1、视频监控技术原理提纲n前言 安全防范n第一章 视频监控原理和技术n第二章 视频监控主要产品：摄像机n第三章 视频监控主要产品：DVR、DVSn第四章 网络视频监控系统n第五章 新一代视频监控产品n第六章 数码监控技术的未来前言 安全防范n第一节 安全防范基本概念n第二节 安全防范系统设计依据n第三节 安全防范产品n第四节 安全防范技术体系n第五节 安全技术防范（工程）系统n第六节 安全防范类别安全防范安全防范安全防范人防人防技防技防物防物防视频监控报警、门禁其它技术防范手段一、安全防范基本概念n 安全防范（Security）u安全防范是社会公共安全的一部分u安全防范行业是社会公共安全行业的一个
2、分支u以防盗、防劫、防入侵、防破坏为主要内容n 三种基本手段u人力防范，实（物）体防范，技术防范n 安全防范技术u用于安全防范工程的专用技术n 安全技术防范5三种基本手段-人防、物防、技防6利用人们自身的传感器（眼、耳等）进行探测，发现妨害或破坏安全的目标，作出反应；用声音警告、恐吓、设障、武器还击等手段来延迟或阻止危险的发生，在自身力量不足时还要发出求援信号，以期待做出进一步的反应，制止危险的发生或处理已发生的危险人力防范推迟危险的发生，为“反应反应”提供足够的时间。现代的实体防范，已不是单纯物质屏障的被动防范，而是越来越多地采用高科技地手段，一方面使实体屏障被破坏的可能性变小，增大延迟时间
3、；另一方面也使实体屏障本身增加探测和反应的功能实体防范对人力防范和实体防范在技术手段上的补充和加强。它要融入人力防范和实体防范之中，使人力防范和实体防范在探测、延迟、反应三个基本要素中间不断地增加技术含量，以不断提高探测能力、延迟能力和反应能力，使防范手段起到更好的作用，达到预期的目的 技术防范安全防范技术n 物理技术防范（Physical Protection）u实体防范技术，如建筑物和实体屏障以及与其匹配的各种实物设施、设备和产品（如门、窗、柜、锁等）n 电子防范技术（Electronic Protection）u应用于安全防范的电子、通信、计算机与信息处理及其相关技术，如：电子报警技术、
4、视频监控技术、出入口控制技术、计算机网络技术以及其相关的各种软件、系统工程等n 生物统计学防范技术（Biometric Protection）u利用人体的生物学特征进行安全技术防范的一种特殊技术门类，现在应用较广的有指纹、掌纹、眼纹、声纹等识别控制技术。 7安全技术防范n 以安全防范技术为先导，以人力防范为基础，以技术防范和实体防范为手段所建立的一种具有探测、延迟、反应有序结合的安全防范服务保障体系。n 是以预防损失和预防犯罪为目的的一项公安业务和社会公共事业。对于警察执法部门而言，安全技术防范就是利用安全防范技术开展安全防范工作的一项公安业务；而对于社会经济部门来说，安全技术防范就是利用安全
5、防范技术为社会公众提供一种安全服务的产业8二、安全防范系统设计依据n 国家标准uGB50348-2004安全防范工程技术规范uGB20815-2006视频安防监控数字录像设备 u n 行业标准uGA38-2004银行营业场所风险等级和防护级别的规定uGA308-2004安全防范系统验收规则uGA/T669-2006城市监控报警联网系统通用技术要求u n 地方标准uDB33/T334-2001安全防范系统u n 行业管理规定u国家公安部、国家教育部、省公安厅等相应文件及规范9三、安全防范产品n 入侵探测器n 防盗（抢）报警控制器（手动）n 汽车防盗报警系统n 出入口控制设备n 防盗保险柜（箱）n
6、 机械防盗锁n （楼宇）对讲（可视）系统n 防盗安全门n 防弹复合玻璃n 视频监控设备10安防产品管理办法n生产许可证nCCC认证体系n检测中心检测报告四、安全防范技术体系n 入侵探测与防盗报警技术n 视频监控技术n 出入口目标识别与控制技术n 报警信息传输技术n 移动目标反劫、防盗报警技术n 社区安防与社会救助应急报警技术n 实体防护技术n 防爆安检技术n 安全防范网络与系统集成技术n 安全防范工程设计与施工技术12五、安全技术防范（工程）系统n 入侵报警系统u利用传感技术和电子信息技术探测并指示非法进入或试图非法进入设防区域的行为，处理报警信息，发出报警信息的系统或网络。n 视频安防监控系
7、统u利用视频技术探测、监视设防区域并实时显示、记录现场图像的电子系统或网络。n 出入口控制系统u利用自定义符和/或模式识别技术对出入口目标进行识别并控制出入口执行机构启闭的电子系统或网络n 电子巡查系统n 停车库（场）管理系统n 防爆安全检查系统n 安全管理系统（集成以上系统的平台）13六、安全防范类别n 高风险对象的安全防范工程u金融机构u文博机构u民航、车站、码头u重要物资存储库u重要内保单位（如电力、电信）n 普通风险对象的安全防范工程u通用型公共建筑u住宅小区14第一章 视频监控原理和技术n第一节 视频监控定义n第二节 视频监控系统组成n第三节 从模拟到数字n第四节 基本概念n第五节
