视频监控技术原理

视频监控技术原理杭州海康威视数字技术股份有限公司赵玉川[e-mail]提纲前言安全防范第一章视频监控原理和技术第二章视频监控主要产品：摄像机第三章视频监控主要产品：DVR、DVS第四章网络视频监控系统第五章新一代视频监控产品第六章数码监控技术的未来前言安全防范第一节安全防范基本概念第二节安全防范系统设计依据第三节安全防范产品第四节安全防范技术体系第五节安全技术防范（工程）系统第六节安全防范类别安全防范安全防范人防技防物防视频监控报警、门禁其它技术防范手段……一、安全防范基本概念安全防范（Security）安全防范是社会公共安全的一部分安全防范行业是社会公共安全行业的一个分支以防盗、防劫、防入侵、防破坏为主要内容三种基本手段人力防范，实（物）体防范，技术防范安全防范技术用于安全防范工程的专用技术安全技术防范5三种基本手段-人防、物防、技防6利用人们自身的传感器（眼、耳等）进行探测，发现妨害或破坏安全的目标，作出反应；用声音警告、恐吓、设障、武器还击等手段来延迟或阻止危险的发生，在自身力量不足时还要发出求援信号，以期待做出进一步的反应，制止危险的发生或处理已发生的危险人力防范推迟危险的发生，为“反应”提供足够的时间。现代的实体防范，已不是单纯物质屏障的被动防范，而是越来越多地采用高科技地手段，一方面使实体屏障被破坏的可能性变小，增大延迟时间；另一方面也使实体屏障本身增加探测和反应的功能实体防范对人力防范和实体防范在技术手段上的补充和加强。它要融入人力防范和实体防范之中，使人力防范和实体防范在探测、延迟、反应三个基本要素中间不断地增加技术含量，以不断提高探测能力、延迟能力和反应能力，使防范手段起到更好的作用，达到预期的目的技术防范安全防范技术物理技术防范（PhysicalProtection）实体防范技术，如建筑物和实体屏障以及与其匹配的各种实物设施、设备和产品（如门、窗、柜、锁等）电子防范技术（ElectronicProtection）应用于安全防范的电子、通信、计算机与信息处理及其相关技术，如：电子报警技术、视频监控技术、出入口控制技术、计算机网络技术以及其相关的各种软件、系统工程等生物统计学防范技术（BiometricProtection）利用人体的生物学特征进行安全技术防范的一种特殊技术门类，现在应用较广的有指纹、掌纹、眼纹、声纹等识别控制技术。7安全技术防范以安全防范技术为先导，以人力防范为基础，以技术防范和实体防范为手段所建立的一种具有探测、延迟、反应有序结合的安全防范服务保障体系。是以预防损失和预防犯罪为目的的一项公安业务和社会公共事业。对于警察执法部门而言，安全技术防范就是利用安全防范技术开展安全防范工作的一项公安业务；而对于社会经济部门来说，安全技术防范就是利用安全防范技术为社会公众提供一种安全服务的产业8二、安全防范系统设计依据国家标准GB50348-2004《安全防范工程技术规范》GB20815-2006《视频安防监控数字录像设备》……行业标准GA38-2004《银行营业场所风险等级和防护级别的规定》GA308-2004《安全防范系统验收规则》GA/T669-2006《城市监控报警联网系统通用技术要求》……地方标准DB33/T334-2001《安全防范系统》……行业管理规定国家公安部、国家教育部、省公安厅等相应文件及规范9三、安全防范产品入侵探测器防盗（抢）报警控制器（手动）汽车防盗报警系统出入口控制设备防盗保险柜（箱）机械防盗锁（楼宇）对讲（可视）系统防盗安全门防弹复合玻璃视频监控设备10安防产品管理办法《生产许可证》CCC认证体系检测中心《检测报告》四、安全防范技术体系入侵探测与防盗报警技术视频监控技术出入口目标识别与控制技术报警信息传输技术移动目标反劫、防盗报警技术社区安防与社会救助应急报警技术实体防护技术防爆安检技术安全防范网络与系统集成技术安全防范工程设计与施工技术12五、安全技术防范（工程）系统入侵报警系统利用传感技术和电子信息技术探测并指示非法进入或试图非法进入设防区域的行为，处理报警信息，发出报警信息的系统或网络。