視頻監控技術發展過程
視頻監控技術按照主流設備發展過程,可以分為3個大的階段,即20世紀70年代開始的模擬視頻監控階段、20世紀90年代開始的數字視頻階段及近幾年興起的智能網絡視頻監控階段。模擬監控階段的核心設備是視頻切換矩陣,數字視頻階段的核心設備是硬盤錄像機(DVR),智能網絡視頻監控時代沒有核心硬件設備,系統變得開放而分散,設備包括網絡攝像機(IPC)、視頻編碼器(DVS)、網絡錄像機(NVR)及中央管理平臺(CMS)等。目前的實際應用中,各種類型的產品和系統架構均有一定比例,并均將繼續存在一定時間,但從長遠看,智能網絡視頻監控系統代表了視頻監控技術未來的發展方向。
****代視頻監控系統(即模擬視頻監控系統)由模擬攝像機、多畫面分割器、視頻矩陣、模擬監視器和磁帶錄像機(VCR)等構成,攝像機的圖像經過同軸電纜(或其他介質)傳輸,并由VCR進行錄像存儲,由于VCR磁帶的存儲容量非常有限,因此VCR需要經常地更換磁帶以實現長期存儲,自動化程度很低,另外VCR的視頻檢索效率十分低下。
第二代視頻監控系統(即數字視頻監控系統)產生于20世紀90年代,以DVR為主要標志性產品,模擬的視頻信號由DVR實現數字化編碼壓縮并進行存儲。DVR對VCR實現了全面取代,在視頻存儲、檢索、瀏覽等方面實現了飛躍,之后DVR在網絡功能上不斷強化。
第三代視頻監控系統(即智能網絡視頻監控系統IVS,Intelligent Video Surveillance),開始于本世紀初,主要由網絡攝像機、視頻編碼器、高清攝像機、網絡錄像機、海量存儲系統及視頻內容分析技術(Video Content Analysis,VCA)構成,可以實現視頻網絡傳輸、遠程播放、存儲、視頻分發、遠程控制、視頻內容分析與自動報警等多種功能。
模擬視頻監控時代
****代視頻監控系統也叫做閉路電視監控系統,簡稱CCTV(Closed Circuit Television),是完全模擬的視頻監控系統。此類技術產生于20世紀70年代,并逐步得到廣泛應用,直到目前,模擬視頻監控系統仍然因為其長期的應用積累而具有廣大的市場占有率。
閉路電視監控系統的主要組成包括視頻信號采集部分、信號傳輸部分、切換控制部分及顯示與錄像部分,視頻信號采集部分主要為攝像機(鏡頭)及相關配件;信號傳輸部分負責將攝像機的電信號傳輸到矩陣主機或顯示與記錄設備,或反向將矩陣主機(控制終端)的控制信號發送給解碼器以控制鏡頭或云臺動作(統稱PTZ控制)控制等;切換控制部分是系統的核心,主要功能是進行視頻圖像的切換及前端設備的控制;顯示及錄像部分主要為監視器和長延時錄像機,用來顯示和記錄前端攝像機傳輸過來的視頻信號。 1.視頻采集設備 視頻采集設備主要包括攝像機、鏡頭、防護罩、支架、解碼設備、電動云臺等,實現的主要功能是將光信號轉變成電信號。主要視頻采集設備列舉如下: 攝像機(Camer) 鏡頭(Lens) 防護罩(Housing) 支架(Bracket) 解碼器(Decoder) 視頻分配器(Video Distributor) 2.信號傳輸設備
信號傳輸設備主要包括信號收發器、信號放大器、銅纜、光纜等,其主要功能是實現視頻信號的上行傳輸及控制信號的下行傳輸。主要信號傳輸設備列舉如下:
各類線纜及連接器
信號收發器(Sender/Receiver)
信號放大器(Amplifier)
3.切換控制設備
切換控制設備主要包括矩陣控制器、控制鍵盤、控制碼發生器等,主要負責視頻信號的切換及前端設備的控制。主要切換控制設備列舉如下:
矩陣(Matrix)
控制碼發生器
鍵盤(Keyboard)
人機界面(GUI)
4.顯示與記錄設備
顯示與記錄設備主要包括監視器、畫面分割器、磁帶錄像機等,顯示與記錄設備把從現場傳來的電信號在監視設備上進行圖像顯示或記錄。顯示與記錄設備列舉如下:
多畫面處理器(Multiplexer)
多畫面分割器
監視器(Monitor)
磁帶錄像機(VCR)
數字視頻監控時代
