网络视频监控论文

1、第一章绪论1.1 引言现在的安防产品中，绝大多数的模拟摄像设备均不能满足使用环境的需要，导致大量的监控都是无效监控、形同虚设，每当事件发生时都起不到提供重要线索的关键作用。通过深入一线市场与厂家、器材商、工程商以及用户端交流发现，其实国内市场对于安防监控产品高清晰度和数字化的需求是十分迫切的，特别在一些民用市场和政府市场领域对于数字百万高清都有着非常强烈的渴望。随着高清监控产品的陆续推出和试点应用，高清产品和解决方案的不断完善和成熟，高清产品所呈现的高清晰画质和高品质监控效果逐步得到了市场的高度认可，这将加速推动监控系统由标清向高清的转型，加速监控模式由模拟+DVR的模式向高清IPC的应用模式转型。1.2 视频监控系统发展历史我国网络视频监控的发展大致经历了三个阶段，早期由安防产品演化而来的闭路视频监控系统是我国第一代模拟视频监控系统，也可以称为闭路监视系统。到了九十年代中期，一种基于 PC机插卡式的视频监控系统的出现，尽管初步实现了数字化，但囿于图像质量、稳定性以及远程传输监控等技术方面的不足，使这种第二代视频监控系统仍仅作为安防产品应用于某些特定行业的日常监控。直至九十年代末，随着

2、计算机、网络、通信技术的日趋成熟，各种实用型视频技术的不断完善，以嵌入式技术为依托，以网络、通信技术为平台，以智能图像分析为特色的数字化网络视频监控系统才从根本上使视频监控从幕后走向了前台，成为了当今视频监控最先进的技术代表，引领着视频监控未来的发展方向。第二章 概述2.1网络化数字监控的需求在模拟监控时代，用户对模糊的、布满雪花噪点的画面早已是叫苦不迭却又无计可施，因为当时市面上最好的摄像机也只能做到D1，像素在理论上最多也只有40多万。而在非安防领域，则是铺天盖地的数码相机、摄像机、电脑摄像头、手机摄像头，动辄几百万甚至上千万像素。而监控摄像机作为安防第一大助手，模拟类监控产品已不能满足用户需要，于是，“高清”成为了第一大需求，而且，有了高清晰画质，低照度、宽动态、智能化等等更高层次的需求才能实现，才具有应用价值。2.2网络化数字监控的前提2.2.1 网络化采集高清画面之后第一个需要考虑的就是视频信号传输问题，高清视频对传输提出了更高的要求。一路高清视频信号需要三根同轴线缆同时传输。数字传输一般采用DVI、HDMI或者HD-SDI传输，其中DVI或HDMI的传输距离只有几米，不适合

3、用于监控传输，而HD-SDI虽可以传输100米左右，但对同轴电缆的要求很高，线缆的价格也非常昂贵。无论是模拟方式还是数字方式传输，未经压缩的高清视频信号传输成本都明显高于以前的模拟标清视频信号。而采用视频压缩编码并通过IP网络进行传输时，高清视频与标清视频在传输成本上的差异很小。因此，可见高清监控首先必须基于视频压缩处理并通过IP网络进行传输，只有这样才能有效控制高清视频的传输成本，从而让高清监控真正具有实用意义。2.2.2 传输通道高清视频可根据系统的网络状况和应用场景选择或构建相适应的网络传输方式，包含网络架构选择(局域网/广域网)、传输方式选择(有线/无线)、传输介质选择(网线/光纤)。随着TD-LTE、Wi-Fi、专网等无线、有线宽带技术的成熟和应用，大流量数据的远程传送更加方便，这也扫除了高清网络摄像机在大范围应用中的传输障碍。目前，在平安城市、金融联网监控等项目中通常采用自建光纤网络或局域网络实现1000M带宽网络。这种千兆带宽资源，在前端安装100路1080P全实时高清网络摄像机(即使按每路占用资源4Mbps计算)，占用总带宽资源不到50%;如果是采用720P传输，带宽还