视频安防监控系统利用视频技术探测、监视设防区域并实时显示、记录现场图像的电子系统或网络。出入口控制系统利用自定义符和/或模式识别技术对出入口目标进行识别并控制出入口执行机构启闭的电子系统或网络电子巡查系统停车库（场）管理系统防爆安全检查系统安全管理系统（集成以上系统的平台）13六、安全防范类别高风险对象的安全防范工程金融机构文博机构民航、车站、码头重要物资存储库重要内保单位（如电力、电信）普通风险对象的安全防范工程通用型公共建筑住宅小区14第一章视频监控原理和技术第一节视频监控定义第二节视频监控系统组成第三节从模拟到数字第四节基本概念第五节编码和压缩原理及技术第六节视频监控中分辨率、码率的选择视频监控基本定义视频监控的定义利用视频技术探测、监视设防区域，实时显示、记录现场图像，检索和显示历史图像的电子系统或网络系统视频监控系统是安全技术防范的一个子系统视频监控技术是安全防范技术的一部分16监控系统的基本功能主要功能监视控制管理功能要求实时，清晰报警及时、云镜操作灵活存储、检索、回放、认证、维护等业务对象视频源控制信令用户命令第一章视频监控原理和技术第一节视频监控定义第二节视频监控系统组成第三节从模拟到数字第四节基本概念第五节编码和压缩原理及技术第六节视频监控中分辨率、码率的选择视频监控系统基本组成前端各种类型的摄像机及其附属设备编码设备传输光端机路由器和交换机同轴电缆、光纤后端显示、记录、控制、管理设备采用独立的视频中心控制台或监控—报警中心控制台19第一章视频监控原理和技术第一节视频监控定义第二节视频监控系统组成第三节从模拟到数字第四节基本概念第五节编码和压缩原理及技术第六节视频监控中分辨率、码率的选择视频监控系统的发展CCTV系统的基本结构CCTV：闭路电视系统技术：主要是电视技术组成：摄像机、监视器、录像机、画面分割器等功能：监视（监听）、录像、回放等线缆：视频电缆（75欧同轴阻抗1.0Vp-p电平传输约500m）画面分割器…CCTV系统结构技术：电视技术、控制技术组成：矩阵、摄像机、云台、监视器、录像机等功能：监视（监听）、控制、录像、回放线缆：视频电缆、485控制线（一对多终端匹配电阻120欧，传输约1200m）主要应用：规模较大的视频监控系统，如金融、楼宇等模拟视频监控系统光纤前端传输操作电缆控制键盘长延时录像机显示矩阵数字视频监控的基本结构技术：主要是视频编解码技术、嵌入式技术组成：硬盘录像机、摄像机、监视器等功能：监视（监听）、控制、录像、回放、对讲等线缆：视频电缆、485控制线主要应用：金融、楼宇、小区等模拟与数字监控的比较模拟监控组建跨区域监控系统成本高昂、实现难度大追加监控点难度较高图像存储成本高、长期保存图像质量下降严重不支持录像与检索双工操作数字监控可通过网络组建低成本跨区域监控系统一机多路，使用大容量硬盘可长期存储数字信号长期保存信号不失真采用智能检索，检索与录像可同时进行循环录像方式，节约人力第一章视频监控原理和技术第一节视频监控定义第二节视频监控系统组成第三节从模拟到数字第四节基本概念第五节编码和压缩原理及技术第六节视频监控中分辨率、码率的选择图像、视频和码流图像（Image）视频（Video）时间上连续的图像组成视频：Image→Video视频中的某一幅图像称为一帧（Frame）帧率（FrameRate）FPS→每秒的帧数码流（BitStream）将图像压缩后形成的数据码率（BitRate）bps/Bps→对码流进行量化码率类型：定码率（CBR）、变码率（VBR）码流类型：视频流、音频流、复合流基本概念－图像像素（Pixel）分辨率（Resolution