安防監(jiān)控發(fā)展歷程及重要知識點

視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展過程

視頻監(jiān)控技術(shù)按照主流設(shè)備發(fā)展過程，可以分為3個大的階段，即20世紀70年代開始的模擬視頻監(jiān)控階段、20世紀90年代開始的數(shù)字視頻階段及近幾年興起的智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控階段。模擬監(jiān)控階段的核心設(shè)備是視頻切換矩陣，數(shù)字視頻階段的核心設(shè)備是硬盤錄像機(DVR)，智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控時代沒有核心硬件設(shè)備，系統(tǒng)變得開放而分散，設(shè)備包括網(wǎng)絡(luò)攝像機(IPC)、視頻編碼器(DVS)、網(wǎng)絡(luò)錄像機(NVR)及中央管理平臺(CMS)等。目前的實際應(yīng)用中，各種類型的產(chǎn)品與系統(tǒng)架構(gòu)均有一定比例，并均將繼續(xù)存在一定時間，但從長遠看，智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)代表了視頻監(jiān)控技術(shù)未來的發(fā)展方向。

第一代視頻監(jiān)控系統(tǒng)(即模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng))由模擬攝像機、多畫面分割器、視頻矩陣、模擬監(jiān)視器與磁帶錄像機(VCR)等構(gòu)成，攝像機的圖像經(jīng)過同軸電纜(或其他介質(zhì))傳輸，并由VCR進行錄像存儲，由于VCR磁帶的存儲容量非常有限，因此VCR需要經(jīng)常地更換磁帶以實現(xiàn)長期存儲，自動化程度很低，另外VCR的視頻檢索效率十分低下。

第二代視頻監(jiān)控系統(tǒng)(即數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng))產(chǎn)生于20世紀90年代，以DVR為主要標志性產(chǎn)品，模擬的視頻信號由DVR實現(xiàn)數(shù)字化編碼壓縮并進行存儲。DVR對VCR實現(xiàn)了全面取代，在視頻存儲、檢索、瀏覽等方面實現(xiàn)了飛躍，之后DVR在網(wǎng)絡(luò)功能上不斷強化。

第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)(即智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)IVS，IntelligentVideoSurveillance)，開始于本世紀初，主要由網(wǎng)絡(luò)攝像機、視頻編碼器、高清攝像機、網(wǎng)絡(luò)錄像機、海量存儲系統(tǒng)及視頻內(nèi)容分析技術(shù)(VideoContentAnalysis，VCA)構(gòu)成，可以實現(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸、遠程播放、存儲、視頻分發(fā)、遠程控制、視頻內(nèi)容分析及自動報警等多種功能。

第一代視頻監(jiān)控系統(tǒng)也叫做閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，簡稱CCTV(ClosedCircuitTelevision)，是完全模擬的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。此類技術(shù)產(chǎn)生于20世紀70年代，并逐步得到廣泛應(yīng)用，直到目前，模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍然因為其長期的應(yīng)用積累而具有廣大的市場占有率。

閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成包括視頻信號采集部分、信號傳輸部分、切換控制部分及顯示及錄像部分，視頻信號采集部分主要為攝像機(鏡頭)及相關(guān)配件；信號傳輸部分負責將攝像機的電信號傳輸?shù)骄仃囍鳈C或顯示及記錄設(shè)備，或反向?qū)⒕仃囍鳈C(控制終端)的控制信號發(fā)送給解碼器以控制鏡頭或云臺動作(統(tǒng)稱PTZ控制)控制等；切換控制部分是系統(tǒng)的核心，主要功能是進行視頻圖像的切換及前端設(shè)備的控制；顯示及錄像部分主要為監(jiān)視器與長延時錄像機，用來顯示與記錄前端攝像機傳輸過來的視頻信號。

