智能网络视频监控技术详解与实践之视频监控技术发展过程.doc

智能网络视频监控技术详解与实践之视频监控技术发展过程1.2视频监控技术发展过程 视频监控技术按照主流设备发展过程，可以分为3个大的阶段，即20世纪70年代开始的模拟视频监控阶段、20世纪90年代开始的数字视频阶段及近几年兴起的智能网络视频监控阶段。模拟监控阶段的核心设备是视频切换矩阵，数字视频阶段的核心设备是硬盘录像机(DVR)，智能网络视频监控时代没有核心硬件设备，系统变得开放而分散，设备包括网络摄像机(IPC)、视频编码器(DVS)、网络录像机(NVR)及中央管理平台(CMS)等。目前的实际应用中，各种类型的产品和系统架构均有一定比例，并均将继续存在一定时间，但从长远看，智能网络视频监控系统代表了视频监控技术未来的发展方向。 第一代视频监控系统(即模拟视频监控系统)由模拟摄像机、多画面分割器、视频矩阵、模拟监视器和磁带录像机(VCR)等构成，摄像机的图像经过同轴电缆(或其他介质)传输，并由VCR进行录像存储，由于VCR磁带的存储容量非常有限，因此VCR需要经常地更换磁带以实现长期存储，自动化程度很低，另外VCR的视频检索效率十分低下。 第二代视频监控系统(即数字视频监控系统)产生于20世纪90年代，以DVR为主要标志性产品，模拟的视频信号由DVR实现数字化编码压缩并进行存储。DVR对VCR实现了全面取代，在视频存储、检索、浏览等方面实现了飞跃，之后DVR在网络功能上不断强化。 第三代视频监控系统(即智能网络视频监控系统IVS，Intelligent Video Surveillance)，开始于本世纪初，主要由网络摄像机、视频编码器、高清摄像机、网络录像机、海量存储系统及视频内容分析技术(Video Content Analysis，VCA)构成，可以实现视频网络传输、远程播放、存储、视频分发、远程控制、视频内容分析与自动报警等多种功能。 1.2.1模拟视频监控时代 第一代视频监控系统也叫做闭路电视监控系统，简称CCTV(Closed Circuit Television)，是完全模拟的视频监控系统。此类技术产生于20世纪70年代，并逐步得到广泛应用，直到目前，模拟视频监控系统仍然因为其长期的应用积累而具有广大的市场占有率。 闭路电视监控系统的主要组成包括视频信号采集部分、信号传输部分、切换控制部分及显示与录像部分，视频信号采集部分主要为摄像机(镜头)及相关配件；信号传输部分负责将摄像机的电信号传输到矩阵主机或显示与记录设备，或反向将矩阵主机(控制终端)的控制信号发送给解码器以控制镜头或云台动作(统称PTZ控制)控制等；切换控制部分是系统的核心，主要功能是进行视频图像的切换及前端设备的控制；显示及录像部分主要为监视器和长延时录像机，用来显示和记录前端摄像机传输过来的视频信号。 1.视频采集设备 视频采集设备主要包括摄像机、镜头、防护罩、支架、解码设备、电动云台等，实现的主要功能是将光信号转变成电信号。主要视频采集设备列举如下： 摄像机(Camer) 镜头(Lens) 防护罩(Housing) 支架(Bracket) 解码器(Decoder) 视频分配器(Video Distributor) 2.信号传输设备 信号传输设备主要包括信号收发器、信号放大器、铜缆、光缆等，其主要功能是实现视频信号的上行传输及控制信号的下行传输。主要信号传输设备列举如下： 各类线缆及连接器 信号收发器(Sender/Receiver) 信号放大器(Amplifier) 3.切换控制设备 切换控制设备主要包括矩阵控制器、控制键盘、控制码发生器等，主要负责视频信号的切换及前端设备的控制。主要切换控制设备列举如下： 矩阵(Matrix) 控制码发生器 键盘(Keyboard) 人机界面(GUI) 4.显示与记录设备 显示与记录设备主要包括监视器、画面分割器、磁带录像机等，显示与记录设备把从现场传来的电信号在监视设备上进行图像显示或记录。