視頻監控系統整體框架設計與功能實現的論文

隨着計算機技術、通信技術的發展，監控系統也在不算引入高科技手段，基於視頻監控要求圖像清晰，數據完整、實時、準確、真實的特性，對各類硬件設備的選型以及軟件系統架構的設計都提出了更高的要求。數字化的視頻監控系統具有功能強大、成本低廉、使用靈活等優勢，已經廣泛的應用到人們生產生活的各個領域。如何將現代化的現金技術運用到視頻監控系統中，始終是人們研究的重要課題。

1 視頻監控系統總體要求

1）設計原則

（1）數字化原則

該系統的設計要充分利用計算機的快速處理能力，對數字化的視頻信號進行壓縮，通過對視頻斥力與分析，及時發現異常狀況並報警。當視頻信號數字化之後，可以將視頻序列存儲到硬盤中，與視頻錄像相比，硬盤更能對視頻進行長期保存，方便再利用，通過計算機建立索引，在短時間內就能夠找到相應的現場記錄。

（2）網絡化原則

數字監控視頻在經過壓縮之後，會佔用較小的寬帶，節省傳輸開銷，數字信號的抗干擾能力較強，一般不會受到信號衰弱的影響，比較適合遠距離的傳輸，在傳輸過程中進行加密處理。網絡化原則主要指可以實現分佈式監控，系統前端的視頻信號可以直接進入互聯網，被授權的用戶可以在任何地方對現場進行監控，實現多個終端同時監控。

（3）智能化原則

計算機視頻監控系統的設計要遵循智能化的原則，合理利用視頻分析技術、多媒體技術以及人工智能技術，自動的從原始信息中提取有用信息，非常便捷的完成人力很難完成的任務。通過圖像識別技術與移動目標檢測技術可以分析統計目標的類型、速度、運動方向等信息。通過跟蹤技術也可以識別移動目標，從而監視目標的整個移動過程。

（4）可靠性原則

作爲視頻監控系統，可靠性是其他實用功能的前提基礎，也是預防措施以及事後舉證的前提。首先，在進行設備選型時，攝像錄像設備、傳輸設備等都要選用一流的設備，露天設備需防雷防水防塵，避免因爲硬件問題影響監控效果。其次，安裝時需要考慮各設備之間的接口是否匹配、監控探頭之間的距離是否合適、周圍環境是否存在影響傳輸信號的干擾因素等等。再次，在設計網絡拓撲以及硬件組架時需要採用一些容錯以及備份的方案，提高系統的容災能力，單獨某一臺設備的故障不能影響其他設備，且之前的數據可以儘量的得以保存[1]。

2）設計思路

（1）高清採集

採用高清攝像機實行全方位覆蓋，根據現場實際環境的不同，選擇球形、半球、或者槍式攝像機，根據實際需求的不同選擇模擬、數字或者網絡攝像頭。

（2）平穩傳輸

可採取室外部分光纖傳輸，室內部分接入交換機彙總之後在利用光纖傳給監控中心。室內傳輸部分在限制走線距離的基礎上確保不超過交換機的最大傳輸能力。

（3）集中監控

配備監控室，部署NVR以及顯示終端，作爲指揮控制中心實現都系統各模塊的`調度與控制。通過NVR對信號進行解碼，並連接液晶顯示器做直觀展現。

（4）集中存儲

對前端攝像設備採集的視頻數據進行集中存儲管理，設置合理的存儲週期，以便後續查看、回放以及舉證之用。

3）功能需求

（1）良好的成像性能

無論是晴朗天氣，能見度優異的情況，還是夜間、雨天霧天以及能見度較低的情況，都要求可以具備良好的成像性能，這就要求在選擇設備時充分考慮各方面的性能指標。

（2）可以控制前端設備

可以控制前端攝像頭，實現遠程變倍、調焦、控制燈光輔助等動作，必要時還需要進行抓拍、對某一目標給予特寫等等，這就要求視頻監控系統在設計時增加實現控制前端設備的需求。

（3）支持影像存儲與回放

視頻監控系統除了實施監測之外，在有事件發生時也是很好的舉證措施，因此要求可以回放至事件發生時間，調用查看當時的實時影像，供有關人員查詢以及舉證[2]。

（4）火苗煙霧探測預警

在一些需要防火的區域，需要在視頻監控系統中增設火苗以及煙霧探測功能，便於及時預警，減少損失。

2 視頻監控系統整體框架設計

1）拓撲結構

2）視頻監控系統功能模塊設計

視頻監控系統主要由以下3大模塊構成：

1）前端設備

前端設備即監控攝像頭，是採集數據信息的窗口，而視頻數據是監控系統的依據以及憑證。因此，根據現場的實際情況無論採用模擬攝像頭、數字攝像頭、網絡攝像頭還是混合使用多種類型，必須確保以下幾個方面：首先，確保覆蓋面，保證數據完整性。其次，確保攝像頭穩定，視頻清晰，保證數據可用性。再次，確保傳輸後不失幀，保證數據準確性。