）水平：Width垂直：Height线数（TVL）分辨力水平垂直扫描方式13579111315246810121416奇场(OddField)偶场(EvenField)12345678910111213141516只有1场逐行扫描(Progressive)隔行扫描(Interlacing）视频制式PAL（PhaseAlternatingLine）：供电频率为50Hz、场频为每秒50场、帧频为每秒25帧、扫描线为625行图像彩色误差较小，与黑白电视的兼容也好中国、德国NTSC（NationalTelevisionSystemCommittee）：供电频率为60Hz，场频为每秒60场，帧频为每秒30帧，扫描线为525行美国、日本SECAM（SequentielCouleurAMemoire）：按顺序传送彩色与存储俄罗斯、法国、埃及分辨率D14CIF1×12CIF1×1/2DCIF3/4×2/3CIF1/2×1/2QCIF1/4×1/4PAL720×576704×576704×288528×384352×288176×144NTSC720×480704×480704×240528×320352×240176×120分辨率制式分辨率4CIF576(PAL)480(NTSC)704(PAL/NTSC)CIFQCIF2CIFDCIF528×384(PAL)第一章视频监控原理和技术第一节视频监控定义第二节视频监控系统组成第三节从模拟到数字第四节基本概念第五节编码和压缩原理及技术第六节视频监控中分辨率、码率的选择数码监控的基础技术：编码和压缩采集编码压缩A/D转换数字信号DSP压缩输出数字信号模拟信号为什么要压缩？一幅CIF分辨率的图像，进行A/D转换后未经压缩的数据量是(RGB)：一帧：352×288×3字节＝304128字节（不包括文件头大小）一秒：304128字节×25帧/秒＝7603200字节/秒＝7.25MB/秒一小时：7.25M/秒×3600秒/小时＝25.5GB/小时一天：25.5GB/小时×24小时＝612GB/天……压缩的基本原理安防监控中的视频数据有极强的相关性，有大量的冗余信息压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉压缩的基本原理冗余信息去除冗余信息压缩标准ChronologicalProgressionofITUandMPEGStandard监控中压缩标准的选择监控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC等几种视频编码技术对于最终用户而言，最为关心的主要有：清晰度、存储量（带宽）、稳定性还有价格。采用不同的压缩技术，将很大程度影响以上几大要素M-JPEGMJPEG（MotionJPEG）压缩技术，主要是基于静态视频压缩发展起来的技术，它的主要特点是基本不考虑视频流中不同帧之间的变化，只单独对某一帧进行压缩MJPEG压缩技术可以获取清晰度很高的视频图像，可以动态调整帧率、分辨率但由于没有考虑到帧间变化，造成大量冗余信息被重复存储，因此单帧视频的占用空间较大，目前流行的MJPEG技术最好的也只能做到3K字节/帧，通常要8~20KMPEG-2MPEG-2被称为“21世纪的电视标准”，它在MPEG-1的基础上作了许多重要的扩展和改进。主要针对存储媒体、数字电视、高清晰等应用领域。MPEG-2视频相对MPEG-1提升了分辨率，满足了用户高清晰的要求，但由于压缩性能没有多少提高，使得存储容量还是太大，也不适合网络传输MPEG-4MPEG-4的制定初衷主要针对视频会议、可视电话超低比特率压缩的需求。应用范围包括实时视听通信、多媒体通信、远地监测/监视、VOD、家庭购物/娱乐等MPEG-4与前面提到的JPEG、MPEG-1/2有很大的不同，它为多媒