智能视频监控系统建议方案

一、系统概述
    近年来，科技的进步和经济的发展提高了整个社会生活水平，人们生活不仅仅局限于传统的衣、食、住、行，对周围的居住环境及环境安全也越来越重视。安全技术防范作为保护人民生命和财产的重要工具越来越被广大消费者重视，在银行、博物馆、政府机构、酒店、商店（超市）、企业单位等已经得到了广泛应用。闭路电视监控系统作为安全防范系统最基本、最重要的子系统，也得到了最为广泛的应用。采用以闭路监控为主的多种技术防范结合的系统是预防和制止犯罪最为有效的措施。
    目前，在我国各行业中广泛使用的闭路监控系统大多为模拟方式，其主要特点是：系统采用矩阵主机控制，通过电视墙监视前端目标，长延时模拟录像机进行录像和回放；其主要缺点：当录像资料需要长时间备份时，需要大量的录像磁带，消耗不必要的人力和物力，并且在录像回放检索时操作不方便。因此，基于数字存储技术的硬盘录像系统经过几年的发展，至今，技术已经完全成熟，很好地解决了传统图像存储及回放等技术难题。
    数字硬盘录像系统不仅存储费用低、效率高，而且还具有网络传输、远程传输和循环存储等优点。与此同时，硬盘录像系统的数字化和传输网络化等先进技术可以实现与防盗报警等系统联网联动，及时准确地反馈现场信息，为事件提供充分可靠的依据。

二、系统设计目标
    再进行闭路监控系统设计的时候，依照贵局对该系统的基本需求，本着架构合理、安全可靠、产品主流、低成本、低维护量为出发点，并依此提供先进、安全、可靠、高效的系统解决方案。

三、系统设计原则、依据
3.1 设计原则
    本设计主要贯彻“高质量”、“低价格”两条主线来进行设计的。
    根据现场实际情况，前端设计采用红外彩色摄像机，视频传输采用抗干扰高屏蔽同轴电缆，保证视频信号的准确传输；录像系统采用数字化硬盘录像系统，可以实现循环录像，并方便检索回放。
a、 先进性：
    在投资费用许可的情况下，系统采用当今先进的技术和设备，一方面能反映系统所具有的先进水平，另一方面又使系统具有强大的发展潜力，以便该系统在尽可能的时间内与社会发展相适应。
b、 可靠性：
    系统最重要的就是可靠性，系统一旦瘫痪其后果是难以想象的，因此系统必须可靠地、能连续地运行。系统设计时在成本接受的条件下，从系统结构、设备选择、产品供应商的技术服务及维修响应能力等各方面均应严格要求，使得故障发生的可能性尽可能少。即便是出现故障时，影响也要尽可能小。
c、 安全性：
    对于安全防范系统，其本身的安全性能不可忽视。系统设计时，必须采取多种手段防止本系统受到各种形式与来自不同途径的非法破坏。
d、 可扩充性：
    系统设计时应充分考虑今后的发展需要，系统应具有预备容量的扩充与升级换代的可能。
e、 规范性：
    由于本系统是一个严格的综合性系统，在系统的设计与施工过程中应参考各方面的标准与规范，严格遵从各项技术规定，做好系统的标准化设计与施工。
    一切从实际出发，使智能系统具有较高的实用效能。这也是智能建筑在当今之所以能迅速兴起并发展的关键所在。
3.2 设计依据
本方案设计根据甲方常规要求，并遵循以下国家相关部门制定的设计规范要求。主要包括：
1、《智能建筑设计标准》(GB／T 50314—2000)
2、《建筑智能化系统工程设计标准》（DB32/191-1998）
3、《城市住宅建筑综合布线系统工程设计规范》（CECS/119-2000）
4、《建筑与建筑群综合面线系统工程设计规范》（GB/T50311-2000）
5、《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）
6、《民用闭路监视电视系统工程技术规范》(GB/50198-94)
7、《系统接地的型式及安全技术要求》（GB14050-93）
8、《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）
9、《安全防范工程验收规则》（GA/T308-2001）
10、《工业电视系统工程设计规范》(GBJ 115)
11、《安全检查防范系统通作图形符号》（GA/74-94）