2）傳輸設備

傳輸設備指的是前端攝像機與監控中心之間的傳輸鏈路，包括電源線路、無線網橋等。爲了確保數據的實時、完整、準確，傳輸設備必須平穩高效的運行。

3）監控中心

如果說前端設備是視頻監控系統的眼睛，那麼監控中心就是視頻監控系統的大腦，包括控制、存儲以及顯示三大方面，對前端設備的控制以及後端顯示設備的呈現都有監控中心來負責統一調度[3]。

3 視頻監控系統功能實現

1）前端監測設計

前端監測模塊是整個視頻監控系統的數據源頭，負責採集每個監控點的視頻信號傳輸至視頻處理設備。因此可以說攝像機起着至關重要的作用。

（1）攝像機的要求

首先，成像必須真實且清晰。攝像機的核心組件是圖像傳感器以及處理芯片，針對不同的領域其優化方案其實是不同的，如果是電視系統可能對成像處理上顏色鮮豔一些可以達到好的視覺效果，其他安防監控則需要成像必須真實，包括膚色、衣服車輛等的顏色都要求與實際一致。對於攝像機來說，傳感器的線數越高，解析的精細度越高。其次，攝像機需要適應多種環境。室外監控的露天環境經常會受天氣影響，因此，對攝像機的防雷防水防塵耐熱等性能都是一種挑戰，必須確保在各種惡劣複雜的環境下都可以平穩的運行。再次，攝像機需要操作簡單。爲了監控的隱蔽性，一般都會選擇安裝在高處，摘取更換相對來說都比較困難，因此，最好可以提供遠程操作菜單，對於一些簡單的調試以及參數修改等操作可以遠程控制，不必爬上爬下。

（2）攝像機的選型

a）根據安裝方式。如果採用固定安裝，選用槍式攝像機或者半球攝像機；如果採用雲臺安裝，會選用一體化攝像機。當然也可以採用槍式攝像機再額外配備電動變焦鏡頭，但如此一來價格就會偏高了，而且安裝也會更加複雜。

b）根據安裝地點選擇。槍式攝像機不受室內室外限制，壁裝、吊頂都可以；半球攝像機只能吸頂安裝，一般多用於室內[4]。

c）根據環境光線選擇。如果光線條件不理想，應儘量選用照度較低的攝像機。如果這種情況下用戶對清晰度要求又比較高，那麼優先選用黑白攝像機。必要時需要添加紅外燈或者選有紅外夜視功能的攝像機。

d）根據清晰度要求選擇。如果分辨率要求比較高，應選用470線以上的高解析攝像機。

2）鏈路傳輸設計

當前最常用的是同軸電纜、光纖、雙絞線等介質，針對圖像質量、傳輸距離、傳輸成本以及安裝維護難度的不同，應選擇不同的傳輸方式。

（1）不超過80米，建議使用雙絞線， 100米以內也可以考慮五類全銅國標線。

（2）室外監控點分散且距離遠，建議光纖收發器+光纖方式。

（3）室內監控點先接入交換機，再光纖傳給監控中心。

（4）幾公里到幾十公里的遠距離傳輸或者有電磁環境時，建議採用光纖傳輸。

3）監控中心設計

監控中心是整個系統的大腦，是整個系統的指揮、調度、監管中心，因此必須保證其7×24小時平穩運行。

（1）監控模塊的監控主機負責圖像的採集以及處理工作，並且支持對前端設備的控制功能以及對視頻的相關參數設置。

（2）存儲模塊負責視頻的存儲，是後續查看、顯示以及回放的數據來源，可基於網絡實現存儲。

（3）回放模塊能夠實現用戶自主選擇時間，並且支持即時回放、常規回放、標籤回放、快進快退等功能，並且與此同時不影響數據存儲。

（4）顯示模塊由臺液晶顯示器組成，將傳送過來的視頻圖像顯示出來，包括操作NVR的顯示器以及集中顯示牆。顯示器與NVR視頻輸出接口連接，實現實時顯示視頻影響。

（5）預警模塊主要負責接收到前端傳輸的火苗、煙霧、震動等信號及時發出警告，儘量避免各方面的損失。

4 視頻監控系統在現實生活中的應用

隨着計算機技術的發展，基於計算機技術的視頻監控系統已經廣泛應用於諸多領域。其中，應用的行業包括但不限於以下部分：機房、金融（銀行、自動存取款機）、交通（高速路、隧道、橋樑、鐵路、機場、港口）、軍事（邊防哨所、軍械庫、危險品生產場所）公安（監獄、看守所）、煤炭（礦井）、石油化工存在人身傷害的危險環境、醫療（手術室、重危病房、藥房）、文物（文物、檔案館）、教育（圖書館、實驗室、考場）、物業（居民小區）、江河防汛，森林防火。這些領域採用基於計算機技術的視頻監控系統無論是在安全防範、信息獲取還是指揮調度方面都起到了至關重要的作用[5]。

5 總結

視頻監控系統已經廣泛應用於各個行業，爲人民的生活提供極大的便利與安全保障。但是如何部署一套影像清晰、數據實時準確且安全可靠的視頻監控系統仍值得深思。根據實際環境選擇攝像機類型，根據實際需求完成硬件組網架構，建設功能強大、操作簡單、維護方便的視頻監控系統將會是一項需要長期摸索的工作。