數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)培訓(xùn)教材課件

數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)

基礎(chǔ)培訓(xùn)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)

基礎(chǔ)培訓(xùn)1網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控的基本概念隨著全球數(shù)字化建設(shè)的發(fā)展，數(shù)字視頻和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了解決方案，也把遠(yuǎn)程的概念從城域擴(kuò)展到城際、國際、甚至洲際的范圍。利用IP網(wǎng)絡(luò)的多媒體服務(wù)就可以構(gòu)成遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。這樣的方式在很大程度上改變了安全防范系統(tǒng)的形態(tài)，使之從傳輸介質(zhì)專用到介質(zhì)共用(利用各種公共信息網(wǎng)絡(luò))。從系統(tǒng)的固定設(shè)置到系統(tǒng)自主生成，由封閉的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)到開放的系統(tǒng)模式。視頻監(jiān)控系統(tǒng)將成為一種可以無所不到的、開放的、可以根據(jù)各種具體要求自動(dòng)生成的系統(tǒng)，安防系統(tǒng)的邊界將變得模糊，也變得更為廣闊，它將成為網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)業(yè)務(wù)的一種。網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控的基本概念隨著全球數(shù)字化建設(shè)2傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)3過渡（模轉(zhuǎn)數(shù)）模擬攝像機(jī)編碼器解碼器控制中心及存儲(chǔ)過渡（模轉(zhuǎn)數(shù)）模擬攝像機(jī)編碼器解碼器控制中心及存儲(chǔ)4數(shù)字系統(tǒng)交換機(jī)/APorPoE交換機(jī)管理系統(tǒng)服務(wù)器服務(wù)器電腦顯示

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)數(shù)字系統(tǒng)交換機(jī)/APorPoE交換機(jī)管理系統(tǒng)服務(wù)器服務(wù)5模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)的比較

模擬系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)前端模擬攝像機(jī)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)傳輸同軸電纜網(wǎng)線中心矩陣虛擬矩陣存儲(chǔ)磁帶或硬盤錄像機(jī)NVR或磁盤陣列模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)的比較模擬系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)前端模擬攝像機(jī)數(shù)字6前端攝像機(jī)前端攝像機(jī)7什么是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)？網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)也稱IP攝像機(jī)，是一種攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)相合二為一的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的主要部件包括鏡頭、圖像傳感器、一個(gè)或多個(gè)處理器以及存儲(chǔ)器。處理器用于圖像處理、壓縮、視頻分析和網(wǎng)絡(luò)化功能。存儲(chǔ)器用于保存網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)固件（計(jì)算機(jī)程序），支持本地記錄視頻。

與計(jì)算機(jī)一樣，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)也有自己的IP地址，可以直接連接網(wǎng)絡(luò)，部署在網(wǎng)絡(luò)連接的任意位置。什么是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)？網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)也稱IP攝像機(jī)8數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)培訓(xùn)教材課件9CCD與CMOSCCD基本概念

中文譯為"電子耦合組件"(ChargedCoupledDevice)，它就像傳統(tǒng)相機(jī)的底片一樣，是感應(yīng)光線的電路裝置，你可以將它想象成一顆顆微小的感應(yīng)粒子，鋪滿在光學(xué)鏡頭后方，當(dāng)光線與圖像從鏡頭透過、投射到CCD表面時(shí)，CCD就會(huì)產(chǎn)生電流，將感應(yīng)到的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成數(shù)碼資料儲(chǔ)存起來。CCD像素?cái)?shù)目越多、單一像素尺寸越大，收集到的圖像就會(huì)越清晰。

CCD與CMOSCCD基本概念10CCD與CMOSCMOS基本概念

CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor），互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，電壓控制的一種放大器件。是組成CMOS數(shù)字集成電路的基本原件。CCD與CMOSCMOS基本概念CMOS（Complemen11CCD與CMOS同等像素下的比較

