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门禁系统和闭路监视系统

来源:中国绿色数据中心 作者:机房360 更新时间:2009/5/8 12:36:09

摘要:门禁系统是通过计算机、网络型门禁控制器、电子锁、IC卡等设备及相关软件的控制,实现对区域重要出人口人员进出的统一管理的系统。门禁系统最主要的特征就是要求安全、稳定。



二、闭路监视系统

(一)闭路监视概念
闭路电视监控系统是安全技术防范体系中的一个重要组成部分,是一种先进的、防范能力很强的综合系统,它通过遥控摄像机及其辅助设备(镜头、云台等,直接观看被监视场所的一切情况,使被监视场所的情况一目了然。同时,电视监控系统还可以与防盗报警系统等其他安全技术防范体系联动运行,使其防范能力更加强大。
闭路监控系统能在人们无法直接观察的场合,实时、形象、真实地反映被监控对象的画面,已成为人们在现代化管理中进行监控的一种极为有效的观察工具。由于它具有只需一人在控制中心操作就可观察许多区域,甚至远距离区城的独特功能,被认为是保安工作之必须手段,因此闭路电视监控系统在现代建筑中能发挥独特作用。它的用途还相当广泛,例如用于医院的监护室,同时观察若干病人的病情;用于交通中心,监测高速路、港口或地铁的交通流量以及用于学校,保障学生的安全等。在危险的环境中以及在光线昏暗的条件下,这种监视仍可正常进行。闭路电视监控系统还能提供某些重要区域近距离的观察、监视和控制。
系统的主要设备配置包括电视监视器、实时录像机和画面处理器等,用户能够调看任意一个画面和遥控操作任意一台有遥控功能的摄像机。

(二)闭路监视系统组成
监控系统由摄像、传输、控制、显示、录像五大部分组成。
1.摄像装置
这部分是闭路电视保安监视系统的前沿部分,是整个系统的"眼晴"。它布置在被监视场所的某一位置上,其视场角能覆盖整个被监视场所的各个部位。当被监视场所面积较大时,为了节省摄像机的数量、简化传输系统以及控制与显示系统,在摄像机上加装电动的(可遥控的)可变焦距(变倍)镜头,能便摄像机所能观察的距离更远、更清楚;有时还把摄像机安装在电动云台上,通过控制台的控制,可以使云台带动摄像机进行水平和垂直方向的转动,从而使摄像机能覆盖的角度更广、面积更大。总之,摄像机就像整个系统的眼睛一样,它把监视的内容变为图像信号,传送给控制中心的监视器上。摄像装置主要包含摄像机、镜头、云台、解码器箱、报警探头、紧急按钮等。
2.图像的传输
传输部分就是系统的图像信号通路。一般来说,传输部分指的是传输图像信号。但是,由于某些系统除要求传输图像外,还要求传输声音信号,同时,由于需要在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。传输部分的传输介质主要包括视频电缆、控制信号传输电缆、无绳等。
目前机房内以模拟信号传输为主,电视监控信号的传输主要采用同轴电缆。摄像机生成的信号没有进行调制,直接采用基带传送,因此信号频率低,传送距离较远。用75一5电缆可传送250m,完全可以满足机房的需要。
如果采用数字摄像机,则需要利用局域网来传送信号,传输线路就是综合布线系统的双绞线。
3.图像的控制
控制部分是整个系统的"心脏"和"大脑",是实现整个系统功能的指挥中心。控制部分主要由总控制台(有些系统还设有副控制台)组成。其主要功能是对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行遥控,以完成对被监视场所全面、详细的监视或跟踪监视。总控制台上设有录像机,可以随时把被监视场所发生的情况用图像记录下来,以便事后备查或作为重要依据。控制部分的主要设备包括矩阵主机、多媒体控制系统、报警控制机、多画面分割器等。
4.图像的显示设备
显示部分一般由几台或多台监视器组成。它的功能是将传送过来的图像一一显示出来。
在闭路电视保安监视系统中,特别是在由多台摄像机组成的闭路电视保安监视系统中,一般都不是一台监视器对应一台摄像机进行显示,而是几台摄像机的图像信号用一台监视器轮流切换显示,以便节省设备,减少空间的占用。
显示部分的主要设备是监视器。
5.图像的记录设备
记录是由录像机或硬盘录像机完成的。记录的资料便于日后进行核查。闭路电视监控系统的主要技术要求是摄像机的清晰度、系统的传输带宽、视频信号的信噪比、电视信号的制式、摄像机的画质精度和操作功能,以及系统各器件的环境适应度。

(三)闭路监视系统硬件产品介绍及选型原则
  l.摄像机
