視頻監(jiān)控基本原理

視頻監(jiān)控基本原理2014.8

內(nèi)容概要123安全防范視頻監(jiān)控原理和技術(shù)攝像機(jī)基礎(chǔ)4硬盤(pán)錄像機(jī)管理目標(biāo)安全防范基本概念安全防范（Security）安全防范是社會(huì)公共安全的一部分安全防范行業(yè)是社會(huì)公共安全行業(yè)的一個(gè)分支以防盜、防劫、防入侵、防破壞為主要內(nèi)容三種基本手段人力防范，實(shí)（物）體防范，技術(shù)防范三個(gè)基本要素探測(cè)、延遲、反應(yīng)人防物防技防三種基本手段三種基本手段-人防、物防、技防人力防范利用人們自身的傳感器（眼、耳等）進(jìn)行探測(cè)，發(fā)現(xiàn)妨害或破壞安全的目標(biāo)，作出反應(yīng)；用聲音警告、恐嚇、設(shè)障、武器還擊等手段來(lái)延遲或阻止危險(xiǎn)的發(fā)生，在自身力量不足時(shí)還要發(fā)出求援信號(hào)，以期待做出進(jìn)一步的反應(yīng)，制止危險(xiǎn)的發(fā)生或處理已發(fā)生的危險(xiǎn)實(shí)體防范推遲危險(xiǎn)的發(fā)生，為“反應(yīng)”提供足夠的時(shí)間?，F(xiàn)代的實(shí)體防范，已不是單純物質(zhì)屏障的被動(dòng)防范，而是越來(lái)越多地采用高科技地手段，一方面使實(shí)體屏障被破壞的可能性變小，增大延遲時(shí)間；另一方面也使實(shí)體屏障本身增加探測(cè)和反應(yīng)的功能技術(shù)防范對(duì)人力防范和實(shí)體防范在技術(shù)手段上的補(bǔ)充和加強(qiáng)。它要融入人力防范和實(shí)體防范之中，使人力防范和實(shí)體防范在探測(cè)、延遲、反應(yīng)三個(gè)基本要素中間不斷地增加技術(shù)含量，以不斷提高探測(cè)能力、延遲能力和反應(yīng)能力，使防范手段起到更好的作用，達(dá)到預(yù)期的目的三個(gè)基本要素探測(cè)（Detection）指感知顯形和隱性風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生并發(fā)出報(bào)警延遲（Delay）指延長(zhǎng)和推延風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的進(jìn)程反應(yīng)（Response）指組織力量為制止風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生所采取的快速行動(dòng)探測(cè)、延遲和反應(yīng)三個(gè)基本要素之間是相互聯(lián)系、缺一不可的關(guān)系探測(cè)要準(zhǔn)確無(wú)誤、延遲時(shí)間長(zhǎng)短要合適，反應(yīng)要迅速；反應(yīng)的總時(shí)間應(yīng)小于（至多等于）探測(cè)加延遲的總時(shí)間安全防范產(chǎn)品入侵探測(cè)器防盜(搶)報(bào)警控制器(手動(dòng))汽車(chē)防盜報(bào)警系統(tǒng)出入口控制設(shè)備防盜保險(xiǎn)柜（箱）機(jī)械防盜鎖(樓宇)(可視)對(duì)講系統(tǒng)防盜安全門(mén)防彈復(fù)合玻璃視頻監(jiān)控設(shè)備安全技術(shù)防范（工程）系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用視頻技術(shù)探測(cè)、監(jiān)視設(shè)防區(qū)域并實(shí)時(shí)顯示、記錄現(xiàn)場(chǎng)圖像的電子系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)。入侵報(bào)警系統(tǒng)利用傳感技術(shù)和電子信息技術(shù)探測(cè)并指示非法進(jìn)入或試圖非法進(jìn)入設(shè)防區(qū)域的行為，處理報(bào)警信息，發(fā)出報(bào)警信息的系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)。