1.視頻采集設(shè)備

視頻采集設(shè)備主要包括攝像機、鏡頭、防護罩、支架、解碼設(shè)備、電動云臺等，實現(xiàn)的主要功能是將光信號轉(zhuǎn)變成電信號。主要視頻采集設(shè)備列舉如下：

攝像機(Camer)

鏡頭(Lens)

防護罩(Housing)

支架(Bracket)

解碼器(Decoder)

視頻分配器(VideoDistributor)

2.信號傳輸設(shè)備

信號傳輸設(shè)備主要包括信號收發(fā)器、信號放大器、銅纜、光纜等，其主要功能是實現(xiàn)視頻信號的上行傳輸及控制信號的下行傳輸。主要信號傳輸設(shè)備列舉如下：

各類線纜及連接器

信號收發(fā)器(Sender/Receiver)

信號放大器(Amplifier)

3.切換控制設(shè)備

切換控制設(shè)備主要包括矩陣控制器、控制鍵盤、控制碼發(fā)生器等，主要負責視頻信號的切換及前端設(shè)備的控制。主要切換控制設(shè)備列舉如下：

矩陣(Matrix)

控制碼發(fā)生器

鍵盤(Keyboard)

人機界面(GUI)

4.顯示及記錄設(shè)備

顯示及記錄設(shè)備主要包括監(jiān)視器、畫面分割器、磁帶錄像機等，顯示及記錄設(shè)備把從現(xiàn)場傳來的電信號在監(jiān)視設(shè)備上進行圖像顯示或記錄。顯示及記錄設(shè)備列舉如下：

多畫面處理器(Multiplexer)

多畫面分割器

監(jiān)視器(Monitor)

磁帶錄像機(VCR)

數(shù)字視頻監(jiān)控時代的標志性產(chǎn)品是硬盤錄像機，簡稱DVR(DigitalVideoRecorder)。硬盤錄像機起始于20世紀90年代，在本世紀初得到大規(guī)模應(yīng)用，硬盤錄像機的出現(xiàn)將磁帶錄像機(VCR)送上了末路。硬盤錄像機實質(zhì)是集音視頻編碼壓縮、網(wǎng)絡(luò)傳輸、視頻存儲、遠程控制、解碼顯示等各種功能于一體的計算機系統(tǒng)，其主要組成是視頻采集卡、編碼壓縮程序、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)接口及軟件體系等。

早期的DVR主要是進行數(shù)字化視頻存儲，在網(wǎng)絡(luò)傳輸、軟件應(yīng)用、虛擬矩陣等方面的功能并不十分完善，因此在實際項目應(yīng)用中，通常DVR及模擬矩陣配合使用，系統(tǒng)的控制與切換仍然由矩陣完成，而DVR僅僅代替了磁帶錄像機，實現(xiàn)對視頻的數(shù)字化錄像。硬盤錄像機經(jīng)過不斷發(fā)展、升級，在網(wǎng)絡(luò)支持、虛擬矩陣、軟件應(yīng)用等功能上逐步得到加強，在一些項目中，可以以DVR為系統(tǒng)核心設(shè)備，以網(wǎng)絡(luò)為支撐，實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的虛擬矩陣切換、存儲、控制、管理等功能，在此情況下模擬矩陣不再是必需的。

1.硬盤錄像機的主要功能

及傳統(tǒng)的模擬錄像機相比，硬盤錄像機的優(yōu)越性表現(xiàn)在很多方面。比如錄像時間長，最大錄像時間取決于連接的存儲設(shè)備的容量；支持的視音頻通道數(shù)量多，可進行幾路、十幾路、甚至幾十路同時錄像；錄像質(zhì)量不會隨時間的推移而變差；功能更為豐富，強大的應(yīng)用軟件支持；聯(lián)網(wǎng)能力強，多臺硬盤錄像機聯(lián)網(wǎng)可以構(gòu)成大規(guī)模系統(tǒng)。

