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1、摘 要闭路监视系统是安全防范技术体系中的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能力极强的综合系统，它可以通过遥控摄像机及其辅助设备（云台、镜头等）直接观看被监视场所的情况；可以把被监视场所的图像、声音内容同时传送到监控中心，做到一目了然；同时它可以把被监视场所的图像和声音全部或部分的记录下来，这样就为日后对某些事件的处理提供了方便条件及重要依据;电视监控系统还可以与防盗报警等其他安全技术防范体系联动运行，使防范能力更加强大。本文的研究工作是以学院原有的智能楼宇实验室为基础，设计一套闭路监视实验系统。本文首先阐述了课题的研究背景及意义，介绍闭路监视系统的发展概况。然后文章分析和对比模拟视频监控系统
2、和数字视频监控系统，突出了数字视频监控系统的先进性。学校楼宇智能实验室里的闭路监视实验系统分为演示及展示性实验系统和自主型实验系统，其中演示和展示实验系统采用基于嵌入式技术的远程网络视频监控，自主型实验系统则采用准数字化的视频监控系统，并在实验系统设计的基础上编写实验指导书。关键词：闭路监视系统, 摄像机, 楼宇智能实验室AbstractClosed-circuit surveillance system is an important component of security technology system. Its an advanced, highly ability to gua
3、rd against integrated system. It can monitor the surveillance place by control the camera and its auxiliary equipment(haeundae, lens, etc) directly; The images and the sound of the surveillance place can also sent to sent to the monitoring centre at the same time, in order to have clear at a glance;
4、 And it can keep part or all the record of the images and the sounds of the surveillance place, so it can provide the important basis and convenient conditions for the progress of one incident in the future, The TV monitoring system can operate together with other security defending system , made it
5、 more powerful.In this thesis, the research work basic on the original laboratory intelligent buildings of School, and design a closed-circuit surveillance system. This thesis illuminate research background and its significance, and introduce development of the closed-circuit monitoring system. Then
6、 the article analyzing and comparing analog video surveillance systems and digital video monitoring system, highlights the digital video surveillance systems advanced nature. The closed-circuit surveillance system of School Building Intelligence Laboratory is divided into display of experimental sys
7、tem and the autonomy of experimental system. Experimental system of demonstration and display adopt the s Remote Monitor System based on the embedded technology. But Self-test system is adopt the semi-digitalization digital video surveillance system. And the Experimental guide book edited basic on t
8、he experimental system.Key words：Closed-circuit surveillance system, Camera, Building Intelligence Laboratory目 录1 绪论11.1本课题研究背景及意义11.2闭路监视系统的发展概况21.3 题目研究方法41.4 论文构成及研究内容42 闭路监视系统基本理论52.1闭路监视系统的基本概念和功能52.2 闭路视频监控系统的组成62.3 模拟视频监视系统82.3.1 模拟视频监控系统简介82.3.2 模拟视频监控系统存在的问题92.4 数字视频监视系统102.4.1 数字视频监控系统简介10
9、2.4.2 数字视频监控系统的关键技术112.4.3 数字视频监控系统的发展123 闭路监视实验系统的设计与实现143.1 项目概况143.1.1实验室环境143.1.2 系统目标143.1.3系统总体结构概述143.2 闭路监视实验系统的演示和展示性实验方案设计153.2.1 需求分析153.2.2系统监控方式选择163.2.3 系统硬件结构163.2.4 系统功能213.3 闭路监视实验系统自主型的实验方案设计223.3.1 需求分析223.3.2 系统硬件结构233.3.3 系统功能294 实验指导书和实验报告编制设计304.1 闭路监视实验系统的演示和展示性实验报告编制设计304.1.
