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視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體框架設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)的論文
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展， 監(jiān)控系統(tǒng)也在不算引入高科技手段， 基于視頻監(jiān)控要求圖像清晰， 數(shù)據(jù)完整、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、真實(shí)的特性， 對(duì)各類硬件設(shè)備的選型以及軟件系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)都提出了更高的要求。數(shù)字化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有功能強(qiáng)大、成本低廉、使用靈活等優(yōu)勢(shì)， 已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到人們生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。如何將現(xiàn)代化的現(xiàn)金技術(shù)運(yùn)用到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中， 始終是人們研究的重要課題。
1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體要求
1） 設(shè)計(jì)原則
（1） 數(shù)字化原則
該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要充分利用計(jì)算機(jī)的快速處理能力， 對(duì)數(shù)字化的視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮， 通過對(duì)視頻斥力與分析， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀況并報(bào)警。當(dāng)視頻信號(hào)數(shù)字化之后， 可以將視頻序列存儲(chǔ)到硬盤中， 與視頻錄像相比， 硬盤更能對(duì)視頻進(jìn)行長(zhǎng)期保存， 方便再利用， 通過計(jì)算機(jī)建立索引， 在短時(shí)間內(nèi)就能夠找到相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)記錄。
（2） 網(wǎng)絡(luò)化原則
數(shù)字監(jiān)控視頻在經(jīng)過壓縮之后， 會(huì)占用較小的寬帶， 節(jié)省傳輸開銷， 數(shù)字信號(hào)的抗干擾能力較強(qiáng)， 一般不會(huì)受到信號(hào)衰弱的影響， 比較適合遠(yuǎn)距離的傳輸， 在傳輸過程中進(jìn)行加密處理。網(wǎng)絡(luò)化原則主要指可以實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)控， 系統(tǒng)前端的視頻信號(hào)可以直接進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)， 被授權(quán)的用戶可以在任何地方對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控， 實(shí)現(xiàn)多個(gè)終端同時(shí)監(jiān)控。
（3） 智能化原則
計(jì)算機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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)。通過圖像識(shí)別技術(shù)與移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)可以分析統(tǒng)計(jì)目標(biāo)的類型、速度、運(yùn)動(dòng)方向等信息。通過跟蹤技術(shù)也可以識(shí)別移動(dòng)目標(biāo)， 從而監(jiān)視目標(biāo)的整個(gè)移動(dòng)過程。
（4） 可靠性原則
作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)， 可靠性是其他實(shí)用功能的前提基礎(chǔ)， 也是預(yù)防措施以及事后舉證的前提。首先， 在進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)， 攝像錄像設(shè)備、傳輸設(shè)備等都要選用一流的設(shè)備， 露天設(shè)備需防雷防水防塵， 避免因?yàn)橛布䥺栴}影響監(jiān)控效果。其次， 安裝時(shí)需要考慮各設(shè)備之間的接口是否匹配、監(jiān)控探頭之間的距離是否合適、周圍環(huán)境是否存在影響傳輸信號(hào)的干擾因素等等。再次， 在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约坝布M架時(shí)需要采用一些容錯(cuò)以及備份的方案， 提高系統(tǒng)的容災(zāi)能力， 單獨(dú)某一臺(tái)設(shè)備的故障不能影響其他設(shè)備， 且之前的數(shù)據(jù)可以盡量的得以保存[1]。
2） 設(shè)計(jì)思路
（1） 高清采集
采用高清攝像機(jī)實(shí)行全方位覆蓋， 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境的不同， 選擇球形、半球、或者槍式攝像機(jī)， 根據(jù)實(shí)際需求的不同選擇模擬、數(shù)字或者網(wǎng)絡(luò)攝像頭。
（2） 平穩(wěn)傳輸