出入口（門(mén)禁）控制系統(tǒng)利用自定義符和/或模式識(shí)別技術(shù)對(duì)出入口目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別并控制出入口執(zhí)行機(jī)構(gòu)啟閉的電子系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)電子巡查系統(tǒng)（巡更）停車(chē)庫(kù)（場(chǎng)）管理系統(tǒng)防爆安全檢查系統(tǒng)安全管理系統(tǒng)（集成以上系統(tǒng)的平臺(tái)）內(nèi)容概要213視頻監(jiān)控原理和技術(shù)安全防范攝像機(jī)基礎(chǔ)4硬盤(pán)錄像機(jī)5視頻監(jiān)控基本定義視頻監(jiān)控的定義利用視頻技術(shù)探測(cè)、監(jiān)視設(shè)防區(qū)域，實(shí)時(shí)顯示、記錄現(xiàn)場(chǎng)圖像，檢索和顯示歷史圖像的電子系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全技術(shù)防范的一個(gè)子系統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)是安全防范技術(shù)的一部分主要功能功能要求業(yè)務(wù)對(duì)象監(jiān)視控制管理實(shí)時(shí)，清晰報(bào)警及時(shí)、云鏡操作靈活存儲(chǔ)、檢索、回放、認(rèn)證、維護(hù)等視頻源控制信令用戶命令CCTV系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)CCTV：閉路電視系統(tǒng)技術(shù)：主要是電視技術(shù)組成：攝像機(jī)、監(jiān)視器、錄像機(jī)、視頻分配器、畫(huà)面分割器等功能：監(jiān)視（監(jiān)聽(tīng)）、錄像、回放等線纜：同軸電纜（SYV，特性阻抗75Ω，信號(hào)電平1.0Vp-p最大傳輸距離500m）模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的基本結(jié)構(gòu)技術(shù)：主要是視頻編解碼技術(shù)、嵌入式技術(shù)組成：硬盤(pán)錄像機(jī)、攝像機(jī)、監(jiān)視器等功能：監(jiān)視（監(jiān)聽(tīng)）、控制、錄像、回放、對(duì)講等線纜：網(wǎng)線、485控制線主要應(yīng)用：金融、樓宇、小區(qū)等基本概念－圖像、視頻和碼流圖像（Image）視頻（Video）時(shí)間上連續(xù)的圖像組成視頻：Image→Video視頻中的某一幅圖像稱(chēng)為一幀（Frame）幀率（FrameRate）FPS→每秒的幀數(shù)碼流（BitStream）將圖像壓縮后形成的數(shù)據(jù)碼率（BitRate）bps/Bps→對(duì)碼流進(jìn)行量化碼率類(lèi)型：定碼率（CBR）、變碼率（VBR）碼流類(lèi)型：視頻流、音頻流、復(fù)合流基本概念－圖像像素（Pixel）分辨率（Resolution）水平：Width垂直：Height線數(shù)（TVL）分辨力水平垂直視頻制式PAL（PhaseAlternatingLine）：供電頻率為50Hz、場(chǎng)頻為每秒50場(chǎng)、幀頻為每秒25幀、掃描線為625行圖像彩色誤差較小，與黑白電視的兼容也好中國(guó)、德國(guó)NTSC（NationalTelevisionSystemCommittee）：供電頻率為60Hz，場(chǎng)頻為每秒60場(chǎng)，幀頻為每秒30幀，掃描線為525行美國(guó)、日本SECAM（SequentielCouleurAMemoire）：按順序傳送彩色與存儲(chǔ)俄羅斯、法國(guó)、埃及分辨率WD1D14CIF1×12CIF1