CCDCMOS成像質(zhì)量好一般靈敏度高低電源消耗量高低性價(jià)比低高CCD與CMOS同等像素下的比較CCDCMOS成像質(zhì)量好一12百萬像素?cái)z像機(jī)與高清攝像機(jī)

百萬像素?cái)z像機(jī)：任何攝像機(jī)，當(dāng)其像素?cái)?shù)達(dá)到100萬時(shí)，即可稱之為百萬像素?cái)z像機(jī)。高清攝像機(jī)：其分辨率為720p或1080p。720和1080這兩個(gè)數(shù)字，代表其縱向分辨率。因此，720p高清攝像機(jī)提供的分辨率是1280x720(921600像素，不是百萬像素)，1080p高清攝像機(jī)提供的分辨率是1920x1080。高清視頻的格式也采用了16：9的縱橫比(相對(duì)的，還有5：4和4：3)，并且其視頻幀率也是標(biāo)準(zhǔn)的60fps、50fps、30fps、或25fps(取自電視標(biāo)準(zhǔn))。百萬像素?cái)z像機(jī)不一定是高清攝像機(jī)高清攝像機(jī)一定是百萬像素?cái)z像機(jī)。CMOS鏡頭由于性價(jià)比高，大量在高清攝像機(jī)中得到應(yīng)用。百萬像素?cái)z像機(jī)與高清攝像機(jī)百萬像素?cái)z像機(jī)：13視頻圖像質(zhì)量625行768列25幀模擬監(jiān)控系統(tǒng)圖像電視線:在水平或垂直方向可以辨別的掃描線數(shù)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)圖像像素:是組成數(shù)字圖像的最小單元,根據(jù)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器所提供數(shù)值的大小來還原圖像的色彩和亮度視頻圖像質(zhì)量625行768列25幀模擬監(jiān)控系統(tǒng)圖像數(shù)字監(jiān)控系14視頻圖像質(zhì)量100753550320240640480CIF：352*2884CIF：704*576D1：720*576視頻圖像質(zhì)量100753550320240640480CIF15模擬

正常CIF（352x288）4CIF=（704×576）相當(dāng)于40萬像素網(wǎng)絡(luò)正常D1（720×576）720P(1280×720)

相當(dāng)于100萬像素1080P(1920×1080)相當(dāng)于200萬像素模擬網(wǎng)絡(luò)16H.264編碼格式

H.264是一種高性能的視頻編解碼技術(shù)。目前國際上制定視頻編解碼技術(shù)的組織有兩個(gè)，一個(gè)是“國際電聯(lián)（ITU-T）”，它制定的標(biāo)準(zhǔn)有H.261、H.263、H.263+等，另一個(gè)是“國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）”它制定的標(biāo)準(zhǔn)有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。而H.264則是由兩個(gè)組織聯(lián)合組建的聯(lián)合視頻組（JVT）共同制定的新數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn).H.264比MPEG-4降低41%比H.263降低52%比MPEG-2降低67%H.264編碼格式H.264是一種高性能的視頻編解碼17傳輸傳輸18比較的內(nèi)容數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)供電提供POE和電源線兩種模式傳統(tǒng)電源線視頻傳輸網(wǎng)線和光纖同軸電纜和光纖系統(tǒng)組網(wǎng)局域網(wǎng)/城域網(wǎng)/Internet。光纖專線比較的內(nèi)容數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)供電提供POE和電源線兩種19POE供電任何一臺(tái)攝像機(jī)都需要供電才能讓它有效的工作。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)除了傳統(tǒng)的電源線供電外，還提供了POE的功能，POE的意思是網(wǎng)絡(luò)供電，它的電源是通過網(wǎng)線同步提供的。傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)需要獨(dú)立的電源線進(jìn)行供電，而網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的功耗比較小，通過網(wǎng)線既能實(shí)現(xiàn)視頻傳輸，又能同時(shí)實(shí)現(xiàn)供電功能，降低用戶布線的成本，從而降低了整個(gè)工程的總造價(jià)POE供電任何一臺(tái)攝像機(jī)都需要供電才能讓它20POE供電優(yōu)勢(shì)：

