深入浅出安防视频监控系统

二、产品篇 1.网络摄像机 1.1.产品背景 网络摄像机是传统摄像机与网络视频技术相结合的新一代产品，除了具备一般传统摄像机所有的图像捕捉功能外，机内还内置了数字化压缩控制器和基于WEB 的操作系统，使得视频数据经压缩加密后，通过局域网，internet 或无线网络送至终端用户。而远端用户可在自己的PC 上使用标准的网络浏览器，根据网路摄像机自带的独立IP 地址，对网络摄像机进行访问，实时监控目标现场的情况，并可对图像资料实时编辑和存储，另外还可以通过网络来控制摄像机的云台和镜头，进行全方位地监控。从外部结构来看，目前市面上的网络摄像机有一种为内嵌镜头的一体化机种，这种网络摄像机的镜头是固定的，不可换；另外一种则可以根据需要更换标准的C/CS 型镜头，只是C 型镜头必须与一个CS-C 转换器搭配安装。但从内部构成上说，无论是哪种机型，网络摄像机的基本结构大多都是由镜头，滤光器、影像传感器、图像数字处理器、压缩芯片和一个具有网络连接功能的服务器所组成。网络摄像机作为摄像机家族中的新成员，也有着与普通摄像机相同的操作性能，例如，具有自动白平衡、电子快门、自动光圈、自动增益控制、自动背光补偿等功能。另一方面，由于网络摄像机带有的网络功能，因此又可以支持多个用户在同一时间内连接，有的网络摄像机还具有双通道功能，既可同时实现模拟输出和网络数字输出。 1.2.产品原理 网络摄像机一般由镜头、图像传感器、声音传感器、A/D 转换器、图像、声音、控制器网络服务器、外部报警、控制接口等部分组成。 镜头作为网络摄像机的前端部件，有固定光圈、自动光圈、自动变焦、自动变倍等种类，与模拟摄像机相同。 图像传感器有CMOS 和CCD 两种模式。CMOS 既互补性金属氧化物半导体，CMOS主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，通过CMOS 上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能的。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。CMOS 针对CCD 最主要的优势就是非常省电。不像由二级管组成的CCD 和CMOS 电路几乎没有静态电量消耗。这就使得CMOS 的耗电量只有普通CCD 的1/3 左右，CMOS 重要问题是在处理快速变换的影像时，由于电流变换过于频繁而过热。暗电流抑制的好就问题不大，如果抑制的不好就十分容易出现杂点。CCD 图像传感器由在单晶硅基片上呈二维排列的光电二级管及其传输电路构成。光电二极管把光转化成电荷，再经转化电路传送和输出。通常，传送优良图像质量的设备都采用CCD 图像传感器，而注重功耗和成本的产品则选择CMOS 图像传感器。但新的技术正在克服每种器体固有的弱点，同时保留了适合于特定用途的某些特性。这一部分与模拟摄像机相同。 声音传感器即拾声器或叫麦克风，与传统的话筒原理一样。 A/D 转换器的功能是将图像和声音等模拟信号转换成数字信号。基于CMOS 模式的图像传感器模块有直接数字信号输出的接口，无须A/D 转换器；而基于CCD 模式的图像传感器模块如有直接数字输出的接口，亦无须A/D 转换器，但由于此模块主要针对模拟摄像机设计，只有模拟输出接口，故需要进行A/D 转换。 图像、声音编码器：经A/D 转换后的图像、声音数字信号，按一定的格式或标准进行编码压缩。编码压缩的目的是为了便于实现音/视信号与多媒体信号的数字化；便于在计算机系统、网络以及万维网上不失真地传输上述信号。目前，图像编码压缩技术有两种：一种是硬件编码压缩，即将编码压缩算法固化在芯片 上；另一种是基于DSP 的软件编码压缩，即软件运行在DSP 上进行图像的编码压缩。同样，声音的压缩亦可采用硬件编码压缩和软件压缩，其编码标准有MP3 等格式。 控制器控制器是网络摄像机的心脏，它肩负着网络摄像机的管理和控制工作。如果是硬件压缩编码，控制器是一个独立部件；如果是软件编码压缩，控制器是运行编码压缩软件的DSP，即二者合而为一。 网络服务器提供网络摄像机的网络功能，它采用了RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP 等相关网络协议，允许用户从自己的PC 机使用标准的浏览器根据网络摄像机的IP 地址对网络摄像机进行访问，观看实时图像，及控制摄像机的镜头和云台。 