可采取室外部分光纖傳輸， 室內(nèi)部分接入交換機(jī)匯總之后在利用光纖傳給監(jiān)控中心。室內(nèi)傳輸部分在限制走線距離的基礎(chǔ)上確保不超過交換機(jī)的最大傳輸能力。
（3） 集中監(jiān)控
配備監(jiān)控室， 部署NVR以及顯示終端， 作為指揮控制中心實(shí)現(xiàn)都系統(tǒng)各模塊的調(diào)度與控制。通過NVR對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼， 并連接液晶顯示器做直觀展現(xiàn)。
（4） 集中存儲(chǔ)
對(duì)前端攝像設(shè)備采集的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)管理， 設(shè)置合理的存儲(chǔ)周期， 以便后續(xù)查看、回放以及舉證之用。
3） 功能需求
（1） 良好的成像性能
無論是晴朗天氣， 能見度優(yōu)異的情況， 還是夜間、雨天霧天以及能見度較低的情況， 都要求可以具備良好的成像性能， 這就要求在選擇設(shè)備時(shí)充分考慮各方面的性能指標(biāo)。
（2） 可以控制前端設(shè)備
可以控制前端攝像頭， 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程變倍、調(diào)焦、控制燈光輔助等動(dòng)作， 必要時(shí)還需要進(jìn)行抓拍、對(duì)某一目標(biāo)給予特寫等等， 這就要求視頻監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)增加實(shí)現(xiàn)控制前端設(shè)備的需求。
（3） 支持影像存儲(chǔ)與回放
視頻監(jiān)控系統(tǒng)除了實(shí)施監(jiān)測(cè)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(diào)用查看當(dāng)時(shí)的實(shí)時(shí)影像， 供有關(guān)人員查詢以及舉證[2]。
（4） 火苗煙霧探測(cè)預(yù)警
在一些需要防火的區(qū)域， 需要在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中增設(shè)火苗以及煙霧探測(cè)功能， 便于及時(shí)預(yù)警， 減少損失。
2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體框架設(shè)計(jì)
1） 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
2） 視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)
視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由以下3大模塊構(gòu)成：
1） 前端設(shè)備
前端設(shè)備即監(jiān)控?cái)z像頭， 是采集數(shù)據(jù)信息的窗口， 而視頻數(shù)據(jù)是監(jiān)控系統(tǒng)的依據(jù)以及憑證。因此， 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況無論采用模擬攝像頭、數(shù)字?jǐn)z像頭、網(wǎng)絡(luò)攝像頭還是混合使用多種類型， 必須確保以下幾個(gè)方面：首先， 確保覆蓋面， 保證數(shù)據(jù)完整性。其次， 確保攝像頭穩(wěn)定， 視頻清晰， 保證數(shù)據(jù)可用性。再次， 確保傳輸后不失幀， 保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。
2） 傳輸設(shè)備
傳輸設(shè)備指的是前端攝像機(jī)與監(jiān)控中心之間的傳輸鏈路， 包括電源線路、無線網(wǎng)橋等。為了確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、完整、準(zhǔn)確， 傳輸設(shè)備必須平穩(wěn)高效的運(yùn)行。
3） 監(jiān)控中心
如果說前端設(shè)備是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的眼睛， 那么監(jiān)控中心就是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大腦， 包括控制、存儲(chǔ)以及顯示三大方面， 對(duì)前端設(shè)備的控制以及后端顯示設(shè)備的呈現(xiàn)都有監(jiān)控中心來負(fù)責(zé)統(tǒng)一調(diào)度[3]。
3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
1） 前端監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)
前端監(jiān)測(cè)模塊是整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源頭， 負(fù)責(zé)采集每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的視頻信號(hào)傳輸至視頻處理設(shè)備。因此可以說攝像機(jī)起著至關(guān)重要的作用。
（1） 攝像機(jī)的要求
首先， 成像必須真實(shí)且清晰。攝像機(jī)的核心組件是圖像傳感器以及處理芯片， 針對(duì)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(tǒng)可能對(duì)成像處理上顏色鮮艷一些可以達(dá)到好的視覺效果， 其他安防監(jiān)控則需要成像必須真實(shí)， 包括膚色、衣服車輛等的顏色都要求與實(shí)際一致。對(duì)于攝像機(jī)來說， 傳感器的線數(shù)越高， 解析的精細(xì)度越高。其次， 攝像機(jī)需要適應(yīng)多種環(huán)境。室外監(jiān)控的露天環(huán)境經(jīng)常會(huì)受天氣影響， 因此， 對(duì)攝像機(jī)的防雷防水防塵耐熱等性能都是一種挑戰(zhàn)， 必須確保在各種惡劣復(fù)雜的環(huán)境下都可以平穩(wěn)的運(yùn)行。再次， 攝像機(jī)需要操作簡(jiǎn)單。為了監(jiān)控的隱蔽性， 一般都會(huì)選擇安裝在高處， 摘取更換相對(duì)來說都比較困難， 因此， 最好可以提供遠(yuǎn)程操作菜單， 對(duì)于一些簡(jiǎn)單的調(diào)試以及參數(shù)修改等操作可以遠(yuǎn)程控制， 不必爬上爬下。
