物联网感知——视频监控技术

一.视频监控系统

      视频监控系统是安全技术防范体系中的一个重要组成部分,是一种先进的且防范能力极强的综合型系统,它可通过遥控摄像机及其辅助设备(镜头、云台等)直接观看被监视场所的一切情况。随着网络的不断发展与视音频处理、存储、智能化等技术的不断提高,其功能也是愈来愈强大,同时还可以与安全技术防范系统中的其它系统,如防盗报警系统,联动运行,使其防范范围与能力也更加强大与智能。

二.视频编码协议

       CIF(Common Intermediate Format)是常用的标准化图像格式。在H.323协议簇中,规定了视频采集设备的标准财记分辨率:QCIF(176x144)、CIF(352x288)、4CIF(704x576)、16CIF(1408x1152)。

      DCIF是一种更为有效的监控视频编码分辨率。它是奇偶两个HALF D1经反隔行变换,组成一个D1(720x576),D1再作边界处理,变成4CIF(704x576),4CIF经水平3/4缩小、垂直2/3缩小,转换成528x384,为了与2CIF区分,故称为DOUBLE CIF,即DCIF。

      D1是数字电视系统显示格式的标准。D1:480i格式(525i),720x480(水平480线,隔行扫描)。另外还有D2、D3、D4、D5。

      目前监控行业中主要使用的分辨率有:QCIF、CIF、HALF D1(704x288)、D1(704x576)等。

      NTSC制式是1952年由美国国家电视标准委员会定制的彩色电视广播标准,其帧率可达到30帧/s;PAL制式由西德再1962年制定的彩色电视广播标准,它克服了NTSC制式因相位敏感造成的色彩失真的缺点,帧数可达到25帧/s。

三.视频监控系统发展

1.模拟视频监控系统

      在20世纪90年代以前,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。图像信息采用视频电缆,以模拟方式传输,一般传输距离不能太远,主要应用于小范围内的监控,监控图像一般只能在控制中心查看。本地模拟信号监控系统主要由摄像机、视频矩阵、监视器、录像机等组成,利用视频传输线将来自摄像机的视频连接到监视器上,利用视频矩阵主机,采用键盘进行切换和控制,录像采用使用磁带的长时间录像机;远距离图像传输采用模拟光纤,利用光端机进行视频的传输。

      摄像机是获取监视现场图像的前端设备,它以面阵CCD图像传感器为核心部件,外加同步信号产生电路、视频信号处理电路及电源等;云台是承载摄像机进行水平和垂直方向转动的装置。云台内装两个电动机。这两个电动机一个负责水平方向的转动,另一个负责垂直方向的转动。如果摄像机只是固定监控某个位置不需要转动,那么只用支架就可以满足要求。支架有长短弯直之分,根据不同要求选择不同型号,主要考虑承重。防护罩是监控系统中最常用的设备之一,主要作用是防尘、防破坏。室外防护罩密封性能一定要好,保证雨水不能进入防护罩内部侵蚀摄像机。

      多路视频信号要送到同一处监控,可以一路视频对应一台监视器,但监视器占地大,价格贵,如果不要求时时刻刻监控,可以在监控室增设一台矩阵控制主机,把摄像机输出信号接到矩阵的输入端,矩阵的输出端接监视器,矩阵的输入端分为2、4、6、8、...、64路等,输出端分为单路和双路。监视器上的图像由控制键盘负责切换,这样一台监视器上可以查看到多路监控点图像。

      一路视频信号对应一台监视器或录像机,如果想一台摄像机的图像送到多个管理者看,就需要选择视频分配器。因为 并联视频信号衰减较大,送到多个输出设备后由于阻抗不匹配等原因,图像会严重失真,线路也不稳定。视频分配器除了阻抗匹配,还有视频增益,使视频信号可以同时送给多个输出设备而不受影响。

      监视器是监控系统的标准输出,有了监视器我们才能观看前端送过来的图像。监视器分彩色、黑白两种,尺寸有9、10、12、14、15、17、21英寸等,常用的是14英寸。监视器也有分辨率,同摄像机一样用线数表示,实际使用时一般要求监视器线数要与摄像机匹配。另外,有些监视器还有音频输入、S-video输入等。

      监控系统中最常用的记录设备是长延时录像机,与家用录像机不同,延时录像机可以长时间工作,可以录制24小时(用普通VHS录像带)甚至上百小时的图像。由于长延时录像机采用的是普通磁带作为存储介质,故磁带保存受环境的严重影响,无法长时间保存,同时受磁带存储原理限制,录像回放需做倒带操作,调看早期录像时等待时间长。