1、節(jié)省電源安裝成本

2、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)可靠性

3、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼容性好

4、安全性好

5、易于安裝POE供電優(yōu)勢(shì)：

1、節(jié)省電源安裝成本

2、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)可靠性

21管理中心管理中心22模擬監(jiān)控管理中心——矩陣模擬監(jiān)控管理中心——矩陣23模擬監(jiān)控管理中心——矩陣優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、成本低、容量大、實(shí)時(shí)性缺點(diǎn)：不能實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化管理及遠(yuǎn)程監(jiān)控模擬監(jiān)控管理中心——矩陣優(yōu)點(diǎn)：24數(shù)字管理中心——虛擬矩陣軟件服務(wù)器數(shù)字管理中心——虛擬矩陣軟件服務(wù)器25數(shù)字管理中心——虛擬矩陣優(yōu)點(diǎn)：可以完全用軟件實(shí)現(xiàn)、可以任意擴(kuò)容、靈活配置、可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備分布式設(shè)計(jì)和布局，以便更好的利用好網(wǎng)絡(luò)資源。

對(duì)圖像進(jìn)行智能分析缺點(diǎn)：成本較高、實(shí)時(shí)性不如模擬矩陣、傳輸?shù)男ЧQ于編碼模塊和網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊數(shù)字管理中心——虛擬矩陣優(yōu)點(diǎn)：26智能分析智能分析27（1）周界警戒及入侵檢測(cè)：在復(fù)雜的天氣環(huán)境中（例如雨雪、大霧、大風(fēng)等）精確的偵測(cè)和識(shí)別單個(gè)物體或多個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤，包括運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)特征等；

（2）物品被盜或移動(dòng)檢測(cè)；當(dāng)監(jiān)控場(chǎng)景中的物體被盜和移動(dòng)，算法將自動(dòng)檢測(cè)這種動(dòng)作，常用于貴重物品和關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)控。

（3）遺留、遺棄物品檢測(cè)：當(dāng)一個(gè)物體（如箱子、包裹、車輛、人物等）在敏感區(qū)域停留的時(shí)間過長(zhǎng)，或超過了預(yù)定義的時(shí)間長(zhǎng)度就產(chǎn)生報(bào)警。典型應(yīng)用場(chǎng)景包括機(jī)場(chǎng)、火車站、地鐵站等。

（4）流量統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)計(jì)穿越入口或指定區(qū)域的人或物體的數(shù)量。例如為業(yè)主計(jì)算某天光顧其店鋪的顧客數(shù)量；

（5）擁擠檢測(cè)；識(shí)別人群的整體運(yùn)動(dòng)特征，包括速度、方向等等，用以避免形成擁塞，或者及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括超級(jí)市場(chǎng)、火車站等人員聚集的地方；

智能分析的應(yīng)用（1）周界警戒及入侵檢測(cè)：在復(fù)雜的天氣環(huán)境中（例如雨雪、大霧28

（6）PTZ跟蹤；偵測(cè)到移動(dòng)物體之后，根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)情況，自動(dòng)發(fā)送PTZ控制指令，使攝像機(jī)能夠自動(dòng)跟蹤物體，在物體超出該攝像機(jī)監(jiān)控范圍之后，自動(dòng)通知物體所在區(qū)域的攝像機(jī)繼續(xù)進(jìn)行追蹤；

（7）焰火檢測(cè)：根據(jù)發(fā)生火情過程中煙火表現(xiàn)出的時(shí)-空特征進(jìn)行煙火的實(shí)時(shí)檢測(cè)；

（8）人體行為分析：在目標(biāo)檢測(cè)分類的基礎(chǔ)上，利用人體的各種行為特征對(duì)其所進(jìn)行各種行為的描述和分析，提取哪些危險(xiǎn)和有潛在危險(xiǎn)的行為，如打斗、搶奪和突然倒地等行為；

（9）人臉識(shí)別：自動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別人物的臉部特征，并通過與數(shù)據(jù)庫檔案進(jìn)行比較來識(shí)別或驗(yàn)證人物的身份；

