1、視頻監控原理LOREM IPSUM DOLOR第1頁課程說明01課程時間40-60分鐘02課程目標幫助員工了解并掌握視頻監控相關行業知識和基礎知識，熟悉視頻監控產品相關原理，了解視頻監控技術發展趨勢第2頁內容概要123安全防范視頻監控原理和技術攝像機基礎4硬盤錄像機第3頁安全防范基本概念01安全防范（Security）安全防范是社會公共安全一部分安全防范行業是社會公共安全行業一個分支以防盜、防劫、防入侵、防破壞為主要內容02三種基本伎倆人力防范，實（物）體防范，技術防范03三個基本要素探測、延遲、反應第4頁人 防物 防技 防三種基本伎倆第5頁三種基本伎倆-人防、物防、技防01人力防范利用人們本

2、身傳感器（眼、耳等）進行探測，發覺妨害或破壞安全目標，作出反應；用聲音警告、恐嚇、設障、武器還擊等伎倆來延遲或阻止危險發生，在本身力量不足時還要發出求援信號，以期待做出深入反應，阻止危險發生或處理已發生危險02實體防范推遲危險發生，為“反應”提供足夠時間。現代實體防范，已不是單純物質屏障被動防范，而是越來越多地采用高科技地伎倆，一方面使實體屏障被破壞可能性變小，增大延遲時間；其次也使實體屏障本身增加探測和反應功能03技術防范對人力防范和實體防范在技術伎倆上補充和加強。它要融入人力防范和實體防范之中，使人力防范和實體防范在探測、延遲、反應三個基本要素中間不停地增加技術含量，以不停提升探測能力、延

3、遲能力和反應能力，使防范伎倆起到更加好作用，到達預期目標 第6頁01030204探測（Detection）指感知顯形和隱性風險事件發生并發出報警反應（Response）指組織力量為阻止風險事件發生所采取快速行動延遲（Delay）指延長和推延風險事件發生進程探測、延遲和反應三個基本要素之間是相互聯絡、缺一不可關系探測要準確無誤、延遲時間長短要適當，反應要快速；反應總時間應小于（至多等于）探測加延遲總時間三個基本要素第7頁三個基本伎倆與三個基本要素探測延遲反應人防物防技防安全防范工程設計應遵照標準之一： 技防、物防、人防相結合，探測、延遲、反應相協調安全防范工程技術規范GB50348-第8頁安全防

4、范系統設計依據國家標準（GB/T）GB50348-2004安全防范工程技術規范GB20815-2006視頻安防監控數字錄像設備 行業標準（GA/T）GA38-2004銀行營業場所風險等級和防護級別的規定GA308-2004安全防范系統驗收規則GA/T669-2006城市監控報警聯網系統通用技術要求 地方標準（DBXX/T）DB33/T334-2001安全防范系統 行業管理規定國家公安部、國家教育部、省公安廳等相應文件及規范企業標準（QB）第9頁安全防范產品防彈復合玻璃視頻監控設備入侵探測器防盜(搶)報警控制器(手動)汽車防盜報警系統出入口控制設備防盜保險柜（箱）機械防盜鎖(樓宇)(可視)對講系

5、統防盜安全門第10頁安全技術防范（工程）系統視頻監控系統利用視頻技術探測、監視設防區域并實時顯示、統計現場圖像電子系統或網絡。入侵報警系統利用傳感技術和電子信息技術探測并指示非法進入或試圖非法進入設防區域行為，處理報警信息，發出報警信息系統或網絡。出入口（門禁）控制系統利用自定義符和/或模式識別技術對出入口目標進行識別并控制出入口執行機構啟閉電子系統或網絡電子巡查系統（巡更）停車庫（場）管理系統防爆安全檢驗系統安全管理系統（集成以上系統平臺）第11頁復習與思索安全防范三個基本伎倆是什么？安全防范三個基本要素是什么？現有安全防范體系中，包含哪4個層次標準？安全技術防范（工程）系統通常包含哪些子系