（2） 攝像機(jī)的選型
a） 根據(jù)安裝方式。如果采用固定安裝， 選用槍式攝像機(jī)或者半球攝像機(jī)；如果采用云臺(tái)安裝， 會(huì)選用一體化攝像機(jī)。當(dāng)然也可以采用槍式攝像機(jī)再額外配備電動(dòng)變焦鏡頭， 但如此一來價(jià)格就會(huì)偏高了， 而且安裝也會(huì)更加復(fù)雜。
b） 根據(jù)安裝地點(diǎn)選擇。槍式攝像機(jī)不受室內(nèi)室外限制， 壁裝、吊頂都可以；半球攝像機(jī)只能吸頂安裝， 一般多用于室內(nèi)[4]。
c） 根據(jù)環(huán)境光線選擇。如果光線條件不理想， 應(yīng)盡量選用照度較低的攝像機(jī)。如果這種情況下用戶對(duì)清晰度要求又比較高， 那么優(yōu)先選用黑白攝像機(jī)。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(jī)。
d） 根據(jù)清晰度要求選擇。如果分辨率要求比較高， 應(yīng)選用470線以上的高解析攝像機(jī)。
2） 鏈路傳輸設(shè)計(jì)
當(dāng)前最常用的是同軸電纜、光纖、雙絞線等介質(zhì)， 針對(duì)圖像質(zhì)量、傳輸距離、傳輸成本以及安裝維護(hù)難度的不同， 應(yīng)選擇不同的傳輸方式。
（1） 不超過80米， 建議使用雙絞線， 100米以內(nèi)也可以考慮五類全銅國(guó)標(biāo)線。
（2） 室外監(jiān)控點(diǎn)分散且距離遠(yuǎn)， 建議光纖收發(fā)器+光纖方式。
（3） 室內(nèi)監(jiān)控點(diǎn)先接入交換機(jī)， 再光纖傳給監(jiān)控中心。
（4） 幾公里到幾十公里的遠(yuǎn)距離傳輸或者有電磁環(huán)境時(shí)， 建議采用光纖傳輸。
3） 監(jiān)控中心設(shè)計(jì)
監(jiān)控中心是整個(gè)系統(tǒng)的大腦， 是整個(gè)系統(tǒng)的指揮、調(diào)度、監(jiān)管中心， 因此必須保證其7×24小時(shí)平穩(wěn)運(yùn)行。
（1） 監(jiān)控模塊的監(jiān)控主機(jī)負(fù)責(zé)圖像的采集以及處理工作， 并且支持對(duì)前端設(shè)備的控制功能以及對(duì)視頻的相關(guān)參數(shù)設(shè)置。
（2） 存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)視頻的存儲(chǔ)， 是后續(xù)查看、顯示以及回放的數(shù)據(jù)來源， 可基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)。
（3） 回放模塊能夠?qū)崿F(xiàn)用戶自主選擇時(shí)間， 并且支持即時(shí)回放、常規(guī)回放、標(biāo)簽回放、快進(jìn)快退等功能， 并且與此同時(shí)不影響數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
（4） 顯示模塊由臺(tái)液晶顯示器組成， 將傳送過來的視頻圖像顯示出來， 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(xiàn)實(shí)時(shí)顯示視頻影響。
（5） 預(yù)警模塊主要負(fù)責(zé)接收到前端傳輸?shù)幕鹈纭熿F、震動(dòng)等信號(hào)及時(shí)發(fā)出警告， 盡量避免各方面的損失。
4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。其中， 應(yīng)用的行業(yè)包括但不限于以下部分：機(jī)房、金融 （銀行、自動(dòng)存取款機(jī)） 、交通 （高速路、隧道、橋梁、鐵路、機(jī)場(chǎng)、港口） 、軍事 （邊防哨所、軍械庫(kù)、危險(xiǎn)品生產(chǎn)場(chǎng)所） 公安 （監(jiān)獄、看守所） 、煤炭 （礦井） 、石油化工存在人身傷害的危險(xiǎn)環(huán)境、醫(yī)療 （手術(shù)室、重危病房、藥房） 、文物 （文物、檔案館） 、教育 （圖書館、實(shí)驗(yàn)室、考場(chǎng)） 、物業(yè) （居民小區(qū)） 、江河防汛， 森林防火。這些領(lǐng)域采用基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)無論是在安全防范、信息獲取還是指揮調(diào)度方面都起到了至關(guān)重要的作用[5]。
5 總結(jié)
視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)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(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確且安全可靠的視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍值得深思。根據(jù)實(shí)際環(huán)境選擇攝像機(jī)類型， 根據(jù)實(shí)際需求完成硬件組網(wǎng)架構(gòu)， 建設(shè)功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便的視頻監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)是一項(xiàng)需要長(zhǎng)期摸索的工作。
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