（10）車輛識(shí)別：識(shí)別車輛的形狀、顏色、車牌號(hào)碼等特征，并反饋給監(jiān)控者。此類應(yīng)用可以用在被盜車輛追蹤等場(chǎng)景中。智能分析的應(yīng)用

（6）PTZ跟蹤；偵測(cè)到移動(dòng)物體之后，根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)情況，29車輛統(tǒng)計(jì)：在停車場(chǎng)進(jìn)出口車牌專用攝像機(jī)上設(shè)置通過計(jì)數(shù)功能，可對(duì)每天進(jìn)出停車場(chǎng)的車輛數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)

靜止停車

方向管制車輛統(tǒng)計(jì)：在停車場(chǎng)進(jìn)出口車牌專用攝像機(jī)上設(shè)置通過計(jì)數(shù)功能，可30非法入侵管制：系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)周界區(qū)域劃分虛擬警戒線，當(dāng)可疑人員非法跨越警戒線時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警通知相關(guān)值班監(jiān)控人員。可疑人員報(bào)警:對(duì)于停留在停車場(chǎng)超過指定時(shí)間的人員進(jìn)行報(bào)警并提示，通過這一功能，當(dāng)有人長(zhǎng)時(shí)間停留在車輛旁邊時(shí)可以及時(shí)通知監(jiān)控人員，前去察看避免偷車，破壞車輛的事件發(fā)生

非法入侵管制：系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)周界區(qū)域劃分虛擬警戒線，當(dāng)可疑人員31移動(dòng)物體：識(shí)別指定區(qū)域內(nèi)被移動(dòng)的目標(biāo)，背景改變識(shí)別移動(dòng)物體：識(shí)別指定區(qū)域內(nèi)被移動(dòng)的目標(biāo)，背景改變識(shí)別32存儲(chǔ)存儲(chǔ)33碼流的概念

碼流是指視頻文件在單位時(shí)間內(nèi)使用的數(shù)據(jù)流量，也叫碼率，是視頻編碼中畫面質(zhì)量控制中最重要的部分。同樣分辨率下，視頻文件的碼流越大，壓縮比就越小，畫面質(zhì)量就越高。

碼流的概念

碼流是指視頻文件在單位時(shí)間34雙碼流的概念

一般情況下，視頻分辨率越大，視頻碼率也越大，圖像也越清晰，但與此成正比的，視頻碼流在網(wǎng)絡(luò)傳輸中所占用的帶寬也越大，視頻解碼顯示時(shí)占用的系統(tǒng)資源也越多。因此在視頻監(jiān)控所采用的視頻分辨率的越來越高時(shí)，現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)很難承載碼率過大的視頻流，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)對(duì)高分辨率的視頻進(jìn)行多路解碼時(shí)也有性能的瓶頸。為了解決這一難題，“雙碼流”的概念應(yīng)運(yùn)而生。雙碼流，顧名思義，將同一視頻源編出兩路碼流，這兩路碼流可以是同一分辨率的，也可以是不同分辨率的。

雙碼流的概念

一般情況下，視頻分辨率越大，35雙碼流的概念

IP低碼流IP存儲(chǔ)陣列電視墻視頻編碼器模擬攝像機(jī)高碼流雙碼流的概念

IP低碼流IP存儲(chǔ)陣列電視墻視頻編碼器模擬攝像36存儲(chǔ)容量的計(jì)算

存儲(chǔ)容量的計(jì)算

37傳統(tǒng)模擬監(jiān)控存儲(chǔ)設(shè)備硬盤錄像機(jī)

通過視頻分配器，將模擬信號(hào)一分為二，一路進(jìn)矩陣，一路進(jìn)硬盤錄像機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)。傳統(tǒng)模擬監(jiān)控存儲(chǔ)設(shè)備硬盤錄像機(jī)38數(shù)字監(jiān)控存儲(chǔ)設(shè)備直連式存儲(chǔ)(DAS)