2.数字视频监控系统

      在20世纪90年代中期,基于Windows的数字监控系统随着视频编解码器技术的发展而产生。系统在远端安装若干各摄像机及其他告警探头,通过视频线汇接到监控中心的工控机或硬盘录像机,并且在显示器上显示监控图像。同时,工控机或硬盘录像机配合交换机及相关软件使局域网内其他用户监控图像。数字监控系统稳定性较差,可靠性不高;需要多人值守;软件开放性差;图像传输距离有限等。

      工控机即工业控制计算机(IPC)。通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机。监控用工控机配合视频采集卡进行远端监控点图像采集,通过软件解码方式在显示器上呈现各监控点图像。工控机方式的监控系统受限于视频采集卡的插槽数及采集卡上视频端子的数量,一般用与小规模本地监控。

      硬盘录像机从系统结构上主要分基于PC插卡的硬盘录像机和以DSP+MPU为核心的嵌入式录像机。嵌入式硬盘录像机脱离了PC架构,采用的是以DSP为核心的整体结构,视频采集、视频压缩处理、网络接口等各功能模块均集成在单一的电路板上。嵌入式硬盘录像机从某种程度避免了由于Windows操作系统带来的不稳定性。硬盘录像机是现有应用较为广泛的数字监控方式。

3.网络视频监控

      在21世纪初,随着宽带网络技术及带宽的大大提高、以及数字处理技术和视音频编解码效率的改进,视频监控系统正在步入全数字大网络化的全新阶段。网络化视频监控系统中所有的设备都以IP地址来识别和相互通信,采用通用的TCP/IP协议进行图像、语音和数据传输和切换。

      编码器是模数转换设备,主要作用是将模拟视音频码流转换为标准的TCP/IP数据包,传送至互联网供用户调用。通过业内先进的编解码格式MPEG-4/H.264将清晰的图像以较低的码率传输,同时编码器支持外界告警设备,保证对现场全方位的掌控。

      解码器是数模转换设备,主要作用是将标准的TCP/IP数据包转换成模拟的视音频码流,在监视器上直接显示图像。解码器支持C端子或VGA端子输出,支持通过透明串口连接摇杆键盘直接控制摄像机,支持1路或多路显示等功能。

      业务受理服务器主要提供了用户登录的认证、授权、计费以及业务受理等操作。同时在AAA系统中提供了对设备、账户、计费策略、管理员、运行状态的查看和管理;中心管理服务器是中心平台的核心控制单元,主要提供前端和客户端鉴权接入、信令的转发处理、信息管理、网络录像、两级平台级联等功能;录像服务器主要实现监控点在中心平台的网络录像存储功能、录像检索功能、录像回放功能、录像下载功能等。

      磁盘阵列是由许多台磁盘机或光盘机按一定的规则,如分条(Striping)、分块(Declustering)、交叉存取(Interleaving)等组成一个快速】超大容量的外存储器子系统。它在阵列控制器的控制和管理下,实现快速,并行或交叉存取,并有较强的容错能力。在物理设备上可能是几个或者几十个盘组成,但在用户看来只是一个盘,其容量高达几百至几千吉,大量用用于多媒体业务中。

4.智能视频监控系统

      智能视频监控系统是在传统视频监控系统基础上发展而来的,是通过直接分析摄像机拍摄的监控视频画面,并按照所设定的报警条件,自动的分析出当前的监控位置的警情,自动发出报警。由此采用计算机自动报警识别,大大提高了用人眼监控的工作效率,使得报警更加及时,能对成百上千路视频同时分析,检测更加全面,也大大降低保安人员的工作量,而当保安人员接到报警信息后,进行二次警情确认后再出警,提高监控效率。

      基于计算机视觉技术对监控场景的视频图像内容进行分析,从纷繁的视频图像中分辨、识别出关键目标物体;自动分析、抽取视频源中的关键有用信息,形成相应事件和告警的监控方式,从而使传统监控系统中的摄像机不但成为人的眼睛,也使其成为人的大脑。

      根据不同的智能视频分析算法,智能视频监控系统可以延伸出多种不同的功能应用,具体的智能视频监控系统功能有人脸识别、周界入侵、PTZ目标跟踪、人数统计应用、非法停车检测、交通流量统计、可以五出现侦测、工业自动化检测、动态跟踪、IVS行人异常行为等。

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