10、1 实验目的304.1.2 实验内容和要求304.1.3 实验主要仪器设备和材料314.1.4 实验方法、步骤及结果测试324.1.5 实验报告要求344.1.6 思考题344.2 闭路监视实验系统的自主型实验报告编制设计354.2.1 实验目的354.2.2 实验内容和要求354.2.3 实验主要仪器设备和材料354.2.4 实验方法、步骤及结果测试364.2.5 实验报告要求394.2.6 思考题395 结论与展望405.1 全文总结405.2 展望40参考文献41致谢421 绪论本章首先介绍了本课题研究的背景及意义，其次将会讲述闭路监视系统的发展概况，最后将提及论文的研究方法、论文构成和
11、研究内容。1.1本课题研究背景及意义随着科学技术和的社会经济快速飞速发展，特别是计算机网络技术的发展，人们对安全防范技术的要求也越来越高。为了打击各种各样的刑事经济犯罪，保证社会经济的正常运转，保护人民群众的生命财产安全，采用高科技手段预防和制止各种犯罪将会成为安全防范领域的发展方向。 二十世纪八十年代末到九十年代中期，由于各种新型安保观念的引入，各部门、各行业及各居民小区纷纷建立起了各自独立的安全仿佛系统。在电力、通讯、银行等国家重点部门，联网报警监视网络已基本形成，对预防和制止经济犯罪、维护社会稳定起到了重要作用。然而，传统的模拟视频监控及报警联网系统受到当时技术水平的限制，闭路监视系统大
12、多只能在小范围进行模拟监视，联网报警网络虽然也能进行较远距离的报警信息传输，但是，传输的报警信息不能传输图像，有关部门无法准确及时的了解现场的实际情况，难以确认报警事件，使有关部门工作效率很低。 在银行，通讯等分布式管理的行业，计算机网络的应用是很成熟的。因此，银行的远距离网络监控是行业管理的可能手段和必要手段。传统的远距离监控，图像传输一般采用光纤或微波进行传输，这样容易受到地形等方面的限制，且造价极高，用户难以承受。因此，应用和推广上都有较大的障碍。计算机系统的应用、普及，网络通讯技术及图像压缩处理技术以及传输技术的快速发展，使得安全技术防范行业能够采用最新的计算机、通讯和图像处理技术，通
13、过计算机网络传输数字图像，可为实现远程图像监控及联网报警系统提供高效可行而且价格低廉的解决方案1。对于银行、电力等网络基础较好的部门，利用其现有的网络环境与技术条件，充分发挥计算机网络的优势，建成高效可靠的远程视频监控与联网报警系统，为企业的安全防范、高效管理提供更有力的技术保障。 利用信息技术将视频与远程监控的功能，借由无所不再的互联网来实现，已成为当今安防市场经济激活的一支奇兵。其中网络摄像机与相关应用软件是此数字化监控领域重要一环。网络摄像机的应用范围相当广泛，已逐渐成为安全防范、远程教学、远程展示、病房监护、社区服务等各方面广为采用的工具。尤其是在安全防范领域，网络摄像机以其优越的性能
14、，再配以卓越的监控管理平台，使得远程监控系统的到了前所未有的发展，使网络化数字监控系统成为未来市场的发展趋势2。综合目前监控工程教育信息化的应用需求、当前主流的网络技术及技术发展趋势和网络设计原则，在对监控方案的设计中，我们在原来智能楼宇实验室的基础上，实验系统实验设计了闭路监视实验系统的演示和展示性实验方案、闭路监视实验系统自主型的实验方案，通过演示和学生动手相配合，增加学生对闭路监视系统的功能了解和设备连接安装能力。 1.2闭路监视系统的发展概况 闭路监视系统的发展大致经历了三个发展阶段，视频监控技术是随着电视和摄像机的出现发展壮大起来的。随着新技术革命的不断冲击，先后经历了如下三个阶段:
15、全模拟、准数字化、数字化等阶段。1、全模拟CCTV监控全模拟CCTV监控最早期的产品，多以摄像机与监视器(电视)一对一监视系统为主，连接方式是靠视频电缆一对一直接相连，有多少个摄像机就有多少个监视器，是闭路电视监控发展的最初级阶段3。人们在实践中慢慢地发现，这一模式对监视器是一种极大的浪费，随之逐渐出现了视频切换器，来弥补这一不足。对监视范围要求的进一步扩大，和对变倍镜头及云台的引入，必然导致视频控制器的出现。此时的切换控制电路系统因受技术的限制，只是简单的硬件电路组合，视频切换和化闭路电视监控(CCTV)技术在高速公路管理中的应用控制是独立的，控制多是采用多路开关，配合多芯电缆一对一直接连接