又称摄像头,相当于监控系统的眼睛。它具有成像和将光信号转变为电信号的功能。严格来说,摄像机是摄像头和镜头的总称。实际上,摄像头与镜头大部分是分开购买的。摄像机分彩色摄像机和黑白摄像机两类。摄像头的主要部件是光电转换器件,采用CCD(chargeCoupleddevice)电荷糯合器件,它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小十天残影等特点,能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移,也可将储存之电荷取出使电压发生变化,因此是理想的摄像元件,是代替摄像管传感器的新型器件。
(1)摄像机的工作原理和分类。
CCD的工作原理是被摄物体反射光线,经镜头聚焦到CCD芯片上,CCD根据光的强弱积聚相应的电荷,经周期性放电,产生表示一幅幅画面的电信号,经过滤波、放大处理,通过摄像头的输出端子输出一个标准的复合视频信号。这个标准的视频信号同家用的录像机、VCD机、家用摄像机的视频输出是一样的,所以也可以进行录像或接到电视机上观看。
CCD传感器的质量是衡量一台摄像机图像质量的重要指标,目前摄像机常用的传感器尺寸有1/2"、1/3"和1/4"三种规格。
按照功能和形式,机房内常用的摄像机可分为:
1)半球摄像机。半球摄像机体积小巧,外部有一个圆弧型防护罩,标准配置中已包括了镜头,。
2)固定式摄像机(枪机),标准配置不带镜头,也没有护罩。


  3)一体化摄像机。包括了变焦镜头、云台的摄像机。
4)网络摄像机。网络摄像机简称WEBCAM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或无线网络传送至终端用户。而远端用户可在自己的PC上使用标准的网络测览器,根据网络摄像机自带的独立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,不可更换;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一c转换器搭配安装。从内部构成来看,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渐成员,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,可同时实现模拟输出和网络数字输出。
(2)摄像机的选型。摄像机是整个监控系统的核心设备,选型时应根据现场环境和用户需求,慎重选择。
1)根据安装方式选择。如固定安装,摄像机多选用普通枪式摄像机或半球摄像机;如采用云台安装方式,则多选用一体化摄像机,特点是内置电动变焦镜头,小巧美观,安装方便,性价比优,也可采用普通枪式摄像机另配电动变焦镜头方式,但价格相对较高,安装也不及一体化摄像机简便。机房内人员较少,监控重点多,因此一般多采用固定式摄像机,配置数量较多,减少死角。
2)根据安装地点选择。普通枪式摄像机既可壁装又可吊顶安装,因此在室内室外使用不受限制,比较灵活;而半球摄像机只能吸顶安装,所以多用于室内且安装高度有一定限制。但和枪式摄像机相比,半球摄像机不需另配镜头、防护罩和支架,安装方便,美观隐蔽,且价格经济。
3)根据环境光线选择。如果光线条件不理想,应尽量选用照度较低的摄像机,如彩色超低照度摄像机、彩色黑白自动转换两用型摄像机、低照度黑白摄像机等,以达到较好的采集效果。需要说明的是,如果光线照度不高,而用户对监视图像清晰度要求较高时,宜选用黑白摄像机。如果没有任何光线,就必须添加红外灯提供照明或选用具有红外夜视功能的摄像机。但不管最低照度指标有多好,黑暗环境下拍摄的画面仍然是有许多噪波点的,因此为了保障重要机房的安全,建议机房内设置24h点亮的长明灯,保证夜间摄像机的图像质量,建议环境照度至少在501x以上。
按照度划分,CCD又分为:普通型,正常工作所需照度1~31x;月光型,正常工作所需照度0.11x左右;星光型,正常工作所需照度0.011x以下;红外型,采用红外灯照明,在没有光线的情况下也可以成像。
4)根据对图像清晰度的要求进行选择。如果对图像画质的分辨率要求较高,应选用电视线指标较高的摄像机。一般来说,对于彩色摄像机,420、450TVL(电视线)都是中解析摄像机,470TVL以上都是高解析摄像机。清晰度越高,价格越高。
5)根据信噪比选择。一般的电视监控系统中信噪比指标要选大于48dB的,这样不仅满足行业标准规定的不小于38dB的要求,更重要的是当环境照度不足时,信噪比越高的摄像机图像就越清晰。
6)镜头的驱动方式一般选用双驱动的,以便随意选用以D驱动或视频驱动的自动光圈镜头。
