1、視頻監(jiān)控基本原理,2014.8,內(nèi)容概要,1,2,3,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、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，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、武器還擊等手段來延遲或阻止危險(xiǎn)的發(fā)生，在自身力量不足

2、時(shí)還要發(fā)出求援信號，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。現(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和反應(yīng)的功能 技術(shù)防范 對人力防范和實(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、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（Detection） 指感知顯形

3、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、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 探測要準(zhǔn)確無誤、延遲時(shí)間長短要合適，反應(yīng)要迅速； 反應(yīng)的總時(shí)間應(yīng)小于（至多等于）探測加延遲的總時(shí)間,安全防范產(chǎn)品,入侵探測器 防盜(搶)報(bào)警控制器(手動(dòng)) 汽車防盜報(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)對講系統(tǒng) 防盜安全門,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、監(jiān)視設(shè)防區(qū)域并實(shí)時(shí)顯示、記錄現(xiàn)場圖像的

4、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（門禁）控制系統(tǒng) 利用自定義符和/或模式識別技術(shù)對出入口目標(biāo)進(jìn)行識別并控制出入口執(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） 停車庫（場）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,2,1,3,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、監(jiān)視設(shè)防區(qū)域，實(shí)時(shí)顯示、記錄現(xiàn)場圖像，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

5、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、畫面分割器等 功能：監(jiān)視（監(jiān)聽）、錄像、回放等 線纜：同軸電纜（SYV，特性阻抗75，信號電平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：硬盤錄像機(jī)、攝像機(jī)、監(jiān)視器等 功能：監(jiān)視（監(jiān)聽）、控制、錄像、回放、對講

6、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：ImageVideo 視頻中的某一幅圖像稱為一幀（Frame） 幀率（Frame Rate）FPS 每秒的幀數(shù) 碼流（Bit Stream） 將圖像壓縮后形成的數(shù)據(jù) 碼率（Bit Rate）bps/Bps 對碼流進(jìn)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(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

7、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，與黑白電視的兼容也好 中國、德國 NTSC （National 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 ）： 按順序傳送彩色與存儲(chǔ) 俄羅斯、法國、埃及,分辨率,分辨率,制 式,WD1,分辨率,4CIF,576(PAL) 480(NTSC),960 (PAL/NTSC

8、),CIF,QCIF,2CIF,DCIF 528384(PAL),高清分辨率,分辨率大于等于720p稱為高清,數(shù)字監(jiān)控的基礎(chǔ)技術(shù)：編碼和壓縮,采集,編碼,壓縮,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： 7045763字節(jié)1216512字節(jié)（不包括文件頭大?。?一秒： 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,壓縮標(biāo)準(zhǔn),Chronological Progression of

9、ITU and MPEG,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中的正式名稱為：MPEG-4 AVC標(biāo)準(zhǔn)；在ITU-T中的名稱:H.264 H264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、多塊類型、整數(shù)變換、幀內(nèi)預(yù)測等新的壓縮技術(shù)，使用了更精細(xì)的分象素運(yùn)動(dòng)矢量（1/4、

10、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MPEG4 SP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,1字節(jié)8 bit,1M1024K,內(nèi)容概要,3,1,2,攝像機(jī)基礎(chǔ),安全防范,視頻監(jiān)控原理和技術(shù),4,硬盤錄像機(jī),5,攝像機(jī)基礎(chǔ),鏡頭基礎(chǔ)知識,攝像機(jī)基礎(chǔ)知識,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(Image Signal Processor)及相關(guān)電路組

11、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)過濾波、放大后輸入DSP進(jìn)行圖像信號處理，最后形成視頻信號（CVBS）輸出,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(Image Signal Processor)、DSP（Digital Signal Processor）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)過濾波、放大后輸入DSP進(jìn)行圖像信號處理和編碼壓縮，最后形成數(shù)字信號輸出。,球機(jī)基本概念,組成：主要由機(jī)芯、云臺(tái)

12、、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)過濾波、放大后輸入DSP進(jìn)行圖像信號處理和編碼壓縮，同時(shí)將控制信號發(fā)送給云臺(tái)，最后形成數(shù)字信號輸出。,攝像機(jī)主要性能指標(biāo)圖像傳感器,CCD（Charged Coupled Device）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（Complementary Metal Oxide Semiconductor）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

13、式,日夜轉(zhuǎn)換 低照度場景中轉(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）,紅外透過,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：13 Lux 月光型：0.1 Lux左右 星光型：0.01 Lux以下 紅外型：0 Lux，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

14、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（Auto Gain Control）將來自圖像傳感器的信號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

15、 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,攝像機(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，幫助用戶很好地識別一個(gè)背部光照很強(qiáng)的物體。背光補(bǔ)償往往針對目標(biāo)圖像的特定區(qū)域有效。,原始圖像,背光補(bǔ)償功能開啟,人臉偏暗,人臉清晰,攝像機(jī)特殊功能寬動(dòng)態(tài),針對逆光場景，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)在后景區(qū)域使用短快門曝光，在前景區(qū)域使用長快門曝光，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)償功能開啟,寬動(dòng)態(tài)功能開啟,背景過曝,背景清晰,網(wǎng)絡(luò)攝

16、像機(jī)的其它特性,ePTZ（電子云臺(tái)） 140全景畫面 超快速PAN/TILE/ZOOM 支持區(qū)域放大 無機(jī)械磨損 無噪音 POE（網(wǎng)線供電） 12.95w 支持SD卡接口,IP防護(hù)等級,IP（Ingress Protection）防護(hù)等級由IEC制定，由兩位數(shù)字組成，含義如下表所示：,攝像機(jī)基礎(chǔ),鏡頭基礎(chǔ)知識,攝像機(jī)基礎(chǔ)知識,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,鏡頭視場角選擇,廣角鏡頭,魚眼鏡頭,標(biāo)準(zhǔn)鏡頭,遠(yuǎn)攝鏡頭,標(biāo)準(zhǔn)鏡頭視場角在53左右，遠(yuǎn)攝鏡頭視場角20，廣角鏡頭視場角90，魚眼鏡頭視場角180,鏡頭焦距的選擇,估算

17、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)畫面，用5mm左右的鏡頭,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,4,1,2,硬盤錄像機(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)的效率對比 視頻編碼效率與視頻源有關(guān)，針對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)硬盤記錄技術(shù),錄像帶存儲(chǔ)VS硬盤存儲(chǔ) DVR快速普及的原因：管理和使用方便，無需人工對硬盤進(jìn)行管理（不存在象磁帶那樣堆放的負(fù)擔(dān)）、可快速檢索、提供人性化的回放操作等 目前硬盤是為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的，用于監(jiān)控錄像還存在一些問題：記錄數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性、錯(cuò)誤恢復(fù)能力、硬盤的使用壽命等，監(jiān)控專用硬盤的問世一定程度上改善了這一狀況，但還有很大的提升空間 在硬盤管理上還需要做很多工作，目前已使用的硬盤休眠技術(shù)、磁盤預(yù)分配技術(shù)、凍結(jié)保護(hù)技術(shù)、低尋道技術(shù)、硬盤故障預(yù)警和報(bào)警等，還需要做更多的工作,關(guān)鍵技術(shù)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù),網(wǎng)絡(luò)傳輸 有效傳輸：目前的IPv4技術(shù)，是為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的，用于流媒