8、编码和压缩原理及技术n第六节 视频监控中分辨率、码率的选择视频监控基本定义n 视频监控的定义u利用视频技术探测、监视设防区域，实时显示、记录现场图像，检索和显示历史图像的电子系统或网络系统n 视频监控系统是安全技术防范的一个子系统n 视频监控技术是安全防范技术的一部分16监控系统的基本功能监控系统的基本功能主要功能主要功能监视监视控制控制管理管理功能要求功能要求实时，清晰实时，清晰报警及时、云镜操作灵活报警及时、云镜操作灵活存储、检索、回放、认证、维护等存储、检索、回放、认证、维护等业务对象业务对象视频源视频源控制信令控制信令用户命令用户命令第一章 视频监控原理和技术n第一节 视频监控定义n第
9、二节 视频监控系统组成n第三节 从模拟到数字n第四节 基本概念n第五节 编码和压缩原理及技术n第六节 视频监控中分辨率、码率的选择视频监控系统基本组成n 前端u各种类型的摄像机及其附属设备u编码设备n 传输u光端机u路由器和交换机u同轴电缆、光纤n 后端u显示、记录、控制、管理设备u采用独立的视频中心控制台或监控 报警中心控制台19第一章 视频监控原理和技术n第一节 视频监控定义n第二节 视频监控系统组成n第三节 从模拟到数字n第四节 基本概念n第五节 编码和压缩原理及技术n第六节 视频监控中分辨率、码率的选择视频监控系统的发展视频监控系统的发展CCTV系统的基本结构n CCTV：闭路电视系统
10、n 技术：主要是电视技术n 组成：摄像机、监视器、录像机、画面分割器等n 功能：监视（监听）、录像、回放等n 线缆：视频电缆（75欧同轴 阻抗 1.0Vp-p电平 传输约500m ）画面分割器CCTV系统结构n 技术：电视技术、控制技术n 组成：矩阵、摄像机、云台、监视器、录像机等n 功能：监视（监听） 、控制、录像、回放n 线缆：视频电缆、485控制线（一对多 终端匹配电阻120欧，传输约1200m）n 主要应用：规模较大的视频监控系统，如金融、楼宇等模拟视频监控系统光纤光纤前端前端传输传输操作操作电缆电缆控制键盘控制键盘长延时录像机长延时录像机显示显示 矩阵矩阵数字视频监控的基本结构n 技
11、术：主要是视频编解码技术、嵌入式技术n 组成：硬盘录像机、摄像机、监视器等n 功能：监视（监听）、控制、录像、回放、对讲等n 线缆：视频电缆、 485控制线n 主要应用：金融、楼宇、小区等模拟与数字监控的比较n 模拟监控u组建跨区域监控系统成本高昂、实现难度大u追加监控点难度较高u图像存储成本高、长期保存图像质量下降严重u不支持录像与检索双工操作n 数字监控u可通过网络组建低成本跨区域监控系统 u一机多路，使用大容量硬盘可长期存储u数字信号长期保存信号不失真u采用智能检索，检索与录像可同时进行u循环录像方式，节约人力第一章 视频监控原理和技术n第一节 视频监控定义n第二节 视频监控系统组成n第
12、三节 从模拟到数字n第四节 基本概念n第五节 编码和压缩原理及技术n第六节 视频监控中分辨率、码率的选择图像、视频和码流n 图像（Image）n 视频（Video ）u时间上连续的图像组成视频：ImageVideou视频中的某一幅图像称为一帧（Frame）u帧率（Frame Rate）FPS 每秒的帧数n 码流（Bit Stream）u将图像压缩后形成的数据u码率（Bit Rate）bps/Bps 对码流进行量化u码率类型：定码率（CBR）、变码率（VBR）u码流类型：视频流、音频流、复合流基本概念图像n 像素（Pixel）n 分辨率（Resolution）u水平：Widthu垂直：Heigh
13、tn 线数（TVL）n 分辨力u水平u垂直扫描方式13579111315246810121416奇场(Odd Field)偶场(Even Field)12345678910111213141516只有1场逐行扫描(Progressive)隔行扫描(Interlacing）视频制式n PAL（ Phase Alternating Line）：u供电频率为50Hz、场频为每秒50场、帧频为每秒25帧、扫描线为625行 u图像彩色误差较小，与黑白电视的兼容也好 u中国、德国n NTSC （National Television System Committee）：u供电频率为60Hz，场频为每秒60