6、統？第12頁內容概要213視頻監控原理和技術安全防范攝像機基礎4硬盤錄像機第13頁視頻監控基本定義視頻監控定義利用視頻技術探測、監視設防區域，實時顯示、統計現場圖像，檢索和顯示歷史圖像電子系統或網絡系統視頻監控系統是安全技術防范一個子系統視頻監控技術是安全防范技術一部分主要功效功效要求業務對象監視控制管理實時，清楚報警及時、云鏡操作靈活存放、檢索、回放、認證、維護等視頻源控制信令用戶命令第14頁CCTV系統基本結構CCTV：閉路電視系統技術：主要是電視技術組成：攝像機、監視器、錄像機、視頻分配器、畫面分割器等功效：監視（監聽）、錄像、回放等線纜：視頻電纜（SYV，特征阻抗75，信號電平1.0V

7、p-p最大傳輸距離500m）第15頁模擬視頻監控系統第16頁網絡視頻監控基本結構技術：主要是視頻編解碼技術、嵌入式技術組成：硬盤錄像機、攝像機、監視器等功效：監視（監聽）、控制、錄像、回放、對講等線纜：視頻電纜、 485控制線主要應用：金融、樓宇、小區等網絡視頻監控優點可經過網絡組建低成本跨區域監控系統一機多路，使用大容量硬盤可長久存放數字信號長久保留信號不失真采取智能檢索，檢索與錄像可同時進行循環錄像方式，節約人力第17頁基本概念圖像、視頻和碼流01圖像（Image）02視頻（Video）時間上連續圖像組成視頻：ImageVideo視頻中某一幅圖像稱為一幀（Frame）幀率（Frame Ra

8、te）FPS 每秒幀數（每秒20-25幀人眼即可看到連續畫面）03碼流（Bit Stream）將圖像壓縮后形成數據碼率（Bit Rate）bps/Bps 對碼流進行量化碼率類型：定碼率（CBR）、變碼率（VBR）碼流類型：視頻流、音頻流、復合流第18頁基本概念圖像像素（Pixel）分辨率（Resolution）水平：Width垂直：Height線數（TVL）分辨力水平垂直第19頁視頻制式PAL（ Phase Alternating Line）：供電頻率為50Hz、場頻為每秒50場、幀頻為每秒25幀、掃描線為625行 圖像彩色誤差較小，與黑白電視兼容也好 中國、德國NTSC （National

9、Television System Committee）：供電頻率為60Hz，場頻為每秒60場，幀頻為每秒30幀，掃描線為525行 美國、日本SECAM（Sequentiel Couleur A Memoire ）：按次序傳送彩色與存放 俄羅斯、法國、埃及第20頁分辨率WD1D14CIF112CIF1 1/2DCIF3/4 2/3CIF1/2 1/2QCIF1/4 1/4PAL960576720576704576704288528384352288176144NTSC960480720480704480704240528320352240176120分辨率制 式第21頁WD1分辨率4CIF57

10、6(PAL)480(NTSC)960 (PAL/NTSC)CIFQCIF2CIFDCIF528384(PAL)第22頁高清分辨率45萬-4CIF（704576）100萬-720p（1280720）130萬（1280960）200萬-UXGA(16001200） 200萬-1080p（19201080）300萬（20481536）500萬（25601920）分辨率大于等于720p稱為高清第23頁數碼監控基礎技術：編碼和壓縮一路4CIF分辨率圖像，進行A/D轉換后未經壓縮數據量是(RGB)：一幀：7045763字節1216512字節（不包含文件頭大小）一秒：1216512字節/幀25幀/秒3041

11、2800字節/秒29MB/秒一小時：29MB/秒3600秒/小時101.9GB/小時一天：101.9GB/小時二十四小時2.4TB/天 采集編碼壓縮A/D轉換數字信號DSP壓縮輸出數字信號模擬信號第24頁壓縮基本原理冗余信息去除冗余信息安防監控中視頻數據有極強相關性，有大量冗余信息冗余信息分為空域冗余信息和時域冗余信息壓縮技術就是將數據中冗余信息去掉壓縮技術包含幀內壓縮技術、幀間壓縮技術和熵編碼壓縮技術第25頁壓縮標準Chronological Progression of ITU and MPEG 監控中主要采取MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC等幾個

12、視頻編碼技術第26頁監控中壓縮標準選擇01監控中主要采取MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC等幾個視頻編碼技術02對于最終用戶而言，最為關心主要有：清楚度、存放量（帶寬）、穩定性還有價格。采取不一樣壓縮技術，將很大程度影響以上幾大要素第27頁M-JPEG01MJPEG（Motion JPEG）壓縮技術，主要是基于靜態視頻壓縮發展起來技術，它主要特點是基本不考慮視頻流中不一樣幀之間改變，只單獨對某一幀進行壓縮02MJPEG壓縮技術能夠獲取清楚度很高視頻圖像，能夠動態調整幀率、分辨率03因為沒有考慮幀間改變，造成大量冗余信息被重復存放，所以單幀視頻占用空間較大

