安防视频监控系统原理

密级级别：生效时间：保密期限：视频监控原理内部公开2015年6月1日一年课程说明课程时间90分钟课程目标帮助学员了解并掌握视频监控的相关行业知识和基础知识，熟悉视频监控产品的相关原理，理解视频监控技术的发展趋势内容概要123安全防范视频监控原理和技术摄像机基础4硬盘录像机安防的基本概念安防全范目的手段安防人防物防技防安防的三种基本手段安防的三个基本要素自助银行监控中心“请勿破坏ATM设备”“xx自助银行震动报警”敲、砸、破坏ATM机…探测延迟反应三个基本手段与三个基本要素探测延迟反应人防物防技防安全防范工程设计应遵循的原则之一：技防、物防、人防相结合，探测、延迟、反应相协调——《安全防范工程技术规范》GB50348-2004安全防范系统设计依据地方标准（DBXX[/T]）行业标准（GA[/T]）行业管理规定企业标准（QB）国家标准（GB[/T]）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》……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》……DB33/T334-2001《安全防范系统》……国家公安部、国家教育部、省公安厅等相应文件及规范安防系统组成停车场管理系统在线巡查系统移动监控系统可视对讲系统访客管理系统视频监控系统入侵报警系统门禁管理系统视频监控系统产品组成传输DS-3ADS-3DDS-3S存储控制DS-96视频采集DS-2CCDS-2CEDS-2CD2DS-2CD4DS-2CD6DS-2DF5DS-2DF7解码输出显示控制DS-3BDS-3CDS-3JDS-3HDS-86DS-76DS-A70DS-A81DS-A82DS-A10/20DS-4100HDDS-6300D-TDS-6400HD-TDS-6400HD-SDS-6500D-TDS-D20DS-D10DS-C10DS-B10一体机DS-B20其他子系统产品组成可视对讲室内分机管理主机别墅门口机单元门口机停车管理车位引导灯车位探测器LED显示屏中心服务器多路视频处理器出入口机箱停车道闸门禁管理读卡器门禁控制主机发卡器通讯转换器门锁人员通道报警网络报警主机探测器双鉴探测器紧急按钮红外对射视频报警主机内容概要213视频监控原理和技术安全防范摄像机基础4硬盘录像机视频监控系统前端后端中心NVRNVR磁盘存储阵列视频综合平台智能交通智能交通平安城市平安城市智能楼宇智能楼宇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、视频分配器、画面分割器等功能：监视（监听）、录像、回放等线缆：视频电缆（SYV，特性阻抗75Ω，信号电平1.0Vp-p最大传输距离500m）模拟视频监控系统网络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、小区等网络视频监控优点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，节约人力基本概念－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、复合流图像清晰度的表示像素（Pixel）分辨率（Resolution）水平：Width垂直：Height线数（TVL）分辨力水平垂直图像清晰度•模拟摄像机以水平解析度为标准判断摄像机的清晰度。•网络摄像机及数字摄像机以分辨率为标准判断摄像机的清晰度。安防行业将百万像素以上分辨率称之为高清分辨率。目前主要的高清分辨率如下500万像素：2560×1920;300万像素：2048×1536;200万像素：FULLHD1080p(1920×1080)，UXGA(1600×1200);130万像素：HD960p(1280×960);100万像素：HD720p(1280×720)水平解析度分辨率视频制式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、埃及编码分辨率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45万-4CIF（704×576）100万-720p（1280×720）130万（1280×960）200万-UXGA(1600×1200）200万-1080p（1920×1080）300万（2048×1536）500万（2560×1920）分辨率大于等于720p称为高清视频帧率2/60s3/60s4/60s5/60s6/60s1/30s2/30s3/30s30帧/S60帧/S帧率•一幅完整的视频画面为一帧，每秒显示的帧数为帧率•普通人眼对25帧/秒的视频即可认为是动作连贯的实时视频扫描方式13579111315246810121416奇场(OddField)偶场(EvenField)12345678910111213141516只有1场逐行扫描(Progressive)隔行扫描(Interlacing）网络摄像机的扫描方式逐行扫描有效避免隔行扫描摄像机监控快速移动物体所产生的拖影现象（木梳状失真），画面更加细腻平滑隔行扫描逐行扫描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