4、可以减少一半。这样，完全可以有效支持高清网络摄像机的实际应用。以TD-LTE技术作为准4G主流通信技术使无线高清视频传输成为可能。TD-LTE(LongTermEvolution)是我国拥有核心自主知识产权并得到广泛国际支持的技术，它是专门为移动高宽带应用而设计的无线通信标准。按照3GPP的TR25.913定义，LTE峰值的速率要求很高，上行50Mbps，下行100Mbps。2.2.3 存储分析高清监控的视频，以最基本的720P效果为例，每路视频压缩到较低码率也要每小时3G容量需求，一个月监控录像就要2TB左右的容量，如果需要几百上千路这样的高清监控，如此庞大的视频文件，有如潮水般的冲击着存储系统，不仅对存储设备的容量，读写性能、可靠提出了更高要求，甚至连传输带宽都成了高清监控系统中比较棘手的问题。根据“木桶法则”，高清监控的图像质量或是稳定性将取决于整个系统中最差的一环，而往往这最差的一环往往就出现是传输系统或存储系统上。第三章总体设计3.1网络化数字视频监控的组成网络摄像机又称IP摄像机，顾名思义，这类摄像机可以将影像通过网络传至另一端，且远端的浏览者只需用网络浏览器即可监视其影像

5、。这是一种传统摄像机与网络技术相结合所产生的新一代摄像机。但并不是能够连上互联网的就是网络摄像机。网络摄像机可分为两类，一类是前端以CCTV模拟摄像机为基础，加上视频处理和网络传输模块组合而成的模数混合型网络摄像机;第二类是纯数字网络摄像机。二者根本的区别是，前者本质上仍是模拟摄像机，其实现机制是A/DD/AA/D，历经两次模数转换，最终形成网络信号，最高画质不能超过D1。后者的实现机制是从A/D模拟信号直接到网络信号，从而大大提高转换效率，进而极大地提高了画质，由于画质的改善减少了雪花噪点，所以尽管像素高，但占用的码流反而不大，其网络适用性更佳。正因为纯数字网络摄像机的优越性，使得模拟网络摄像机将在市场上逐步被淘汰。网络摄像机的基本构造包括：镜头（Lens）、摄像传感器（Image Sensor）、图像采集、处理器、压缩格式、网络接口（以太网、无线接口）、其他周边外设接口、软件功能和软件接口。1、镜头（Lens）是光学元件，主要材料是水晶、玻璃、塑料，价格从人民币几元至几十万元不等，可以说是“一分钱一分货”，价格区别如此大，主要是材料、接触光面、焦距长度、透镜的数量、透镜的光滑度、透

6、光度、加工工艺和功能（自动光圈、自动聚焦、滤光程度、焦距电动控制）的不同。2、摄象传感器（Image Sensor）是光电转换的主要器件，现阶段主要是CCD和CMOS，主要区别是光电转换的原理和加工工艺的不同，CCD是较为早的技术，因为加工复杂，所以全球只有几个公司掌握，最为出名是SNOY公司。摄象传感器的价格从几十元到几万元不等，CMOS由于可以大规模产生其价格较低，价格区别如此大，主要： 感光面积（1/6、1/4、 1/3、 1/2、 2/3、 1、 2）越大越贵。 解析度：每个单位面积的解析图像数量，CMOS是象素表示， CCD（以前的）是线数表示，越密越好，表示越清晰，也是价格越高； 灵敏度：也是体现照度的指标，单位Lux，越低越好，表示更暗的光线可以感应。3、图像采集也就是AD转换过成，技术指标一般是以“位”为单位，越高越好，网络摄像机一般为912 bit。4、处理器（CPU、DSP、ASIC）是图像处理和通信所需要的处理、运算能力。目前，一般网络摄像机处理器结构有：单CPU处理器，DSP通信处理器，ASIC通信处理器，单DSP等架构；选用那种架构，主要取决于选用那种压缩方式