2.镜头
在电视监控系统中如何根据被监视环境的实际情况,正确选用摄像机镜头是非常重要的,因为它直接影响到被监视面画的效果能否满足系统的设计要求(就画面范围或图像细节而言),所以正确的选用摄像机镜头可以使系统得到最优化配置并可获得良好的监视效果。
(1)镜头的分类及参数。机房电视监控系统使用的镜头,种类大致可分为:
1)广角镜头。视角在90°以上,一般用于机房门厅、大厅等小视距大视角场所。
2)标准镜头。视角在30°左右,一般用于走道、设备的监视。
3)长焦镜头。视角在20°以内,焦距的范围从几十到上百毫米,用于远距离监视。
4)变焦镜头。镜头的焦距范围可变,可从广角变到长焦,用于景深大,视角范围厂的区域。
摄像机镜头就焦距而言又可分为定焦镜头及变焦镜头两种。
在选择镜头时,根据以下五个因素确定镜头标准:
1)监控现场的大小。
2)被摄物体的大小。
3)物距。
4)焦距。
5)CCD靶面尺寸。
根据现场测量数据并通过计算就可以确定镜头的焦距,计算方法为
1/3"CCDF=4.8×L/W或F=3.6×L/H
l/2"CCDF=6.4×L/W或F=4.8×L/H
式中,W为被摄物体的宽度;H为被摄物体的高度;L为镜头到被摄物体间的距离;F为镜头焦距。
另外在选择镜头时还要注意这样一个原则,即小尺寸靶面的CCD可使用大尺寸靶面的CCD摄像机的镜头,反之则不行。因为如1/2"CCD摄像机采用1/3"镜头,则迸光量会变小,色彩会变差,甚至图像也会缺损;反之,则迸光量会变大,色彩会变好,图像效果肯定会变好。当然,综合各种因素,摄像机最好还是选择与其相匹配的镜头。
镜头光圈分手动和自动两种。自动光圈镜头对监控点的光线变化适应性较强,但其价格也明显高于相同焦距的手动定焦镜头。现在市场上的自动光圈镜头的驱动方式分为两大类:1)电源驱动自动光圈镜头;2)视频驱动自动光圈镜头。电源驱动自动光圈镜头是通过镜头内的光感应点感应外部光源的照度来控制光圈的大小;视频驱动自动光圈镜头则是通过视频触发信号来起动光圈,并控制光圈大小。目前市场上大多黑白或彩色摄像机只有一种自动光圈镜头接口,配置镜头时应注意和摄像机的接口兼容性。
(2)摄像机镜头的选择。下面就根据使用环境的不同谈如何正确选用摄像机镜头。
1)手动、自动光圈镜头的选用。手动、自动光圈镜头的选用取决于使用环境的照度是否恒定。
机房监控均按24h不间断运行,机房夜间仍应保证有适当的照明,这样就可选用手动光圈镜头,在系统初装调试中根据环境的实际照度,一次性整定镜头光圈大小,获得满意的亮度画面即可。
对于环境照度经常变化的区域,如照度随日照时间而有较大变化的窗户边,需选用自动光圈镜头(摄像机必须配有自动光圈镜头插座),这样便可以实现画面亮度的自动调节,获得良好的较为恒定亮度的监视画面。
2)定焦、变焦镜头的选用。定焦、变焦镜头的选用取决于被监视场景范围的大小,以及所要求被监视场景画面的清晰程度。
镜头规格(镜头规格一般分为1/4"、1/3"、1/2"和2/3"等)一定的情况下,镜头焦距与镜头视场角的关系为镜头焦距越长,其镜头的视场角就越小;在镜头焦距一定的情况下,镜头规格与镜头视场角的关系为镜头规格越大,其镜头的视场角也越大。所以由以上关系可知,在镜头物距一定的情况下,随着镜头焦距的变大,在系统末端监视器上所看到的被监视场景的画面范围就越小,但画面细节越来越清晰;而随着镜头规格的增大,在系统末端监视器上所看到的被监视场景的画面范围就增大,但其画面细节越来越模糊。在镜头规格及镜头焦距一定的前提下,CS型接口镜头的视场角将大于C型接口镜头的视场角。镜头视场角可分为图像水平视场角以及图像垂直视场角,且图像水平视场角大于图像垂直视场角,通常所讲的视场角一般是指镜头的图像水平视场角。
在狭小的被监视环境中如门厅,狭小房间等均应采用短焦距厂角或超广角定焦镜头,这些镜头视场角均不小于99°或127°,其镜头的视场角范围足以覆盖整个近距离狭小被监视空间。也可根据现场实际情况选用手动变焦镜头,这种镜头非常适合在狭小的被监视环境中使用,在使用时可方便地根据实际需要,灵活实现对被监视场景的"点"或"面"的监视效果。
对于一般变焦(倍)镜头而言,由于其最小焦距通常为6.0mm左右,故其变焦(倍)镜头的最大视场角为45°左右,如将此种镜头用于这种狭小的被监视环境中,其监视死角必然增大,虽然可通过对前端云台进行操作控制,以减少这种监视死角,但这样必将会增加系统的工程造价(系统需增加前端解码器十天台、防护罩等),以及系统操控的复杂性,所以在这种环境中,不宜采用变焦(倍)镜头。