12、《消防联动控制设备通用技术条件》（GB 16806—1997）
13、《火灾自动报警设计规范》（GB50116-98）

四、实施方案设备选型及配置
4.1、总体设计方案
闭路监控防盗系统由前端图像采集、图像及控制信号传输和图像显示控制存储三个部分组成。
4.1.1、前端图像采集部分
闭路电视监控系统共设计18台摄像机，设计在办公楼的院内、楼道、大门口等
4.1.2、图像和控制信号传输部分
闭路电视监控系统视频信号采用屏蔽视频电缆，根据摄像机安装位置建议选择采用视频电缆，以保证监控信息的准确传输。控制线设计采用圆形双绞屏蔽电缆。
4.1.3、图像控制存储部分
录像系统设计采用1台18路硬盘录像机，同时配置1台17寸液晶纯平显示器进行实时监视。保存数据一周，以备查询。
4.1.4、系统结构原理图

4.2、前端系统
4.2.1、摄像机的选择
    摄像部分的主体是摄像机，其功能为观察、收集信息。摄像机的性能及其安装方式是决定系统质量的重要因素。光导管摄像机目前已被淘汰，由电荷耦合器件简称CCD摄像机所取代。其主要性能及技术参数要求如下：
    1)色彩：摄像机有黑白和彩色两种，通常黑白摄像机的水平清晰度比彩色摄像机高，且黑白摄像机比彩色摄像机灵敏，更适用于光线不足的地方和夜间灯光较暗的场所。黑白摄像机的价格比彩色便宜。但彩色的图像容易分辨衣物与场景的颜色，便于及时获取、区分现场的实时信息。
    2)清晰度：有水平清晰度和垂直清晰度两种。垂直方向的清晰度受到电视制式的限制，有一个最高的限度，由于我国电视信号均为PAL制式，PAL制垂直清晰度为400行。所以摄像机的清晰度一般是用水平清晰度表示。水平清晰度表示人眼对电视图像水平细节清晰度的量度，用电视线TVL表示。
    目前选用黑白摄像机的水平清晰度一般应要求大于500线，彩色摄像机的水平清晰度一般应要求大于400线。
    3)照度：单位被照面积上接受到的光通量称为照度。Lux(勒克斯)是标称光亮度(流明)的光束均匀射在lm2面积上时的照度。摄像机的灵敏度以最低照度来表示，这是摄像机以特定的测试卡为摄取标，在镜头光圈为0.4时，调节光源照度，用示波器测其输出端的视频信号幅度为额定值的10%，此时测得的测试卡照度为该摄像机的最低照度。所以实际上被摄体的照度应该大约是最低照度的10倍以上才能获得较清晰的图像。
    目前一般选用黑白摄像机的最低照度，当相对孔径为F／1.4时，最低照度要求选用小于0.1Lux;选用彩色摄像机的最低照度，当相对孔径为F／1.4时，最低照度要求选用小于0.2Lux。
    4)同步：要求摄像机具有电源同步、外同步信号接口。对电源同步而言，使所有的摄像机由监控中心的交流同相电源供电，使摄像机场同步信号与市电的相位锁定，以达到摄像机同步信号相位一致的同步方式。
    对外同步而言，要求配置一台同步信号发生器来实现强迫同步，电视系统扫描用的行频、场频、帧频信号，复合消隐信号与外设信号发生器提供的同步信号同步的工作方式。
    系统只有在同步的情况下，图像进行时序切换时就不会出现滚动现象，录、放像质量才能提高。
    5)电源：摄像机电源一般有交流220V，交流24V，直流12V，可根据现场情况选择摄像机电源但推荐采用安全低电压。选用12V直流电压供电时，往往达不到摄像机电源同步的要求，必须采用外同步方式，才能达到系统同步切换的目的。
    6)自动增益控制(AGC)：在低亮度的情况下，自动增益功能可以提高图像信号的强度以获得清晰的图像。目前市场上CCD摄像机的最低照度都是在这种条件下的参数。
    7)自动白平衡：当彩色摄像机的白平衡正常时，才能真实地还原被摄物体的色彩。彩色摄像机的自动白平衡就是实现其自动调整。
    8)电子亮度控制：有些CCD摄像机可以根据射入光线的亮度，利用电子快门来调节CCD图像传感器的曝光时间，从而在光线变化较大时可以不用自动光圈镜头。使用电子亮度控制时，被摄景物的景深要比使用自动光圈镜头时要小。
    9)逆光补偿：在只能逆光安装的情况下，采用普通摄像机时，被摄物体的图像会发黑，应选用具有逆光补偿的摄像机才能获得较为清晰的图像。
