智能家庭安全监控系统的设计方案

1 智能家庭安全监控系统的设计方案 第一章 绪 论 言 视频监控系统是安全防范技术体系中一个重要的组成部分。目前这种系 统的应用在我国发展极快，市场竞争激烈。 在本次设计中， 视频监控系统主要 以下几 部分组成：图像信息 的 采集 和预览 ； 对采集画面的简单 控制 以及存储和回放功能 。随着计算机技术的高速发展，整个系统的向着数字化，网络化，集成化的方向发展。本文主要论述一般视频监控系统的工作原理和设计方法，以及 简单 介绍这种技术的发展趋势。 频监控系统的发展历程 视频监控系统的发展大致经历了三个阶段。在九十年代 初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。九十年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示，从而大大提高了图像质量，这种基于 的多媒体主控台系统称为第二代数字化本地视频监控 2 系统。九十年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控步入了全数字化的网络时代，称为第三代远程视频监控系统。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频 的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命，受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视 。 近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控制技术也得到飞速发展。 由于视频控制系统应用领域广泛，而且发展迅速，目前 在国内外市场上，推出 了 数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监 控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。 3 第二章视频监控系统总体设计和分析 频监控系统概论 随着数字信息时代的到来，数字化高新技术产品日益增加和完善。各行业为了提高和完善生产、管理水平和增加竞争性，都争先采用完善的高新技术产品， 视频 监控系统就是信息时代的产物之一。 视频 监控系统是管理人员高质量管理的理想工具；也是公共安全、防盗防范必不可少的强有力的得力助手。利用它可以大大减少不必要的人力，实时监视可视区域，做到控制现场实际工作现状，实时快速 的反映所发生的一切事物，便于管理者及时应付处理突发事件等。 为了适应信息化的需要，按照 视频 监控系统的技术规范，并结合现代 化 需求的特点，本文采取先进 合理 的设计思想和 较为 完善的设备对 视频 监控系统进行了设计与实现， 力争做到 电子监 控 系统的可靠性和先进性完美结合。 方案设计时充分考虑当前各项需求应用，又面向未来快速增长的发展需求，在系统整体功能设施配备时依据功能齐全、实用、使用方便、质量可靠、技术先进具有扩容能力；认真分析各系统产品的价格、功能、稳定性和可靠性，依据可靠性高、性价比高的原则，采用主流产品；按系 统整体安全性高、性能稳定、可维护性故障少、系统操作简单的原则进行系统集成。总之要体现先进实用、操作方便、自动化 4 程度高、 安全可靠 的总体设计思想。 计原则 在 视频 监控系统时，主要遵循体现以下几个特性： （） 先进性 严格按照国家有关规定，结合具体情况，用最佳设计方案，采用先进成熟的技术设备和材料，既满足当前的需求，又兼顾未来高速的数据传输需要，使整个系统在一段时期内保持先进性和良好的扩展性，以适应未来信息产业业务的发展和技术升级的需要。 （）规范性 视频 监控工程，是一个先进复杂的 综合性系统工程，从系统设计开始，包括施工、安装、调试直到最后验收的全过程 ,都应严格按照国家有关的标准和规范，作好系统的标准化设计和管理工作。最后提交正规的测试验收报告及全套施工图纸和技术资料供使用方存档。 执行的主要规范内容包括中华人民共和国国家标准、中华人民共和国公共安全行业标准： （）实用性和可扩充性 在设计本监控系统方案的同时，应充分考虑到目前需要和将来长远利益。