13、，當前流行MJPEG技術最好也只能做到3K字節/幀（CIF），通常要820K第28頁0103050204MPEG-4制訂初衷主要針對視頻會議、可視電話超低比特率壓縮需求。應用范圍包含實時視聽通信、多媒體通信、遠地監測/監視、VOD、家庭購物/娛樂等MPEG-4視頻壓縮算法相對于MPEG-1/2在低比特率壓縮上有著顯著提升，在CIF、4CIF情況下，不論從清楚度還是從存放量上都比MPEG1含有更大優勢，也更適合網絡傳輸。對于中國企業來說還要面臨高昂專利費，當前要求：每臺解碼設備需要交給MPEG-LA 0.25美元每臺設備還需要按時間交費(4美分/天=1.2美元/月=14.4美元/年）MPEG-4

14、與前面提到JPEG、MPEG-1/2有很大不一樣，它為多媒體數據壓縮編碼提供更為遼闊平臺，它定義是一個格式、一個框架，而不是詳細算法，它希望建立一個更自由通信與開發環境MPEG-4因為系統設計過于復雜，使得MPEG-4難以完全實現而且兼容，極難在視頻會議、可視電話等領域實現。MPEG-4第29頁01030204在ISO/IEC中正式名稱為：MPEG-4 AVC標準；在ITU-T中名稱:H.264H.264創造性多參考幀、多塊類型、整數變換、幀內預測等新壓縮技術，使用了更精細分象素運動矢量（1/4、1/8)和新環路濾波器，使壓縮性能大大提升H264集中了以往標準優點，并吸收了以往標準制訂中積累經

15、驗, 采取簡練設計,使它比MPEG4更輕易推廣H.264主要有以下幾大優點：高效壓縮：與H.263+和MPEG4 SP相比，最高減小50%比特率延時約束方面有很好柔韌性容錯能力編/解碼復雜性可伸縮性解碼全部細節：沒有不匹配（MPG-4采取浮點運算，進行整形變換時高質量應用H.264第30頁碼率選擇不一樣分辨率對應不一樣碼率范圍，通常而言，碼率與圖像質量成正比關系假如碼率小于該范圍，則圖像質量較差假如碼率大于該范圍，則顯得浪費每小時錄像文件大小（單位：M字節/小時） 碼率（Kbps）3600秒810241字節8 bit1M1024KBitrate(bps)QCIFCIF/QVGA2CIF/DCI

16、F4CIF/VGA720PUXGA/1080P256K768K1.5M2M3M4M5M8MFrame Rate:25fps第31頁復習與思索01盡管都是采取H.264編碼標準，為何不一樣廠家播放器依然不能通用？02A和B兩個編碼通道接入同一視頻源，A采取CIF分辨率，B采取4CIF分辨率；A和B均采取相同碼率錄像，相同時間后它們所生成錄像文件大小：AB？ AB？ A=B？第32頁內容概要312攝像機基礎安全防范視頻監控原理和技術4硬盤錄像機第33頁攝像機基礎鏡頭基礎知識攝像機基礎知識第34頁攝像機主要性能指標圖像傳感器CCD（Charged Coupled Device）電荷耦合器件優點：靈敏

17、度，信噪比，成像質量缺點：成本、動態范圍、功耗、制造加工CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）互補金屬氧化物半導體優點：成本、動態范圍、功耗缺點：靈敏度、信噪比、成像質量DIS（Digital Image System）（海康技術）工藝：采取SOC技術，把Sensor和DSP集成在一個芯片上優點：體積小、集成度高、可靠性高、功耗低第35頁模擬攝像機基本概念組成：主要由鏡頭、影像傳感器（CCD/CMOS）、ISP(Image Signal Processor)及相關電路組成分類：槍機、球機、半球機、筒機工作原理：被攝物體經鏡頭成像在影像傳感器表

