视频监控基本知识
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兼容/工控PC机+视频采集或压缩卡+普通/较可靠的操作平台+应用软 件
PC式硬盘录像机特点
������ PC平台在数字视频技术发展的早期阶段成为首选的载体 ������ PC-DVR的核心要素是视音频压缩（采集）板卡，它决定
H.264
在ISO/IEC中的正式名称为：MPEG-4 AVC标准；在ITU-T中的名称:H.264 H264集中了以往标准的优点，并吸收了以往标准制定中积累的经验, 采用简
洁设计,使它比MPEG4更容易推广 H.264创造性多参考帧、多块类型、整数变换、帧内预测等新的压缩技术，
使用了更精细的分象素运动矢量（1/4、1/8)和新的环路滤波器，使压缩性能 大大提高 H.264主要有以下几大优点： ������ 高效压缩：与H.263+和MPEG4 SP相比，最高减小50%比特率 ������ 延时约束方面有很好的柔韧性 ������ 容错能力 ������ 编/解码的复杂性可伸缩性 ������ 解码全部细节：没有不匹配（MPG-4采用浮点运算，进行整形变换
������ CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）互补金属氧化物半 导体 ������ 优点：成本、动态范围、功耗
������ 缺点：灵敏度、信噪比、成像质量 ������ 代表厂家： Aptina(Micron)、OmniVision、PixelCam
量较好，能在普通宽带网络中传输，价格也相对低廉。缺点是图像质 量不能满足高清晰的要求。 ������ 4CIF是标清分辨率，它的优点是图像清晰。缺点是存储量高，带 宽要求很高，价格也较高 ������ DCIF图像清晰度介于CIF与4CIF之间，是兼顾清晰度和存储成本的 过渡选择
������ 下一代高清数码监控的分辨率选择：720p、960p ������ 下一代超高清数码监控的分辨率选择：UXGA、1080p
码率的选择
������ 不同分辨率对应不同的码率范围，通常而言，码 率与图像质量成正比关系 ������ 如果码率小于该范围，则图像质量较差 ������ 如果码率大于该范围，则显得浪费
通过码率计算录像文件大小
第二章 视频监控的主要产品：摄像机
������ 第一节摄像机基本概念 ������ 第二节图像传感器 ������ 第三节摄像机的分类 ������ 第四节摄像机的关键指标 ������ 第五节镜头知识
以摄像机正常工作照度范围划分：
������ 普通型：1~3 Lux ������ 月光型：0.1 Lux左右 ������ 星光型：0.01 Lux以下 ������ 红外型：0 Lux，采用红外照明
摄像机的关键性能指标——信噪比
������ 标示摄像机输出信号中的信号与噪声之比，用S/N表示， 单位为dB
������ 有效像素
������ 例如：1/3” SONY Super HAD CCD有效像素规格有：
������ 500（水平）×582（垂直），PAL制式 ������ 752（水平）×582（垂直），PAL制式
摄像机的关键性能指标——分辨力
������ 标示摄像机清晰度的参数，通常用水平电视线（TVL）来 表示
CCD的诞生
第一台数码相机
2.3 摄像机的分类
按图像色彩分：彩色（Color）（彩色自动转黑白）、黑白（B/W）； 按传感器分：CCD、CMOS 按分辨率分：超高解、高解、低解 按灵敏度（最低照度）分：普通型、月光型、星光型、红外照明型 按传感器大小分：1"、2/3"、1/2"、1/3"、1/4"； 按供电电源分：直流12V、交流24V、交流220V； 按同步方式分：内同步、外同步 按镜头接口分：C卡口、CS卡口、M12。 按摄像机结构分：枪机、半球、迷你、针孔、飞碟、防暴、一体型 按输出信号类型分：模拟摄像机、网络摄像机、数字摄像机（ITU656） 按特殊功能分：宽动态摄像机、强光抑制……
������ 优点是提升了摄像机的动态范围，缺点是将噪声一同放 大
摄像机的关键性能指标——其它关键指标
白平衡������ 同步方式 电子快门 背光补偿（BLC） 宽动态（WD） 日夜转换（D/N） 强光抑制
2.5 镜头的种类
镜头分类
镜头的关键指标
������ 像面尺寸 ������ F值（光圈值） ������ 焦距 ������ 接口类型
摄像机的关键性能指标——传感器
������ 传感器类型：CCD、CMOS
������ 传感器（靶面）尺寸：