4.2.2、镜头选择
镜头按功能和操作分类：
1)摄取静态目标的摄像机，可选用固定焦距镜头，当有视角变化要求的动态目标摄像场合，可选用变焦距镜头。镜头焦距的选择要根据视场大小和镜头到监视目标的距离而定。
 F=A × L/B
式中  F——焦距(mm)；
      A——像场、宽(mm)；
      L——镜头到监视目标的距离；
      B——视场高(L、B采用相同的度量单位)。
    2)选择镜头焦距时，必须考虑摄像机图像敏感器画面的尺寸，有2/3”、1/2”、1/3”、1/4”四种型式，这四种模式都具有垂直X水平尺寸为3X4的方位比，而四种模式摄像机对应于某一个镜头，则下一个模式正好与它上一个模式摄像机相差一个镜头焦距的档次。如专1/2”摄像机使用16mm镜头的视角范围正好与1/3"摄像机使用12mm焦距的镜头相同。以此类推。
3)对景深大、视场范围广的监视区域及需要监视变化的动态场景，一般对应采用带全景云台的摄像机，并配置6倍以上的电动变焦距带自动光圈镜头。
4)使用电荷耦合器件(CCD)时，一般均应选择自动光圈镜头，对于室内照度恒定或变化很小的时可选择手动可变光圈镜头，电梯轿箱内的摄像机镜头应根据轿箱体积的大小选用水平视场角大于70°的广角镜头。
5)随着小型化需要，镜头尺寸需缩小，除通常摄像机镜头的标准C接口外，引入了Cs接口。由于Cs接口比C接口短5mm，减小了镜头与敏感件的间距，故Cs接口系统体积小、轻，且Cs接口镜头价格较便宜。Cs接口摄像机可配用Cs接口镜头，也可使用C接口镜头再加上引入5mm隔条环。而C接口摄像机只能配用C接口镜头，不能使用Cs接口的镜头。
6)摄像机镜头应从光源方向对准监视目标，避免逆光。镜头的焦距和摄像机靶面的大小决定了视角，焦距越小，视野越大，焦距越大，视野越小。若要考虑清晰度，可采用电动变焦距镜头，根据需要随时调整。
7)通光量：镜头的通光量是用镜头的焦距和通光孔径的比值(光圈)来衡量的，一般用F表示。在光线变化不大的场合，光圈调到合适的大小后不必改动，用手动光圈镜头即可。在光圈线变化大的场合，如在室外，一般均需要自动光圈镜头。
4.3、传输系统
    监视现场和控制中心总有一定距离，从监视现场到控制中心需要图像信号传输图像信号，同时从控制中心的控制信号要传送到现场，所以传输系统包括视频信号和控制信号传输两部分。
4.3.1、视频信号传输
    一般采用同轴电缆传输视频基带信号，也可采用光缆传送电视信号以及用平衡电缆对也就是利用电话电缆传送。由于电缆对外界的静电场和电磁波有屏蔽作用，可减少串扰，传输损失也较小。但当电缆作为长距离传送媒体时，会发生对地不平衡低频地电流的影响，有时也会有高频干扰。信号传输带宽为50Hz～4MHz，当传输距离在200m以内时，用同轴电缆传送，其衰减的影响一般可不予考虑；当传输距离大于200m时，电缆衰减量较大，为了能把整个带宽内不同频率的信号进行传输，必须使用电缆补偿放大器。某些场合，布线非常困难时，可以采用无线传输如微波定向传输，但它要占用频率资源，需经无线电管理委员会核准。
4.3.2、控制信号传输
    对于监控，常用的控制方式有直接控制、编码控制、同轴视控。目前直接控制由于线缆过多，很少采用。编码控制是将全部控制命令数字化(调制)后再传输，到控制设备后再解调，还原成直接控制量，可节约线缆。这种方式传输距离长，目前工程中采用较多。同轴视控就是控制信号与视频信号共用一条同轴电缆，利用频率分割或视频信号消隐期传输控制信号的方式传输，但价格较贵。
4.3.3、管槽敷设
    为防止电磁干扰和外电源及变频电流等干扰，电缆应敷设在接地良好的金属管或金属桥架，同时保护线缆。
4.4、图像控制存储部分
4.4.1、数字监控硬盘录像系统的功能
    数字硬盘录像是当今安保电视系统领域最新型的、性能最卓越的数字化图像记录设备，它将监控系统中所有的摄像机摄取的画面进行实时数字压缩并录制存档，可以根据任意检索要求对所记录的图像进行随机检索。由于采用了数字记录技术，能大大增强录制图像的抗衰减、抗干扰能力，因此无论经过多少次的检索或录像回放都不会影响播放图像的清晰度，而传统的模拟方式记录的录像带在经过若干次检索及回放后，图像质量将会有一定的衰减并引起信号信噪比的下降。当需要对已存储的图像进行复制时，数字记录的图像不存在复制劣化的问题，而模拟方式记录的图像每经过一次复制就要劣化一次。