机房设备区经常采用机柜式布局,而机柜的高度一般在2.2m左右,形成了很多的机柜间走道。对这种走道监控比对一般的房间走道监控要求更高,因为设备机柜是并排安装,每个机柜都可能进行操作。为了减少监控死角,能监视到设备的操作行为,一般每条走道都设置摄像机监控。这时应综合考虑镜头的景深和视角的搭配。景深应比较深才能保证走道大部分区域的画面清晰,而这样视角又变大,造成人在画面中比较小,不清晰。所以,应做到兼顾,由于镜头光圈和景深成反比,也可适当控制光圈来控制景深。对于长走道,还应考虑在走道两侧分别设置摄像机。
在开阔的被监视环境中,如操作室、设备较矮的主机房、服务器房,应根据被监视环境的开阔程度,用户要求被监视场景画面的清晰程度,以及被监视场景的中心点到摄像机镜头之间的直线距离为参考依据,在直线距离一定且满足覆盖整个被监视场景画面的前提下,应尽量考虑选用长焦距镜头,这样可以在系统末端监视器上获得一幅具有较清晰细节的被监视场景画面。这种环境中也可考虑选用变焦(倍)镜头(电动三可变镜头)。在选用时也应考虑两点:1)在调节至最短焦距时(看全景)应能满足覆盖主要被监视场景画面的要求;2)在调节至最长焦距时(看细节)应能满足观察被监视场景画面细节的要求。通常情况下,一般选用6倍或者10倍镜头即可。
3)正确选用镜头焦距的理论计算。摄取景物的镜头视场角是极为重要的参数,镜头视场角随镜头焦距及摄像机规格大小而变化(其变化关系如前所述),覆盖景物镜头的焦距可用下述公式计算为:
f=u×D/U
f=h×D/H
式中f一镜头焦距;
U一景物实际高度;
H一景物实际宽度;
D一镜头至景物实测距离;
u一图像高度;
h一图像宽度。
举例说明如下。
当选用1/2"镜头时,图像尺寸为u=4.8mm,h=6.4mm。镜头至景物距离D=3500mm,景物的实际高度为U=2500mm(景物的实际宽度可由下式算出H=l.333U,这种关系由摄像机CCD片的宽高比决定)。
将以上参数代人f=u×D/U中,可得f=4.8×3500/2500=6.72mm,故选用6mm定焦镜头即可。
3.云台
云台是承载摄像机进行水平和垂直方向转动的装置,根据被监视目标的观察范围,确定云台水平和垂直方向的转动角度。云台分球型云台、重型云台、全方位云台、水平云台、室内外云台。在机房中,云台采用室内型,但标准的云台体积比较大,如果需要摄像机转动,建议采用一体式摄像机,更为小巧美观。
4.防护罩
防护罩主要起到保护摄像机和镜头的作用。室内常用的有半球型护罩和枪式护罩两种,与固定式摄像机配套使用。而半球摄像机已经自带护罩,不必单独配置。
5.解码器
解码器位于控制设备和摄像机之间,安装在摄像机附近。它的功能是将从控制系统传来的R别85信号进行解码,将控制指令传给摄像机的云台或者变焦镜头。由于云台、镜头产品众多,各厂家的通信协议并不相同,因此解码器需要能够兼容较多的通信协议,便于连接不同的设备。
6.视频放大器
当视频传输距离比较远时,最好采用线径较粗的视频线,同时可以在线路内增加视频放大器以增强信号强度,达到远距离传输目的。视频放大器可以增强视频的亮度、色度和同步信号,但线路内干扰信号也会被放大。
7.视频分配器
一路视频信号对应一台监视器或录像机,若想将一台摄像机的图像送给多个设备(如一路进监视器、一路进DVR),需要选择视频分配器而不能用并联视频信号线来解决。否则衰减较大,送给多个输出设备后由于阻抗不匹配等原因,图像会严重失真,线路也不稳定。
8.视频矩阵切换器
在闭路电视监视系统中,摄像机数量与监视器数量的比例在2,1到8:1之间,为了用少量的监视器观看多个摄像机所获得的画面,就需要用视频切换器。视频切换器按一定的时序把摄像机的视频信号分配给特定的监视器,这就是通常所说的视频矩阵。切换的方式可以按设定的时间间隔对一组摄像机信号逐个循环切换到某一台监视器的输入端上,也可以在接到某个报警信号后,长时间监视该报警区域的情况,即只显示一台摄像机信号。切换的控制一般要求和云台、镜头的控制同步,即切换到哪一路图像、就控制哪一路的设备,视频矩阵最重要的一个功能就是实现对输入视频图像的切换输出。准确概括就是将从任意一个输入通道输入的视频图像切换到任意一个视频输出通道。一般来讲,一个M×N矩阵,表示它可以同时支持M路图像输人和N路图像输出。这里需要强调的是必须要做到任意,即任意的一个输入切换到任意的一个输出。
另外,一个矩阵系统通常还应该包括以下基本功能:字符信号叠加;解码器可以控制云台、可变镜头和摄像机;报警器接口;可选的音频同步切换矩阵;控制键盘等。矩阵系统还需要支持级联,来实现更高的容量,为了适应不同用户对矩阵系统容量的要求,矩阵系统应该支持模块化和即插即用(PnP),通过增加或减少视频输入、输出卡来实现不同容量的组合。要在一台监视器上同时观看多个摄像机图像,就需要用画面分割器。


