基于IP网络数字远程视频监控系统的设计

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第一部分 数字远程视频监控系统基本原理
" y, ~$ {+ e) u4 ]5 C1 W" E第一章 远程视频监控概述
所谓“视频监控系统”就是通过对视频的监视，结合安防控制来达到对监控目标的监视、控制、安全防范及智能管理，它是一种防范能力较强的综合管理系统。随着计算机、网络以及图像处理、通信传输、自动化技术的发展，视频监控技术也有了质的飞跃。
1.1 视频监控系统发展历程简述
( c( w- K7 d4 }. ~早期的视频监控我们可以称其为闭路监视系统，闭路监视系统是由于摄像机、监视器（电视机）的出现而发展起来的。早期是以一个摄像机对一台监视器（电视机）的监视为主，主要用于范围很小的视频监视；继而出现了视频切换设备，改变了摄像机和监视器（电视机）的一对一方式。随着微处理器技术出现，闭路监视系统加入了部分控制功能，但还没有跨出本地监视；到了九十年代，计算机多媒体技术、通信技术有了较快的发展，先后出现了数字控制的模拟视频监控和数字视频监控，人们开发出了视频捕捉卡，并将其与PC机结合，可以称其为多媒体视频监控系统了；九十年代末期，数字视频技术发展较快，计算机多媒体硬盘监控录像系统出现了，也就有了数字多媒体视频监控系统；到了本世纪，出现了嵌入式视频编码器，同时结合通信、计算机、网络、图像编码和自动化技术，基本满足了人们对视频监控的要求，这时可以称为远程智能数字视频监控系统。

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1.2 视频监控传输通道和接口
有线传输通道：
6 }% k9 y- `( W! b1 C3 d$ ~ A　　同轴电缆（早期的传输通道，主要是用于本地小范围模拟监控），电话线（用于对图像质量要求不高的情况下），计算机网络、光纤；
5 W+ q6 I5 X; {- Z/ T无线传输通道：
, H* z" g3 [/ z& N& D! y- J0 E　　卫星、微波、一点多址、无线网桥、手机。
1 {2 H5 | y/ U视频监控传输接口
p9 ]. u9 c: ^/ ~　　ISDN、DDN、V.35、2M、RJ45(IP)、光纤、ATM等；
1.3 H.261技术标准
8 K9 w3 [4 H. ]8 t3 ^& JH.261 的视频编码标准出現在 1990 年的 ITU。H.261是基于ISDN上视频会议的标准，引进了诸如动画预报和块传输等特性，这些都为生成高质图片奠定了基础，但H.261在动画信息的处理总量上有所限制。H.261 的格式有二种，分別有不同的解析度：
*QCIF：176x144
$ [" k7 j; p2 o7 [8 `/ P% u; O8 T*CIF：352x288
　　H.261 的 fps (frames per second) 可以达到 7.5, 10, 15 与 30 fps。由于 H.261 一开始是架构在 ISDN B 上面，而 ISDN B 的传输速度为 64 Kbps，所以 H.261 也被称为 Px64 (x = 1 to 30)。由于H.261对带宽的需求也很大（64kbps到2M bytes），所以主要定位在电路交换网络系统。 CIF 全名为 (Common Intermediate Format)，主要是为了要支援各种不同解析度的电影而被定义出来，例如 NTSC, PAL, SECAM 电视系统。而 QCIF 则是 Quarter-CIF 也就是 CIF 解析度的一半。
1 X' S& z: b5 k) B; w1 |除此之外，H.261 也可以說是 MPEG-1 标准的前輩。
; h, B( B+ O! }. w1.4 H.263 技术标准
　　H.263 是 H.261 的加强版，诞生于 1994 年 (ITU)。H.263 开始支援 PSTN，不过要特別说明一点，H.263 比 MPEG-1 还要晚出现，而且 H.263 还是基于 MPEG-1 而发展。
+ R( w1 V/ n9 WH.263 的标准共支援五种不同的解析度，分別为：
*Sub-QCIF：128x96
9 w/ ?7 J+ b9 g6 V, O5 o*QCIF：176x144
*CIF：352x288
*4CIF：704x576
*16CIF：1408x1152
传输速度为 8 Kbps ~ 1.5 Mbps。除此之外，H.263 也是 MPEG-4 标准的基础。
H.263视频压缩技术图
. t, H0 v6 Z3 e/ m3 x9 d新的H.263经过不断地完善和多达9次的升级已经日臻成熟，如今已经大部分代替了H.261，而且H.263由于能在低带宽上传输高质的视频流而日益受到欢迎。尤其是对IT管理员们来说，由于H.263的应用而提高了带宽，降低了存储成本，而且对正在网络上运行的其他重要语音和数据应用不会形成干扰，所以会倍感轻松。另外，H.263算法也能根据不同的条件而被修改，以达到更好的压缩效果，对用户而言，这也给他们更大的选择空间以满足其不同的商业应用需求。
/ z- p) W _4 X9 l; v1.5 MPEG-4技术标准
　　MPEG-4标准主要应用于视像电话(videophone)，视像电子邮件(Video-Email)和电子新闻(Electronic-news)等，其传输速率要求较低，在4800-64000bits/sec之间，分辨率为176X144。MPEG-4利用很窄的带宽，通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求以最少的数据获得最佳的图像质量。与MPEG-1和MPEG-2相比，MPEG-4的特点是其更适于交互AV服务以及远程监控。MPEG-4是第一个使你由被动变为主动(不再只是观看，允许你加入其中，即有交互性)的动态图象标准；它的另一个特点是其综合性；从根源上说，MPEG-4试图将自然物体与人造物体相溶合(视觉效果意义上的)。MPEG-4的设计目标还有更广的适应性和可扩展性。