×1/2DCIF3/4×2/3CIF1/2

×1/2QCIF1/4

×1/4PAL960×576720×576704×576704×288528×384352×288176×144NTSC960×480720×480704×480704×240528×320352×240176×120分辨率制式WD1分辨率4CIF576(PAL)480(NTSC)960(PAL/NTSC)CIFQCIF2CIFDCIF528×384(PAL)高清分辨率分辨率大于等于720p稱(chēng)為高清數(shù)字監(jiān)控的基礎(chǔ)技術(shù)：編碼和壓縮采集編碼壓縮A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)DSP壓縮輸出數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)一路4CIF分辨率的圖像，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后未經(jīng)壓縮的數(shù)據(jù)量是(RGB)：一幀：

704×576×3字節(jié)＝1216512字節(jié)（不包括文件頭大?。┮幻耄?/p>

1216512字節(jié)/幀×25幀/秒＝30412800字節(jié)/秒＝29MB/秒一小時(shí)：

29MB/秒×3600秒/小時(shí)＝101.9GB/小時(shí)一天：

101.9GB/小時(shí)×24小時(shí)＝2.4TB/天

……壓縮基本原理冗余信息去除冗余信息安防監(jiān)控中的視頻數(shù)據(jù)有極強(qiáng)的相關(guān)性，有大量的冗余信息冗余信息分為空域冗余信息和時(shí)域冗余信息壓縮技術(shù)就是將數(shù)據(jù)中的冗余信息去掉壓縮技術(shù)包括幀內(nèi)壓縮技術(shù)、幀間壓縮技術(shù)和熵編碼壓縮技術(shù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)ChronologicalProgressionofITUandMPEG監(jiān)控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC等幾種視頻編碼技術(shù)

監(jiān)控中壓縮標(biāo)準(zhǔn)的選擇監(jiān)控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC等幾種視頻編碼技術(shù)對(duì)于最終用戶而言，最為關(guān)心的主要有：清晰度、存儲(chǔ)量（帶寬）、穩(wěn)定性還有價(jià)格。采用不同的壓縮技術(shù)，將很大程度影響以上幾大要素H.264在ISO/IEC中的正式名稱(chēng)為：MPEG-4AVC標(biāo)準(zhǔn)；在ITU-T中的名稱(chēng):H.264H264集中了以往標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)，并吸收了以往標(biāo)準(zhǔn)制定中積累的經(jīng)驗(yàn),采用簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì),使它比MPEG4更容易推廣H.264創(chuàng)造性多參考幀、多塊類(lèi)型、整數(shù)變換、幀內(nèi)預(yù)測(cè)等新的壓縮技術(shù)，使用了更精細(xì)的分象素運(yùn)動(dòng)矢量（1/4、1/8)和新的環(huán)路濾波器，使壓縮性能大大提高H.264主要有以下幾大優(yōu)點(diǎn)：高效壓縮：與H.263+和MPEG4SP相比，最高減小50%比特率延時(shí)約束方面有很好的柔韌性容錯(cuò)能力編/解碼的復(fù)雜性可伸縮性解碼全部細(xì)節(jié)：沒(méi)有不匹配（MPG-4采用浮點(diǎn)運(yùn)算，進(jìn)行整形變換時(shí)高質(zhì)量應(yīng)用……碼率的選擇不同分辨率對(duì)應(yīng)不同的碼率范圍，通常而言，碼率與圖像質(zhì)量成正比關(guān)系如果碼率小于該范圍，則圖像質(zhì)量較差如果碼率大于該范圍，則顯得浪費(fèi)每小時(shí)錄像文件大?。▎挝唬篗字節(jié)/小時(shí)）

＝碼率（Kbps）×3600秒÷8÷10241字節(jié)＝8bit1M＝1024KBitrate(bps)QCIFCIF/QVGA2CIF/DCIF4CIF/VGA720PUXGA/1080P256K768K1.5M2M3M4M5M8MFrameRate:25fps內(nèi)容概要312攝像機(jī)基礎(chǔ)安全防范視頻監(jiān)控原理和技術(shù)4硬盤(pán)錄像機(jī)5攝像機(jī)基礎(chǔ)鏡頭基礎(chǔ)知識(shí)攝像機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)模擬攝像機(jī)基本概念組成：主要由鏡頭、影像傳感器（CCD/CMOS）、ISP(ImageSignalProcessor)及相關(guān)電路組成工作原理：被攝物體經(jīng)鏡頭成像在影像傳感器表面，形成微弱電荷并積累，在相關(guān)電路控制下，積累電荷逐點(diǎn)移出，經(jīng)過(guò)濾波、放大后輸入DSP進(jìn)行圖像信號(hào)處理，最后形成視頻信號(hào)（CVBS）輸出傳感器ADCDSPDAC光圖像碼流模擬攝像機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CVBS網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)基本概念組成：主要由鏡頭、影像傳感器（CCD/CMOS）、ISP(ImageSignalProcessor)、DSP（DigitalSignalProcessor）及相關(guān)電路組成工作原理：被攝物體經(jīng)鏡頭成像在影像傳感器表面，形成微弱電荷并積累，在相關(guān)電路控制下，積累電荷逐點(diǎn)移出，經(jīng)過(guò)濾波、放大后輸入DSP進(jìn)行圖像信號(hào)處理和編碼壓縮，最后形成數(shù)字信號(hào)輸出。DSP