外部报警、控制接口：网络摄像机为工程应用提供了实用的外部接口，如控制云台的485 接口，用于报警信号输入输出的I/O 口。如红外探头发现有目标出现，发报警信号给网络摄像机，网络摄像机自动调整镜头方向并实时录像；另一方面，当网络摄像机侦测到有移动目标出现时，亦可向外发出报警信号。 网络摄像机的基本原理是：图像信号经过镜头输入及声音信号经过麦克风输入后，由图像传感器的声音传感器转化为电信号，A/D 转换器将模拟电信号转换为数字电信号，再经过编码器按一定的编码标准进行编码压缩，再控制器的控制下，由网络服务器按一定的网络协议送上局域网或INTERNET，控制器还可以接收报警信号及向外发送报警信号，且按要求发出控制信号。 1.3.产品选型 网络摄像机不仅可基于计算机局域网用于区域监控，如住宅小区监控、办公楼、银行、商场等传统地监控；而且也能通过INTERNET 用于新型地跨区域远程监控及网上展示，远程儿童及老人看护、无人值守通信机房监控、旅游景点网上演播、产品网上展览等。系统有如下一些特点： 1. 把图像进行M-JPEG 编码压缩，通过网络利用TCP/IP 协议进行传输；通过网络摄像机或镜头、云台和其它外部设备进行操作控制； 2. 内置一个10M/100M 以太网RJ45 接口，可通过网络实现远程接口；一个并行I/O 口，可以连接外部传感器进行自动报警，也可以对外部设备进行控制或进行联动报警功能；一个RS45 串口，可以对镜头、云台进行控制，或连接其他外部设备； 3. 内嵌WEB SERVER，网络摄像机内部提供了一个WEB SERVER,允许用户从PC 机使用标准地浏览器进行各种接口、操作；具有单独地安全机制，可以对操作本摄像机地用户进行分级别的权限验证； 4. 有中心的集中式管理与控制的监控网以及无中心的分布式监控网；内置实时操作系统，支持软件下载和配置设置，方便升级和操作管理。 产品方案 2.网络视频服务器 2.1.产品背景 在视频监控行业还未踏进网络化进程的时候，视频服务器一词频频出现在计算机及网络通信领域，当时的视频服务器特指流媒体视频服务器，典型的应用是网络点播电视、网络视频会议、远程视频教育等，其出现主要得益于当时多媒体技术和网络通信技术的飞速发展，特别是近几年来，随处可见的IPTV、网络电视等更是视频服务器技术广泛应用的体现。 随着技术的成熟、行业的融合及网络基础设施的不断完善，视频监控设备逐步从模拟到数字走入到了数字到网络的新阶段，各类网络化视频监控设备成为了市场的主流，视频服务器一词则在监控行业的网络化进程中被赋予了新的含义，NVS即Network Video Server的缩写，就是我们今天要讨论的主角。 2.2.产品原理 何为NVS？它与硬盘录像机DVR（Digital Video Record）、网络摄像机IPC（Internet Protocol Camera）的区别又是什么？我们先从他们的日常使用说起。NVS、DVR都是需要外接模拟摄像机，将模拟的视频信号经过采集、压缩，转换成数字化的视频数据，同时进行本地硬盘存储或通过网络传输，唯一不同的是DVR具备本地显示操作功能，即能够外接显示器通过键盘或鼠标等进行日常操作，而NVS只能通过网络界面如网络客户端、中心管理软件等进行操作、管理和维护，当然现今的DVR也都具备了同样的网络化功能；IPC是全数字化的视频监控设备，它摒弃了原有模拟系统、数模混合系统的缺陷，可实现高清、甚至更清晰的图像质量及前端智能化等更先进的功能，是未来监控行业的一次新的技术浪潮和发展的必然。由于原有的模拟系统和模拟摄像机的广泛存在及使用，NVS、DVR是现有模拟系统平缓过渡到数字化、网络化的最便捷的方式，同时IPC通常都是一路监控点，而NVS、DVR可以实现多路监控点，故IPC更适合于监控点分散的场景，而NVS、DVR更适合于监控点相对集中的场景，至于到底选择NVS还是DVR，只要综合考虑是否需要本地显示操作、本地硬盘可配置的数量、网络传输性能、工程安装等因素即可。 NVS的发展除了自身技术的不断完善和成熟外，市场需求的驱动，特别是和平安城市、3111试点工程等大型项目的推进是密不可分的。正是由于这些跨区域、跨平台、跨设备的大型联网系统的存在，导致了NVS市场的飞速上升，在DVR、NVS共存且IPC还未成为市场主流的情况，初步估计NVS占据了1/3的市场份额，未来会随着IPC的出现会有所降低，但市场总量会随着各项监控项目如火如荼的建设继续成上升趋势。 