������ 1/2”，6.4×4.8mm，对角线8mm； ������ 1/3”，4.8×3.6mm，对角线6mm； ������ 1/4”，3.2×2.4mm，对角线4mm。
1.4 基本概念
图像（Image） 视频（Video ）
时间上连续的图像组成视频：Image→Video 视频中的某一幅图像称为一帧（Frame） 帧率（Frame Rate）FPS → 每秒的帧数 码流（Bit Stream） 将图像压缩后形成的数据 码率（Bit Rate）bps/Bps → 对码流进行量化 码率类型：定码率（CBR）、变码率（VBR） 码流类型：视频流、音频流、复合流
MPEG-4
MPEG-4的制定初衷主要针对视频会议、可视电话超低比特率压缩的需求。 应用范围包括实时视听通信、多媒体通信、远地监测/监视、VOD、家庭购 物/娱乐等
MPEG-4与前面提到的JPEG、MPEG-1/2有很大的不同，它为多媒体数据压缩 编码提供更为广阔的平台，它定义的是一种格式、一种框架，而不是具体 算法，它希望建立一种更自由的通信与开发环境
视频监控基本知识培训
市场发展部
内容
一 视频监控原理和技术 二 视频监控主要产品：摄像机 三 视频监控主要产品：DVR、DVS 四 网络视频监控系统 五 新一代视频监控产品 六 数码监控技术的未来
第一章 视频监控原理和技术
第一节 视频监控定义 第二节 视频监控系统组成 第三节 从模拟到数字 第四节 基本概念 第五节 编码和压缩原理及技术 第六节 视频监控中分辨率、码率的选择
•规模受到限制
模拟视频监控系统
数字视频监控系统结构
模拟和数字监控比较
模拟监控 组建跨区域监控系统成本高昂、实现难度大 追加监控点难度较高 图像存储成本高、长期保存图像质量下降严重 不支持录像与检索双工操作
数字监控 可通过网络组建低成本跨区域监控系统 一机多路，使用大容量硬盘可长期存储 数字信号长期保存信号不失真 采用智能检索，检索与录像可同时进行 循环录像方式，节约人力
基本概念-图像
扫描方式
视ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ制式
分辨率
分辨率
1.5 编码和压缩原理及技术
为什么要压缩
一幅CIF分辨率的图像，进行A/D转换后未经压缩的数据量是 (RGB)： 一帧： 352×288×3字节＝304128字节（不包括文件头大小） 一秒： 304128字节×25帧/秒＝7603200字节/秒＝7.25MB/秒 一小时： 7.25M/秒×3600秒/小时＝25.5GB/小时 一天： 25.5GB/小时×24小时＝612GB/天 ……
������ 现阶段常见的分辨力参数有
������ 420TVL或以下，低解 ������ 480~530TVL，高解 ������ 540TVL以上，超高解
摄像机的关键性能指标——最低照度
������ 标示摄像机能够正常输出图像的最低照度值，有时被称为“灵 敏度”，单位：Lux
������ 摄像机的最低照度参数通常由三部分组成，例如：
������ CS ������ C
第三章视频监控主要产品：DVR、DVS
������ ������ ������ ������
第一节PC式硬盘录像机（PC-DVR） 第二节嵌入式硬盘录像机（DVR） 第三节DVR的关键技术 第四节嵌入式视频服务器（DVS）
3.1 PC式网络硬盘录像机系统构成
2.4 摄像机的关键性能指标
������ ������ ������ ������ ������ ������ ������ ������ ������
传感器类型 分辨力（解析度） 最低照度 信噪比（S/N） 自动增益控制（AGC） 白平衡（WB） 同步方式 电子快门（ES） 其它
时 ������ 高质量应用 ������ 网络友善
1.6 分辨率、码率的选择
������ 目前监控行业中主要使用以下分辨率：QCIF、CIF、DCIF、4CIF ������ QCIF主要用于窄带环境，如手机监控； ������ CIF是监控行业的主流分辨率，它的优点是存储量较低、图像质
1.1 视频监控基本定义
监控系统的基本功能
1.2 视频监控系统基本组成
前端 各种类型的摄像机及其附属设备 编码设备
传输 光端机 路由器和交换机 同轴电缆、光纤
后端 显示、记录、控制、管理设备 采用独立的视频中心控制台或监控 —报警中心控制台
1.3 从模拟到数字
监控系统演进
MPEG-4视频压缩算法相对于MPEG-1/2在低比特率压缩上有着显著提高，在 CIF、4CIF情况下，无论从清晰度还是从存储量上都比MPEG1具有更大的优 势，也更适合网络传输。