16、的线控方式。传输距离近，布线复杂，操作繁琐，难以实现多中心控制，系统容量小，扩展困难，能实现区域联网。二十世纪七、八十年代，随着微处理器进一步普及和应用，使得视频切换和控制合二为一。此时全模拟CCTV系统已基本发展完善，形成了主要由摄像机、光端机、视频切换控制器、监视器、长延时录像机组成的CCTV系统1。摄像机采集的视频信号采用模拟方式传输，主要采用专用的视频电缆或光缆，以模拟的方式存储在长延时录像机内的磁带内。模拟CCTV监控系统的优势比较明显:视频质量高、设备价格便宜。但劣势同样明显:功能单一、设备繁多、传输通道利用率低、传输距离受限制、无线路保护功能、信号邻频串扰大、网络扩展性差、网络可
17、管理性差，只能在本地监控室观看监控图像，不适应路线长，站点分散的系统。2、准数字化CCTV监控准数字化CCTV监控是基于PC技术的监控。随着计算机多媒体技术和数字视频记录仪(DVR)的发展，数字视频压缩编码技术日益成熟，因此计算机和数字视频记录仪被广泛地应用于监控领域。它一般采取以下结构:在前端监控现场，有若干台摄像机，视频以模拟方式通过相应的线路连接到监控终端上进行数字化处理与存贮，监控终端可以是一台PC机及数字视频记录仪，也可以是专用的工控机。监控终端除了可以处理摄像机传输过来的视频信号外，还可以利用视频压缩卡和通讯接口卡，利用通讯网络，将这些信号传输到一个或多个监控中心以便集中处理。该方
18、式以数字视频记录仪DVR，代替了原来的长延时模拟录像机，将原来的磁带存储模式转变为数字存储录像，实现了将模拟视频转变为数字录像，跨出了数字监控的第一步。准数字化CCTV监控系统，功能较强，灵活性高，可以发挥现代计算机强大的处理功能，但它的稳定性一般，另外，它的软件的开放性不好，难于对系统直接进行扩展。3、数字化CCTV监控数字化CCTV监控是基于嵌入式的网络监控。随着嵌入式数字处理技术及网络技术的迅速发展，出现了一种新的基于嵌入式技术的网络视频监控系统。它的核心设备是集成了视频服务器功能的嵌入式数字视频记录仪，其主要原理是:采用嵌入化闭路电视监控(CCTV)技术在管理中的应用式实时多任务操作系
19、统，芯片上集成了视频压缩与传输处理功能。摄像机送来的视频信号在网络视频信号采集终端数字化后由高效压缩芯片压缩, 通过内部总线网络接口发送到网络上, 网络上用户可以直接在PC机上用浏览器观看网络视频信号采集终端传送过来的摄像机所拍摄的图像, 授权用户还可以利用计算机网络通过网络视频信号采集终端控制摄像机镜头和云台的动作或对系统进行配置操作4。数字化CCTV监控系统所使用的传输、控制、存储等设备都是数字化产品，该系统的特点是将图像采集后进行数字化处理，采用基于光纤的数字光端机、以太网或数字编解码器的传输网络进行传输，以嵌入式硬盘录像机DVR进行存储，这样既提供了图像远程传输的可能性，又提高了图像存
20、储的可靠性和稳定性，增强了网络的管理性和可扩展性。 目前国内的视频监控系统的发展情况是：模拟视频监控的比例急速减少，由于数字方式与模拟方式相比有着不可比拟的优点, 所以模拟方式及相应的设备将被淘汰数字视频监控系统逐渐占据主导地位，特别是新安装的视频监控系统5。就技术角度而言，网络数字视频监控系统是未来数字视频监控系统的发展方向，具有很高的先进性和可扩充性。但不同的方式具有各自的应用场合，要根据现场的实际情况来设计方案和选用。一般从系统功能能否满足需求和成本是否能够承担两个主要因素来考虑。1.3 题目研究方法 本题目属于工程设计类范畴，通过了解学校原有的智能楼宇实验室和学校局域网，在此基础上通过
