网路视频监控技术与系统应用

【摘要】阐述网路视频监控技术、设备功能和应用，以及今后的发展前景。

【关键词】网路摄像机；视频分析技术；光纤；视频管理软件；视频存储

一、引言

早期的视频监控系统称为“闭路监控系统”，简称“CCTV”，广泛应用于上世纪90年代，采用矩阵切换功能，将多路的视频信号传输至终端设备，缺少远程功能。

上世纪90年代中后期，人们将PC机和硬盘录像机应用到视频监控系统中，出现了数字视频监控系统，监控的范围进一步扩大，但干线传输部分采用的是模拟传输，传输的距离还是受到限制，不能完全实现远程控制。

近年来，视频监控技术、网路技术的飞速发展，推动了视频监控系统的网路化，视频监控技术中的全数字化视频监控得到了广泛应用，这就是网路视频监控系统。网络视频监控系统主要由网路摄像机、视频编码器、高清摄像机、网路录像机、海量存储系统及视频内容分析技术构成，可以实现视频网路传输、远程播放存储、视频分发、远程控制、视频内容分析与自动报警等多种功能。由此看来，视频监控技术的发展经历了模拟视频监控、数字视频监控、网络视频监控三个阶段，下面我们将探讨网络视频监控技术与其应用。

二、网路视频监控技术的优点

网络视频监控技术应用于众多安防领域，它有着以下的优势和特点。

1.标准化

网络视频监控系统采用的产品均符合网路标准和传输协议的要求。

2.可靠性

网络视频监控系统硬件和软件实现了一体化、模块化，统一的操作系统便于施工、安装和调试。

3.可扩展性

随着监控数量的扩大，系统只需要增加前端设备以及升级软件，不用增加其他设备，使用户的投资得到很好的保证。

4.开放性

网络视频监控软件可读取第三方数据，也可为第三方提供相关数据，具有开放式结构。

5.完善性

网络视频监控系统具有强大的视频、音频和报警功能。

三、网路视频监控技术

1.网路视频监控系统的组成

网络视频监控系统由前端系统、传输介质和终端系统组成。

（1）前端系统

前端设备是安装在监控现场的摄像装置，包括网路摄像机、防护罩、云台等。

IPC全称IP Cameray，即网路摄像机，就是支持网路协议的摄像机，是直接进入网路的新一代摄像产品，可以实现远程视频查看、存储以及对采集到的图像信息进行分析并采取应对措施。其功能包括视频编码、音频功能、网路功能、云台和镜头控制功能、缓存功能、报警输入输出、视频分析等功能。网路摄像机是即插即用设备，可以部署在局域网或互联网中，用户可通过浏览器在网路上对其进行显示和控制。

防护罩是监控系统中常用的设备之一，主要分为室内和室外两种，室内防护罩主要是用于防尘、防损坏。室外防护罩还应具备防水、防腐蚀的功能，同时还带有排风扇、加热器、雨刮器。防护罩可以更好的保护摄像机。

云台是承载摄像机设备及防护罩并能够远程进行上、下、左、右全方位控制的平台。

解码器是用来控制云台的上、下、左、右旋转，控制摄像机镜头的变焦、聚焦、光圈、电源以及控制防护罩的雨刷器、灯光等辅助设备，以满足不同应用的实际需要。

（2）传输网络介质

传输系统的信号包括视频信号、控制信号及电源信号，传输介质主要有同轴电缆、光纤等。

同轴电缆是视频传输最常用的传输介质，具有很强的抗外界电磁波和电场干扰能力，屏蔽性能好。常见的型号有SYV-75-5、SYV-75-7、SYV-75-9，但是同轴电缆的传输距离较短，例如：SYV-75-9型同轴电缆的传输距离为800m，已很难满足目前视频传输的需要。

目前，长距离的传输介质一般采用光纤。光纤是一种采用玻璃作为导体，以光的形式将信号从一端传送至另一端的技术。光纤不仅可以传输模拟信号和数字信号，而且可以满足视频传输的需要，在不适用中继器的情况下，传输距离可达到3km。光纤具有衰减小，抗干扰性强，使用寿命长，兼容性高等优点，是用于网络视频传输的最佳传输介质。

（3）终端设备

网络视频监控系统的终端设备主要包括显示设备和网络视频录像机。

目前常用的显示设备有LCD监视器、等离子拼接屏，其主要功能是把摄像机输出的视频信号还原成图像，供大家查看。其性能主要体现在图像清晰度、色彩还原度和整机稳定度三个方面。

网络视频录像机是网络视频监控系统的存储转发部分，与视频编码器或网络摄像机协同工作，完成视频的录像、存储和转发功能。与传统的硬盘录像机相比，网络视频录像机不能独立工作，需与视频编码器和网络摄像机配合使用，在实际应用中部署比较灵活，不受物理位置限制，只要网络连通就可以了，可采用各种方式进行存储，如DAS，SAN，NAS等。

2.网络摄像机技术

网络摄像机的硬盘构成包括镜头、图像传感器、声音传感器、信号处理器、数字/模拟转换器、编码芯片、主控芯片、网络及控制接口等组成部分。光线进入传感器，然后转换成数字信号由内置的信号处理器进行预处理，处理后的数字信号由编码器压缩芯片进行编码压缩，最后通过网络接口发送到网络上进行传输。其传输过程如图1所示。