    数字硬盘录像系统是集计算机网络化、多媒体智能化与监控电视为一体，以数字化的方式和全新的理念构造出的新一代监控图像硬盘录像系统。系统在实现本地数字图像监控管理的同时，又能实现监控图像画面的远程传送，加强了整体安全管理。在系统中，所有图像数据均以数字形式保存，这与传统的模拟信号系统相比较，打印出的照片具有更高的清晰度和逼真感，数据的传输更可靠，速度更快。系统以模块化设计为基础，各个模块包括：信号采集模块、监控模块、图像录制模块、远程访问模块和中央控制模块。整个系统维护简便，易于安装。
    由于数字硬盘录像设置在计算机系统中，信息可以自由传递到网络能够到达的范围，因此监控图像的显示不再拘于传统的图像切换方式，可以根据需要在任何被授权的地点监控任何一处的被控图像，使系统具有极强的安全管理能力。监控图像通过图像录制模块以高压缩率存储于高容量磁盘阵列中，可随时供调阅、快速检索。也就是说，可将多个摄像机(本方案中为16路)的多路图像实时显示于一台监视器上，同时，还可将所有的图像录制于其内置的硬盘驱动器中，以备回放、查找和转换，并可将图像备份至外置硬盘中。所有操作，都可在遥控器上完成，从而摆脱Windows操作系统，避免了死机现象。相对于传统的磁带记录方式，操作简便、可靠、回放质量更高。所有记录可供长时间保存，重复利用率极高，还可被转录制成光盘用于存档保存。在大于400G的硬盘配置下，动态录像可以存储约一个星期甚至更长时间。
4.4.2、数字监控硬盘录像系统的主要特点
(1) 高效率，耐用，节省维修费用。
    数字硬盘录像，使已录制图像的抗衰减、抗干扰能力大大增强，可以反复录像、回放、检索而不失真和破坏，高效耐用，节省了很多维修费用。与传统的录像带的图像存储经长期使用容易损坏相比较具有极大优越性。
(2) 采用特殊的压缩存储技术。
    采用特殊的压缩存储技术，以满足高活动性的动态清晰度录像以及高效率的压缩存储这两方面的要求，目前有的借用标准的MPEG压缩存储技术，有的采用D-TEG编码压缩方法来达到高效压缩率比。
(3) 高速搜索和清晰度静像。
    由于系统采用硬盘存储图像，故系统能提供快速搜索功能和高清晰度静像。图像分辨率一般可达：752X 582或640X480像素。录像速度：25帧／s。回放速度：25帧／s。录像和回放前都可以准确到年／月／日／时／分／秒，并可以独立调节每路画面的色彩、亮度、对比度和色饱和度。
（4）保密性强。
    传统电视监控系统中使用磁带记录所发生的实时图像，但若一旦被犯罪分子所掌握，这就为其销毁证据、替换或抹掉录像带内容等多项技术犯罪提供了机会，因为任何人员，只要能够接触到录像机就可以进行各种操作。而数字化电视监控系统中图像的播放是由计算机程序来控制，对图像存档、回放和状态设置等操作均有严格的密码控制，即使是操作人员，如果不知道密码或其密码的权限不包含有上述操作内容，就无法知道已录制图像的内容。另外，由于采用的是硬盘录像，不需要更换存储媒体，任何人都很难取走硬盘，或者取走也无法回放，保密性极强。
（5）压缩技术
    设备采用H.264压缩技术H.264 视频编码标准是专为中高质量运动图像压缩所设计的低码率图像压缩标准。H.264 采用运动视频编码中常见的编码方法，将编码过程分为帧内编码和帧间编码两个部分。埃帧内用改进的DCT 变换并量化，在帧间采用1/2 象素运动矢量预测补偿技术，使运动补偿更加精确，量化后适用改进的变长编码表（VLC）地量化数据进行熵编码，得到最终的编码系数。
    H.264标准压缩率较高，CIF格式全实时模式下单路占用带宽一般在几百左右，具体占用带宽视画面运动量多少而不同。缺点是画质相对差一些，占用带宽随画面运动的复杂度而大幅变化。

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