“平安重邮”视频监控系统及方案设计实现与研究

“平安重邮”视频监控系统及方案设计实现与研究内容摘要：

电缆将视频图像从前段监控点传回监控中心，并逐一显示在监视器上。 随着监控点增多问题也随之显现：视频显示设备和录像设备大幅增多，增加了建设成本和管理难度。 为提高监控效率，人们引入了视频矩阵技术，即将视频图像从任意一个输入通道切换到任意一个输出通道。 视频矩阵的出现，解决了大量视频图像的切换显示和分配共享等问题。 其特点是依赖同 轴电缆在近距离内传输视频信号，以模拟视频的方式完成小范围的视频图像监控， 但 视频传输距离和容量以及矩阵联网的瓶颈限制了监控系统的规模。 2. 模拟视频与远距离联网监控 90 年代，光端机的出现解决了视频图像远距离传输的问题。 早期的模拟光端机以光纤传输独具的优势，填补了远距离视频传输的空白；后期的数字光端机更是将多路模拟基带的视频、音频、数据进行数字化，形成高速数字流。 采用复用技术进行传输， 不仅大大提高了传输的质量和内容，更拓宽了传输业务的种类，为视频联网监控提供了物质基础。 视频联网监控是远距离大范围监控发展到一定阶 段的产物。 初期矩阵之间的联网是通过 RS232/422 低速数据通讯完成的，其缺陷是传输速率低、节点不能任意编号、不支持远程管理，这就使 联网规模受 到限制。 3. 数字视频与 IP 网络监控 视频实现数字化最初是从硬盘录像机开始的，视频压缩技术 是硬盘录像机的核心技术。 目前在视频监控领域，主流的压缩标准是 ；随着网络技术的普及，提出了以 IP网络为媒质，基于 TCP/IP 协议，采用网络视频编解码器、网络交换机、路由器、网络视频存储设备、网络视频管理平台构建的数字化网络监控平台。 全数字网络监控系统优势在于充分发挥了数字和 网络技术的特性，实现了视频的无损交换、复制与存储，远距离监控与任意扩展，支持任意网络拓扑结构，简化了管理层次等，这使全数字网络监控平台在 2020 年以后成为安防监控的主流，但是基于 IP 的全数字网络监控也存在不足：首先，基于 IP 网络的带宽限制，必须将数字视频进行压缩处理，即以牺牲图像质量来完成视频的数字化和网络化；其次， IP 网络本身并不是为视频、音频这样. . 的实时大容量业务传输设计的，网络技术的复杂性加大了管理、使用和维护难度。 4. 数字视频与光纤网络监控 这种新技术是将模拟视频进行数字化编码，但不做压缩，数字化后的视 频信号通过光纤网络进行传输。 与 IP 网络监控相同的是：全网图像任意节点接入，任意节点输出，实现了全网图像的无损传输、无损交换和资源共享；与 IP 网络监控不同的是图像未经压缩保证了图像的高质量， BVx 内部组网， 不需要网络交换机、路由器等网络设备，构建了有别于 IP 网络的专业化监控 网络，保证了图像传输、交换、控制的实时性和准确性以及真个监控网络的安全性。 二、 论文选题意义 随着高校的快速发展，高校的规模不断扩大，高校里的仪器设备等固定资产的数量不断增加 ，学生活动范围和形式日益多样化，给校园安防 提出了更高的要求。 高校作为社 会的一个重要组成部分，安全稳定与否直接关系到社会的稳定，校园安全防范单靠人防、物防已经不能满足高校快速发展的需要，为了确保校园安全，提高安全防范的管理水平，必须建立校园监控系统。 随着计算机 与网络技术的发展，监控系统正朝 着视频的数字化、监控系统的网络化和管理的智能化 方向发展，远程异地监控已成为可能。 充分利用校园网资源，建立基于校园网 的 数字监控系统可以大大减少建设工作量，提高系统的方便性，做到实时监视可视区域，快速控制现场，减少各类案件的发生，便于管理者及时应对、处理突发事件。 应用先进的视频监控技术及相关探 测报警 设备来有效地实现各功能的集成与互补，提高设备的使用效益，降低管理成本，使系统具备优良的性能价格比，对我国数字化安防系统的工程建设有着深远的现实意义。 本课题 是针对重庆邮电大学目前的校园资源、网络现状以及数字化管理需求，进行针对性的系统方案设计和实现研究，针对高校这样一个有着特殊安防要求的单位，研究其数字化 监控方案对于解决当前我国高校所面临的安全防范问题具有重要意义。 第二节 视频监控系统应用现状 一、 视频监控市场现状 随着近年来 “ 平安城市 ” 、 “ 平安校园 ” 等安防项目在全国范围的开展和深入，机场、地铁以及景区等用户对于视频监控覆盖范围、监控点数以及网络传输 I/O 等要求的不断提升，网络监控正成为中国视频监控市场重要的拉动因素。 