21、查看题目相关的各类文献，探索性研究法，用已知的信息、文献，联系实验室的情况，探索、创造新的方案，产生出符合本校学生的新颖而独特的实验成果。 本题目主要通过文献分析，联系实验室实际情况，建立实验模型。然后通过可行性分析，分析系统的设备性能能否满足要求功能，设备间能否兼容等，得出方案，然后拿出预算表，经过老师检查通过方案后。学校招标买回实验室设备，学生通过方案组建实验室，在组建实验室的过程中发现问题和解决问题。通过实验法得出数据和最终方案，最后为实验室设计各种演示实验和自主实验，编写出实验指导书和实验报告。1.4 论文构成及研究内容 论文主要分为四部分，第一部分为绪论。主要介绍题目的背景和意义，研
22、究题目现今的技术水平和发展概况，确定方案的研究方法和研究内容。第二部分介绍题目相关的技术原理。第三部分通过联系实验室的实际，确定实验系统的设计方案。第四部分是实验指导书和实验报告的编写。根据学校学生的特点，设计各种实验，使学生把原有在教程中学到的理论知识和实验相结合，加深对相关知识的理解。 研究内容为闭路监视实验系统的演示和展示性实验方案设计、闭路监视实验系统自主型的实验方案设计、闭路监视实验系统开放型实验方案设计和实验指导书和实验报告编制设计。2 闭路监视系统基本理论 本章介绍闭路监视系统的基本理论，对闭路监视技术有一个系统性的认识，先介绍闭路监视系统的一些基本概念和功能，然后介绍闭路监视系
23、统的基本构成，最后综合说明模拟视频监视技术和数字监视技术，由于数字监视作为今后发展的主流，重点说明数字监视技术。2.1闭路监视系统的基本概念和功能因为电视监视系统和广播电视一样，采用同轴电缆或光缆作为电视信号的传输介质经过屏蔽层的屏蔽作用能有效的抑制外界对信号的电磁干扰，不向空间发射频率,它克服了无线发射时由于电磁波的反射所带来的重影, 放像效果变得更好，故称为闭路电视（Closed Circuit Television-CCTV）。电视监控系统与广播电视的不同之处在于其信息来源于多台摄像机，多路信号要求同时传输、同时显示，除了向接收端传输视频信号外，还要向摄像机传送控制信号和电源，因而是一种
24、双向的多路传输系统6。视频安防监控系统video surveillance&control system(VSCS)利用视频探测技术、监视设防区域并实时显示、记录现场图像的电子系统或网络。模拟视频信号video signal基于目前的模拟电视模式，所需的大约为6MHz或更高带宽的基带图像信号。数字视频digital video利用数字化技术将模拟视频信号经过处理，或从光学图像直接经数字转换获得的具有严格时间顺序的数字信号，表示为特定数据结构的能够表征原始图像信息的数据。视频监控video monitoring利用视频手段对目标进行监视和信息记录。视频传输 video transport利用有线
25、或无线传输介质，直接或通过调制解调等手段，将视频图像信号从一处传到另一处，从一台设备传到另一台设备的过程。模拟视频监控系统 analog video surveillance system除显示设备外的视频设备之间以端对端模拟视频信号传输方式的监控系统。数字视频监控系统digital video surveillance system除显示设备外的视频设备之间以数字视频方式进行传输的监控系统。闭路监视系统属于应用电视，作为一种有效的观测工具，通过在公众区、设备间及其他重要场所设立监视区，对其情景状态进行监视，实时、形象、真实的反映楼内各种设备的运行和人员活动，以便及时观察到该区发生的紧急事件，
26、为保安、消防、楼宇自控部门提供决策依据，从而达到维护治安，保障安全的目的。2.2 闭路视频监控系统的组成典型的闭路视频监控系统主要由前端设备和后端设备这两大部分组成，其中后端设备可进一步分为中心控制设备和分控制设备。 闭路视频监控系统由摄像部分、传输部分、控制部分以及显示和记录部分四大块组成7。 云台解码器摄像机摄像机云台解码器主机(视频切换、动作、控制、字符发生)操作键盘视频传输线控制线监视器图2.1 监控系统结构图1、摄像部分 摄像部分主要由摄像机、镜头、防护罩、安装支架和云台等组成。它负责摄取现场景物并将其转换为电信号，经视频电缆将电信号传送到控制中心，通过解调、放大后将电信号转换成图像