  9.画面分割器
画面分割器有四分割、九分割、十六分割几种,可以在一台监视器上同时显示4、9、16个摄像机的图像,也可以送到录像机上记录。四分割是最常用的设备之一,其性能价格比较好,图像的质量和连续性可以满足大部分要求。九分割和十六分割价格较贵,而且分割后每路图像的分辨率和连续性都会下降,录像效果不好。另外还有六分割、八分割、双四分割设备,但图像比率、清晰度、连续性并不理想,市场使用率更小。大部分分割器除了可以同时显示图像外,也可以显示单幅画面,可以叠加时间和字符,设置自动切换,连接报警器材。
10.监视器
监视器是监控系统的标准输出,有了监视器才能观看前端送过来的图像。监视器分彩色、黑白两种,尺寸有9、10、12、14、15、17、2lin等,常用的是14in。监视器也有分辨率,同摄像机一样用线数表示,实际使用时一般要求监视器线数要与摄像机匹配。在机房环境中,机房的摄像机数量有限,监控值班室一般不专门安装电视墙,不少用户采用液晶显示器替换专用显示器。监视器与电视的区别在于没有高频头、整机稳定性好、清晰度高。
11.数字硬盘录像机
以前机房监控的录像主要采用长延时录像机实现。随着计算机信号数字化编码的发展,目前数字硬盘录像机逐渐在机房内占据了主流。硬盘录像机是以计算机硬盘为载体,可记录、回放音视频信号的多媒体设备。其工作原理是将传统意义上的视频和音频信号通过压缩码芯片,转换成为MPEG或H.264格式的文件,并保存在硬盘上。
数字硬盘录像机(digitalvideorecorder,DVR)集磁带录像机、画面分割器、视频切换器、控制器、视频服务器、远程传输系统的全部功能于一体,可连接报警探头、警号,实现报警联动功能,还可进行图像移动侦测、可通过解码器控制云台和镜头、可通过网络传输图像和控制信号等。与传统模拟监控系统相比,硬盘录像机一个最显著的特点就是功能强大,可方便实现网络监控及分控,具有模拟系统无法比拟的优越性。数字硬盘录像机是安防行业发展的一个新趋势,将迅速地替代传统模拟系统设备。
(1)硬盘录像机的分类。DVR目前有两种类型的产品:工控式和嵌入式。
工控式:工控式采用工控机箱做外壳,内部采用基于x86的PC主板或工控主板,同样配置有系统硬盘、内存、键盘、鼠标、显示器、显卡等常规PC的配件。用于录像的硬盘以扩展模式,通过lDE接口连接主板。操作系统采用的是Windows或Linux操作系统。关键部件视频采集卡直接插在主板的PCI接口上。可见其实质就是PC架构十采集卡十扩展硬盘的模式。由于采用通用的操作系统,其可靠性一般,不宜在无人值守的环境应用。


  嵌入式:采用高速嵌入式微控制器和工业嵌入式操作系统(如P505、RTOS),完全脱离PC机平台。我们平时接触和熟悉的诸如DOS、Windows、Linux等电脑操作系统都是通用操作系统,它们针对的是PC或是功能更为强劲的工作站。为了最大幅度地兼容各种软硬件产品,充分发挥它们各自的功能,通用操作系统一般都面面俱到、功能强、体积庞大,但反而造成了稳定性的降低。与这些操作系统不同,嵌入式DVR中的操作系统不是非常的庞大,但却要求可以在实时的环境中工作,并能在较小的内存空间中运行,只执行某些特定的任务(如DVR的录像)。这种操作系统称为嵌入式实时操作系统。
系统稳定性很好,消除了死机、电脑病毒感染,操作方便,所有参数保存在EPROM中,掉也不丢失;硬盘即插即用,无须格式化。主板采用all-in-one单板集成系统,无须散热片,功耗低。
从上面的比较可以看到,嵌入式DVR最主要的优点就是稳定。
(2)视频编码技术。目前监控中主要采用MJPEG、MPEGl/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC等几种视频编码技术。对于最终用户而言,最为关心的主要有清晰度、存储量(带宽)、稳定性还有价格。采用不同的压缩技术,将很大程度影响以上几大要素。数字硬盘录像机的关键技术是视频压缩技术。目前主流的压缩标准是MPEG4和H.264标准。在相同的图像质量下,H.264所需码率约为MPEG4的61%,压缩比更高,可以节约存储空间。MJPEG(MotionJPEG)压缩技术,主要是基于静态视频压缩发展起来的技术,它的主要特点是基本不考虑视频流中不同帧之间的变化,只单独对某一帧进行压缩。
MJPEG压缩技术可以获取清晰度很高的视频图像,可以动态调整帧率、分辨率。但由于没有考虑到帧间变化,造成大量冗余信息被重复存储,因此单帧视频的占用空间较大,目