首先满足其基本功能需要，达到经济实用的要求，又应充分考虑今后的发展需要，具有可扩充性，充分保护现有的投资，而且具有较高的性价比。 系 统的建设要严格按照国家、地方和行业的有关标准与规范。在没有标准与规范的情况下，要参照国家、地方和行 5 业的相关标准与规范，制订相应的标准与规范。系统的分析、设计、实现和测试要严格按照软件工程标准和规范，并尽可能采用开放技术和国际主流产品，以确保系统符合国际上各种开放标准。 （）可靠性 视频 监控系统的建设，直接影响着使用效果、外部形象及投资回报，因此系统设计必须安全、可靠，本方案已充分考虑采用成熟的技术和产品，在设备选型和系统的设计中采用最优化的方案。并从线路敷设、设备安装、系统调试服务等方面，充分满足可靠性的 要求 。 （ 5）应用的广泛性 为了提供使用者 (在过程监视中，一般指管理人员及各级领导者 )的监视区域 (生产区域 )以外场所的远程监视的需要，只需在现有的机器上安装应用软件或直接使用标准浏览器（不需任何安装），即可实现此需求 。 统功能构成 本套视频监控系统由视频监控、录制和视频回放两大功能模块构成。为防止其它非管理人员随意的进入、退出系统，随意的对一些摄像头参数进行修改，设计时在这两个模块中加入了一个权限加密模块。 其中视频监控录制模块不但可以用来实现摄像头的图像预览，以及视频的存储等功能，而且视频监控录 制模块中还可以对预览图像的大小、摄像头所采集到的视频信息的存储大小，摄像头的亮度、曝光度和颜色等进行设置。而且在视频监控录制模块为了不让其他人员随意的更改这些设置和随意的退出本套系统还应在本模块中加入权限设置密码。而在回放系统中为了不让其他非管理人员随意对历史的视 6 频信息进行浏览，因此，在进入回放系统之前应设置一权限密码，若密码不正确者不能进入到回放系统中。 本套视频监控系统的特点主要有以下的两个方面： （ 1）监控功能 具备时时监控同时预览功能； 用户管理，系统安全保存； 视频信号的传输 ； 对视频信号 进行高密度的压缩处理和记录处理； 按钮式管理界面，使用方便； 能实现对历史纪录的查找和回放； P， 8操作系统，系统更加稳定可靠。 （ 2）存储功能 : 可以支持硬盘； 硬盘文件系统同 容，可以在 硬盘上文件可以选择循环记录和非循环记录； 管理主机可以通过 时提取硬盘录像机上记录的文件； 频监控系统内容结构 视频信号处理部分应 包括以下主要内容：在监控点设置视频信号采集用的摄像头；将摄像头摄取的视频信号通过视频电缆联入从事监控活动工作的控制室；在各个控制室利用视频分频设备及信号放大设备将视频信号分频放大处理后，一组信号用于现场的视频监控使用，另外的信号向其它控制室或调度室的信号提供；现场监控用的信号通过画面分割器或矩阵控制器与工业用电视监视器相连，完成现场的视频信息的监控目的。在调度室利用视频设备将视频信号处理后，一组 7 信号用于调度室的综合视频监控使用，另一组信号提供给数字信号处理部分进行处理。 图 系统结构示例图 视频监控系统是由监控点和监控中心等组成的，它的具体的工作流程如图 正如下图所示的流程，当监控点的摄像头采集到的视频信息通过电缆线传到监控室，监控室的工作人员可以通过监视屏上的预览图像来了解现场所发生的一切情况，与此同时监控室的控制人员还可以对摄像头 所采集到的视频信息进行录制存储，监控室的工作人员还可以控制监控点的每一个摄像头。并对其进行各种操作，如摄像头的转向、摄像头的取景范围等。管理人员还可以对摄像头的参数如 亮度、曝光度和颜色等 进行一系列的设置。一旦有突发事件发生监控室的工作人员还可以对现场进行实时监控，通过监视器所了解到的情况来指导现场的工作。与此同时还可以通过局域网或互联网对 8 外界发出警告或报警。 如果视频监控系统安装视频服务器之后，还可以为管理人员提供远程监视权限。而管理人员则可以不受地域限制，只要使用 或笔记本电脑通过调制解调器或宽带接入方 式接入际互联网，就可以即时观看各个监控点的图像，以便掌握监控点的详细情况。因此大大提高了管理者的管理水平。 当管理人员需要某一天的监控录像时还可以调用监控的历史记录，来进行查找、回放以便于了解当时所发生一系列的情况。 9 第三章软件工具 件介绍 电脑配套的软件摄像头录像大师原名摄像头录像机，一款可以在 使用电脑摄像头录制录像，并刻录先实现对 xp 无驱摄像头的完美支持，各大下载站下载量累计超过 50万。 