MPEG-4由于系统设计过于复杂，使得MPEG-4难以完全实现并且兼容，很难 在视频会议、可视电话等领域实现。
对于中国企业来说还要面临高昂的专利费，目前规定： 每台解码设备需要交给MPEG-LA 0.25美元 每台设备还需要按时间交费(4美分/天=1.2美元/月=14.4美 元/年）
视频矩阵
第1代：模拟监控系统 •以视频矩阵为核心 •闭路电视，模拟 •价格贵，应用规模小 •管理，扩展功能弱 •存储容量小
DVR
第3代：
第2代：
•以IP网为核心
•以DVR核心
•先进的视频压缩格式
•采用单机硬盘存储
•吸收互联网的各种新技术
•增强了管理功能
•管理，运营，存储功能
•录像，回放，检索等功能 •可规模部署
������ 计算公式： ������ 信噪比性能直接决定了摄像机在低照度条件下的输出图
像质量（噪点）
摄像机的关键性能指标——自动增益
������ AGC（Auto Gain Control）将来自CCD的信号放大到可以 使用水准的视频放大器，其放大量即增益，并自动根据信号 电平调整增益幅度
2.1 摄像机基本概念
������ 组成：主要由镜头、影像传感器（CCD/CMOS）、ISP(Image Signal Processor)及相关电路组成
������ 工作原理：被摄物体经镜头成像在影像传感器表面，形成微弱电荷 并积累，在相关电路控制下，积累电荷逐点移出，经过滤波、放大后输 入DSP进行处理，最后形成视频信号（CVBS）输出
压缩的基本原理
������ 安防监控中的视频数据有极强的相关性，有大量 的冗余信息
������ 压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉
压缩标准
监控中压缩标准的选择
监控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、 H.264/AVC等几种视频编码技术
对于最终用户而言，最为关心的主要有：清晰度、存储量 （带宽）、稳定性还有价格。采用不同的压缩技术，将很大 程度影响以上几大要素
2.2 图像传感器分类
������ CCD（Charged Coupled Device）电荷耦合器件
������ 优点：灵敏度，信噪比，成像质量 ������ 缺点：成本、动态范围、功耗、制造加工 ������ 代表厂家：SONY、Sharp、Panasonic、富士、Philips、Koda
PC式硬盘录像机特点
������ PC平台在数字视频技术发展的早期阶段成为首选的载体 ������ PC-DVR的核心要素是视音频压缩（采集）板卡，它决定
H.264
在ISO/IEC中的正式名称为：MPEG-4 AVC标准；在ITU-T中的名称:H.264 H264集中了以往标准的优点，并吸收了以往标准制定中积累的经验, 采用简
洁设计,使它比MPEG4更容易推广 H.264创造性多参考帧、多块类型、整数变换、帧内预测等新的压缩技术，
使用了更精细的分象素运动矢量（1/4、1/8)和新的环路滤波器，使压缩性能 大大提高 H.264主要有以下几大优点： ������ 高效压缩：与H.263+和MPEG4 SP相比，最高减小50%比特率 ������ 延时约束方面有很好的柔韧性 ������ 容错能力 ������ 编/解码的复杂性可伸缩性 ������ 解码全部细节：没有不匹配（MPG-4采用浮点运算，进行整形变换
������ CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）互补金属氧化物半 导体 ������ 优点：成本、动态范围、功耗
������ 缺点：灵敏度、信噪比、成像质量 ������ 代表厂家： Aptina(Micron)、OmniVision、PixelCam
量较好，能在普通宽带网络中传输，价格也相对低廉。缺点是图像质 量不能满足高清晰的要求。 ������ 4CIF是标清分辨率，它的优点是图像清晰。缺点是存储量高，带 宽要求很高，价格也较高 ������ DCIF图像清晰度介于CIF与4CIF之间，是兼顾清晰度和存储成本的 过渡选择
������ 下一代高清数码监控的分辨率选择：720p、960p ������ 下一代超高清数码监控的分辨率选择：UXGA、1080p
码率的选择
������ 不同分辨率对应不同的码率范围，通常而言，码 率与图像质量成正比关系 ������ 如果码率小于该范围，则图像质量较差 ������ 如果码率大于该范围，则显得浪费
通过码率计算录像文件大小
第二章 视频监控的主要产品：摄像机