2.PC式及嵌入式

DVR分為PC式及嵌入式兩個產(chǎn)品形態(tài)，兩者各有優(yōu)缺點，并都有廣泛的實際應(yīng)用。PC式DVR一般采用工業(yè)主板加視頻采集卡的架構(gòu)，軟件建立在Windows(或者Linux)操作系統(tǒng)上；嵌入式DVR基于嵌入式處理器與嵌入式實時操作系統(tǒng)，系統(tǒng)沒有PC式那么復(fù)雜與功能強大，結(jié)構(gòu)比較單一，產(chǎn)品性能比較穩(wěn)定。

3.編碼壓縮算法

DVR的關(guān)鍵技術(shù)是編碼壓縮算法，目前主流的算法是MPEG-4，此編碼算法基于視頻對象進行編碼，考慮到幀內(nèi)冗余及幀間冗余，可以在有限的碼流下實現(xiàn)良好的視頻圖像質(zhì)量，是目前大多數(shù)廠家采取的壓縮算法。H.264是近幾年興起并得到大力推廣的算法，可以看成是對MPEG-4算法的升級與優(yōu)化，能夠進一步節(jié)省碼流并提供更好的圖像質(zhì)量。DVR應(yīng)用中存在的主要視頻編碼方式如下：

MJPEG

MPEG-2

MPEG-4

H.264

智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)在近幾年得到廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要構(gòu)成是網(wǎng)絡(luò)攝像機(IPC)、視頻編碼器(DVS)、網(wǎng)絡(luò)錄像機(NVR)、視頻內(nèi)容分析(VCA)單元，中央管理平臺(CMS)、解碼設(shè)備(Decoder)、存儲設(shè)備等。智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用完全分布式的架構(gòu)，系統(tǒng)架設(shè)在網(wǎng)絡(luò)上，不受地域空間的限制，利用智能管理軟件可以實現(xiàn)視頻資源的管理、整合、配置、傳輸、調(diào)用、存儲、報警、集成等。

1.視頻采集編碼設(shè)備

視頻采集編碼設(shè)備主要有模擬攝像機、視頻編碼器、網(wǎng)絡(luò)攝像機、高清攝像機等，主要完成視音頻信號的采集、數(shù)字化、編碼壓縮及網(wǎng)絡(luò)傳輸。

2.中央管理平臺(CMS)

CMS是網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控應(yīng)用中有關(guān)軟件的通稱，其構(gòu)成形式多種多樣，主要功能是資源的管理、媒體的分發(fā)、存儲管理、告警服務(wù)、用戶服務(wù)等功能。

3.網(wǎng)絡(luò)錄像機(NVR)

NVR的主要功能是完成視頻的存儲、轉(zhuǎn)發(fā)及回放，及DVR的顯著區(qū)別是：NVR不直接及模擬視頻信號連接，其存儲及轉(zhuǎn)發(fā)的是前端設(shè)備已經(jīng)完成編碼的視頻流，因此，NVR必須配合網(wǎng)絡(luò)攝像機或視頻編碼器才能構(gòu)成完整的系統(tǒng)。

4.解碼顯示設(shè)備

解碼顯示設(shè)備主要將網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的數(shù)字視頻信號還原成模擬信號進行輸出顯示。

5.視頻內(nèi)容分析(VCA)

