视频监控系统毕业设计

第 1 页 共 21 页*学院电 子 信 息 工 程 系毕 业 设 计 说 明 书题 目 ：视频监控系统的设计姓名：学 号：专 业：电子工艺指导教师：*2017 年 5 月 5 日第 2 页 共 21 页目 录摘要3第 1 章 视频监控系统41.1 视频监控系统发展历程41.2 视频监控系统发展方向4第 2 章 频监控系统设计42.1 视频监控系统设计原则52.2 视频监控系统设备选型原则62.3 数字视频监控录像系统72.4 数字视频监控系统的传输7第 3 章 闭路监控系统83.1 闭路监控系统组成83.2 硬盘录像机83.3 闭路监控系统供电83.4 闭路控制系统9第 4 章 控制信号的传输104.1 线材选择104.2 双绞线介绍104.3 常用的控制信号的传输方式11第 5 章 主要设备介绍125.1 设备介绍125.2 设备清单13第 6 章 附图14第 7 章 视频监控常见的三大问题附解决方案147.1 视频监控传输数据量巨大网络带宽资源不足147.2 视频监控的海量储存157.3 视频监控系统的智能化应用16结论17心得体会18致谢19参考文献20第 3 页 共 21 页摘要图像视觉信息是人类从客观世界获得信息的主要来源之一，而视频图像实际上就是一系列连续的静态图像，它是对客观事物形象生动的描述，是一种直观且具体的信息表达形式。随着网络、通信和微电子等技术的快速发展和人们物质生活水平的提高，视频监控以其直观、方便和内容丰富等特点，越来越受到人们的重视。同时，对人身财产安全要求的不断提高，促进了人们对监控系统的需求。过去对一些重要地点的监控是由人的看管来完成，而在现代社会，需要监控的地点越来越多，对监控的要求也越来越高，不仅仅是为了保护财产，还为了保护机密材料，尤其对一些保密性要求较高的单位，监控系统则显得尤为重要。在学校、商场、仓库、银行及一些保密单位元，需要对某些关键地点进行长期监控，严防有人非法侵入。现代监控系统的主要作用就是完成对重要场所的监控，在有人侵入时发出报警信号并及时通知值班人员。视频信号含有及其丰富、直观的信息，最符合人们的观察习惯，因此许多先进的监控系统都利用视频信号进行监控，不仅检测灵敏度高，而且便于记录和观察现场信息。然而，传统的视频监控及报警联网系统采用红外线探测器装置，靠感应热能的变化来探测入侵者，将入侵者发出的红外线能量转化为报警控制信号。由于这种系统技术上存在很大局限，大多数只能用于现场监视。联网报警网络虽然能进行较远距离的报警信息传输，但传输的报警信息简单，不能传输视频图像，因而不能及时准确的了解事发现场的情况。在现实生活中许多场合，特别是像校园、电力等分布式管理的行业，远距离监控是行业管理的必要手段，所以需要一种新的技术来适应社会的需要。数字监控系统就是在这种情况下发展起来的。二十世纪九十年代末，随着计算机技术、图像处理技术、网络技术和多媒体技术的发展普及，数字化监控得到了很大的发展。随着图像处理技术和数字电路技术的发展，图像信号的数字化和处理变得比较普遍，利用数字图像处理技术进行动态检测和现场监控都已成为现实，而且具有相当高的灵敏度和可靠性。 关键词 视频监控 采集 传输第 4 页 共 21 页第 1 章 视频监控系统1.1 视频监控系统发展历程 视频监控技术自从上个世纪 80 年代进入我国以来，随着安防需求的急剧增长一直在飞速发展，从技术层面上划分，大致经历了三个发展阶段。第一代视频监控系统是以 VCR(VideoeassetteReeorders)为代表的传统CCTV 系统，系统主要由模拟摄像机、专用电缆、视频切换矩阵、模拟监视器、模拟录像设备和盒式录像带等构成。第一代系统存在很多明显的缺点，例如维护工作繁琐、无法进行远程访问、无法与其它安防系统(如门禁、周界防护等)有效集成、录像质量随着时间的推移将会下降等。尽管如此在 IT 技术和网络技术不是非常发达的年代，很多的用户仍然愿意采用这种系统，主要是当时建立一个数字化系统的花费非常高。第二代视频监控系统是以 DVR(DigitalVideoReeorder)为代表。DVR 使用户可以将模拟的视频信号进行数字化、并存储在计算机硬盘上，数字化存储极大的提高了用户对录像信息的处理能力，用户可以通过 DVR 控制摄像机的启闭，实现移动侦测功能，也使报警事件以及报警前后信息的搜索变得非常简单。