������ 第一节摄像机基本概念 ������ 第二节图像传感器 ������ 第三节摄像机的分类 ������ 第四节摄像机的关键指标 ������ 第五节镜头知识
以摄像机正常工作照度范围划分：
������ 普通型：1~3 Lux ������ 月光型：0.1 Lux左右 ������ 星光型：0.01 Lux以下 ������ 红外型：0 Lux，采用红外照明
摄像机的关键性能指标——信噪比
������ 标示摄像机输出信号中的信号与噪声之比，用S/N表示， 单位为dB
������ 有效像素
������ 例如：1/3” SONY Super HAD CCD有效像素规格有：
������ 500（水平）×582（垂直），PAL制式 ������ 752（水平）×582（垂直），PAL制式
摄像机的关键性能指标——分辨力
������ 标示摄像机清晰度的参数，通常用水平电视线（TVL）来 表示
CCD的诞生
第一台数码相机
2.3 摄像机的分类
按图像色彩分：彩色（Color）（彩色自动转黑白）、黑白（B/W）； 按传感器分：CCD、CMOS 按分辨率分：超高解、高解、低解 按灵敏度（最低照度）分：普通型、月光型、星光型、红外照明型 按传感器大小分：1"、2/3"、1/2"、1/3"、1/4"； 按供电电源分：直流12V、交流24V、交流220V； 按同步方式分：内同步、外同步 按镜头接口分：C卡口、CS卡口、M12。 按摄像机结构分：枪机、半球、迷你、针孔、飞碟、防暴、一体型 按输出信号类型分：模拟摄像机、网络摄像机、数字摄像机（ITU656） 按特殊功能分：宽动态摄像机、强光抑制……
������ 优点是提升了摄像机的动态范围，缺点是将噪声一同放 大
摄像机的关键性能指标——其它关键指标
白平衡������ 同步方式 电子快门 背光补偿（BLC） 宽动态（WD） 日夜转换（D/N） 强光抑制
2.5 镜头的种类
镜头分类
镜头的关键指标
������ 像面尺寸 ������ F值（光圈值） ������ 焦距 ������ 接口类型
摄像机的关键性能指标——传感器
������ 传感器类型：CCD、CMOS
������ 传感器（靶面）尺寸：
������ 1/2”，6.4×4.8mm，对角线8mm； ������ 1/3”，4.8×3.6mm，对角线6mm； ������ 1/4”，3.2×2.4mm，对角线4mm。
1.4 基本概念
图像（Image） 视频（Video ）
时间上连续的图像组成视频：Image→Video 视频中的某一幅图像称为一帧（Frame） 帧率（Frame Rate）FPS → 每秒的帧数 码流（Bit Stream） 将图像压缩后形成的数据 码率（Bit Rate）bps/Bps → 对码流进行量化 码率类型：定码率（CBR）、变码率（VBR） 码流类型：视频流、音频流、复合流
MPEG-4
MPEG-4的制定初衷主要针对视频会议、可视电话超低比特率压缩的需求。 应用范围包括实时视听通信、多媒体通信、远地监测/监视、VOD、家庭购 物/娱乐等
MPEG-4与前面提到的JPEG、MPEG-1/2有很大的不同，它为多媒体数据压缩 编码提供更为广阔的平台，它定义的是一种格式、一种框架，而不是具体 算法，它希望建立一种更自由的通信与开发环境
视频监控基本知识培训
市场发展部
内容
一 视频监控原理和技术 二 视频监控主要产品：摄像机 三 视频监控主要产品：DVR、DVS 四 网络视频监控系统 五 新一代视频监控产品 六 数码监控技术的未来
第一章 视频监控原理和技术
第一节 视频监控定义 第二节 视频监控系统组成 第三节 从模拟到数字 第四节 基本概念 第五节 编码和压缩原理及技术 第六节 视频监控中分辨率、码率的选择
•规模受到限制
模拟视频监控系统
数字视频监控系统结构
模拟和数字监控比较
模拟监控 组建跨区域监控系统成本高昂、实现难度大 追加监控点难度较高 图像存储成本高、长期保存图像质量下降严重 不支持录像与检索双工操作
数字监控 可通过网络组建低成本跨区域监控系统 一机多路，使用大容量硬盘可长期存储 数字信号长期保存信号不失真 采用智能检索，检索与录像可同时进行 循环录像方式，节约人力
基本概念-图像
扫描方式
视ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ制式
分辨率
分辨率
1.5 编码和压缩原理及技术
为什么要压缩
一幅CIF分辨率的图像，进行A/D转换后未经压缩的数据量是 (RGB)： 一帧： 352×288×3字节＝304128字节（不包括文件头大小） 一秒： 304128字节×25帧/秒＝7603200字节/秒＝7.25MB/秒 一小时： 7.25M/秒×3600秒/小时＝25.5GB/小时 一天： 25.5GB/小时×24小时＝612GB/天 ……