27、信号，送到监视器上显示出来。（1）摄像机摄像机有彩色和黑白二种，一般根据监视对象的环境和要求来选取。摄像机的主要技术参数为CCD尺寸、像素数、分辨率、最低照度和信噪比等。CCD尺寸指的是CCD图像传感器感光面的对角线尺寸，常见的规格为1/3英寸、1/2英寸、2/3英寸等 。（2）镜头镜头与摄像机联合使用，目前闭路视频监视系统中，常用的镜头种类有：手动/自动光圈定焦镜头和自动光圈变焦镜头。自动变焦镜头常用视频驱动和直流驱动两种驱动方式。（3）云台如果一个监视点上所要监视的环境范围较大，则在摄像部分中必须设置云台。云台是承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置。云台内装两个电动机。这两个电动机一
28、个负责水平方向的转动，另一个负责垂直方向的转动。（4）解码器解码器是属于前端设备的，它一般安装在配有云台及电动镜头的摄像机附近。 解码器的作用是对专用数据电缆接收的来自控制主机的控制码进行解码，放大输出，驱动云台的旋转，以及变焦镜头的变焦与聚焦的动作。2、传输部分 传输部分就是系统的图像信号通路。一般来说，传输部分单指的是传输图像信号。但是，由于某些系统中除图像外，还要传输声音信号，同时，由于需要有控制中心通过控制台对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行控制，因而在传输系统中还包含有控制信号的传输，所以我们这里所讲的传输部分，通常是指所有要传输的信号形成的传输系统的总和。如前所述，传输部分主要传输
29、的内容是图像信号。因此重点研究图像信号的传输方式及传输中有关问题是非常重要的。对图像信号的传输，重点要求是在图像信号经过传输系统后，不产生明显的噪声、失真（色度信号与亮度信号均不产生明显的失真），保证原始图像信号（从摄像机输出的图像信号）的清晰度和灰度等级没有明显下降等等。这就要求传输系统在衰减方面、引入噪声方面、幅频特性和相频特性方面有良好的性能。在传输方式上，目前电视监控系统多半采用视频基带传输方式。如果在摄像机距离控制中心较远的情况下，也有采用射频传输方式或光纤传输方式。对以上这些不同的传输方式，所使用的传输部件及传输线路都有较大的不同。3、控制部分控制部分是整个系统的“心脏”和“大脑”
30、，是实现整个系统功能的指挥中心。模拟监控系统控制部分通常以视频矩阵切换器为中心设备，加上操作键盘、视频分配器、字符叠加器等。总控制台中主要的功能有：视频信号放大与分配、图像信号的较正与补偿、图像信号的切换、图像信号（或包括声音信号）的记录、摄像机及其辅助部件（如镜头、云台、防护罩等）的控制（遥控）等等。在上述的各部分中，对图像质量影响最大的是放大与与分配、较正与补偿、图像信号的切换三部分。而数字视频监控系统，尤其是基于嵌入式技术的远程网络视频监控的发展，系统控制部分并非闭路电视监控系统中的必须环节，但绝大多数用户还是对电视的监控系统的控制功能独有钟情。因为系统控制设备是闭路电视监控系统中很有特
31、色的部分，微处理器、单片机功能和性能的提高和增强，各种专用大规模集成电路、专用集成电路的出现以及多媒体技术的应用，使得系统控制设备在功能、性能、可靠性和结构等方面都发生了较大的变化。闭路电视监控系统的构成更加方便、灵活，与报警和出入口控制系统的接口趋于规范，人机交互界面更加友好。4、显示部分传统的电视监控系统唯一的选择CRT（阴极射线管）监视器进行显示，而新的电视监控系统的显示环节则有了更多的实现方式：既可以用电视终端设备来显示，又可以用计算机网络终端设备来显示；其中电视终端设备又有CRT监视器、等离子显示（PDP）监视器、液晶（LCD）显示监视器或数字光投影(DLP)大屏幕背投等多种可选设备