第二代视频监控系统进入市场后的销量增长很快。进入 21 世纪后，随着网络技术的发展，DVR 系统又进一步发展成为具有网络功能的 NVR(Netwo 盘 DVR)系统。与 DVR 系统相比，NVR 系统不但实现了视频信息的数字化存储，还实现了视频档案信息的数字化传播，即 NVR 可以直接接入到网络中，从而使存储下来的视频信息可以通过网络方便的进行共享。总体上来说，DVR 和 NVR 系统都属于第二代，是半数字化的视频监视系统。第三代视频监控系统是指网络化视频监控系统，又叫 IP 监控系统。网络化视频监控系统从一开始就是针对在网络环境下使用而设计的，它克服了 DVR 了NVR 无法通过网络获取视频信息的缺点，用户可以通过网络中任何一台计算机观看录制和管理实时的视频信息。1.2 视频监控系统发展方向 前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，因此，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。数字化是 21 世纪的特征，第 5 页 共 21 页是以信息技术为核心的电子技术发展的必然，数字化是迈向成长的通行证，随着时代的发展，社会将会越来越数字化。视频监控系统的数字化首先应该是信息流(包括视频、音频、控制等)从模拟状态转化为数字状态，这将彻底打破“经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心”的结构，从根本上改变了视频监控系统的信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制，这也是集成化的含义。视频监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集总式向集散式系统过渡。集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应。组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机接口友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份，容错可靠等优点。系统的网络化在某种程度上打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限。系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源的共享以及任务和负载的共享，这也是系统集成的一个重要概念网络多媒体监控系统一般由网络多媒体监控管理平台和前端信息采集设备组成，其核心是网络多媒体监控管理平台。网络多媒体监控管理平台集计算机网络、通信、视频处理、流媒体和自动化技术于一身，是视频、音频、数据和图像一体化的解决方案，兼备网络视频监控、视频会议、视频直播等功能，具有超大规模组网能力，是构建于 LAN/Iniemet 网络之上、支持多种传输方式的综合多媒体业务管理平台，可广泛用于多媒体视讯调度指挥、网络视频监控和会议、多媒体网上直播、网络教学、远程医疗等各个方面。第 2 章 视频监控系统设计2.1 视频监控系统设计原则1.应尽量选用目前最先进而成熟的系统，保证在几年内不落后，可以低成本进行硬件扩充和软件升级，最大限度的满足用户目前和今后若干年的系统的功能要求，但也不片面追求先进性、超前性，从而造成投资过大，资源浪费。另一方面，也不片面追求经济实惠，使系统的功能和可靠性降低，使后面的使用成本增加和升级扩充成本增加，造成另一种浪费。在投资费用许可的情况下，系统采用先进的技术和设备，这样既可反映系统所具有的先进水平，又使系统具有强大的发展潜力，使该系统在尽可能的时间内与社会发展相适应。-第 6 页 共 21 页2.系统最重要的是可靠性，如果系统一旦瘫痪后，其后果是很难想象的，因此系统必须可靠的、连续的运行，系统设计时在成本接受的条件下，从系统结构、设备选择、产品供货商的技术服务及维修响应能力等各方面均应严格要求，使故障发生的可能性尽量减少，即使出现故障，也要使影响尽量小，系统的平均无故障工作时间 MTBFl0000 小时。