視頻內(nèi)容分析技術(shù)(VideoContentAnalysis，VCA)來源于計算機視覺，它能夠在圖像及圖像描述之間建立映射關(guān)系，從而使計算機能夠通過圖像處理與分析來理解畫面中的內(nèi)容，其實質(zhì)是“自動分析與抽取視頻源中的關(guān)鍵信息”。目前，將部署了視頻內(nèi)容分析單元的系統(tǒng)稱為智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)(IntelligentVideoSurveillance，IVS)，IVS將大量的、枯燥的視頻內(nèi)容分析工作交給了編碼器或計算機，將保安人員從傳統(tǒng)的繁重監(jiān)控任務(wù)中解脫出來，實現(xiàn)系統(tǒng)自動探測跟蹤并觸發(fā)報警，保安人員只需要進行錄像查看，確認警情并聯(lián)絡(luò)相關(guān)部門采取措施【圖像處理器】可以形成高分辨率的圖像以及網(wǎng)絡(luò)信號的接入【矩陣】實現(xiàn)多輸入少輸出等功能【圖像處理器】可以控制【矩陣】【視頻矩陣】：視頻多路輸入切換到多路輸出；例如：32*32矩陣【視頻分配器】：1路視頻輸入分配輸出成多路；例如：16*32分配器【圖像拼接控制器】：把多個顯示器組成一個畫面；或者多個顯示器單獨顯示這個畫面?！竟舛藱C及其作用】光端機是成對使用的，有發(fā)射機與接收機發(fā)射機：將模擬的（視頻、音頻等）或數(shù)字的（網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)量等）電信號轉(zhuǎn)換為可供光纖傳輸?shù)墓庑盘?。接收機：將光纖傳來的光信號恢復(fù)成模擬或數(shù)字信號。說白了就是電--光--光--電轉(zhuǎn)換。模擬或數(shù)字信號的傳輸傳統(tǒng)使用放入方式為線纜傳輸與無線傳輸，這兩種方式受距離與環(huán)境的影響很大，傳輸?shù)娜萘恳灿邢蓿饫w傳輸則解決了這些問題，是遠距離、大容量、不受干擾的傳輸方式?！獅比如在一座大型公園的很多角落都安裝了監(jiān)控攝像頭，工程師要把攝像頭拍攝到得圖像傳到顯示器上，讓工作人員從監(jiān)控室看到所監(jiān)控的位置的圖像。你想一想這套裝置，在公園很大而監(jiān)控室就只有一個的情況下，從每個攝像頭到顯示器都有一段距離，或長或短，距離短的也就是離監(jiān)控室近的只有50米，距離長的有1200米。整套裝置都用線纜來傳輸信號，一般都是銅做的金屬線纜。而金屬線纜有兩個毛病，在傳輸距離超過700米的情況下，攝像頭的信號到達顯示器時就會嚴重損耗，顯示器上什么都看不清。還有遇到強磁場、強電場干擾時圖像也無法正常顯示，多數(shù)情況下也是什么都看不清。解決這兩個問的辦法就是放棄使用金屬線纜，而改用光纖來傳輸信號。那光端機是做什么用的呢？我們就用解決遠距離傳輸這個問題來說明它的作用。試想一下，直接把連接攝像頭與顯示器的金屬線纜剪斷，把1200米長的光纖接在中間，在接口的地方纏上膠帶，這樣能行嗎？當然不行。這時就需要光端機的幫助。光端機都是成對使用的。當金屬線纜剪斷以后，其中一個光端機就接在連接著攝像頭的金屬線纜的斷口上，是通過BNC視頻接線方式連接的。這臺光端機的作用是把攝像頭通過很短的金屬線纜傳來模擬信號轉(zhuǎn)換成光信號，再從它的光口通過1200米長的光纖把光信號發(fā)射出去。這條光纖一直接到1200米外的監(jiān)控室，連接在另一臺光端機上。這另一臺光端機一邊連接著光纖，另一邊也通過BNC視頻接線方式及連接著顯示器的金屬線纜斷口相連接。它的作用是接收從光纖傳來的光信號，并把光信號轉(zhuǎn)換回模擬信號傳送給顯示器。這樣1200米外的顯示器就能夠清晰顯示所監(jiān)控位置的圖像了。光端機不止可以傳輸視頻信號，還能傳輸音頻、電話、網(wǎng)絡(luò)、與很多種控制信號。實際上，可以把連接在一起的金屬線纜、光端機發(fā)射端、光纖、光端機接收端、又金屬線纜理解為一整條線纜，光端機只是這條線纜的一部分。}CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。視頻矩陣是指通過陣列切換的方法將m路視頻信號任意輸出至n路監(jiān)看設(shè)備上的電子裝置，一般情況下矩陣的輸入大于輸出即m>n。有一些視頻矩陣也帶有音頻切換功能，能將視頻與音頻信號進行同步切換，這種矩陣也叫做視音頻矩陣。目前的視頻矩陣就其實現(xiàn)方法來說有模擬矩陣與數(shù)字矩陣兩大類。視頻矩陣一般用于各類監(jiān)控場合。數(shù)字矩陣切換器作為視頻矩陣，最重要的一個功能就是實現(xiàn)對輸入視頻圖像的切換輸出。準確概括那就是：將視頻圖像從任意一個輸入通道切換到任意一個輸出通道顯示。