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視頻監控系統整體框架設計與功能實(shí)現的論文
隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展， 監控系統也在不算引入高科技手段， 基于視頻監控要求圖像清晰， 數據完整、實(shí)時(shí)、準確、真實(shí)的特性， 對各類(lèi)硬件設備的選型以及軟件系統架構的設計都提出了更高的要求。數字化的視頻監控系統具有功能強大、成本低廉、使用靈活等優(yōu)勢， 已經(jīng)廣泛的應用到人們生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。如何將現代化的現金技術(shù)運用到視頻監控系統中， 始終是人們研究的重要課題。
1 視頻監控系統總體要求
1） 設計原則
�。�1） 數字化原則
該系統的設計要充分利用計算機的快速處理能力， 對數字化的視頻信號進(jìn)行壓縮， 通過(guò)對視頻斥力與分析， 及時(shí)發(fā)現異常狀況并報警。當視頻信號數字化之后， 可以將視頻序列存儲到硬盤(pán)中， 與視頻錄像相比， 硬盤(pán)更能對視頻進(jìn)行長(cháng)期保存， 方便再利用， 通過(guò)計算機建立索引， 在短時(shí)間內就能夠找到相應的現場(chǎng)記錄。
�。�2） 網(wǎng)絡(luò )化原則
數字監控視頻在經(jīng)過(guò)壓縮之后， 會(huì )占用較小的寬帶， 節省傳輸開(kāi)銷(xiāo)， 數字信號的抗干擾能力較強， 一般不會(huì )受到信號衰弱的影響， 比較適合遠距離的傳輸， 在傳輸過(guò)程中進(jìn)行加密處理。網(wǎng)絡(luò )化原則主要指可以實(shí)現分布式監控， 系統前端的視頻信號可以直接進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)， 被授權的用戶(hù)可以在任何地方對現場(chǎng)進(jìn)行監控， 實(shí)現多個(gè)終端同時(shí)監控。
�。�3） 智能化原則
計算機視頻監控系統的設計要遵循智能化的原則， 合理利用視頻分析技術(shù)、多媒體技術(shù)以及人工智能技術(shù)， 自動(dòng)的從原始信息中提取有用信息， 非常便捷的完成人力很難完成的任務(wù)。通過(guò)圖像識別技術(shù)與移動(dòng)目標檢測技術(shù)可以分析統計目標的類(lèi)型、速度、運動(dòng)方向等信息。通過(guò)跟蹤技術(shù)也可以識別移動(dòng)目標， 從而監視目標的整個(gè)移動(dòng)過(guò)程。
�。�4） 可靠性原則
作為視頻監控系統， 可靠性是其他實(shí)用功能的前提基礎， 也是預防措施以及事后舉證的前提。首先， 在進(jìn)行設備選型時(shí)， 攝像錄像設備、傳輸設備等都要選用一流的設備， 露天設備需防雷防水防塵， 避免因為硬件問(wèn)題影響監控效果。其次， 安裝時(shí)需要考慮各設備之間的接口是否匹配、監控探頭之間的距離是否合適、周?chē)h(huán)境是否存在影響傳輸信號的干擾因素等等。再次， 在設計網(wǎng)絡(luò )拓撲以及硬件組架時(shí)需要采用一些容錯以及備份的方案， 提高系統的容災能力， 單獨某一臺設備的故障不能影響其他設備， 且之前的數據可以盡量的得以保存[1]。
2） 設計思路
�。�1） 高清采集
采用高清攝像機實(shí)行全方位覆蓋， 根據現場(chǎng)實(shí)際環(huán)境的不同， 選擇球形、半球、或者槍式攝像機， 根據實(shí)際需求的不同選擇模擬、數字或者網(wǎng)絡(luò )攝像頭。
�。�2） 平穩傳輸
可采取室外部分光纖傳輸， 室內部分接入交換機匯總之后在利用光纖傳給監控中心。室內傳輸部分在限制走線(xiàn)距離的基礎上確保不超過(guò)交換機的最大傳輸能力。
�。�3） 集中監控
配備監控室， 部署NVR以及顯示終端， 作為指揮控制中心實(shí)現都系統各模塊的調度與控制。通過(guò)NVR對信號進(jìn)行解碼， 并連接液晶顯示器做直觀(guān)展現。