32、。当今的电视监控中心，大多数还是采用传统的CRT监视器群并组合少数PDP或DLP大屏幕进行显示，但CRT监视器被LCD监视器所取代的趋势已初见端倪。数字视频监控系统终端设备采用计算机来显示，其中采用软件分割的方法实现几路视频信号的同时显示，有条件的话还可以在计算机上接上打印机等显示设备，把需要的图片打印出来。2.3 模拟视频监视系统2.3.1 模拟视频监控系统简介模拟监控系统一般由前端设备、传输电缆、切换控制设备以及显示设备几个部份组成。前端设备一般为实时图像摄入设备。传输电缆一般为传输视频的同轴电缆以及传输数字信号的双绞线构成。而显示设备包括显示图像的监视器、显示传感器状态的报警指示牌以及对
33、前端设备进行反向控制的各种操作平台等。模拟控制系统中的切换控制设备主要是音视频切换矩阵，由于监控中心不可能（也不需要）对每个前端的摄像机配置对应的监视器，所以往往需要在同一个监视器上对若干个摄像机的图像进行轮循显示，而视频切换矩阵就可以完成这个功能8。到目前为止，模拟视频监控系统的技术已经很成熟，而且应用也非常广泛。典型的模拟视频监控系统一般由图像摄像部分、图像传输部分、系统控制部分和显示记录部分四大部分组成，系统组成框图如图2.2所示。模拟摄像机模拟摄像机视频分配矩阵切换显示记录操作键盘云台解码器图2.2 模拟视频监控系统组成示意图2.3.2 模拟视频监控系统存在的问题模拟视频监控系统目前已
34、达到了很高的水平。摄像技术、传输技术、显示技术、系统控制技术都取得了长足的进步，确立了在安全防范系统中的重要地位。但传统的模拟闭路系统具有很多其自身的局限性，主要有以下几点：1、通常只适合小范围的区域监控。有线模拟视频信号的传输距离有限，若采用同轴电缆，当传输大于1000m时，信号容易产生衰耗、畸变、群延，并且易受干扰，使图像质量下降，这就决定了模拟视频监控最适合单个大楼、小的居民区及其它的小范围场所。2、布线工程量大，系统的扩展能力差，对于已经建好的系统，如要增加新的监控点，往往牵一发而动全身，新的设备很难添加到原有的系统之中。3、模拟视频监控系统大多采用录像机作为存储工具，磁带作为存储介质
35、，这种方法不但记录信息量有限，数据的存储会消耗大量的存储介质，而且磁带易变形，磁头、磁带间磨损大，加上采用模拟信号方式记录读取，失真严重，重放的声像质量远不能满足现场的要求，查询取证时也十分繁琐【9】。因此，随着数字技术的发展，图像数据压缩编码技术及标准的改进，芯片成本的不断下降，数字视频监控系统也迅速发展起来。2.4 数字视频监视系统2.4.1 数字视频监控系统简介数字监控系统将数字化视频图像记录与多画面图像显示功能和监视报警功能结合在一起，具有灵活方便等特点。在此基础上，采用高档的工业控制微机、PC 工作站机或者PC 服务器，增加摄像机图像输入路数，提高多画面图像的显示速率、增加对云台和镜
36、头的控制功能，并提供良好的人机交互界面。其重要特点包括：可从多路摄像机的输入图像中任选一路或多路在屏幕上作画面动态显示；数字化硬盘存储及视频解压缩功能，可以完整地记录下摄像机的高清晰度画面，使画面回放时也能达到极高的清晰度；评价多画面分割显示性能优劣的关键是影像处理与显示更新速度和画面的清晰程度；响应报警及连动输出功能；图像经硬件压缩后通过公共电话线或者局域网、广域网远程传输，再以软件解压重现压缩后的视频图像，通过一对调制解调器在公共电话线或者局域网、广域网上发送与接收，在接收端通过软件解压重现画面。数字视频监控系统组成示意图如图2.3所示。模拟摄像机图像采集压缩卡或压缩编码器计算机显示数字摄
37、像机交换机或集线器网卡存储设备云台解码器图像模拟传输网络线传输第一种方式第二种方式图2.3 数字视频监控系统组成示意图目前大部分的数字视频监控系统还是通过视频采集卡将模拟摄像机传输过来的模拟视频图像转换为数字视频图像信号，因此图像采集编码卡是基于PC机的数字视频监控系统中的关键设备，一块卡往往支持一路到四路的视频采集压缩，一台计算机可以插上1块卡到4块卡，从而支持1路到16路视频采集。采集编码卡的质量和性能的好坏直接影响整个系统的可靠性和稳定性。基于PC机的数字视频监控系统采用软件来设计摄像机到监视器的视频矩阵切换、录像、云台和镜头的控制、通过串口连接报警设备的报警信息等。计算机是数字视频监控