几乎百分之百的摄像头附赠软件都只提供 式的摄像功能，录一个小时要十几 大的硬盘也受不了。本软件采用标准微软 压缩比格式，录一个小时才用 80以在电脑中观看，也可以随手刻成 电视上看。在同类软件中第一个实现了对 xp 且是目前唯一一款支持时间码录制的软件，对特别重视时间码的朋友来说是一个好消息。 件优点 因为所有摄 像头光盘中提供的录像软件都是录制传统 1小时会产生 20盘再大恐怕您也受不了吧，并且目前无驱摄像头越来越多，很多连光盘也不带了。本软件录制的视频为标准的 缩文件， 1 小时录制的文件只占用 60视您选择的分辨率而不同 )，放在电脑中不会占用太多空间。 持的标准格式，也是最常见的视频格式之一， 风影音等软件都可以播放。 经作者测试同类软件，本软件是目前唯一个可以在 xp 支持无驱摄像头正常录像的软件。由于 升级，对视频技术的不兼容，导致绝大部分摄像头录像软件都失效 10 了，出现了这样那样的问题 : 1、以 术为基础的软件录制无驱摄像头的视频时间变短，播放时像快镜头一样 (连前面提到的录 件的那个标准程序也出现这样的问题 )。 2、以 司的技术为基础的录像软件不支持无驱摄像头，干脆不能录。 3、以 术为基础的录像软件，录像时不能预览，您无法实时看到录制的内容具体是 什么，镜头是不是对的准，光线是不是够亮，是否对焦合适录制清晰。 而本软件采用独创的技术，使软件可以很好的支持各种有驱、无驱摄像头，并且在 xp 三、本软件是目前唯一一款支持时间码录制的软件，对特别重视时间码的朋友来说是一个重大好消息。 四、用本软件录制的视频文件，您不但可以保存在电脑硬盘中，而且还可以使用本软件刻录到 ，在电视上观看，不用再去找视频转换软件和刻录软件了。 五、新加入了支持采集卡和电视卡的功能，您以后就可以用电脑录电视节目了。 六、在国内最大的软件下载站如天空站或华军站，在同类软件中，本软件是下载量最大，最受网友认可的。 使用普通 能较多，使用简单。 1、可以 1天 24小时不间断录像。 2、每小时录制最小设置只占用 60M 空间，高压缩并尽量保持高清晰度。 3、可以设置监控区域无人活动时停止录像，节省硬盘空间 4、空间不足自动删除旧视频文件。 5、有人闯入时可以声音报警，上传图片到网站。 6、支持把视频刻入光盘，保留证据。 7、监控视频上可以显示时间码等自定义信息。 8、录像目录加密功能，防止无关人员私自删除视 频文件 9、自带播放器，可以快播，慢播放便于搜索监控内容。 装与卸载 首 先确认，您的电脑已经安装有 1、摄像头 2、声卡 3、麦克风，且已经调试好，能正常使用。 本软件安装简单，基本上只要您 11 不停的按“下一步”就可以了，电脑配置要求不高。 建议配置： 腾 上 内存： 64 显卡：标准 24 位真彩色 其它：鼠标 图 程序的结构图 主控模块是本监控系统的主界面，它分为监控模块、回放模 块退出模块三个子模块。 第四章 软件应用程序设计与属性 监 控 模 块 回 放 模 块 退 出 模 块 退 出 系统 图像捕捉 视频设置 设备设置 报 警 打开视频 时间选择 快进快退 图像处理 主 控 模 块 12 像的处理 在监控部分主要能实现的功能有摄像头的亮度、曝光度和颜色等设置。视频的预览，视频画面大小的调整，视频存储压缩比的设置及视频的录制等几个方面。其中视频预览画面的大小以及视频压缩比的选择是本套视频监控系监控部分的重要环节，合适的预览画面间有助于监控人员能够更好的观察现场的每一个细节。视频信息存储压缩比的选择对历史记录的回放有着极其重要的地位。如果压缩比选的不好不但会浪费磁盘的存储空间，而且还会造成视频信息的失真，以 致影响回放时视频的清晰度，造成不必要的损失。 本人在监控系统中主要使用的控件有命令按钮、图片框控件、定时控件等，其主要属性和用法如下： 更图像格式 若摄像头说采集到的图像画面不合适，可以用下面的语句： 0&, 0&)调出如图 示的对话框，通过更改其设置来改变图像的大小。在图 13 图 图像格式设置图 分辨率：就 是画面的宽度和高度，分辨率会因摄像头的不同，而有所不同。 模式：就是图像画面的色彩模式 大小：当改变上述其中一个值时，程序会自动计算文件所占的硬盘空间，并且显示出来分辨率越大或颜色数越多，则越占空间。 