18、面，形成微弱電荷并積累，在相關電路控制下，積累電荷逐點移出，經過濾波、放大后輸入DSP進行圖像信號處理壓縮，最終形成視頻信號（CVBS）輸出傳感器ADCDSPDAC光圖像碼流模擬攝像機系統結構CVBS第36頁網絡攝像機基本概念組成：主要由鏡頭、影像傳感器（CCD/CMOS）、ISP(Image Signal Processor)、DSP（Digital Signal Processor）及相關電路組成工作原理：被攝物體經鏡頭成像在影像傳感器表面，形成微弱電荷并積累，在相關電路控制下，積累電荷逐點移出，經過濾波、放大后輸入DSP進行圖像信號處理和編碼壓縮，最終形成數字信號輸出。DSP CCD/C

19、MOSISPNET光圖像碼流網絡攝像機系統結構第37頁球機基本概念組成：主要由機芯、云臺、球機主板及相關電路組成工作原理：被攝物體經鏡頭成像在影像傳感器表面，形成微弱電荷并積累，在相關電路控制下，積累電荷逐點移出，經過濾波、放大后輸入DSP進行圖像信號處理和編碼壓縮，同時將控制信號發送給云臺，最終形成數字信號輸出。DSP CCD/CMOSISPNET光圖像碼流球機系統結構PTZ第38頁掃描方式13579111315246810121416奇場(Odd Field)偶場(Even Field)12345678910111213141516只有1場逐行掃描(Progressive)隔行掃描(Int

20、erlacing）第39頁日夜轉換模式電子式機械式（ICR）增加紅外濾片過濾紅外光攝像機主要性能指標日夜轉換模式日夜轉換低照度場景中轉換為黑白模式可有效提升攝像機靈敏度彩色 黑白紅外透過紅外截止第40頁攝像機主要性能指標最低照度標示攝像機能夠正常輸出圖像最低照度值，有時被稱為“靈敏度”單位：Lux（勒克斯）以攝像機正常工作照度范圍劃分：普通型：13 Lux月光型：0.1 Lux左右星光型：0.01 Lux以下(主流)紅外型：0 Lux，采取紅外照明攝像機最低照度參數通常由三部分組成，比如：彩色 0.01Lux F1.2色彩模式（彩色/黑白）。同一支攝像機工作在彩色或黑白模式下，其照度參數不相同

21、照度參數，表示攝像機在正常輸出圖像時，抵達傳感器最小光照強度光圈值。表示該照度參數是在鏡頭設定于何種光圈值條件下取得。第41頁攝像機主要性能指標自動增益AGC（Auto Gain Control）未來自圖像傳感器信號放大到能夠使用水準視頻放大器，其放大量即增益，并自動依據信號電平調整增益幅度優點是提升了攝像機動態范圍，缺點是將噪聲一同放大AGC 關閉AGC 開啟第42頁攝像機特殊功效背光賠償采取背光賠償技術，讓攝像機找到拍攝最正確圖像參考亮度，然后自動提供適當光賠償量，幫助用戶很好地識別一個背部光照很強物體。背光賠償往往針對目標圖像特定區域有效。原始圖像背光賠償功效開啟人臉偏暗人臉清楚第43頁

22、攝像機特殊功效寬動態針對逆光場景，寬動態技術在后景區域使用短快門曝光，在前景區域使用長快門曝光，生成合成圖像。所以能看清圖像暗處細節，而圖像亮處又不過曝。寬動態技術可取得比背光賠償技術愈加清新、艷麗圖像。背光賠償功效開啟寬動態功效開啟背景過曝背景清楚第44頁攝像機特殊功效低照度對圖像進行噪聲濾除、電子防抖動、自動曝光控制等技術，將攝像靈巧敏度提升了10%以上，在超低照度下，仍可獲高清楚度、亮麗圖像。相同照度下普通攝像機圖像相同照度下低照度攝像機圖像第45頁IP防護等級IP（Ingress Protection）防護等級由IEC制訂，由兩位數字組成，含義以下表所表示：IP 防護等級防 塵防 水0

23、無防護無防護1預防大于50mm固體物體侵入預防滴水侵入2預防大于12mm固體物體侵入傾斜15度時仍可預防滴水侵入3預防大于2.5mm固體物體侵入預防噴灑水侵入、防雨4預防大于1.0mm固體物體侵入預防飛濺水侵入5完全預防外物侵入，雖不能完全預防灰塵進入，但侵入灰塵量并不會影響正常工作預防噴射水侵入6完全預防外物侵入，且可完全預防灰塵進入預防大浪侵入7預防浸水時水侵入8預防淹沒時水侵入室外用攝像機普通最少滿足IP66防護等級第46頁攝像機基礎鏡頭基礎知識攝像機基礎知識第47頁鏡頭景深選擇景深：在景象平面上成清楚像空間深度焦距越大 景深越小，焦距越小 景深越大 光圈越大 景深越小，光圈越小 景深越