一路4CIF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：704×576×3字节＝1216512字节（不包括文件头大小）一秒：1216512字节/帧×25帧/秒＝30412800字节/秒＝29MB/秒一小时：29MB/秒×3600秒/小时＝101.9GB/小时一天：101.9GB/小时×24小时＝2.4TB/天……压缩基本原理冗余信息去除冗余信息•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•冗余信息分为空域冗余信息和时域冗余信息•压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉•压缩技术包括帧内压缩技术、帧间压缩技术和熵编码压缩技术压缩标准ChronologicalProgressionofITUandMPEG•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码率的选择•不同分辨率对应不同的码率范围，通常而言，码率与图像质量成正比关系•如果码率小于该范围，则图像质量较差•如果码率大于该范围，则显得浪费•每小时录像文件大小（单位：M字节/小时）•＝码率（Kbps）×3600秒÷8÷10241字节＝8bit1M＝1024KBitrate(bps)QCIFCIF/QVGA2CIF/DCIF4CIF/VGA720PUXGA/1080P256K768K1.5M2M3M4M5M8MFrameRate:25fps内容概要312摄像机基础安全防范视频监控原理和技术4硬盘录像机摄像机外形摄像机枪机筒机半球球机其他摄像机分类分类项传感器类型传输信号清晰度日夜模式类别CCD模拟特殊功能ICR产品形态CMOS网络数字电子彩转黑600TVL650TVL130万200万300万500万无线(Wi-Fi,3G)宽动态低照度强光抑制防暴防水红外热成像智能分析微型枪型球/半球型筒型一体机/机芯一体化云台卡片型飞碟型笔筒型700TVLDIS750TVL600万800万1200万球机分类分类项传感器类型传输信号清晰度日夜模式安装环境类别CCD（低照度好、细节清晰）模拟室外(IP66)云台速度高速特殊功能ICR(夜间录像效果好)产品形态4寸球机CMOS（动态范围大）网络数字540TVL130万像素电子彩转黑(经济实用)中速室内室内嵌入式(隐蔽)5寸球机红外球机宽动态功能自动跟踪功能透雾功能强光抑制功能700TVL200万像素300万像素6寸球机750TVL600万像素800万像素8寸球机2.5寸球机摄像机基础镜头基础知识摄像机基础知识摄像机传输信号•模拟摄像机采用BNC同轴电缆传输，是目前最为广泛的应用方式；•网络摄像机采用网线传输经过编码压缩的IP数字信号；•数字摄像机可采用光纤和HD-SDI两种传输方式，传输非压缩的数字信号。模拟信号、网络信号及数字信号模拟摄像机DVR同轴电缆网络摄像机NVR网线数字摄像机(SDI)数字DVRHD-SDI模拟摄像机基本原理组成：主要由镜头、影像传感器（CCD/CMOS）、ISP(ImageSignalProcessor)及相关电路组成工作原理：被摄物体经镜头成像在影像传感器表面，形成微弱电荷并积累，在相关电路控制下，积累电荷逐点移出，经过滤波、放大后输入DSP进行图像信号处理，最后形成视频信号（CVBS）输出传感器ADCDSPDAC光图像码流模拟摄像机系统结构CVBS同轴高清HDTVI原理还原信号YUV原始信号YUV传感器Sensor图像处理ISPTX发送芯片光Light编码DSPRX接收芯片HDTVI网络码流系统原理：HDTVI摄像机HDTVI编码器HDTVI规范：开放标准，互联互通传输介质：同模拟低频抗扰：调制信号为低频信号，具备可靠的抗干扰性能。技术定义网络摄像机基本原理组成：主要由镜头、影像传感器（CCD/CMOS）、ISP(ImageSignalProcessor)、DSP（DigitalSignalProcessor）及相关电路组成工作原理：被摄物体经镜头成像在影像传感器表面，形成微弱电荷并积累，在相关电路控制下，积累电荷逐点移出，经过滤波、放大后输入DSP进行图像信号处理和编码压缩，最后形成数字信号输出。DSPDSPCCD/CMOSCCD/CMOSISPNETNET光图像码流网络摄像机系统结构球机基本原理组成：主要由机芯、云台、球机主板及相关电路组成工作原理：被摄物体经镜头成像在影像传感器表面，形成微弱电荷并积累，在相关电路控制下，积累电荷逐点移出，经过滤波、放大后输入DSP进行图像信号处理和编码压缩，同时将控制信号发送给云台，最后形成数字信号输出。DSPDSPCCD/CMOSCCD/CMOSISPNETNET光图像码流球机系统结构PTZ图像传感器光学成像技术感光器件有CCD和CMOS两种目前，CCD在灵敏度及信噪处理等方面表现优于CMOS，而CMOS则具有低成本、低功耗以及高整合度的特点。CMOS与CCD参数对照CMOSCCD术语互补性金属氧化物半导体电荷耦合器件输出一般内置A/D，图像输出已经数字化输出为模拟信号灵敏度感光开口小同等面积下，灵敏度高成本工艺简单，成本低成本高功耗直接放大，功耗低需外加电压，功耗高图像质量色彩还