多媒体视频监控系统.ppt

1、第五章：多媒体视频监控系统。本章将分析多媒体视频监控系统的体系结构、原理和维护方法，并介绍其维护和日常故障排除方法。5.1数字视频编码标准，图像压缩编码标准主要包括伊图里601、MJPEG、MPEG、H.263、H.264等。1ITUR601标准和ITUR601国际图文电视联盟标准在视频信号数字化方面发挥着重要作用。本标准采用分量编码，其中亮度信号y的采样频率为13.5兆赫，是目前525/60和625/50系列三种电视系统的线路频率(2.25兆赫)的6倍，而色度信号的采样频率是亮度信号的一半，即RY和BY，无论哪种系统，每条线路的采样数为720，两个色差信号的采样数分别为360，构成了7203

2、600的采样结构由于图像处理技术的发展，对数字视频存储的需求越小越好。近年来，一些新的录像机已经提出了两种采样格式，420和411，以进一步降低数字视频比特率。因为420的采样结构是交替采样色差信号，这相当于降低信号的时间分辨率，所以每两个亮度样本对应于水平方向上的一个铬/Cb样本，但是每两个Y样本包含垂直方向上的一行铬/Cb样本。411的采样格式进一步将色差信号的采样频率降低到亮度信号采样频率的1/4，这等同于进一步降低色度信号的空间分辨率。每个有效行中有720个亮度样本，只有180个色差样本。2MJPEG标准，作为一种运动静止图像压缩技术，MJPEG是一种早期使用的图像压缩编码标准，它将运

3、动视频序列视为一幅连续的静止图像，能够独立完整地压缩每一帧，并在编辑过程中随机存储每一帧，以便像编辑帧一样精确地对其进行编辑。然而，MJPEG只压缩帧内空间冗余，不压缩帧间时间冗余，因此压缩效率不高。3MPEG标准，是指由国际标准化组织运动图像专家组制定的一系列关于音频/视频信号和多媒体信号压缩和解压缩技术的标准。作为最新的数字视频标准之一(另一个是H.264标准)，MP4逐渐成为多媒体视频监控系统采用的主流数字视频标准。4H.263标准，H.263是ITUT作为H.324终端提出的视频编解码方案。经过不断的改进和多次的升级，H.263已经日趋成熟，现在它已经基本上取代了H.261，而且它越来

4、越受欢迎，因为它可以在低带宽上传输高质量的视频流。H.264是由ITUT VCEG联合视频集团和国际标准化组织/国际电工委员会MPEG共同开发的一种新的数字视频编码标准，实际上是国际标准化组织/国际电工委员会MPEG4标准的第十部分。在相同的重建图像质量下，与H.263相比，H.264可以节省约50%的码率，与当前基于MPEG4-4的视频格式相比，性能提高约33%。也就是说，H.264具有更快的码率、更快的压缩速度和更快的图像、声音和数据传输速度，更适合多媒体视频监控系统对多媒体信息进行快速高效处理的需求。作为最新的图像和视频压缩标准，H.264具有高压缩效率、高质量的编码效果、自适应延迟约束

5、和容错能力。H.264支持分层设计、高精度、多模式运动估计和基于44个块的整数变换；支持统一视频编码层(VCL)，支持帧内预测，支持IP和无线环境。H.264在设计上将视频编码和视频传输分开，采用网络友好的结构和语法，形成视频编码层(VCL)和网络提取层(NAL)。其中，前者提供核心的高质量视频压缩，而后者根据具体的网络传输环境封装压缩后的数据，更有利于打包和信息优先级控制，提高了其对不同网络的适应性。这也是基于网络的视频监控系统将H.264作为视频压缩标准首选的原因。5.2多媒体监控系统1物理结构多媒体监控系统是多媒体计算机和视频监控系统相结合的产物。根据多媒体计算机与监控系统的集成程度，可

6、分为简单多媒体监控系统和标准多媒体监控系统。这种子方法也间接反映了多媒体监控系统的发展过程：从早期简单的传统监控系统主机外接多媒体计算机到将多媒体计算机集成到监控系统中形成统一的系统。多媒体技术的应用和多媒体监控系统有两种形式。(1)视频监控系统的第一种形式是通过计算机操作平台与多媒体计算机合作开发图形用户界面。该系统为用户提供了可视化的人机界面，还可以在计算机操作平台上集成视频监控和其他技术系统的各种数据处理和控制功能。其结构是网络化和分布式的，即所谓的前端控制功能(主要是图像信号的分配和切换以及前端设备的控制)。(2)在第二种形式中，模拟视频信号被直接输入、数字化、然后压缩、然后存储、传输