NVS不具备本地操作功能，这就导致了它必然依赖于外部网络设施的建设及网络视频管理软件的成熟可用，特别是需要解决不同设备、不同系统的互联互通问题才能最终成为一个完善的解决方案。随着网络基础设施的不断完善，特别是电信运营商的介入，NVS在早期遇到的网络不稳定等因素越来越少，而不同厂家的设备、软件平台兼容性问题也在市场的大势所趋下逐步得到了改善，各种标准和规范如电信、网通等运营商在众多厂家的支持下逐步发布的《全球眼》、《宽视界》的规范和标准、公安部的《城市监控报警联网系统通用技术要求》（GA/T669-2006）等都极大地促进了网络视频监控市场的发展。 NVS技术的发展是各学科相互融合的结果，特别是流媒体技术和网络通信技术起到了重要的作用。流媒体技术包括流媒体编解码技术、流媒体服务器技术、端到端流媒体技术和流媒体系统技术等。未来随着网络应用环境复杂性的增加，如3G/4G的移动网络环境，流媒体QOS将面临极大的挑战；同时随着系统规模的不断庞大，如何提高系统的性能也将是不得不面临的研究课题，如系统效率、安全性、可靠性等问题。网络通信技术包括各种网络设备、网络协议的技术，特别是SIP（会话初始协议）等呼叫控制协议在视频监控行业的应用中已逐减成为标准，未来随着IMS（IP多媒体子系统）网络的发展，不同异构设备、异构网络的互通也都将逐步得到解决。除了这些技术外，智能识别、数据挖掘等技术也将把NVS带入到一个新的阶段。多媒体数据挖掘技术是目前的一个新兴的研究领域，它与视频监控行业的融合将极大的提高监控数据分析的效率，能够实现从浩罕的视频数据中发掘出潜在的、有用的数据，达到为决策服务的目的。智能识别技术则是可以通过对采集的声音、视频等数据进行自动的分析和抽取数据源中的关键信息，从而为监控者做出及时、准确的判断提供依据，目前人脸识别、行为分析、全景追踪等智能识别技术有望逐步产业化。 NVS的发展是伴随着安防产品和技术的发展逐步成长起来的，各种跨学科、跨行业技术的融合和持续增长的市场需求共同驱动着NVS的前进。无论是NVS还是DVR都是视频监控从模拟到数字、数字到网络化阶段的中坚力量，它们广泛的网络化应用拉开了IP监控市场的序幕，未来随着IPC的成熟和完善，整个监控行业必将迎来一次新的技术浪潮。 2.3.产品选型 NVS的选型主要考虑使用的场景、视频分辨率、是否需要本地硬盘、是否需要双码流等功能。 软件类 电信运营商监控平台 网络视频监控业务是由中国电信推出的一项完全基于宽带网的远程图像监控、传输、存储，管理的增值业务。利用中国电信无处不在的宽带网络，全球眼能够将分散、独立的图像采集点进行联网，实现跨地域、全范围内的统一监控、统一存储、统一管理、资源共享。 全球眼的推出为各行业的管理决策者提供一种全新、直观的管理工具，无论是上级业务管理部门，还是行政主管领导和综合管理单位，均可根据系统授予权限实时察看、监督管理部门所属下级辖区热点地区及其重要地点的图像、语音和其它数据信息。延伸了管理者的视觉和听觉，提高了工作效率。客户可通过多种接入方式，灵活接入到中国电信公众视讯网使用该业务，以实现远程监控与交流。 系统结构 全球眼业务架构在中国电信宽带网上，由以下几部分组成： ·客户监控现场 在这里，全球眼视频服务器将摄像机采集到的视频信号以及其他音频、报警信号数字化压缩、打包后放到网络上传输； ·电信全球眼业务中心 为了保证全球眼业务的可靠运行，中国电信在局端机房设置了专门的全球眼业务中心，完成全球眼业务的保障任务，对整个业务进行管理。 中心管理服务器是系统的核心设备，系统内的所有设备都受其管理，其管理内容包括对设备的注册认证、监视系统内所有设备的工作状态，系统用户的账号、密码、操作权限都保存在中心管理服务器的数据库里，中心管理服务器据此对客户进行认证； 中心存储服务器是系统的存储管理中心，全球眼系统部署非常分散，依据地理分布和逻辑分布形成了若干的存储模块，所有的存储模块都接受中心存储服务器的管理，中心存储服务器实时监视这些模块的存储空间，并根据网络中数据流量、存储模块空间的情况制定合理的存储方案，以便充分利用网络资源。