对监控系统来说，内外部的安全性也是很重要的，应该具有密码、多级控制级别、撤设防级别;操作人员权限可分为系统设置、超级用户、一般用户等，各种系统控制、报警时间应该具有记录和共享功能。3.系统应具有可扩展性。可扩展性包括两方面的含义，一是监控系统必须从硬件上进行规模扩充和软件升级，如增加前端摄像头，则尽量不需要大规模的重新布线，中心系统硬件模块式，不必淘汰主要设备，软件平滑升级等;第二是指在该监控系统上迭加其它的子系统，如对讲系统、视听教学系统、可视会议、双向报警控制系统等。采用先进合理的技术来构架系统，使整个系统安全平稳运行。适应科技发展的方向，具有一定的超前性和可扩展性。随着校园安防系统应用时间的增长，以后对安防系统的要求会跟高。可扩展性保证当用户有更多的要求时，引入的新设备可以顺利与本次配备的设备共同工作，进一步扩展和提高系统的性能，使该系统在相当长的时间内与科技发展相适应，具有相当的发展潜力。4.本系统是一个严格的综合性系统，在系统的设计与施工过程中应参考各方面的标准和规范，严格遵守各项技术规范，做好系统的标准化设计与施工。5.该监控系统通过中央控制系统对各子系统运行情况进行综合监控，时时动态掌握监视及报警情况。监控系统能大大减小劳动强度，减少设备运行维护人员，系统的综合统筹管理可使设备按最优组合运行，在最佳情况下运行，既可节能，又可大大减少设备损耗，减少设备维修费用，从而提高监管力度与综合管理水平。6.充分利用现有网络，采用开放式架构及标准网络通信协议(TCP/IP)设计，通过局域网络、互联网络联机，可随时监看远程摄像机影像，还可通过网络作远程监视及控制，完全支持跨网段、跨路由的远程网络视频监控环境，避免了重复建设，节省投入资金。7.监管安全是人防、物防紧密结合的结果，所有技术手段都是通过监管人员实施，因此，系统的设计、规划及仪器的配套、选型还需要考虑人体功能学的要求，所有的设备和软件的功能操作方法要求简便、友好，坚持“以人为本”的原则，注重保护监管人员的身体健康。第 7 页 共 21 页2.2 视频监控系统设备选型原则在系统设计和设备选型方面,遵循以下原则:1，先进性，选用设备注重其技术领先,采用实时性强、压缩比高的音视频服务器，彩色高清晰低照度摄像机，既可以保证网上传输占用较小的带宽，又可以保证较高的图像传输质量。2.稳定性，采用成熟稳定的产品，视频采集和编译码设备采用嵌入式产品，应能保证系统 7x24 小时不间断运行。3.可靠性，具有设计独到的视频流量管理功能，保证网络通畅，可实行多级操作权限管理，保证统一、规范管理，系统具有自诊断功能。4.标准化，应遵循国内和国际的通用标准。系统采用的产品均要遵循TCP/IP 协议和传输标准的要求。5.兼容性应具有很好的兼容性，能与已建成的监控点监控系统很好的融和。6.易用性，可远程调节视频图像质量与带宽占用，可以根据需要调节帧数、分辨率、图像质量等，支持 64K-2048KbPs 的传输码率，支持多种图像浏览方式。软件系统应基于 B/S 和 C/S 架构的组网技术，可以方便灵活的使用。7.实时性，视频延时小于 0.55。8.经济性，在确保完成系统功能的前提下，尽可能选择性价比高的产品，降低系统总体造价。2.3 数字视频监控录像系统数字录像监控系统是由集成了数字化视频录像技术、数字化视频压缩技术和软件多画面分割器的数字硬盘录像机组成的监控系统，其网络化实时监控功能的实现是系统的重要组成部分。数字监控录像系统是以视频录像为核心，进行视频的采集、处理、传播，同时并存的控制信息也通过网络进行。该方式充分利用了数字元视频压缩编码技术部分的取代了传统的视频矩阵图像分割器，其优越性主要表现在以下方面。1.多媒体监控主机综合了视频矩阵、图像分割器、录像机等众多功能，使系统结构大为简化。2.采用计算机网络技术，使得数字多媒体远程网络监控不受距离限制。3.可以采用大容量磁盘阵列存盘器或光盘内存，可以节省大量的磁带介质。第 8 页 共 21 页4.视频信息以文件方式存储，方便信息查询。2.4 数字视频监控系统的传输由前端摄像机摄取的视频电视信号、监听探测器拾取的声音信号、报警探测器发出的报警信号以及主控设备向前端设备传送的控制信号以及供电电源等，都要通过一定的传输媒体进行传送。