�。�4） 集中存儲
對前端攝像設備采集的視頻數據進(jìn)行集中存儲管理， 設置合理的存儲周期， 以便后續查看、回放以及舉證之用。
3） 功能需求
�。�1） 良好的成像性能
無(wú)論是晴朗天氣， 能見(jiàn)度優(yōu)異的情況， 還是夜間、雨天霧天以及能見(jiàn)度較低的情況， 都要求可以具備良好的成像性能， 這就要求在選擇設備時(shí)充分考慮各方面的性能指標。
�。�2） 可以控制前端設備
可以控制前端攝像頭， 實(shí)現遠程變倍、調焦、控制燈光輔助等動(dòng)作， 必要時(shí)還需要進(jìn)行抓拍、對某一目標給予特寫(xiě)等等， 這就要求視頻監控系統在設計時(shí)增加實(shí)現控制前端設備的需求。
�。�3） 支持影像存儲與回放
視頻監控系統除了實(shí)施監測之外， 在有事件發(fā)生時(shí)也是很好的舉證措施， 因此要求可以回放至事件發(fā)生時(shí)間， 調用查看當時(shí)的實(shí)時(shí)影像， 供有關(guān)人員查詢(xún)以及舉證[2]。
�。�4） 火苗煙霧探測預警
在一些需要防火的區域， 需要在視頻監控系統中增設火苗以及煙霧探測功能， 便于及時(shí)預警， 減少損失。
2 視頻監控系統整體框架設計
1） 拓撲結構
2） 視頻監控系統功能模塊設計
視頻監控系統主要由以下3大模塊構成：
1） 前端設備
前端設備即監控攝像頭， 是采集數據信息的窗口， 而視頻數據是監控系統的依據以及憑證。因此， 根據現場(chǎng)的實(shí)際情況無(wú)論采用模擬攝像頭、數字攝像頭、網(wǎng)絡(luò )攝像頭還是混合使用多種類(lèi)型， 必須確保以下幾個(gè)方面：首先， 確保覆蓋面， 保證數據完整性。其次， 確保攝像頭穩定， 視頻清晰， 保證數據可用性。再次， 確保傳輸后不失幀， 保證數據準確性。
2） 傳輸設備
傳輸設備指的是前端攝像機與監控中心之間的傳輸鏈路， 包括電源線(xiàn)路、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋等。為了確保數據的實(shí)時(shí)、完整、準確， 傳輸設備必須平穩高效的運行。
3） 監控中心
如果說(shuō)前端設備是視頻監控系統的眼睛， 那么監控中心就是視頻監控系統的大腦， 包括控制、存儲以及顯示三大方面， 對前端設備的控制以及后端顯示設備的呈現都有監控中心來(lái)負責統一調度[3]。
3 視頻監控系統功能實(shí)現
1） 前端監測設計
前端監測模塊是整個(gè)視頻監控系統的數據源頭， 負責采集每個(gè)監控點(diǎn)的視頻信號傳輸至視頻處理設備。因此可以說(shuō)攝像機起著(zhù)至關(guān)重要的作用。
�。�1） 攝像機的要求
首先， 成像必須真實(shí)且清晰。攝像機的核心組件是圖像傳感器以及處理芯片， 針對不同的領(lǐng)域其優(yōu)化方案其實(shí)是不同的， 如果是電視系統可能對成像處理上顏色鮮艷一些可以達到好的視覺(jué)效果， 其他安防監控則需要成像必須真實(shí)， 包括膚色、衣服車(chē)輛等的顏色都要求與實(shí)際一致。對于攝像機來(lái)說(shuō)， 傳感器的線(xiàn)數越高， 解析的精細度越高。其次， 攝像機需要適應多種環(huán)境。室外監控的露天環(huán)境經(jīng)常會(huì )受天氣影響， 因此， 對攝像機的防雷防水防塵耐熱等性能都是一種挑戰， 必須確保在各種惡劣復雜的環(huán)境下都可以平穩的運行。再次， 攝像機需要操作簡(jiǎn)單。為了監控的隱蔽性， 一般都會(huì )選擇安裝在高處， 摘取更換相對來(lái)說(shuō)都比較困難， 因此， 最好可以提供遠程操作菜單， 對于一些簡(jiǎn)單的調試以及參數修改等操作可以遠程控制， 不必爬上爬下。
�。�2） 攝像機的選型
a） 根據安裝方式。如果采用固定安裝， 選用槍式攝像機或者半球攝像機；如果采用云臺安裝， 會(huì )選用一體化攝像機。當然也可以采用槍式攝像機再額外配備電動(dòng)變焦鏡頭， 但如此一來(lái)價(jià)格就會(huì )偏高了， 而且安裝也會(huì )更加復雜。