显示与记录设备列举如下： 多画面处理器(Multiplexer) 多画面分割器 监视器(Monitor) 磁带录像机(VCR) 1.2.2数字视频监控时代 数字视频监控时代的标志性产品是硬盘录像机，简称DVR(Digital Video Recorder)。硬盘录像机起始于20世纪90年代，在本世纪初得到大规模应用，硬盘录像机的出现将磁带录像机(VCR)送上了末路。硬盘录像机实质是集音视频编码压缩、网络传输、视频存储、远程控制、解码显示等各种功能于一体的计算机系统，其主要组成是视频采集卡、编码压缩程序、存储设备、网络接口及软件体系等。 早期的DVR主要是进行数字化视频存储，在网络传输、软件应用、虚拟矩阵等方面的功能并不十分完善，因此在实际项目应用中，通常DVR与模拟矩阵配合使用，系统的控制和切换仍然由矩阵完成，而DVR仅仅代替了磁带录像机，实现对视频的数字化录像。硬盘录像机经过不断发展、升级，在网络支持、虚拟矩阵、软件应用等功能上逐步得到加强，在一些项目中，可以以DVR为系统核心设备，以网络为支撑，实现视频监控系统的虚拟矩阵切换、存储、控制、管理等功能，在此情况下模拟矩阵不再是必需的。 1.硬盘录像机的主要功能 与传统的模拟录像机相比，硬盘录像机的优越性表现在很多方面。比如录像时间长，最大录像时间取决于连接的存储设备的容量；支持的视音频通道数量多，可进行几路、十几路、甚至几十路同时录像；录像质量不会随时间的推移而变差；功能更为丰富，强大的应用软件支持；联网能力强，多台硬盘录像机联网可以构成大规模系统。 2.PC式与嵌入式 DVR分为PC式及嵌入式两个产品形态，两者各有优缺点，并都有广泛的实际应用。PC式DVR一般采用工业主板加视频采集卡的架构，软件建立在Windows(或者Linux)操作系统上；嵌入式DVR基于嵌入式处理器和嵌入式实时操作系统，系统没有PC式那么复杂和功能强大，结构比较单一，产品性能比较稳定。 3.编码压缩算法 DVR的关键技术是编码压缩算法，目前主流的算法是MPEG-4，此编码算法基于视频对象进行编码，考虑到帧内冗余及帧间冗余，可以在有限的码流下实现良好的视频图像质量，是目前大多数厂家采取的压缩算法。H.264是近几年兴起并得到大力推广的算法，可以看成是对MPEG-4算法的升级和优化，能够进一步节省码流并提供更好的图像质量。DVR应用中存在的主要视频编码方式如下： MJPEG MPEG-2 MPEG-4 H.264 1.2.3智能网络视频监控时代 智能网络视频监控技术在近几年得到广泛的应用和发展，智能网络视频监控系统的主要构成是网络摄像机(IPC)、视频编码器(DVS)、网络录像机(NVR)、视频内容分析(VCA)单元，中央管理平台(CMS)、解码设备(Decoder)、存储设备等。智能网络视频监控系统采用完全分布式的架构，系统架设在网络上，不受地域空间的限制，利用智能管理软件可以实现视频资源的管理、整合、配置、传输、调用、存储、报警、集成等。 1.视频采集编码设备 视频采集编码设备主要有模拟摄像机、视频编码器、网络摄像机、高清摄像机等，主要完成视音频信号的采集、数字化、编码压缩及网络传输。 2.中央管理平台(CMS) CMS是网络视频监控应用中有关软件的通称，其构成形式多种多样，主要功能是资源的管理、媒体的分发、存储管理、告警服务、用户服务等功能。 3.网络录像机(NVR) NVR的主要功能是完成视频的存储、转发与回放，与DVR的显著区别是：NVR不直接与模拟视频信号连接，其存储与转发的是前端设备已经完成编码的视频流，因此，NVR必须配合网络摄像机或视频编码器才能构成完整的系统。 4.解码显示设备 解码显示设备主要将网络传输过来的数字视频信号还原成模拟信号进行输出显示。 5.视频内容分析(VCA) 视频内容分析技术(Video Content Analysis，VCA)来源于计算机视觉，它能够在图像及图像描述之间建立映射关系，从而使计算机能够通过图像处理和分析来理解画面中的内容，其实质是“自动分析和抽