是直接將DAS存儲(chǔ)設(shè)備連接到服務(wù)器后端，用于擴(kuò)展應(yīng)用服務(wù)器的存儲(chǔ)容量。其擴(kuò)展成本最低、物理連接簡(jiǎn)單，但是也存在存儲(chǔ)資源歸屬于某一臺(tái)或幾臺(tái)服務(wù)器、資源利用率低、后續(xù)擴(kuò)展性差等問題。DAS較適用于存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且相對(duì)固定的應(yīng)用場(chǎng)景，比如某一存儲(chǔ)空間要求穩(wěn)定的服務(wù)器擴(kuò)展其存儲(chǔ)空間。數(shù)字監(jiān)控存儲(chǔ)設(shè)備直連式存儲(chǔ)(DAS)39視頻存儲(chǔ)架構(gòu)DAS結(jié)構(gòu)（SCSI連接方式）視頻存儲(chǔ)架構(gòu)DAS結(jié)構(gòu)（SCSI連接方式）40存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)

是一種通過網(wǎng)絡(luò)方式連接存儲(chǔ)設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器的存儲(chǔ)構(gòu)架，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)專用于主機(jī)(如監(jiān)控系統(tǒng)中的編碼設(shè)備或錄像管理服務(wù)器)和存儲(chǔ)設(shè)備之間的訪問。當(dāng)有數(shù)據(jù)存取需求時(shí)，數(shù)據(jù)可以通過存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)在主機(jī)和后臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備之間高速傳輸。其具有存儲(chǔ)資源集中管理、擴(kuò)展便利、數(shù)據(jù)塊級(jí)傳輸效率高、兼容性高等特點(diǎn)。由于SAN系統(tǒng)將存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)空間當(dāng)成物理硬盤交由主機(jī)管理，存儲(chǔ)傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性程度、主機(jī)文件系統(tǒng)的不同，對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的可靠性影響極大。SAN存儲(chǔ)方案，由于其技術(shù)領(lǐng)先特性，適用于構(gòu)建大型的存儲(chǔ)系統(tǒng)，為大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、應(yīng)用服務(wù)。存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)41視頻存儲(chǔ)架構(gòu)IPSAN視頻存儲(chǔ)架構(gòu)IPSAN42視頻存儲(chǔ)架構(gòu)iSCSI直連技術(shù)視頻存儲(chǔ)架構(gòu)iSCSI直連技術(shù)43ONVIF協(xié)議

ONVIF協(xié)議

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ONVIF，全稱OpenNetworkVideoInterfaceForum，即開放性網(wǎng)絡(luò)視頻接口論壇，由Axis、Bosch和Sony三家企業(yè)聯(lián)合推出，是全球影響力最大的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織，其目的是以公開、開放的原則共同制定開放性網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2008年11月，該組織正式發(fā)布了ONVIF第一版規(guī)范——ONVIF核心規(guī)范1.0。這一標(biāo)準(zhǔn)將為網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備之間的信息交換定義通用協(xié)議（諸如裝置搜尋、實(shí)時(shí)視頻、音頻、元數(shù)據(jù)和控制信息）。

PSIA：（PhysicalSecurityInteroperabilityAlliance）實(shí)體安防互通聯(lián)盟，成立于2008年8月。該聯(lián)盟的目標(biāo)是為實(shí)體安防系統(tǒng)的硬件和軟件平臺(tái)創(chuàng)立一種標(biāo)準(zhǔn)化的接口。該聯(lián)盟致力于使基于IP網(wǎng)絡(luò)的不同安防系統(tǒng)具有兼容性。PSIA內(nèi)也不乏Cisco思科、GE通用電器、Honeywell霍尼韋爾與Panasonic松下等大品牌，后者成員在IP攝像機(jī)市場(chǎng)的占有率稍顯遜色。

ONVIF，全稱OpenNetwork45Internal|STCN/PRM|2009|?RobertBoschGmbH2009.Allrightsreserved,alsoregardinganydisposal,exploitation,r