前流行的MWEG技术最好的也只能做到3kbit/帧,通常要8~20k。
MPEG-l标准主要针对SIF标准分辨率(NTSC制为352×240;PAL制为352×288)的图像进行压缩。压缩位率主要目标为1.5Mb/s。相较MJPEG技术,MPEG-l在实时压缩、每帧数据量、处理速度上有显著的提高。但MPEG-l也有较多不利地方:存储容量还是过大、清晰度不够高和网络传输困难。
MPEG-2在MPEG-l基础上进行了扩充和提升,和MPEG-l向下兼容,主要针对存储媒体、数字电视、高清晰等应用领域,分辨率为:低(352×288),中(720×480),次高(1440l0×80),高(1920×l080)。MPEG-2视频相对MPEG-l提升了分辨率,满足了用户高清晰的要求,但由于压缩性能没有多少提高,使得存储容量还是太大,也不适和网络传输。
MPEG-4视频压缩算法相对于MPEG-l/2在低比特率压缩上有着显著提高,在CIF(352×288)或者更高清晰度(768×576)情况下的视频压缩,无论从清晰度还是从存储量上都比MPEG-l具有更大的优势,也更适合网络传输。另外MPEG-4可以方便地动态调整帧率、比特率,以降低存储量。
H.264集中了以往标准的优点,在许多领域都得到突破性进展,使得它获得比以往标准好得多的整体性能:和H.263+、MPEL4SP相比,H264最多可节省40%的码率,使存储容量大大降低;
H.264在不同分辨率、不同码率下郡能提供较高的视频质量;H264采用"网络友善"的结构和语法,便其更有利于网络传输。
(3)视频编码分辨率的选择。目前监控行业中主要使用以下分辨率:SQCIF、QCIF、CIF4CIF。
SQCIF和QCIF的优点是存储量低,可以在窄带中使用,使用这种分辨率的产品价格低廉;缺点是图像质量往往很差、不被用户所接受。
CIF是目前监控行业的主流分辨率,它的优点是存储量较低,能在普通宽带网络中传输,价格也相对低廉,它的图像质量较好,被大部分用户所接受。缺点是图像质量不能满足高清晰的要求。
4CIF是标清分辨率,它的优点是图像清晰。缺点是存储量高,网络传输带宽要求很高,价格也较高。
12.视频服务器
从某种角度上说,视频服务器可以看作是不带镜头的网络摄像机,或是不带硬盘的DVR,它的结构也大体上与网络摄像机相似,是由一个或多个模拟视频输入口、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构成。视频服务器将输入的模拟视频信号数字化处理后,以数字信号的模式传送至网络上,从而达到远程实时监控的目的。由于视频服务器将模拟摄像机成功地"转化"为网络摄像机,因此它也是网络监控系统与当前CCTV模拟系统进行整合的最佳途径。
视频服务器除了可以达到与网络摄像机相同的功能外,在设备的配置上更显灵活。网络摄像机通常受到本身镜头与机身功能的限制,而视频服务器除了可以和传统摄像机连接之外,还可以和一些特殊功能的摄像机连接,例如低照度摄像机、高灵敏度的红外摄像机等。
目前市场上的视频服务器以1路和4路视频输入为主,且具有在网络上远程控制云台和镜头的功能。另外,产品还可以支持音频实时传输和语音对讲功能,有的视频服务器还有动态侦测相引发事件后的报警功能。


  (四)闭路监视软件介绍和常用功能
1.常用概念
通道:音视频压缩卡的一个输入。通常,一个摄像头对应一个通道。
预览:指视频信号自摄像头进入压缩卡,经模/数转换后,直接送到显示缓冲区,在屏幕上显示出来。可见,只是预览并不会明显地消耗系统资源。在视频实时预览的同时,监听某一通道的声音,称为声音实时预览。
录像:指视频信号自摄像头进入压缩卡,经模/数转换后,按照特定压缩标准进行压缩处理,转化为体积很小的多媒体数据流写入硬盘,形成多媒体文件。
当前通道:当用户在某个通道预览区单击鼠标左键,则该预览区显示一高亮外框,表示选中状态,即处于当前通道状态。这时可针对当前通道进行单独的操作和设置。
自动状态:又称预约状态。在用户合理设置了一段时间内的自动录像(报警,任务工作表后,打开自动开关,使系统工作于自动状态,则系统自动进行工作内容检测,在特定工作时段,完全依据工作表设置进行工作,不需人工干预。使系统处于自动状态工作,在目前各监控行业使用得比较广泛。
软件移动侦测:指依靠检测图像的移动剧烈程度来判断是否进行报警。在固定帧间隔内分析两幅取样帧的像素差异,计算出全部像素差异的百分比,将此数值与软件预设的灵敏度(阀值)相比较,若前者比后者大,说明图像移动比率超过了阂值,则系统发出一报警信号。
这是一项对资源消耗很大的工作,由压缩卡完全完成,不会影响到主机运行效率。软件系统收到此报警信号后在界面上表现出来,同时开始录像。