數字視頻監控時代的標志性產品是硬盤錄像機,簡稱DVR(Digital Video Recorder)。硬盤錄像機起始于20世紀90年代,在本世紀初得到大規模應用,硬盤錄像機的出現將磁帶錄像機(VCR)送上了末路。硬盤錄像機實質是集音視頻編碼壓縮、網絡傳輸、視頻存儲、遠程控制、解碼顯示等各種功能于一體的計算機系統,其主要組成是視頻采集卡、編碼壓縮程序、存儲設備、網絡接口及軟件體系等。 早期的DVR主要是進行數字化視頻存儲,在網絡傳輸、軟件應用、虛擬矩陣等方面的功能并不十分完善,因此在實際項目應用中,通常DVR與模擬矩陣配合使用,系統的控制和切換仍然由矩陣完成,而DVR僅僅代替了磁帶錄像機,實現對視頻的數字化錄像。硬盤錄像機經過不斷發展、升級,在網絡支持、虛擬矩陣、軟件應用等功能上逐步得到加強,在一些項目中,可以以DVR為系統核心設備,以網絡為支撐,實現視頻監控系統的虛擬矩陣切換、存儲、控制、管理等功能,
在此情況下模擬矩陣不再是必需的。
1.硬盤錄像機的主要功能
與傳統的模擬錄像機相比,硬盤錄像機的優越性表現在很多方面。比如錄像時間長,**大錄像時間取決于連接的存儲設備的容量;支持的視音頻通道數量多,可進行幾路、十幾路、甚至幾十路同時錄像;錄像質量不會隨時間的推移而變差;功能更為豐富,強大的應用軟件支持;聯網能力強,多臺硬盤錄像機聯網可以構成大規模系統。
2.PC式與嵌入式 DVR分為PC式及嵌入式兩個產品形態,兩者各有優缺點,并都有廣泛的實際應用。PC式DVR一般采用工業主板加視頻采集卡的架構,軟件建立在 Windows(或者Linux)操作系統上;嵌入式DVR基于嵌入式處理器和嵌入式實時操作系統,系統沒有PC式那么復雜和功能強大,結構比較單一,產品性能比較穩定。
3.編碼壓縮算法 DVR的關鍵技術是編碼壓縮算法,目前主流的算法是MPEG-4,此編碼算法基于視頻對象進行編碼,考慮到幀內冗余及幀間冗余,可以在有限的碼流下實現良好的視頻圖像質量,是目前大多數廠家采取的壓縮算法。H.264是近幾年興起并得到大力推廣的算法,可以看成是對MPEG-4算法的升級和優化,能夠進一步節省碼流并提供更好的圖像質量。DVR應用中存在的主要視頻編碼方式如下:
MJPEG MPEG-2 MPEG-4 H.264
智能網絡視頻監控時代
智能網絡視頻監控技術在近幾年得到廣泛的應用和發展,智能網絡視頻監控系統的主要構成是網絡攝像機(IPC)、視頻編碼器(DVS)、網絡錄像機(NVR)、視頻內容分析(VCA)單元,中央管理平臺(CMS)、解碼設備(Decoder)、存儲設備等。智能網絡視頻監控系統采用完全分布式的架構,系統架設在網絡上,不受地域空間的限制,利用智能管理軟件可以實現視頻資源的管理、整合、配置、傳輸、調用、存儲、報警、集成等。
1.視頻采集編碼設備 視頻采集編碼設備主要有模擬攝像機、視頻編碼器、網絡攝像機、高清攝像機等,主要完成視音頻信號的采集、數字化、編碼壓縮及網絡傳輸。
2.中央管理平臺(CMS) CMS是網絡視頻監控應用中有關軟件的通稱,其構成形式多種多樣,主要功能是資源的管理、媒體的分發、存儲管理、告警服務、用戶服務等功能。
3.網絡錄像機(NVR) NVR的主要功能是完成視頻的存儲、轉發與回放,與DVR的顯著區別是:NVR不直接與模擬視頻信號連接,其存儲與轉發的是前端設備已經完成編碼的視頻流,因此,NVR必須配合網絡攝像機或視頻編碼器才能構成完整的系統。
4.解碼顯示設備 解碼顯示設備主要將網絡傳輸過來的數字視頻信號還原成模擬信號進行輸出顯示。
5.視頻內容分析(VCA) 視頻內容分析技術(Video Content Analysis,VCA)來源于計算機視覺,它能夠在圖像及圖像描述之間建立映射關系,從而使計算機能夠通過圖像處理和分析來理解畫面中的內容,其實質是“自動分析和抽取視頻源中的關鍵信息”。目前,將部署了視頻內容分析單元的系統稱為智能網絡視頻監控系統(Intelligent Video Surveillance,IVS),IVS將大量的、枯燥的視頻內容分析工作交給了編碼器或計算機,將保安人員從傳統的繁重監控任務中解脫出來,實現系統自動探測跟蹤并觸發報警,保安人員只需要進行錄像查看,確認警情并聯絡相關部門采取措施
成都控制臺報道;