b） 根據安裝地點(diǎn)選擇。槍式攝像機不受室內室外限制， 壁裝、吊頂都可以；半球攝像機只能吸頂安裝， 一般多用于室內[4]。
c） 根據環(huán)境光線(xiàn)選擇。如果光線(xiàn)條件不理想， 應盡量選用照度較低的攝像機。如果這種情況下用戶(hù)對清晰度要求又比較高， 那么優(yōu)先選用黑白攝像機。必要時(shí)需要添加紅外燈或者選有紅外夜視功能的攝像機。
d） 根據清晰度要求選擇。如果分辨率要求比較高， 應選用470線(xiàn)以上的高解析攝像機。
2） 鏈路傳輸設計
當前最常用的是同軸電纜、光纖、雙絞線(xiàn)等介質(zhì)， 針對圖像質(zhì)量、傳輸距離、傳輸成本以及安裝維護難度的不同， 應選擇不同的傳輸方式。
�。�1） 不超過(guò)80米， 建議使用雙絞線(xiàn)， 100米以?xún)纫部梢钥紤]五類(lèi)全銅國標線(xiàn)。
�。�2） 室外監控點(diǎn)分散且距離遠， 建議光纖收發(fā)器+光纖方式。
�。�3） 室內監控點(diǎn)先接入交換機， 再光纖傳給監控中心。
�。�4） 幾公里到幾十公里的遠距離傳輸或者有電磁環(huán)境時(shí)， 建議采用光纖傳輸。
3） 監控中心設計
監控中心是整個(gè)系統的大腦， 是整個(gè)系統的指揮、調度、監管中心， 因此必須保證其7×24小時(shí)平穩運行。
�。�1） 監控模塊的監控主機負責圖像的采集以及處理工作， 并且支持對前端設備的控制功能以及對視頻的相關(guān)參數設置。
�。�2） 存儲模塊負責視頻的存儲， 是后續查看、顯示以及回放的數據來(lái)源， 可基于網(wǎng)絡(luò )實(shí)現存儲。
�。�3） 回放模塊能夠實(shí)現用戶(hù)自主選擇時(shí)間， 并且支持即時(shí)回放、常規回放、標簽回放、快進(jìn)快退等功能， 并且與此同時(shí)不影響數據存儲。
�。�4） 顯示模塊由臺液晶顯示器組成， 將傳送過(guò)來(lái)的視頻圖像顯示出來(lái)， 包括操作NVR的顯示器以及集中顯示墻。顯示器與NVR視頻輸出接口連接， 實(shí)現實(shí)時(shí)顯示視頻影響。
�。�5） 預警模塊主要負責接收到前端傳輸的火苗、煙霧、震動(dòng)等信號及時(shí)發(fā)出警告， 盡量避免各方面的損失。
4 視頻監控系統在現實(shí)生活中的應用
隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展， 基于計算機技術(shù)的視頻監控系統已經(jīng)廣泛應用于諸多領(lǐng)域。其中， 應用的行業(yè)包括但不限于以下部分：機房、金融 （銀行、自動(dòng)存取款機） 、交通 （高速路、隧道、橋梁、鐵路、機場(chǎng)、港口） 、軍事 （邊防哨所、軍械庫、危險品生產(chǎn)場(chǎng)所） 公安 （監獄、看守所） 、煤炭 （礦井） 、石油化工存在人身傷害的危險環(huán)境、醫療 （手術(shù)室、重危病房、藥房） 、文物 （文物、檔案館） 、教育 （圖書(shū)館、實(shí)驗室、考場(chǎng)） 、物業(yè) （居民小區） 、江河防汛， 森林防火。這些領(lǐng)域采用基于計算機技術(shù)的視頻監控系統無(wú)論是在安全防范、信息獲取還是指揮調度方面都起到了至關(guān)重要的作用[5]。
5 總結
視頻監控系統已經(jīng)廣泛應用于各個(gè)行業(yè)， 為人民的生活提供極大的便利與安全保障。但是如何部署一套影像清晰、數據實(shí)時(shí)準確且安全可靠的視頻監控系統仍值得深思。根據實(shí)際環(huán)境選擇攝像機類(lèi)型， 根據實(shí)際需求完成硬件組網(wǎng)架構， 建設功能強大、操作簡(jiǎn)單、維護方便的視頻監控系統將會(huì )是一項需要長(cháng)期摸索的工作。
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