探头侦测:又称硬件侦测。借助报警探头与报警卡完成报警任务。典型作法是软件检测到报警信号后,立即打开蜂鸣器发声。一般情况下,探头侦测用在报警灵敏度比较高的非软件侦测环境。所用探头包括红外、烟感、湿度、声音等。本系统支持多对多探头侦测设置。
预录像:用于侦测上的术语,指系统保存在报警信号来临时刻之前一定时间的录像数据,与报警录像配合,便于用户对报警前后的情景进行分析。
报警录像:指报警信号来时,系统立即进行录像,详细记录下现场情景。对每次报警信号,系统报警录像2~4min,如果在报警录像期间,有另一次报警信号来临,则报警录像再延长2~4min,以此类推,直到2~4min之内没有报警信号再次来临,系统将结束报警录像,转为侦测状态。
抓帧:包括预览抓帧及回放抓帧两种。
预览抓帧:在预览状态下,保存下特定通道预览画面申的一幅图片。
回放抓帧:在录像回放状态下,保存下录像画面中的一幅图片。
回放:用户按特定的搜索条件,找到对应的录像文件并播放。
日志:记录系统研发生的重要事件,如录像、报警、清盘、网络监视请求等信息。用户可依据系统日志分析所需信息,比如用户设置某个通道开始录像,系统会将开始录像作为一个事件记入日志。日志中包含事件类型、日期、时间、事件描述、用户等。
2.闭路监视软件的功能
视频压缩、录像和预览:各通道图像可同时压缩、录像和预览。录像分为实时和非实时。所谓实时就是指进行录像的通道按照25帧/s进行录像,这样才能保证在回放时不会出现跳动的感觉。一般DVR的监视画面是实时的,但录像回放则不一定,选择时应注意。
多画面显示:一个屏幕上可以同时显示1、4、9、16路摄像机信号。这个功能用软件的方法实现了画面分割器的功能,还可以实现多画面轮流播放。
音频采集:与视频画面等量对应的多通道音频同时采集,视频音频应同步。
循环录像:支持多硬盘自动盘满循环录像。若用户禁用或拆除某一物理磁盘,在系统中的反映只是忽略该磁盘上录像数据,而绝不会导致系统崩溃。
录像效果调整:在预设录像质量的前提下,依据信号复杂程度,其录像文件在30~220M/h之间,在监控画面变化不大的情况下,文件尺寸大约为100M/h左右,可根据需要调整录像效果和预览效果,并应兼顾到记录效果和记录时间的协调。
录像回放:可以随机检索录像文件、报警文件、报警预录像文件、预览抓帧文件和回放抓帧文件。支持回放申的快放、慢放、放大、缩小、变速、抓帧、数帧等。
报警联动:支持报警并触发录像,可以是外部(报警探头)探测信号报警或(软件侦测)图像移动报警。
报警区域设置:报警区域越多,系统资源开销越大。在本系统中,移动侦测最多可支持每画面8个报警区域。
报警灵敏度控制:支持报警灵敏度的调整;灵敏度数值越低则越灵敏。
报警地图定位指示:报警触发后,屏幕上显示地图和报警点的位置,非常直观。
报警预录像:支持报警触发前1~1205的预先录像处理,实现不丢失有用信息。
预约录像:支持按照预先设定的元人值守工作时间表进行自动工作。
云台控制:支持本地或远程对云台镜头的控制,包括各方位调节镜头、调光圈、调焦距、调变倍、调雨刷、调自动等。
网络传输功能:可通过远程网络(局域网、广域网)实时传输录像音视频信号。依据不同的通信线路,其传输帧率可调。一般也支持电话线传输,依据图像复杂程度,约6~8帧/s;一般在连接带宽大于33.6kb/s时,客户端可同时连接主机4通道。在扩展DDN256kb/s线路上可传输25帧/s全质量视音频信号,在ADSL上可传输两通道25帧卜全质量视音频信号,网络延时在ls以内。
客户端软件可直接与服务器主机相连,同时客户端软件本身又可以作为服务器,为另外的客户端提供音视频信号。整个网络体系形如金字塔,可以一直级联下去。由于网络延时很小,所以网络端支持对主机进行云台操作。
用户管理:支持按操作权限进行用户管理。可以方便地增、删、变更用户。
日志查询:系统忠实记录每一次有价值的事件。用户通过分析系统日志,可以查明每天研发生的事件,有利于分析现场、发现实情、解决纠纷。

(五)闭路监视和其他系统的联动
1.联动的功能
监控系统通常需要和报警信号进行联动,从而实现以下功能。