在国内大型的视频监控项目中，更是出现了视频监控系统中，除后端显示设备之外，全部设备 IP 化的发展趋势。 从全球范围的发展趋势来看，整体视频监控市场中网络摄像机（ IP Camera）以及 网络视频存储（ NVR）等 IP 存储的出货量开始超过传统摄像机和 硬盘录像机，成为市场增长的主推力。 虽然中国市场的成熟度相对于全球市场略有欠缺，然而，中国市场在整体需求、增长速度上具有更. . 多的发展机会。 此外，由于中国视频监控市场的部署基础相对较小，因此在技术切换的速度上，将更具优势。 二、 我国数字化监控发展方向 今后我国的数字化监控产品在技术上将会向两个方向发展，第一个方向是高清晰度，对图像质量的追求，始终是人们努力的方向，更是监控业内在的要求。 因此，随着存储设备容量的不断扩大，价格不断降低，新的存储技术的发展，采用 MPEG2 和其它高画质图像标准的产品将投入市场，成为数字化监 控的重要产品 [1]。 第二个方向是基于 MPEG4 或更新的图像压缩标准的产品。 MPEG4 技术给数字化监控产品提供了新的发展空间，它尤其适合网络监控，它的出现和应用，将使数字化监控迈向一个新的时代。 实践证明硬盘录像机在一般环境保安监控项目中，如楼宇、小区、机场、博物馆、交通路口、高速公路收费站等，具有模拟系统无法比拟的优越性和先进性，为今后发展提供了广阔的空间。 随着全行业数字化、网络化步伐的加快，传统模拟监控系统必将被新一代数字化、网络化多媒体管理监控系统所取代，进而使数字化、网络化深入到生活各个领域之中。 第三节 本文 主要研究 工作 本文主要是在对设备、理论深入认识和研究基础之上，针对重邮“平安校园”进行实际的调查研究和方案设计，所以全文主要有以下几项工作： 首先，介绍了课题选题背景和意义，了解视频监控技术发展历程、视频监控系统应 用现状，针对校园监控需做的改进和课题的主要研究任务； 第二， 阐述 了 视频监控系统相关理论基础，介绍了与本文方案相关的传输线路、监控 设备的 功能及特性，为后续的工程设计打下理论基础； 第三，“平安重邮”视频监控系统技术分析，介绍了视频监控系统的类型和结构、相 关的 组网技术、传输技术以及系统原 理，提出了基于视频服务器、硬盘录像机的数字监控系统和基于校园网络的视频监控系统设计方案； 重点工作， “平安重邮”视频监控系统方案设计，结合重庆邮电大学视频监控系统设 计方案， 利用现有校园局域网和传输线路，构建具备统一监控和控制平台的多级监控系统；根据工程项目的特点及要求，给出了视频监控系统的工程设计方案、系统图、监控点布局图、系统设备清单，并详细阐述了系统的功能实现和维护管理。 最后对全文进行总结并对数字化视频监控系统的发展和应用做出了展望。 . . 第二章 “平安重邮”视频监控系统相关 理论基础 视频监控系统通 常分为三个部分，即前端视频采集部分，包括摄像机、镜头、云台及网络视频服务器等前端设备；传输线路，包括同轴电缆、光缆、网络线等；传输网络和控制部分，包括光端机、交换机、路由器及视频录像机等，具体的结构如下图 所示： 图 视频监控系统简单构成 下面将分别详细介绍几个部分的理论基础。 第一节 传输线路结构与特性 一、 传输线路分类 视频信号传输方式有两大类，一类是用电缆传输的有线方式，有一般同轴电缆、平衡对 称 电缆、光缆、电话线、网络线等；另一类是用超高频、微波、毫米波等进行传输的无线方式 [2]。 表 列出了视 频信号的各种传输方式。 表 视频传输方式分类 分类 传送媒体 传输距离（ KM） 方式名称 特征 有线传输 视频 基带 一般同轴电缆 电缆补偿 比别的传输方式经济 平衡电缆对 平衡电缆对传输 带 AGC 报警，不易受外界干扰 视频信号调制（模拟信号） 一般同轴电缆 低载波 FM 传输 不易受外界干扰 CATV 同轴电缆 CATV（ AM 方式 27 路传输） 多路传输 CATV 同轴电缆 CATV（ 4 路传输） 多路传输，不易受外界干扰 光缆 光传输 不受电气干扰 数字 调制 电话线 10 以上 静止图像传输 远距离传输 无线传输 视频信号调制 空间 12GHZ 1100 微波传输（ FM 方式） 高清晰图像传输 空间 UHF 010 无线 ITV 传输（窄带 视频 AM 音频 FM） 经济的无线传输 脉冲 编码 空间光波 03 光传输 不受电波管理限制 前端监控客户端 LAN 或Inter 网络传输交换设备 前端视频采集设备 传输线路 . . 