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第二章 数控模拟视频监控系统
目前市场应用主要采用两类产品：数字控制的模拟视频监控和数字视频监控。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；后者是新近崛起的以计算机通信技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端，更适合企业的远程智能数字视频监控管理。
2.1 数字信号控制的模拟视频监控系统
数字信号控制的模拟视频监控系统分为基于微处理器的视频切换控制加PC机的多媒体管理和基于PC机实现对矩阵主机的切换控制及对系统的多媒体管理两种类型。
基于微处理器的视频切换控制加PC机的多媒体管理类型
/ B( z3 ~3 X' g4 e　　视频监控系统利用微处理器固件发展的矩阵切换器，将原来分散的全硬件视频监控系统微型集中化，如将视频切换、对前端的控制等功能集合一起，一机处理，是技术上的一个突破。
自备微处理器的矩阵主机可通过PC机的图形管理软件实现：
①对单一工作站之中的视频监控、出入口控制、内部通讯、报警等进行综合全面控制（注：只能提供一个简单的、可增强系统控制功能的用户界面，但不能代替矩阵主机的安防配置和编程能力）；
②任意一台工作站可通过网络，控制其它工作站所连接的矩阵主机、报警设备，完成视频切换、云台、镜头控制及报警联动等功能；
: [' N$ t4 h' b- {! b5 ~③可通过软件实现对众多矩阵主机和报警接口软件模块的控制。
基于PC机实现对矩阵主机的切换、控制和对系统的多媒体管理
/ _% U. T7 o2 d6 l　　基于PC机的视频监控系统采用软件设计，实现摄像机到监视器的视频矩阵切换，云台和镜头的控制，通过串口连接报警设备的报警信息，并通过程序编程自动完成视频切换、云台控制、报警联动、报警录像等各项控制功能。
# E1 f. H8 I, c+ x0 l　　系统能充分利用PC机的资源，使视频监控系统随电脑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它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。
2.2 数控模拟视频监控系统的优缺点
　 随着微处理器、微机的功能、性能的增强和提高，多媒体技术的应用，系统在功能、性能、可靠性、结构方式等方面都发生了很大的变化，视频监控系统的构成更加方便灵活、与其它技术系统的接口趋于规范，人机交互界面更为友好。但由于视频监控系统中信息流的形态没有变，仍为模拟的视频信号，系统的网络结构主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络，介质专用的特点，因此系统网管已发展到很高的水平，已无太多潜力可挖，其局限性依然存在，要满足更高的要求，视频数字化是必由之路。
0 P3 N+ n9 G0 S- n. f模拟监控系统的主要缺点有：
① 通常适合于小范围的区域监控
6 w t+ T4 P8 L% i' E3 O8 y　　模拟视频信号的传输工具主要是同轴电缆，而同轴电缆传输模拟视频信号的距离小于1KM，双绞线的距离更短，这就决定了模拟监控只适合于单个大楼、小的居民区以及其它小范围的场所；
, @( H, h1 a2 q3 a X0 Y② 系统的扩展能力差
* }# y* {6 P( H　　对于已经建好的系统，如要增加新的监控点，往往是牵一发而动全身，新的设备也很难添加到原有的系统之中；
- k; V: e( K/ U6 ?6 a: w③ 无法形成有效的报警联动
　　在模拟监控系统中，由于各部分独立运作，相互之间的控制协议很难互通，联动只能在有限的范围内进行。
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