4 3 变更压缩比 为了根据存储空间来设定视频文件的存储大小，因此我们可以通过下面的语句：0&, 0&)，来调用如图所示的窗口来变更压缩比。使我们采集到的视频文件在不 影响质量的情况下达到最小。通过如图 44 所示的这个窗口我们不但可以选择合适的压缩比而且还可以对其进行局部的设置使存储的视频文件达到最佳效果 图 压缩比设置图 更抽取来源 由于本套视频监控采用了四部摄像头，因此可以利用下面的语句来进行摄像头的选择： 它会出现如图 这个对话框中我们不但可以进行摄像头的选择，而其还可以对每个摄像头的亮度、曝光度和颜色等进行设置。 15 图 摄像头设置图 活摄像头： 双击电脑桌面上，“摄像头录象大师” 图标 像 的记录和回放 闭路监控电视系统采用录像机实现记录和重放功能，可以快速和静止重放所记录的画面，而且具有遥控功能，系统可以对录像机远距离操作。 设计回放系统的目的是为了管理人员对以往采集到的历史信息有一个更好的了解，方便管理人员或安全部门查找、取证。 通过它主要可以实现如下几方面的功能： （ 1）可以播放，能同时播放同一个画面或是两个不同的画面。 16 （ 2）可以同时播放摄像头所采集到的同一个或是不同的两个视频文件。 （ 3）可以实现全屏及原始图像大小之间的切换。 （ 4）支持多种媒体格式。 （ 5）能对所播放的两个视频文件分 别进行块放、慢放、快进、快退等的功能。 户权限设置 由于监控室中的每一位员工的职责不同，为了不让不同的工作人员能够顺利地进行工作，因此本套监控系统中也设计了相应的权限设置。 在一套复杂的系统中用户的权限是非常重要的，因为使用同一套系统工作的人很多，如果不对系统进行权限的设置则每一个使用系统的人都可以对系统进行随意的修改，那么系统不但不会给工作人员带来方便而且还会出现系统崩溃的情况，更有严重的是会使部分或全部的用户资料丢失。如果在一套复杂的系统中只设置一个密码也是远远不够的，应该按照不同工作人员的工 作需要设置不同的级别的密码，如管理者所使用的管理员密码不但可以进入系统而且还可以对系统的一些主要参数进行修改和设置，一般普通用户的用户密码只能是进入到系统中去使用系统，而不能去修改系统的设置，对于那些没有访问权限的用户则不能登陆和使用系统。 监控系统应该对现场进行实时监控，因此一旦进入监控系统之后则不能轻易的退出监控系统。同时为了不让非管理人员不能随意的对摄像头的参数进行随意的修改。而在回放系统中为了不让其他无关的人员随意的调用历史纪录。因此，在监控系统的退出和设置里设立了用户权限密码，而在回放系统中则建立 了用户访问权限密码。本套加 17 密程序的密码主要以二进制的形式存于一固定的文件中。这个固定的文件为了保护密码不被他人盗取，将这个文件的属性设置为了隐藏。如图所示 图 出对话框 序的不足和期望 本 套视频监控 系统 界面比较呆板， 所实现的功能还不是十分完善，像 在监控系统中，在对存储摄像头所采集到的视频时不能自动的键压缩比固定到某一个比较好的值上面，而是每录一回都要对其压缩比进行设置。回放系统还不能自动的获得历史纪录，同时，系统还不能自动删除保存于一个月以上的历史纪录 ，这一点还需要 完善。 而且，由于时间紧迫，不能将监控系统和回放系统做成服务器和客户端的形式，使其自动连接，而是在需要是通过手动的方式来进行连接。 在技术上， 监控系统中采用了利用 种方法在后期的调试中显现出了它运行速度慢，对资源耗费大的缺点。回放 系统 中我采用了 个控件虽然可以很流畅的播放视频信息，但是在处理视频信息的慢放和快放的时候则显得速度有些慢，而且图像也不是很流畅。在权限设置方面没能与数据库连接做成 多用户分级登陆的方式。 18 第六章 总结 在设计的最初阶段，由于通过资料的查阅，对各个模块的电路图有了初步的了解，所以在设计的时候能够得心应手，特别在设计计数和显示电路模块的时候，设计过程比较流畅，第一天便完成了任务。 但是在接下来设计控制器电路和时钟脉冲发生器电路时，遇到了一点点的小麻烦，由于设计这两个模块需要对 555集成块进行连接，但是当时对 555集成块理论知识的掌握不够全面，所以设计出来以后电路有问题，不能正常工作。所以我们决定先暂停设计，翻阅课本和在图书馆借来的资料，把 555 集成块的结构和功能研究了一 遍，最后终于成功了设计出来，这也刚好验证了那句老话“磨刀不误砍柴工”。 此次