视频信号传输方式有两大类，一种是用电缆传输的有线方式，有一般同轴电缆、平衡对电缆、光缆、电话线、网络线等;另一种是用超高频、微波、毫米波等进行传输的无线方式网。在一些较复杂的闭路电视监控系统中，可以同时使用多种传输系统。视频信号的各种传输方式的比较见。第 3 章 闭路监控系统3.1 闭路监控系统组成闭路监控系统一般由三部分组成：前端设备、传输部分、后端设备。（1）前端设备前端设备主要包括摄像机、镜头、防护罩、支架、立柱、云台、译码器（也可以归入后端）、变压器、后备电源（也可以归入后端）等。前端设备的合理选型会直接影响到系统的效果，尤其是摄像机的合理配置，要能够因地制宜。（2）传输部分传输部分主要包括视频线、音频线、控制线和电源线。视频线可以选用同轴电缆（距离在 1000 米以内）或光缆（距离超过 1000 米），如选用同轴电缆，距离超过 350 米（大约值），还需要增加视频放大器；如选用光缆，前端设备增加光发射机，后端设备增加光接收机。（3）后端设备后端设备主要包括矩阵、画面处理器、硬盘录像机、普通录像机、监视器、显示器、云台控制器、大型不间断电源，电视墙、操作台等设备。后端画面处理设备可以任选矩阵、画面处理器、硬盘录像机，也可以混排。显示设备最少需要电视墙，也可以电视墙结合显示器，目前出现了新的显示趋势，就是采用DLP 拼接大屏。录像设备目前多采用硬盘录像机，传统的录像带已被逐渐代替。3.2 硬盘录像机第 9 页 共 21 页硬盘录像机将矩阵与多画面处理器切换合为一体，实现了影像的现场全面监视以及影像全部连续记录，存储容量大，时间长，录像数据查询简，便保存方便。监控系统中的硬盘录像机可以采用间歇式视频录像机，它有多种时间间隔录像模式，录像时设有字符信号发生器，可在图像信号上打出/月/日/年/星期/时/分/秒/录像模式，还能在图像上显示出摄像机与报警器的编号与报警方式。使用自动录像周期设定功能，可以对一个星期内每一天的录像模式进行编程。收到报警信号后，录像机就自动进入连续录像状态，在无报警情况下，恢复正常间歇录像模式。此外，录像机还有一个锁定保护键，使非正常指令与操作无效，防止非专业人员与破坏性操作侵犯监视系统。3.3 闭路监控系统供电视频监控系统的供电方式有两种。一是集中供电方式，即所有电源都来自一处，摄像机、视频矩阵箱、监视器、数字录像机、控制/管理计算机等设备的电源都由控制室集中供给;二是分布式供电，即摄像机等前端设备在安装位置附近获取电源。由于厂区范围较广，监控的位置分散且距离较远，因此本系统的供电电源为现场供电模式。34 闭路控制系统1.视频矩阵切换器对多路视频输入信号和多路视频输出信号进行切换和控制，可以通过电子开关，组成切换矩阵，使任一路输入可切换至任一路输出。设计时应满足必要的视频输入输出容量，并易扩展。一个 CCTV 系统除主控键盘外，还可根据需要设置分控键盘。在闭路电视监视系统中，摄像机数量与监视器数量的比例在 2:1 到 5:1 之间，为了用少量的监视器看多个摄像机，就需要用视频切换器按一定的时序把摄像机的视频信号分配给特定的监视器，这就是通常所说的视频矩阵。切换的方式可以按设定的时间间隔对一组摄像机信号逐个循环切换到某一台监视器的输入端上，也可以在接到某点报警信号后，长时间监视该区域的情况，即只显示一台摄像机信号。切换的控制一般要求和云台、镜头的控制同步，即切换到哪一路图像、就控制哪一路的设备。2.双工多画面视频处理器能把多路视频信号合成一幅图像，达到在一台监视器上同时观看多路摄像机信号。常用的 16 画面分割器，又称为多画面视频处理器，双工的另一个用途是用一台录像机同时录制多路视频信号，并具有单路回放的功能，即能选择同时录下的多路视频信号的任意一路在监视器上回放。第 10 页 共 21 页3.多画面分割器将多个画面通过视频数字处理合并成分割状的一个画面，就出现了多画面分割器。现有 4 画面分割器，9 画面分割器，16 画面分割器。这样用一台监视器，一台录像机上能同时监看、记录 4、9、16 个画面，多画面分割器通常分为三类：1 单工画面处理器：单纯监看一个画面，记录分割画面。2 双工画面处理器：在监视单画面、分割画面同时