二、 主要传输媒介功能特性 1. 同轴电缆 同轴电缆由内、外导体，内、外导体之间的绝缘介质和外护层四部分组成 ， 如图 所示。 单层屏蔽电线，对干扰信号的屏蔽衰减量为 40dB 左右。 双层屏蔽电缆，对干扰信号的屏蔽衰减量达 60dB 以上。 但是，当用电缆作长距离传输时，为消除由于两端点电位的不同带来的 50HZ 低频干扰，需要采取严密的措施。 监控系统视频信号带宽一般为50Hz4MHz(清晰度约为 320 线 )，用同轴电缆进行基带传送时，往往要进行频率特性补偿 [8].当传送距离超过 500m 时，衰减量比较大，就必须使用电缆补偿器。 除了用同轴电缆进行基带传输外，也可把各路基带视频信号分别调制在不同的载频上，用同轴电缆进行射频传输。 这种传输方式的最大优点是可多路化。 图 同轴电缆结构 同轴电缆主要用做端局间的中继线、交换机与传输设备间连接线、发射端机与天线间的馈线以及有线电视系统中的馈线等。 2. 双绞线 双绞线由粗约 1mm 的互相绝缘的一对铜导线绞扭在一起组成，大量使用在电话系统中，属于短距离传输，超过几公里就要加入中继器。 双绞线的结构图如 所示： （ a） 非屏蔽双绞线电缆结构及横截面 （ b）屏蔽双绞线电缆结构 图 双绞线结构图 双绞线分为屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。 无屏蔽双绞线电缆 （ Unshielded Twisted Pair, UTP）由不同 颜色的 4 对双绞线组成，比较常用，是学校网线最佳选择；屏蔽双绞线（ Shielded Twisted Pair, STP）电缆的外包层由滤波包裹着，价格较高，并且需要支持屏蔽功能的特殊. . 连接器和适当的安装技术，但传输速率比 UTP 高。 双绞线传输带宽从 16 Mb/s 到 200 Mb/s不等，通常局域网中使用的无屏蔽双绞线 UTP 传输速率是 10Mb/s 或 100Mb/s。 3. 光纤 在光纤应用之前，同轴电缆因为费用低廉而被大量采用，但是同轴电缆传输越来越暴露其缺点，传输距离短，保密性差，容易受到电磁干扰，维护费用高等。 光纤出 现之后，光纤通讯的应用得到迅猛发展， 已经成为远距离 /近距离传输 (超过 500/800 米的距离 )的首选。 光纤的结构如右图 所示： 光纤监控系统的传输中，按传送信号的模式大致可分为两种方式 :一是模拟光纤传输，另一是数字光纤传输。 用光纤传送视频信号，使无中继传输距离从同轴电缆的几百米增加到几十公里，并能得到很高的图像质量，多路传输和双向传输也很容易实现。 使视频监控的应用范围和控制距离大大扩展。 随着光纤双向、频分、波分复用技术的成熟，色散位移光纤和色散平坦光纤、光纤放大器的实用化，光纤传输的无中继 距离和传输容量将会有更大的提高。 光纤放大器 (EDAF)不 仅能提高增益，增加无中继距离，还具有宽带增益，对多路光载波传输不会引起串扰，结合波分复用技术实现高密度通信是下一代的光纤通信系统 [9]。 这些都为视频监控系统的大型化和远程化提供了技术支持。 第二节 监控网络 设备功能及特性 一、 前端设备功能及特点 摄像部分通常由摄像机、镜头、云台、防护罩、报警探测器和多功能解码器等部件组成，通过有线、无线或光纤传输媒介与中心控制系统的各种设备建立相应的联系。 在实际的电视监控系统中，这些设备不一定同时使用，但实现监控图像采集中 摄像机和镜头是必不可少的。 1. 摄像机 摄像机 是获取监视现场图像的前端设备，它以面阵 CDD 图像传感器为核心，外加同步信号产生电路、视频信号处理电路及电源等。 目前大多数视频设备所要求的输入信号为模拟的视频基带信号。 摄像机按外形分为枪型、半球型、全方位球型；按结构分为一体机（及摄像机、镜头、云台、护罩于一体）、分体机型；按图像色彩分为有黑白、彩色和红外线型；按采集模式分为模拟、 CDD 等多种型号。 应根据现场需求适当选用。 选择摄像机一般要看分辨率、最低照度和信噪比等几个主要参数。 分辨率是指当摄像机摄取等间隔排列的黑 白相间条纹时，在监视器上能够看到的最多线数；低照度是指使摄。