在软件方面，主要是包括视频编码压缩算法，视频分析算法及应用软件程序。

网络摄像机还支持3G功能，在有线施工困难场所和摄像机位置不固定场所，无线网络给施工带来很大的便利，也可以节约大量网络布线的施工成本。目前的无线技术主要有WiFi，3GPP，WIWAX等，其中WiFi适合短距离传输，而WIWAX适合长距离传输，3GPP是一套开放的音频视频数据传输标准，以实现在3G手机上视频浏览。

3.视频分析技术与网络视频传输技术

在传统的视频监控系统中，工作人员的任务就是将摄像机图像有选择的切换到监视器上，然后对视频画面进行扫视，看是否有可疑迹象，以此来实现视频监控的功能。

视频分析技术的功能也是如此，计算机系统能够通过图像处理和分析来“查看”视频信息中的内容，自动分析和抽取视频源中的关键信息，然后将其在视频信息中读到的内容同事先设定的规则进行匹配，一旦内容和规则完全匹配，便可迅速报警。工作人员便可将工作重心放在视频分析系统报警出发后的事件核查工作上，这样可以更有效的监视又可以节省人员资源。

网络视频传输包括视频采样、视频编码、传输协议处理、通信网络、视频解码。整个网络视频传输流程如下：对模拟视频进行采样，经过数字/模拟转换获得数字视频，对数字视频进行编码，生成适用于网络传输的视频流，进行网络数据传输，最后在接收端对接收到的视频流进行解码。网络视频传输的主要需求是实时传输、延时小、丢包少。

4.视频管理软件

视频管理软件主要实现对系统资源的集中管理并提供用户程序接口。

传统的闭路电视监控系统核心是硬件，系统可以不要任何管理软件的支持而独立工作。但在网络视频监控系统中，系统的构架是网络化、分布化、功能专一化，视频管理软件的作用是利用统一的数据库、软件和服务，在分散的设备与用户之间建立接口服务平台，通过这个平台，完成系统中所有设备的统一管理和集中控制。从某个角度来说，视频管理软件是连接硬件的中间桥梁。

5.视频存储

视频存储是网络视频监控系统中一个重要的环节。大量的视频数据通常需要进行长时间的存储，为日后的视频资料检索提供服务。

在网络视频监控系统中，对于大量的数字视频数据，存储系统的负荷是非常大的，一方面系统需要24小时不间断工作；另一方面，数据在不断写入的同时，可能会有视频回放、导出等工作，因此，我们在应用中应考虑存储容量、传输带宽、访问速度及成本等因素。

（1）存储带宽需求

存储带宽的核心工作是将视频流写入磁盘。需要考虑的是系统中有多少个视频通道需要存储，还有视频的存储方式（通常有24小时存储、预置时间存储和报警触发存储），以及通道的视频流大小等。

（2）存储容量需求

视频存储的重点就是存储容量的计算。可通过以下计算公式计算：

存储容量（TB）=通道数X每个通道视频流X24小时X3600秒/8/1024/1024

四、网络视频监控系统在应用中应注意的问题

1.网络摄像机的选择

（1）选择视频的图像质量

视频图像质量是视频监控系统的重要指标，网络摄像机不仅由光学器件构成，还有其他因素，比如：视频编码压缩算法等。

视频压缩算法是考核在相同视频流下图像能够到达的清晰度和流畅度，或者要求达到一定的清晰度和流畅度时网络摄像机需要消耗的带宽。一般从以下几个参数来考虑：网络摄像机的镜头及传感器、编码压缩芯片、图像的流畅度、色彩还原能力等。因此，在选择网络摄像机时，应考察其实际表现得效果，并在不同环境下进行考察。

（2）系统安装与升级

网络摄像机的远程维护、升级能力将会是用户未来运营成本的重要因素，因此选择网络摄像机时还应考虑是否方便安装与调试；是否支持远程、广域、局域网的固件升级，系统设备更换的流程及时间需求。

2.网络录像机的选择

（1）应考虑产品的开放性

网络录像机是基于硬件平台的软件产品，在选择产品时，应考虑各厂家的录像机及其编码器是否能相互支持，这样系统的扩容就不再受单一厂商限制。

（2）确定系统的容量

网络录像机的作用是录像存储，而视频录像的通道数量会直接影响系统的建设成本，因此在选择网络录像机前，我们应确认其支持的通道，确定系统的容量，进而根据网络录像机支持的通道路数选择相应的网络录像机。

五、发展趋势

目前，网络视频的发展趋势表现为网络视频技术与多种安防技术实施集成的研究。网络视频技术是安全防范中的一种技术，以前是先通过确认网络视频，再采取相应的安防措施，中间有一定的时间差。然而，今后的安防技术是将网络视频技术与安防措施集成化、统一化，利用网络资源，实现远程监控和安防联动。

比如：通过网络视频的监控，用户能够接收到多种报警信号，包括红外探测器、烟感探测器等各种报警设备，当监控区域有异常情况发生时，监控主机会及时控制报警器报警，同时控制现场设备实现报警联动，还可实现同步录像，将监控到的现场情形上传至互联网。

六、结束语

网络视频监控系统的实施取得了明显的经济效益和社会效益。系统安装后，可对监控现场实行实时监控，对各类违法案件具有震慑作用，为各地公安部门侦破案件提供重要线索。

参考文献

[1]西刹子编著.智能网络视频监控技术详解与实践[M].北京：清华大学出版社，2010.

[2]陈龙，陈晨编著.安全防范工程[M].北京：中国电力出版社，2006.

[3]中国建筑东北设计研究院.JGJ16-2008，民用建筑电气设计规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.