一般來講,一個M×N矩陣：表示它可以同時支持M路圖像輸入與N路圖像輸出。這里需要強調(diào)的是必須要做到任意，即任意的一個輸入與任意的一個輸出?！疽步幸曨l解碼器，把數(shù)字信號還原成模擬信號再接入電視墻?！恳曨l分配器是一種把一個視頻信號源平均分配成多路視頻信號的設(shè)備（視頻分配器通常有1路輸入2路輸出（即1進2出）、1進4出、1進8出等等。）【PAL】與【NTSC】區(qū)別：PAL發(fā)明的原意是要在兼容原有黑白電視廣播格式的情況下加入彩色訊號。PAL的原理及NTSC接近。“逐行倒相”的意思是每行掃瞄線的彩色訊號，會跟上一行倒相。作用是自動改正在傳播中可能出現(xiàn)的錯相。早期的PAL電視機沒有特別的組件改正錯相，有時嚴重的錯相仍然會被肉眼明顯看到。近年的電視會把上行的色彩訊號跟下一行的平均起來才顯示。這樣PAL的垂直色彩分辨率會低于NTSC。但由于人眼對色彩的靈敏不及對光暗，因此這并不是明顯問題。NTSC電視機需要色彩控制(tintcontrol)來手動調(diào)節(jié)顏色。這亦是NTSC的最大缺憾之一。另外，有人昵稱NTSC為NeverTheSameColor(不會出現(xiàn)一樣的色彩)、稱PAL為PerfectAtLast、稱SECAM為SystemEssentiallyContrarytoAmericanMethod(本質(zhì)上有別及美國的系統(tǒng))或ShowsEveryColorAllMurky(把每一個顏色顯示得模糊)?！炯t外槍式系列】：適用于道路、倉庫、地下停車場、酒吧、管道、加油站等光線較暗或無光照環(huán)境?！緲屖较盗小浚航?jīng)濟型：適用于酒店、超市、辦公室、走廊、樓梯等室內(nèi)監(jiān)控場所；超高解:適用于金融、超市、電信、政府、學校、機場、工廠、酒店等要求高清畫質(zhì)的場所;超寬動態(tài)：適用于金融、超市、電信、政府、機場、酒店等要求高畫質(zhì)、寬動態(tài)場所；強光抑制：適用于金融、超市、電信、政府、學校、機場、工廠、酒店、博物館等要求高清畫質(zhì)的場所，特別適用于卡口、夜間抓拍車牌；【一體攝像機】：適用于大型倉庫、小區(qū)外圍監(jiān)控、碼頭、廣場、學校、車站、公園等大型監(jiān)控場所?！拒囕d型半球攝像機】：適用于監(jiān)公交車、長途大巴等監(jiān)控場所【NVD】——【新一代紅光高清視盤機】NVD（Next-generationVersatileDisc），新一代紅光高清視盤機。也有人解釋為N（net）＋V（video）＋D（disc），即將網(wǎng)絡(luò)下載、視頻錄放與碟機播放三大功能合而為一。NVD可以通過電視機下載網(wǎng)上節(jié)目，與電腦一樣，NVD也支持斷點續(xù)傳、拷貝復(fù)制等過去只是電腦獨有的功能。通過功能擴展，NVD還可外掛攝像頭，作為門禁監(jiān)視終端等使用。NVD，外觀上及普通DVD差不多，使用的NVD光盤及DVD光盤同樣大，但NVD光盤容量是DVD光盤的3倍，達到了12G，清晰度也是DVD的4倍，實現(xiàn)1920×1080i高清播放，一張NVD光盤雙面可存儲150分鐘高清晰影片，NVD具有加密防盜技術(shù)，能向下兼容DVD、VCD、CD。NVD不再沿用DVD的物理格式，而是采用音視頻編解碼方案，同時擁有包括盤片、伺服、光學頭等技術(shù)在內(nèi)，49項具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)專利?！倦p碼流】碼流采用一路高碼率的碼流用于本地高清存儲,例如QCIF/CIF/D1編碼，一路低碼率的碼流用于網(wǎng)絡(luò)傳輸,例如QCIF/CIF編碼，同時兼顧本地存儲與遠程網(wǎng)絡(luò)傳輸。雙碼流能實現(xiàn)本地傳輸與遠程傳輸兩種不同的帶寬碼流需要，本地傳輸采用高碼流可以獲得更高的高清錄像存儲，遠程傳輸采用較低的碼流以適應(yīng)CDMA/ADSL等各種網(wǎng)絡(luò)而獲得更高的圖像流暢度?！締文Ｅc多模區(qū)別】光纖主要分為兩類：單模光纖(Single-modeFiber)：一般光纖跳線用黃色表示，接頭與保護套為藍色；傳輸距離較長。多模光纖(Multi-modeFiber)：一般光纖跳線用橙色表示，也有的用灰色表示，接頭與保護套用米色或者黑色；傳輸距離較短。用途是：單模傳途長于多模開放系統(tǒng)的直連式存儲（Direct-AttachedStorage，簡稱DAS）已經(jīng)有近四十年的使用歷史，隨著用戶數(shù)據(jù)的不斷增長，尤其是數(shù)百GB以上時，其在備份、恢復(fù)、擴展、災(zāi)備等方面的問題變得日益困擾系統(tǒng)管理員。