������ 现阶段常见的分辨力参数有
������ 420TVL或以下，低解 ������ 480~530TVL，高解 ������ 540TVL以上，超高解
摄像机的关键性能指标——最低照度
������ 标示摄像机能够正常输出图像的最低照度值，有时被称为“灵 敏度”，单位：Lux
������ 摄像机的最低照度参数通常由三部分组成，例如：
������ CS ������ C
第三章视频监控主要产品：DVR、DVS
������ ������ ������ ������
第一节PC式硬盘录像机（PC-DVR） 第二节嵌入式硬盘录像机（DVR） 第三节DVR的关键技术 第四节嵌入式视频服务器（DVS）
3.1 PC式网络硬盘录像机系统构成
2.4 摄像机的关键性能指标
������ ������ ������ ������ ������ ������ ������ ������ ������
传感器类型 分辨力（解析度） 最低照度 信噪比（S/N） 自动增益控制（AGC） 白平衡（WB） 同步方式 电子快门（ES） 其它
时 ������ 高质量应用 ������ 网络友善
1.6 分辨率、码率的选择
������ 目前监控行业中主要使用以下分辨率：QCIF、CIF、DCIF、4CIF ������ QCIF主要用于窄带环境，如手机监控； ������ CIF是监控行业的主流分辨率，它的优点是存储量较低、图像质
1.1 视频监控基本定义
监控系统的基本功能
1.2 视频监控系统基本组成
前端 各种类型的摄像机及其附属设备 编码设备
传输 光端机 路由器和交换机 同轴电缆、光纤
后端 显示、记录、控制、管理设备 采用独立的视频中心控制台或监控 —报警中心控制台
1.3 从模拟到数字
监控系统演进
MPEG-4视频压缩算法相对于MPEG-1/2在低比特率压缩上有着显著提高，在 CIF、4CIF情况下，无论从清晰度还是从存储量上都比MPEG1具有更大的优 势，也更适合网络传输。
MPEG-4由于系统设计过于复杂，使得MPEG-4难以完全实现并且兼容，很难 在视频会议、可视电话等领域实现。
对于中国企业来说还要面临高昂的专利费，目前规定： 每台解码设备需要交给MPEG-LA 0.25美元 每台设备还需要按时间交费(4美分/天=1.2美元/月=14.4美 元/年）
视频矩阵
第1代：模拟监控系统 •以视频矩阵为核心 •闭路电视，模拟 •价格贵，应用规模小 •管理，扩展功能弱 •存储容量小
DVR
第3代：
第2代：
•以IP网为核心
•以DVR核心
•先进的视频压缩格式
•采用单机硬盘存储
•吸收互联网的各种新技术
•增强了管理功能
•管理，运营，存储功能
•录像，回放，检索等功能 •可规模部署
������ 计算公式： ������ 信噪比性能直接决定了摄像机在低照度条件下的输出图
像质量（噪点）
摄像机的关键性能指标——自动增益
������ AGC（Auto Gain Control）将来自CCD的信号放大到可以 使用水准的视频放大器，其放大量即增益，并自动根据信号 电平调整增益幅度
2.1 摄像机基本概念
������ 组成：主要由镜头、影像传感器（CCD/CMOS）、ISP(Image Signal Processor)及相关电路组成
������ 工作原理：被摄物体经镜头成像在影像传感器表面，形成微弱电荷 并积累，在相关电路控制下，积累电荷逐点移出，经过滤波、放大后输 入DSP进行处理，最后形成视频信号（CVBS）输出
压缩的基本原理
������ 安防监控中的视频数据有极强的相关性，有大量 的冗余信息
������ 压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉
压缩标准
监控中压缩标准的选择
监控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、 H.264/AVC等几种视频编码技术
对于最终用户而言，最为关心的主要有：清晰度、存储量 （带宽）、稳定性还有价格。采用不同的压缩技术，将很大 程度影响以上几大要素
2.2 图像传感器分类
������ CCD（Charged Coupled Device）电荷耦合器件
������ 优点：灵敏度，信噪比，成像质量 ������ 缺点：成本、动态范围、功耗、制造加工 ������ 代表厂家：SONY、Sharp、Panasonic、富士、Philips、Koda