CCD/CMOSISPNET光圖像碼流網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)球機(jī)基本概念組成：主要由機(jī)芯、云臺(tái)、球機(jī)主板及相關(guān)電路組成工作原理：被攝物體經(jīng)鏡頭成像在影像傳感器表面，形成微弱電荷并積累，在相關(guān)電路控制下，積累電荷逐點(diǎn)移出，經(jīng)過(guò)濾波、放大后輸入DSP進(jìn)行圖像信號(hào)處理和編碼壓縮，同時(shí)將控制信號(hào)發(fā)送給云臺(tái)，最后形成數(shù)字信號(hào)輸出。DSP

CCD/CMOSISPNET光圖像碼流球機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)PTZ攝像機(jī)主要性能指標(biāo)——圖像傳感器CCD（ChargedCoupledDevice）電荷耦合器件優(yōu)點(diǎn)：靈敏度，信噪比，成像質(zhì)量缺點(diǎn)：成本、動(dòng)態(tài)范圍、功耗、制造加工CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體優(yōu)點(diǎn)：成本、動(dòng)態(tài)范圍、功耗缺點(diǎn)：靈敏度、信噪比、成像質(zhì)量攝像機(jī)主要性能指標(biāo)——日夜轉(zhuǎn)換模式日夜轉(zhuǎn)換低照度場(chǎng)景中轉(zhuǎn)換為黑白模式可有效提升攝像機(jī)的靈敏度日夜轉(zhuǎn)換模式電子式機(jī)械式（ICR）彩色黑白紅外透過(guò)紅外截止攝像機(jī)主要性能指標(biāo)——最低照度標(biāo)示攝像機(jī)能夠正常輸出圖像的最低照度值，有時(shí)被稱(chēng)為“靈敏度”單位：Lux（勒克斯）以攝像機(jī)正常工作照度范圍劃分：普通型：1~3Lux月光型：0.1Lux左右星光型：0.01Lux以下紅外型：0Lux，采用紅外照明攝像機(jī)的最低照度參數(shù)通常由三部分組成，例如：彩色0.01Lux@F1.2色彩模式（彩色/黑白）。同一支攝像機(jī)工作在彩色或黑白模式下，其照度參數(shù)不相同照度參數(shù)，表示攝像機(jī)在正常輸出圖像時(shí)，到達(dá)傳感器的最小光照強(qiáng)度光圈值。表示該照度參數(shù)是在鏡頭設(shè)定于何種光圈值條件下取得的。攝像機(jī)特殊功能——低照度對(duì)圖像進(jìn)行噪聲濾除、電子防抖動(dòng)、自動(dòng)曝光控制等技術(shù)，將攝像機(jī)靈敏度提高了10%以上，在超低照度下，仍可獲高清晰度、亮麗的圖像。相同照度下普通攝像機(jī)圖像相同照度下低照度攝像機(jī)圖像攝像機(jī)主要性能指標(biāo)——自動(dòng)增益AGC（AutoGainControl）將來(lái)自圖像傳感器的信號(hào)放大到可以使用水準(zhǔn)的視頻放大器，其放大量即增益，并自動(dòng)根據(jù)信號(hào)電平調(diào)整增益幅度優(yōu)點(diǎn)是提升了攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，缺點(diǎn)是將噪聲一同放大AGC關(guān)閉AGC開(kāi)啟攝像機(jī)主要性能指標(biāo)——白平衡用于彩色攝像機(jī)，確保在不同色溫環(huán)境下正確表示色彩分為手動(dòng)白平衡和自動(dòng)白平衡兩種手動(dòng)白平衡自動(dòng)白平衡日光燈色溫標(biāo)準(zhǔn)色溫鈉燈色溫?cái)z像機(jī)特殊功能——背光補(bǔ)償采用背光補(bǔ)償技術(shù)，讓攝像機(jī)找到拍攝最佳圖像的參考亮度，然后自動(dòng)提供適當(dāng)?shù)墓庋a(bǔ)償量，幫助用戶很好地識(shí)別一個(gè)背部光照很強(qiáng)的物體。背光補(bǔ)償往往針對(duì)目標(biāo)圖像的特定區(qū)域有效。原始圖像背光補(bǔ)償功能開(kāi)啟人臉偏暗人臉清晰攝像機(jī)特殊功能——寬動(dòng)態(tài)針對(duì)逆光場(chǎng)景，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)在后景區(qū)域使用短快門(mén)曝光，在前景區(qū)域使用長(zhǎng)快門(mén)曝光，生成合成圖像。所以能看清圖像暗處的細(xì)節(jié)，而圖像亮處又不過(guò)曝。寬動(dòng)態(tài)技術(shù)可獲得比背光補(bǔ)償技術(shù)更加清新、艷麗的圖像。背光補(bǔ)償功能開(kāi)啟寬動(dòng)態(tài)功能開(kāi)啟背景過(guò)曝背景清晰網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的其它特性ePTZ（電子云臺(tái)）140°全景畫(huà)面 超快速PAN/TILE/ZOOM

