，所以 IP-Cam 可能提供合適網(wǎng)路傳輸?shù)沫h(huán)境 (一般 DVR 不會做如此改善)，讓 IP-Cam 更容易使用網(wǎng)路瀏覽或使用網(wǎng)路端影像儲存器 (Network Video Recording; NVR) 來儲存影像 DVR 自成一簡單而獨立的保全系統(tǒng)，但 IP-Cam 則可結合 NVR 等網(wǎng)路伺服器 (Server) 設備成一整合型系統(tǒng)nIP-Cam 本身無儲存設備，所以，當沒其他網(wǎng)路上的設備進行影像儲存時， IP-Cam 只是一個 camera 而已nIP-Cam 可以由內(nèi)網(wǎng)電腦來 “監(jiān)看” (即顯示) 或儲存影像LAN (內(nèi)網(wǎng))Int

15、ernet (外網(wǎng))Switch內(nèi)網(wǎng)內(nèi)網(wǎng) 個人電腦個人電腦遠端遠端 個人電腦個人電腦網(wǎng)際網(wǎng)路網(wǎng)際網(wǎng)路Ethernet IP-CamIP-Cam防火牆防火牆n如果 IP-Cam 是接在某個固定 IP address 時，而且當網(wǎng)路頻寬足夠時，IP-Cam 的影像可由遠端個人電腦 (或具網(wǎng)路功能的 PAD 及手機) “監(jiān)看” 時，影像可由外網(wǎng)某一電腦或設備來儲存影像nIP-Cam 只是一個 camera：當在許多網(wǎng)路上應用，固定式 IP address 並不是垂手可得，而是動態(tài)的。此時，IP-Cam 的影像便無法被 “監(jiān)看” 或儲存n一種彈性做法是，IP-Cam 主動對某一網(wǎng)路上設備進行影音 (影

16、像 + 錄音) 上傳，以達影音儲存的目的。此某一網(wǎng)路上設備通稱為 NVR (Network Video Recording)n目前多數(shù) IP-Cam 皆只含內(nèi)網(wǎng)功能，不含與外網(wǎng) NVR 連結的功能nIP-Cam 則可結合 NVR 等網(wǎng)路伺服器 (Server) 達到影音隨時與隨地監(jiān)視目標 (http:/ 手機手機Streaming ServerNVRsIP-Cam遠端遠端 個人電腦個人電腦網(wǎng)際網(wǎng)路網(wǎng)際網(wǎng)路 EthernetNVR 群組群組nIP-Cam 可放於某一可以連結到 Internet 的位置，包括直接由數(shù)據(jù)機連結 或於某一內(nèi)網(wǎng) (LAN) 連結到 Internet 的位置。IP-Cam

17、 主動上傳影音到 NVRnNVR 等網(wǎng)路伺服器 (Server) 設備為一群組電腦。這些電腦接於對外 (Internet) 網(wǎng)路頻寬甚大於影像頻寬的位置，並置放於大型機房裡。NVR 主要負責影像儲存nIP-Cam 影音上傳 NVR 與儲存 IP-Cam 可以主動方式透過網(wǎng)路儲存其影音，並存於 NVR 的儲存設備 (硬碟機矩陣)。通常，NVR 的硬碟機矩陣可達儲存上百部 IP-Cam 一個月的影音資料 NVR 使用固定 IP address，所以 IP-Cam 可以很容易將影音傳到 NVR 來儲存 當 IP-Cam 的網(wǎng)路無法連結 NVR 時，IP-Cam 具備了暫存部份影像之能力，在網(wǎng)路連通後

18、，自動回補未上傳之影像 IP-Cam 影音上傳至 NVR 時，使用兩者皆 “看得懂” 而特殊的網(wǎng)路協(xié)定 (protocol) 進行影音串流 (audio/video streaming)。這些協(xié)定可以得到比較好的網(wǎng)路環(huán)境適應方法，因此，利於影音傳送nIP-Cam 之影音監(jiān)看 Internet 上遠端電腦 (或具網(wǎng)路功能的 PAD 及手機) 可由 NVR 直接下載 (”監(jiān)看”) 某一 IP-Cam 之 “對應影像” NVR 群組中的串流伺服器 (streaming server)，負責影音瀏覽時，影音串流到瀏覽者的功能 影音下載則使用另外的網(wǎng)路協(xié)定進行影音串流，以利影像瀏覽。有時，這樣的協(xié)定會對

19、特殊的瀏覽對象進行影像解稀度調(diào)整，如對 PC 使用 D1 畫質 (640 480)，對手機則是 QCIF 畫質( IP-Cam/NVR 是為網(wǎng)路 (Internet) 環(huán)境特殊設計的n網(wǎng)路上的任何電腦 (或具網(wǎng)路功能的 PAD 及手機)，邏輯上，可以直接瀏覽某一部 IP-Cam 的 “即時” 或歷史影音。其實，這工作是透過串流伺服器 (streaming server) 瀏覽 NVR 中的儲存影像，而非真正到 IP-Cam 去瀏覽影音n所以，當 NVR 的網(wǎng)路頻寬足夠時，IP-Cam 的影音，邏輯上，可以同時提供許多電腦 (或具網(wǎng)路功能的 PAD 及手機) 同時瀏覽 IP-Cam 的 “即時” 或歷史影音n這裡的 “即時” 指的是影音從錄影到瀏覽時，某一時間的延遲，包括網(wǎng)路處理與存取 NVR 串流所需等的時間，並無法保證做到百分之百的即時性。一般來說，幾秒或幾十秒的延遲是可能的nNVR 等網(wǎng)路伺服器 (Server) 可以結合更多的伺服器群組設備組成一整合型系統(tǒng) (http:/ 手機手機Streaming ServerNVRsEvent Server (DB)DNS / Web ServerIP-Cam遠端遠端 個人電腦個人電腦網(wǎng)際網(wǎng)路網(wǎng)際網(wǎng)路 Ethernet伺服器群組伺服器群組nIP-Cam 除了進行影音錄影工作外，還可以結合設計不同感測器 (se