38、中心的核心，配备有大屏幕显示器、大容量硬盘，也可再配上光盘录像机。计算机往往采用工业控制计算机，以提高系统的可靠性。数字视频监控系统能充分利用计算机的资源，使视频监控系统随计算机技术的发展而不断进步，同时其开放性的结构特性更可使之与其他多种系统如与消防报警系统、出入口管理系统、楼宇自控系统等实现互动集成。这种模式实际上是处在数字视频监控发展的第二阶段中，是模拟输入/传输、数字视频采集和编码，也就是上图中数字监控系统的第一种方式。数字输出摄像机的出现产生了真正的全数字视频监控系统。数字摄像机直接传输数字化后经过压缩编码的数字视频图像流，通过网络将视频流传输到计算机中。这种数字摄像机还可以就地输出
39、控制信号控制云台解码器。这就是上图中数字视频监控系统的第二种方式。就技术角度而言，数字视频监控系统的第二种方式是未来数字视频监控系统的发展方向，具有很高的先进性和可扩充性。但这两种方式具有各自的应用场合，如果已经具备远程传输的计算机网络，那么上述第二种方式的采用就有了用武之地，性价比很高；如果尚没有计算机网络，第二种方式未必就比第一种方式性价比高。因此，要根据现场的实际情况来设计方案。2.4.2 数字视频监控系统的关键技术 为了更好的设计并实现一个系统，在方案设计阶段理解它其中的关键技术是至关重要的。而本文设计的数字视频监控系统中包含的关键技术可以归纳为以下四个方面: 1、数据存储技术:多媒体
40、数据量较大，因此在介质中所占用的空间也较大，在存储和传输这些信息时需要很大的空间和时间开销，解决这一问题的关键即是数据存储技术。而硬盘是计算机最重要的存储设备10。 2、数据压缩编码与解码技术:数字化视频与音频数据的数据量很大，这将给存储器的存储容量、通信主干信道的传输率(带宽)以及计算机的处理速度带来极大的压力。解决大数据量存储和传输的有效方法是多媒体数据压缩编码技术。采用先进的压缩编码算法对数字化的视频和音频信息进行压缩既节省了存储空间，又提高了通信介质的传输效率，同时也使计算机实时处理和播放视频、音频信息成为可能。如MPEG-1,MPEG-2和 MPEG-46等11。 3、网络通信与传输
41、技术:网络通信与传输技术需要解决在局域网和广域网环境下的视频编码数据包的可靠性传输、数据包定序、低延迟传输、音视频同步、低码率传输、实时解码软件技术等问题，同时，在多用户的网络环境里，还需要考虑应用组播协议，保证网络传输的高效率。4、数据库技术:多媒体数据库除要求处理结构化的数据外，还要求处理大量非结构化数据。多媒体数据库需要解决的问题主要有:数据模型、数据压缩/还原、数据库操作、浏览及统计查询以及对象的表现12。2.4.3 数字视频监控系统的发展许多数字视频监控系统设备中具有图像识别和特征提取的功能，通过图像分析实现运动探测和报警、控制相关的机构，使更具智能化。这些将成为今后数字视频监控系统
42、的主要形式。实际上，目前的部分数字视频监控系统中也开始具备这些功能。以下是一些新功能：1、图像探测将成为防入侵报警探测的主要手段，报警系统误报率高这一问题将会解决。摄像器件本身就是一种光电探测器件，非常适于空间的多位探测和多参数探测。目前应用的视频报警和运动探测是通过对图像信号的亮度电平变化的检测和对图像中不同的点的亮度电平变化的分析来实现报警和对目标运动过程的判断。这是通过对模拟电视信号进行后期处理来完成的，实质上是把摄像机作为一种光强探测器件。2、压缩比的提高。新一代图像压缩技术标准MPEG-4是面向对象的压缩方式，根据图像内容，将其中的对象（物体、人物、背景）分离出来分别进行压缩13。电