此外，中心管理服务器外接高可靠性的存储设备，对一些重要信息进行远程异地备份，确保资料的安全； 系统设备维护平台能实时监视前端设备的工作状态，显示设备的基本运行参数，对发生的故障能够自动识别、分类报警，减少系统故障的处理时间；用户计费管理平台统计客户使用时间等基本计费信息，进行费率计算，并能与电信的计费系统连接；广播服务器能够突破前端监控点带宽的限制，使多个用户对带宽有限的前端监控点的并发访问成为可能； ·客户监控中心 客户监控中心是客户进行系统管理、观看前端图像的场所。中心控制台使客户端的主要操作界面，客户通过中心控制台完成设备管理控制、操作，并能够通过图像窗口观看前端图像；数字显示终端将数字视频流还原成模拟信号，输出到普通的监视器上进行显示；副控台是简化的中心控制台，可以安装在客户的PC机上，根据系统赋予的权限，能管理自己权限范围内的设备，观看自己权限范围内的图像 电信全球眼与传统视频监控的区别 智能数字监控系统的纪录方式为数字信号，在先进的计算机上集成,设备简洁,可靠性高。对图像进行数字压缩，可传输图形信号且能保证图像质量，系统智能化,自动登陆,有多个安全防范等级,有效的防范内部人员作案。可单帧画面回放检索即连续回放,画面质量可靠，多检索点,可根据文件类型摄像机型号及文件的年月日时分秒进行所要画面检索。支持多种软件,可对图像进行多次编辑、修复、打印及图像校正，智能报警,录入报警前、后的图像内容，可多个硬盘循环录制并存储，价格经济, 可随着计算机升级而升级，方便扩展！ 传统模拟监控系统的纪录方式为模拟信号，设备多、可靠性低，无图像数字压缩，不能远距离传输。任何人都可进入系统而不被纪录,不能防范内部人员作案，只能利用录像机暂停键查看画面,画面质量差，在录像带上反复进退查找确定时刻的画面内容,对某一时刻进行检索难度大，不能编辑、修复、打印及任何图像校正。只能录下报警后的内容，磁带更换录制，设备投资大,且无升级潜力，操作繁杂,占用空间大。 全球眼业务应用分析 全球眼图像业务的应用将给用户管理带来莫大好处，这主要体现在： 1． 给管理人员提供所有现场24小时不间断和不可更改的实时图像和声音信息。获得的信息最直观、最精确、最有效、最及时，适用于市场调查、客户管理、行政管理、安全管理； 2． 让管理人员可以在任何地方人和时间对自己管理范围内的现场进行检查和指挥，一定会使现场人员的工作面貌大为改观，提高劳动效率和服务质量； 典型应用案例：城域网范围内的金融机构监控 金融机构的营业网点数量比较多，而且位置都比较分散，这其中还包括大量的ATM机、自助银行等无人值守的网点。为了确保这些营业网点的安全，在每个营业网点设置前端设备，将相应的视频信号和报警信号接入前端设备中；在监控中心设置一套中心设备：包括中心控制服务器、存储服务器、控制台、显示终端等，前端与中心通过城市宽带网连接（这种连接并非直接连接，而是建立在宽带网络基础上的虚拟连接）。从而实现集中统一的监控管理。也可以将管理服务器、存储服务器放置在电信的IDC中，IDC有充裕的带宽和良好的保障措施，可以保证数据的完整和安全，而金融机构的监控中心只放置控制台和显示终端。有些设备用户甚至无需购买，只需向电信运营商租用即可。 大华中间件 概述 中间件是大华软件产品，大华中间件依赖于大华所有硬件产品，同时为硬件产品提供全套用户开发界面，又可以独立于硬件发布，属于产品线软件产品。 中间件包含已有的网络SDK、播放库、云台控制插件、设备配置插件等产品和组件，同时针对性的开发设备中间服务功能单元，整合打包，为上层开发用户提供开发组件、服务套件，解决行业上的安防系统开发需求。 中间件可以为上层开发者提供设备一级的开发能力，开发基于单个设备的应用程序及应用系统。比如设备管理程序，或小型的监控系统。设备可以是大华的DVR、NVS、IPC、IPS等。 中间件同时可以为上层开发者提供安防业务级的服务，用于上层业务的开发，比如转发业务、存储业务、回放业务。比如为大中型平台提供某些核心功能单元，比如全球眼接入平台中的转发服务器、存储服务器。 中间件同时可以上层开发者提供平台一级的业务服务。中间件组成功能服务网络，上层应用调用中间件业务一级API，实现业务流程，而不用考虑业务实现，中间件完成业务实现。可以开发行业平台，比如公安监控平台、地铁监控平台、林业监控平台。中间件提供完整的功能服务，比如拥有控制服务器、存储服务器、转发服务器、报警服务器、矩阵服务器等，向上提供业务级API，提供业务服务，而管理、调度由中间件完成，上层实现不同行业的不同业务流程就可以了。 中间件的不同业务模式可以解决上层开发者的不同开发需要，可以应用于不同的应用场景。 组网与设备独立性