主要問題與不足為：

直連式存儲依賴服務(wù)器主機操作系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的IO讀寫與存儲維護管理，數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)要求占用服務(wù)器主機資源（包括CPU、系統(tǒng)IO等），數(shù)據(jù)流需要回流主機再到服務(wù)器連接著的磁帶機（庫），數(shù)據(jù)備份通常占用服務(wù)器主機資源20-30%，因此許多企業(yè)用戶的日常數(shù)據(jù)備份常常在深夜或業(yè)務(wù)系統(tǒng)不繁忙時進行，以免影響正常業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運行。直連式存儲的數(shù)據(jù)量越大，備份與恢復(fù)的時間就越長，對服務(wù)器硬件的依賴性與影響就越大。

直連式存儲及服務(wù)器主機之間的連接通道通常采用SCSI連接，帶寬為10MB/s、20MB/s、40MB/s、80MB/s等，隨著服務(wù)器CPU的處理能力越來越強，存儲硬盤空間越來越大，陣列的硬盤數(shù)量越來越多，SCSI通道將會成為IO瓶頸；服務(wù)器主機SCSIID資源有限，能夠建立的SCSI通道連接有限。

無論直連式存儲還是服務(wù)器主機的擴展，從一臺服務(wù)器擴展為多臺服務(wù)器組成的群集(Cluster)，或存儲陣列容量的擴展，都會造成業(yè)務(wù)系統(tǒng)的停機，從而給企業(yè)帶來經(jīng)濟損失，對于銀行、電信、傳媒等行業(yè)7×24小時服務(wù)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)，這是不可接受的。并且直連式存儲或服務(wù)器主機的升級擴展，只能由原設(shè)備廠商提供，往往受原設(shè)備廠商限制。