43、视数字化解决了数据压缩的问题，使之便于通信，可以利用各种公共信息网络来传送，这就使系统成为一种可以无所不能的、开放的、可以根据要求自动生成的系统。3、摄像机将不再是系统惟一或主要的信源。由于图像处理功能和能力的提高将促使新的成像技术的出现和使用化，如毫米波成像、超声波成像等。这将把电视从可视范围扩大到不可视的范围，而这些新的探测方式将为安全检查和安全防范提高新的手段。在出入口控制系统中的各种特征识别变为模式识别为主，以编码数据的提取变为图像的提取。数字视频监控系统将是具有探测和特征识别功能的综合系统。4、与网络结合起来。数字视频监控系统的网络化将具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系
44、统以实现抢先任务调度算法的快速响应，组成分布式监控系统。5、可靠性的提高，传输质量的有效控制。采用对网络带宽具有自适应功能的流媒体技术，可以提高视频传输的可靠性。数字视频监控系统硬件核软件采用标准化、模块化核系列化的设计，系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方面、人机界面友好以及系统安装、调试核维修简单，系统运行热备份，容错能力强等特点14。3 闭路监视实验系统的设计与实现3.1 项目概况3.1.1实验室环境本项目是在学校工学二号馆517室原来的楼宇智能实验室的基础上实现的，由于原来的楼宇智能实验的闭路监控子实验只是一个简单的演示性实验，远远达不到学生的需
45、要和教学水平的要求。因此老师申请项目买回设备在原来的实验环境上建立实验系统，因此实验室具备远程传输的计算机网络，可以实现网络化的数字视频监控系统而不需要布置计算机网络。另外增加实验实验室的系统布线要考虑空间大小，实验室原来可以利用的实验设备有可以联网的交换机，其中可以通过交换机连接校园局域网设备。另外实验室里有四十左右台已经联网的计算机，可以通过设置不同的用户级别来实现远程浏览和录像回访等功能。实验室里的其它实验子系统可以通过系统集成系统设计实现开放性实验。3.1.2 系统目标闭路监视实验系统应包括闭路监视实验系统的演示和展示性实验、闭路监视实验系统自主型的实验。系统能实现老师的演示现今闭路监
46、视系统的先进功能和主流技术，也能够让学生了解闭路监视的各个部分，系统还具有开放性，可以通过总线技术和各个系统互连。演示实验能把整个实验空间监控起来，老师演示时能监控每个角落，做到监控无盲点。建立最佳系统配置，确保系统先进可靠、并且把造价控制在最低范围内；系统具有扩展的能力，系统能实现进一步的扩容、升级；系统具备高可靠性、安全性。自主型实验系统能使学生了解镜头、云台、云台解码器、摄像机和视频录像服务器的结构，以及它们之间的连接方法，通过连接使学生了解闭路监视系统每一个设备在系统的功能和作用。组成系统学生对闭路监视系统的视频输入和控制信号的输出控制有一个系统性地认识。3.1.3系统总体结构概述本方
47、案包括两个系统：演示展示实验系统和自主型实验系统，两个部分各自独立，却又功能互补，增加学生对闭路监视系统的理解。本实验监控系统演示部分是基于网络的数字视频监控系统，系统主要利用计算机处理技术（计算机图像处理、压缩、传输技术，网络技术），将前端的监控摄像机取得的视频图像信号数字化后经编码压缩通过网络传输到监控中心，再在监控中心将压缩的数字图像信号还原成可供显示的图像信号，并在电脑显示器上显示。由于学校本身就具有互联网接入环境，因此集中监控系统仅需进行简单的系统设备安装就可以实现集中监控功能。 本实验方案以满足实际应用为出发点，在保证系统效果的同时，数据传输方面尽量利用学校现有的设备资源，以求最大程度降低系统造价，同时系统应具备功能完善、高稳定性、低维护性、可灵活扩容的特点。学生自主型实验部分准备采用四个性能较好的模拟摄像枪，通过云台解码器控制吊装云台实现上下左右方位控制，摄像枪上安装镜头，用以实习变焦、倍焦等调焦操作，学生动手安装镜头、云台、云台解码器等设备，使学生对系统的摄像部分有一个系统性的认识，通过同轴电缆连接到视频录像服务器，然后输出到监视器里显示。通过视频录像服务器实现实时图像监控，镜头控制，云台操作等功能。视频录像服务器通过软件管理，可以实现监视功能、录像功能、回放功能、报警功