7、和相关处理，这被称为中央处理。其实质是数字视频记录和远程监控设备。数字视频录像机具有图像识别和特征提取能力，通过图像分析实现对运动目标的检测和报警；控制相关机构，使视频监控更加智能化。这种形式是基于图像的中央处理。以上形式正在逐渐融合，并将成为未来视频监控系统控制器的主要工作模式。5.2.1计算机增加外部多媒体监控系统、图像采集卡和声卡。图像采集卡和声卡可以分别接收来自视音频矩阵切换主机的第一输出端口的视频/音频信号，以画中画的形式在屏幕上显示视频图像，并通过与声卡相连的外置扬声器发出监控声音。这样，通过操作鼠标，你可以在电脑屏幕上打开一个视频窗口。通过选择摄像机频道号并单击控制按钮，您可以通

8、过与视频窗口进行比较，全方位控制远程摄像机的平移/倾斜和电动镜头。但是，整个系统的前端解码器仍然通过RS485总线直接与系统的主控制器相连。5.2.2标准多媒体监控系统，1标准多媒体监控系统的结构标准多媒体监控系统采用模块化结构，包括主机和前端解码器。主机部分由视频矩阵切换卡、音频矩阵切换卡、通信控制卡、图像采集卡、声卡、网络通信卡和内置调制解调器卡组成，全部安装在工控机的机箱内。功能模块之间建立了必要的内部关系，从而消除了功能模块之间的冲突，大大提高了系统的集成度和稳定性，功能更加完善。目前，标准的多媒体监控系统采用了包括数字压缩图像传输在内的网络分控控制模式。(1)视频矩阵开关卡，具有与普

9、通视频矩阵开关相同的基本功能，也由多路模拟开关集成电路组成，可以将视频信号从任意输入端口切换到任意视频输出端口，从而实现视频分配和切换放大。由于卡需要切换多通道信号，且卡后面板有限的面积无法提供太多的视频输入/输出接口，卡后面板只有一个多针“母”D型连接器，几根视频电缆由外部“公”D型连接器引出，与视频BNC座匹配。每个视频矩阵开关卡都配有这样一个视频BNC座椅，带有16个视频输入/输出接口。与普通视频切换器不同，视频矩阵切换卡具有计算机ISA总线接口，由计算机指令直接控制，控制速度达到107 s。另外，视频矩阵切换卡的电路部分采用视频差分放大，在一定程度上减少了视频干扰。标准视频矩阵开关卡包

10、含1616视频矩阵和扩展接口，小型系统也可以选择44或88矩阵卡。开关卡之间简单的并联或跳线设置可以方便地扩展视频输入/输出通道的数量，而不影响扩展后开关的控制速度。(2)音频矩阵切换卡音频矩阵切换卡的结构和功能与视频矩阵切换卡基本相同，可以完成音频信号的分配和切换放大，并始终保证与相应的视频图像同步切换。音频矩阵交换卡的设置原则上，网络需要设置尽可能多的声卡，有些使用其左右声道分别传输一个音频信号，这样声卡的数量减少了50%。但是在实际工程中，有些监控点只观察图像，有些监控点只听声音，所以系统中摄像头和监控头的数量不需要完全一致，应该根据实际情况进行设置。(4)通信控制卡功能，提供RS485

11、通信接口和ISA总线卡，主要用于与前端解码器的半双工通信。RS485通信传输方式为平衡差分输入输出，通信速度快，抗干扰能力强。RS485仅用于总线上控制指令的传输，因此对线路要求不高。此外，通信卡还配有硬件发送和接收缓冲器，提高了通信线路中数据的可靠性。(5)图像采集卡的功能。图像采集卡接收视频矩阵开关卡输出的视频信号，实时数字化，然后提交给计算机进行后处理。这样，软件可以实现视频图像显示、静态存储、实时采集和报警等功能。在系统中，开关卡的输出交由视频卡处理，使其具有图像激活、显示、存储、捕捉和视频报警的能力，用于每一路视频输入。摄像机的图像可以通过视频采集卡显示在监视器上，可以省去传统的监视

12、器。此外，一台计算机可以插入多个图像采集卡，从而可以同时采集和处理多幅图像，使系统具有在同一屏幕上实时显示多幅图像的能力。(6)声卡的功能和应用声卡的功能是指声音信号的采集和输出。在多媒体监控系统的主机上，声卡的采集功能与图像采集卡的采集功能基本相同，即它接收音频矩阵转换卡输出的音频信号，但它有一个额外的输出功能。声卡用于接收音频矩阵切换器输出的摄像机场的声音信号，并通过外接扬声器发出声音。在实际应用中，声卡的线路输出信号可以作为另一个音频矩阵切换卡的输入源，实现双向对讲功能。由于新的多媒体系统主机支持多个声卡并行工作，因此可以实现多通道声音信号在互联网上的传输。因此，利用声卡的线路输出，配合