支持區(qū)域放大 無(wú)機(jī)械磨損 無(wú)噪音POE（網(wǎng)線供電）12.95w支持SD卡接口IP防護(hù)等級(jí)IP（IngressProtection）防護(hù)等級(jí)由IEC制定，由兩位數(shù)字組成，含義如下表所示：IP防護(hù)等級(jí)防塵防水0無(wú)防護(hù)無(wú)防護(hù)1防止大于50mm的固體物體侵入防止滴水侵入2防止大于12mm的固體物體侵入傾斜15度時(shí)仍可防止滴水侵入3防止大于2.5mm的固體物體侵入防止噴灑的水侵入、防雨4防止大于1.0mm的固體物體侵入防止飛濺的水侵入5完全防止外物侵入，雖不能完全防止灰塵進(jìn)入，但侵入的灰塵量并不會(huì)影響正常工作防止噴射的水侵入6完全防止外物侵入，且可完全防止灰塵進(jìn)入防止大浪的侵入7防止浸水時(shí)水的侵入8防止沉沒(méi)時(shí)水的侵入攝像機(jī)基礎(chǔ)鏡頭基礎(chǔ)知識(shí)攝像機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)鏡頭景深選擇景深：在景象平面上成清晰像的空間深度光圈越大，景深越??；焦距越大，景深越小景深與光圈關(guān)系鏡頭視場(chǎng)角選擇廣角鏡頭魚(yú)眼鏡頭標(biāo)準(zhǔn)鏡頭遠(yuǎn)攝鏡頭標(biāo)準(zhǔn)鏡頭視場(chǎng)角在53°左右，遠(yuǎn)攝鏡頭視場(chǎng)角≤20°，廣角鏡頭視場(chǎng)角≥90°，魚(yú)眼鏡頭視場(chǎng)角≥180°鏡頭焦距的選擇估算法(適用于4mm以上的鏡頭)例：某人距離攝像機(jī)10米要看清人臉，用20mm左右的鏡頭要看清人體輪廓，用10mm左右的鏡頭要監(jiān)控人的活動(dòng)畫(huà)面，用5mm左右的鏡頭監(jiān)控距離(米)看清細(xì)節(jié)特征(人臉等)看清體貌特征(人的輪廓等)看清行為特征(人物活動(dòng))X焦距：2X(mm)焦距：X(mm)焦距：X/2(mm)監(jiān)控距離與焦距的關(guān)系焦距攝像機(jī)到監(jiān)控物體的距離內(nèi)容概要412硬盤(pán)錄像機(jī)安全防范視頻監(jiān)控原理和技術(shù)3攝像機(jī)基礎(chǔ)5關(guān)鍵技術(shù)——視頻編碼技術(shù)幾種編碼技術(shù)的效率對(duì)比視頻編碼效率與視頻源有關(guān)，針對(duì)不同視頻源的編碼效率不一樣解碼圖像質(zhì)量與視頻輸入源的圖像質(zhì)量（信噪比等）以及視頻編碼算法有極大的相關(guān)性提高視頻輸入源圖像質(zhì)量的解決方案選擇高質(zhì)量的前端圖像輸入設(shè)備&增加DVR視頻圖像的自適應(yīng)處理功能關(guān)鍵技術(shù)——硬盤(pán)記錄技術(shù)錄像帶存儲(chǔ)