7、，不同的架构，成本有很大的区别。5、音视频压缩格式目前优秀的视频压缩格式为H.264、H.263、MPEG4、WMV、M-JPEG、JPEG；音频的压缩格式为MP3、G.723、G.726、G.729、GSM。6、网络接口（以太网、无线接口）是压缩后的图像传输到网络的接口，一般有以太网接口（10M、100M），无线接口（WIFI、CDMA、GPRS、微波等）。7、其他周边外设接口和功能可以把其他外接设备连接到网络摄像机、满足某些扩展功能，主要有：报警联动接口（连接数字无线报警主机、报警探头、开关控制等），USB外设连接接口，RS422（门禁/考勤主机、云台、镜头焦距控制），红外灯控制功能，日夜转换低照度处理功能；8、软件功能和软件接口内嵌流媒体服务器、WEB Server、网络协议（HTTP、TCP/IP、FTP、PPPOE、DHCP、NAT、DNS、DDNS、NTP、UPnP），Media PUSH(主动推播)，支持TPAS电信运营商集中运营平台；3.2网络化数字视频监控的传输在一般的监控系统中传输技术主要有六种基本传输方式，各种方式都有不同的特点及实用性。然而面对高清应用的超大数据

8、量带宽以及实时性的要求，目前只有两种传输方式在高清传输中得到认可，一种是采用光纤专线传输：这是解决长距离高清视频监控高速传输系统的最佳解决方式，原因是光纤传输优点很多衰减小、频带宽、不受电磁波干扰、保密性好，缺点是长距离高成本；第二种是网络传输：但随着网络技术的飞速发展，及视频监控系统的特殊要求和经济性考虑，网络传输也已成为长距离音视频传输的不二选择和最经济型选择。高清与带宽之间永远是相斥关系，高清意味着高带宽。在视频压缩算法经济的情况下，一般说传统模拟编码D1（720576）画质的码流为2M左右，那么以720P计算，码流约是D1的2倍，带宽达到4M左右，而采取1080P计算，码流更是D1的5倍，所用带宽约为10M。相比模拟光纤传输而言，网络传输高清视频具有得天独厚的成本优势，但目前的互联网是远远不能够承载多路高清画质，必须采用专网。高清视频在网络传输中，主要限制来自带宽，加强带宽建设是解决传输高清和网络带宽问题的必然途径。以100M以太网为例，在确保流畅的前提下，实际上同时只能承载5路左右的高清图像。如果同一视频源有多个用户访问，占用的带宽会更大。随着目前网络传输技术的迅猛发展，局域

9、网也逐渐朝1000M甚至10000M方向发展。同时，如果采用光网传播，甚至可以使带宽达到数G以上。解决这些问题，高清监控才能得到淋漓尽致的发挥。与此同时图像压缩格式也直接决定了对传输的减负作用，在文章高清监控存储瓶颈H.264欲统一编码标准中我们可以做深刻了解，通过先进的编码技术，在画质效果影响最小的情况下，使720P或是1080P监控录像从几十M码率压缩到10M之内，大大的节约了带宽同时在存储上节省了大量的空间。3.3 网络化数字视频监控的存储系统对应高清监控数据量变大、存储可靠性要求更高、系统结构更加灵活的特性，高清存储需要解决的问题也就越发明确：在高清监控系统中，存储设备和子系统必须具备有效、完整的记录功能;对所存储的数据要能从介质和系统角度考虑其可靠性和安全性;对系统结构灵活的特性，要能实现存储资源的统一管理和调度，以配置灵活的录像计划，并且能根据需求的变化，随时应对系统录像时间延长、监控前端扩展的要求。在攻克这些难题时，我们更多关注的不是存储介质的选择，而是基于现有的在线存储介质磁盘，去设计不同的存储产品，从而多维度去满足不同的高清监控系统对存储的需求：为实现大容量存储，可设计多硬盘插槽、兼容大容量硬盘的产品，并通过外部阵列柜的扩展来提供海量的存储空间。针对高可靠性存储需求，可在设备级采用RAID保护技术，如RAID 5可以支持1块硬盘损坏的冗余特性，RAID 6可以支持2块硬盘损坏的冗余特性。设备采用双控制器架构，利用物理硬件的冗余和通讯上的心跳关联等，保障存储服务的可靠性。在系统级，可以采用N+1设备在线冗余模式，以及录像管理服务器双机热备模式。3.3.1分布式网络存储架构在系统架构上，针对监控系统的特点，推荐采用分布式网络存储方案，降低系统传输压力。针对不同规模、不同结构的高清监控系统，还应该采用不同的存储子系统。例如针对旧有系统改造、局部实现高清的系统，

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