24、大景深與光圈關系第48頁鏡頭視場角選擇廣角鏡頭魚眼鏡頭標準鏡頭遠攝鏡頭標準鏡頭視場角在53左右，遠攝鏡頭視場角20，廣角鏡頭視場角90，魚眼鏡頭視場角180第49頁鏡頭焦距選擇估算法(適合用于4mm以上鏡頭)例：某人距離攝像機10米要看清人臉，用20mm左右鏡頭要看清人體輪廓，用10mm左右鏡頭要監控人活動畫面，用5mm左右鏡頭監控距離(米)看清細節特征(人臉等)看清體貌特征(人輪廓等)看清行為特征(人物活動)X焦距：2X(mm)焦距：X(mm)焦距：X/2(mm)第50頁監控距離與焦距關系焦距攝像機到監控物體距離第51頁內容概要412硬盤錄像機安全防范視頻監控原理和技術3攝像機基礎第52頁硬

25、盤錄像機PC式硬盤錄像機（PC-DVR）NVR技術DVR關鍵技術第53頁PC式網絡硬盤錄像機系統組成兼容/工控PC機+視頻采集或壓縮卡+普通/較可靠操作平臺+應用軟件第54頁01030204PC平臺在數字視頻技術發展早期階段成為首選載體PC式DVR含有兼容性好，軟件開發周期短，易擴展、易操作，一機多用等特點PC-DVR關鍵要素是視音頻壓縮（采集）板卡，它決定了整套系統技術體系架構及性能PC式DVR中影響整套系統穩定性步驟較多，比如主板、顯卡、壓縮卡、操作系統、應用軟件等等PC式硬盤錄像機特點第55頁視頻卡分類視頻采集卡 / 捕捉卡 / 軟壓卡視頻壓縮卡 / 硬壓卡軟壓卡A/D轉換CPU（壓縮）

26、模擬信號輸入數字信號輸出硬壓卡A/D轉換模擬信號輸入數字信號輸出DSP第56頁硬盤錄像機PC式硬盤錄像機（PC-DVR） NVR技術 DVR關鍵技術第57頁DVR(數字硬盤錄像機)DVR：Digital Video Recorder 定義：模數轉換、編碼存放、檢索及回放連接CVBS系統及IP系統提供控制界面第58頁關鍵技術硬盤統計技術錄像帶存放VS硬盤存放DVR快速普及原因：管理和使用方便，無需人工對硬盤進行管理（不存在象磁帶那樣堆放負擔）、可快速檢索、提供人性化回放操作等當前硬盤是為計算機設計，用于監控錄像還存在一些問題：統計數據關聯性、錯誤恢復能力、硬盤使用壽命等，監控專用硬盤問世一定程度

27、上改進了這一情況，但還有很大提升空間在硬盤管理上還需要做很多工作，當前已使用硬盤休眠技術、磁盤預分配技術、凍結保護技術、低尋道技術、硬盤故障預警和報警等，還需要做更多工作第59頁關鍵技術網絡傳輸技術網絡傳輸有效傳輸：當前IPv4技術，是為數據業務設計，用于流媒體傳輸，在有效和實時上有些勉強，需要RTP/RTCP協議，給予適當補救協議支持：各領域監控業務要求不一樣，需采取不一樣傳輸協議，如TCP、UDP、點播、多播、SIP等等網管功效：對于網絡監控端設備在線活及業務功效實施狀態信息傳遞已成為必須具備功效Internet第60頁關鍵技術互聯互通網絡視頻接入高清接入：支持500W像素高清網絡視頻預覽、存放與回放多元化接入：支持海康網絡攝像機、網絡球機和網絡視頻服務器接入第三方接入：支持7家廠商私有協議接入；支持標準ONVIF、PSIA協議網絡攝像機接入第61頁關鍵技術應用技術個性化應用技術一鍵錄像一鍵上網移動偵測字符疊加報警聯動同時回放電子放大第62頁DVR專