(1)联动录像。联动录像主要目的是为了节约硬盘空间,延长记录时间,同时屏闭掉无用信息,在机房内没有人员活动时,不进行录像。采用MPEL4技术,用CIF精度(352×288)录像时,每路信号每小时约占用80~160M硬盘空间,对硬盘容量要求较高。录像文件大小随几个条件而变化:活动信息越多,记录容量越大,图像背景越暗容量也会增大。为了减少录像资料容量,延长记录事件,首先应保证图像信号稳定,信噪比高、画面干净;其次应保证适当的环境照明;最后还可采用联动录像。联动录像可以使用前面所说的软件移动侦测功能,但由于一些环境因素,实际中还是会发生误报误录、漏录的情况。这时,建议采用更为可靠的报警信号实现联动录像。对于开敞的区域、走道,如需要对其进行监控录像,报警信号的来源可以是报警控制器连接的双鉴探头。通过探头检测到人员移动后,将信号传递给报警控制器,控制器再将信号传给录像机,实现联动录像。
对于门口,可采用红外、双鉴报警探头,也可采用对射传感器,更加灵敏。利用门磁开关,对门的每一次开或关的前后一段时间进行录像,使用时需要保证门的常闭状态,这种方式常和装有门禁的门配合使用。对于非走道、门口等人员活动大的场合比较适合联动录像,但对办公室等人员相对固定的场合,采用红外或移动侦测有一个问题不易解决:当人基木不动作时(如坐着使用电脑),移动侦测容易漏录,双鉴探头也是针对移动物体进行报警,这时也会漏报,造成漏录。因此,应根据这一特点合理选择记录模式,避免漏录盲点。
(2)云台自动定位。采用带云台的摄像机时,可以通过和报警系统的联动,实现机房内那个位置的探头报警,摄像机马上自动定位旋转到报警的探头方向并开始录像。这个功能需要云台事先有定位设定。
2.报警探测器
报警信号的采集需要通过报警探测器实现,常用的报警探测器如下。
(1)红外线探测器(简称红外探头)。任何物体因表面热度的不同,都会辐射出强弱不等的红外线。不同的物体所辐射的红外线波长亦有差异。热感红外线探测器即用此原理来探测人体。红外探测主要用来探测人体和其他一些入侵的移动物体,当人体进入探测区域,稳定不变的热辐射被破坏,产生一个变化的热辐射,红外传感器接收后进行放大、处理,发出报警信号。由于暖气、空调等电器影响,红外传感器会产生误报,所以设备中又添加了微波探测器。
(2)微波物体移动感知器(微波探头)。利用高频无线电波的多普勒频移来作为侦测手段,适合于开放式空间或广场。微波是一种频率非常高的无线电波,波长很短,容易被物体反射,根据入射波和反射波的频率漂移,就可以探测出入侵物体。
(3)红外微波双鉴探头。红外微波探头是报警系统中最常用的设备之一,它的价格一般在300~900元之间。它的工作原理集红外和微波于一身。当红外和微波探测器同时有报警信号时,探头才会有报警输出,降低了误报的可能。红外微波探头有多种型号,对应不同的探测距离,有的探测一个扇形区域(壁装式),有的探测一个狭长地段(幕帘式),有的是360。探测(吸顶式),一定要根据具体需要选择合适的型号,这样才能达到预期效果。探测器的灵敏度一般是可以调节的。
(4)门磁开关。与门禁系统中使用的门磁开关相同。
(5)玻璃破碎感知器。它利用压电式微音器,安装在玻璃的对面位置,由于只对高频的玻璃破碎声音进行有效的检测,因此不会受到玻璃本身的震动而引起反应。
(6)主动红外对射探头。主动红外对射探头是利用光束遮断方式报警的探测器。当有物体穿越监控防护区时,遮断不可见的红外线光束而引发警报,常用于室外围墙报警。它总是成对使用,一个发射,一个接收。发射机发出一束或多柬人眼无法看到的红外光,形成警戒线,有物体通过时,光线被遮挡,接收机信号发生变化,放大处理后报警。红外对射探头要选择合适的响应时间,太短容易引起不必要的干扰;太长会发生漏报。通常以lOm/s的速度来确定最短遮光时间。若人的宽度为40cm,则最短遮断时间为20ms。大于20ms报警,小于2Oms不报警。
(7)烟雾探头。烟雾报警探头有光电式和离子式两种,前者利用烟雾遮挡光路发出报警,后者则利用自身的传感器,感应空气中的离子浓度,不同的传感器感知不同的气体(如煤气),常用的是为防火而设的探测碳离子浓度的烟感探头。
报警探测器和DVR的连接有两种模式:报警信号可以直接通过干接点连接到DVR的信号输入端子,也可以先连接到报警控制器,再通过串口连接到DVR。第二种方式需要保证DVR支持报警控制器的通信协议才可实现。

(六)闭路监视系统的供电
电视监控系统应由可靠的交流回路单独供电,不应与其他负载混用。摄像机由控制中心集中供电,以防止突然断电影响整个系统,也为今后的工程维修及管理创造条件。对于24V直流供电的摄像机,建议直流电源按照每台一个进行配置,因为电源故障是影响系统的主要因素之一,如果某个直流电源发生故障,则只影响到一路信号。
系统供电应采用UPS不间断供电,保证不受到停电事故的影响。
系统接地宜采用一点接地方式。采用专用接地方式时,接地电阻不大于4Ω当系统采用联合接地时,接地电阻不大于lΩ。

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