13、音频矩阵切换卡，具有主控与前端、主控与子控、前端与子控之间的多通道交叉和双向对讲功能。解码器，解码器属于前端设备，但与多媒体系统主机相连的解码器比传统的矩阵解码器功能更多，因此它也是最小的单元系统。解码器主要包括8个报警器、6个无源触点、3个带220伏有源触点的可控开关、1/8控制模拟数据路径、1个RS485通信接口和PTZ镜头控制接口。这些功能的核心是单片机电路，用于编码和解码。解码器还配有一个小型监控程序，在报警时自动产生相关动作，启动本地报警联动装置，对报警信息进行编码，并通过RS485总线传输回控制中心。通过不同的跳线连接，解码器的6个无源触点可以连接到不同的电压，例如12 V、6 V

14、和3 V。因此，解码器的六个输出接口不仅可以输出不同的电压，还可以用作无源开关。解码器的报警接口为模拟接口，通过8位模数转换器与单片机系统相连。因此，单片机可以识别256种变化对于普通的报警控制头，三线制能有效区分报警控制头的电源线、地线和数据线的开路、短路和报警状态。对于温度检测器、压力检测器和其他模拟输出检测器，我们可以识别温度、湿度和压力的各种变化，从而监控环境因素，为未来的功能扩展奠定坚实的物质基础。多媒体视频监控系统可以通过硬件接口和软件设置应用于各种网络环境。在以太网环境下，可以通过TCP/IP通信协议实现多级网络控制，网络上任何授权的客户端都可以通过系统主机查看任何监控站点的图像

15、，并向前端解码器发出指令控制云台镜头。多个监控点的图像可以同时显示在同一个网络控制终端的屏幕上。通过软件设置，多媒体视频监控系统还具有多种通信模式和与外设的接口，从而快速方便地实现不同的通信控制要求，如RS485或RS232通信控制。当然，如果本系统的多媒体计算机没有接入互联网，子控制功能仍然可以通过RS485总线实现。3.标准多媒体监控系统的结构特点。标准多媒体监控系统采用分布式结构的中央控制设备和高性能多媒体工控机为核心，完全取代了传统视频监控系统的中央控制设备。与外部多媒体监控系统相比，它有两个特点：友好的人机交互界面；它具有基于网络的多级控制能力，每一级都有自我管理和控制的功能，可以由

16、更高一级控制。5.3多媒体监控系统软件，是软件和硬件的统一。理论上讲，在保证硬件系统物理连接的基础上，通过正确的软件设置，它具有以下功能。1控制软件功能，(1)基本记录功能多媒体监控系统监控的图像、声音和报警数据可以实时有效地记录在计算机的硬盘上，以便日后通过各种检索方法检索事件的时间、地点和内容，图像清晰，声音清晰可辨。此外，多媒体监控系统还提供完整的值班记录、部署(撤离)防御记录、报警记录和动态(静态)视频图像记录，系统的打印机可以将这些记录打印成书面材料，为管理人员今后处理事件时提供各种第一手信息。(2)分级授权控制功能。为了防止系统被非法使用，提高系统的安全性和保密性，多媒体监控系统可

17、以对各级安装人员、系统管理员和操作人员授予不同的权限进行二次权限控制和管理。授权安装人员可以使用系统软件对整个系统进行任意设置，如安排每个监控区域的层数，安排摄像头和报警器的位置，初始化整个系统。其编程窗口具有很强的系统编程设置能力，可以将本机设置为主控制器或一定级别的子控制器，并设置保护联动、子控制器控制范围、系统规模、系统运行特性参数等。(3)电子地图功能，双击收听者图标自动切换到收听者所在的屏幕，还可以监听收听者拾取的现场声音；双击报警图标可以反映报警的当前状态，同时弹出关联图像，直观且易于操作；双击摄像机图标，自动切换到与该图标对应的摄像机视频图像。该软件还可以生成电子地图，又称监控区域地图，用于显示监控区域的整体地形以及现场摄像机、监视器和报警器的图标，使系统的布局更加合理、直观，最大限度地避免遗漏。电子地图的主要优点是操作者可以用鼠标随意选择要监控的对象。(4)实时多屏显示功能。多媒体监控系统可以在显示屏上同时打开16个视频窗口单击任意视频窗口将其打开。如果你双击它，它将被放大到全屏显示。系统定时切换的时间间隔可以任意设置。当选定的视频信号源少于16个通道时，整个屏幕可以进行软分割，使所