14、场，帧频为每秒30帧，扫描线为525行 u美国、日本n SECAM（Sequentiel Couleur A Memoire ）：u按顺序传送彩色与存储 u俄罗斯、法国、埃及分辨率D14CIF112CIF1 1/2DCIF3/4 2/3CIF1/2 1/2QCIF1/4 1/4PAL720576704576704288528384352288176144NTSC720480704480704240528320352240176120分辨率4CIF576(PAL)480(NTSC)704 (PAL/NTSC)CIFQCIF2CIFDCIF528384(PAL)第一章 视频监控原理和技术n第一节
15、视频监控定义n第二节 视频监控系统组成n第三节 从模拟到数字n第四节 基本概念n第五节 编码和压缩原理及技术n第六节 视频监控中分辨率、码率的选择数码监控的基础技术：编码和压缩采集采集编码编码压缩压缩A/D转换数字信号DSP压缩输出数字信号模拟信号为什么要压缩？n 一幅一幅CIF分辨率的图像，进行分辨率的图像，进行A/D转换后未经压缩的数据量是转换后未经压缩的数据量是(RGB)：一帧：一帧：3522883字节字节304128字节（不包括文件头大小）字节（不包括文件头大小）一秒：一秒：304128字节字节25帧帧/秒秒7603200字节字节/秒秒7.25MB/秒秒一小时：一小时：7.25M/秒秒
16、3600秒秒/小时小时25.5GB/小时小时一天：一天：25.5GB/小时小时24小时小时612GB/天天 压缩的基本原理n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n压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉压缩的基本原理冗余信息去除冗余信息压缩标准Chronological Progression of ITU and MPEG Standard监控中压缩标准的选择n 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n 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
17、上几大要素M-JPEGn MJPEG（Motion JPEG）压缩技术，主要是基于静态视频压缩发展起来的技术，它的主要特点是基本不考虑视频流中不同帧之间的变化，只单独对某一帧进行压缩n MJPEG压缩技术可以获取清晰度很高的视频图像，可以动态调整帧率、分辨率n 但由于没有考虑到帧间变化，造成大量冗余信息被重复存储，因此单帧视频的占用空间较大，目前流行的MJPEG技术最好的也只能做到3K字节/帧，通常要820KMPEG-2n MPEG-2被称为“21世纪的电视标准”，它在MPEG-1的基础上作了许多重要的扩展和改进。主要针对存储媒体、数字电视、高清晰等应用领域。n MPEG-2视频相对MPEG-
18、1提升了分辨率，满足了用户高清晰的要求，但由于压缩性能没有多少提高，使得存储容量还是太大，也不适合网络传输MPEG-4n 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n 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n 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M
19、PEG1具有更大的优势，也更适合网络传输。n 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。n 对于中国企业来说还要面临高昂的专利费，目前规定：u每台解码设备需要交给MPEG-LA 0.25美元u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）H.264n 在ISO/IEC中的正式名称为：MPEG-4 AVC标准；在ITU-T中的名称:H.264n 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n H.264创造性多参考帧、多块类型、整数变换、帧内预
20、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n H.264主要有以下几大优点：u高效压缩：与H.263+和MPEG4 SP相比，最高减小50%比特率u延时约束方面有很好的柔韧性u容错能力u编/解码的复杂性可伸缩性u解码全部细节：没有不匹配（MPG-4采用浮点运算，进行整形变换时u高质量应用u网络友善第一章 视频监控原理和技术n第一节 视频监控定义n第二节 视频监控系统组成n第三节 从模拟到数字n第四节 基本概念n第五节 编码和压缩原理及技术n第六节 视频监控中分辨率、码率的选择分辨率的选择n 目前监控行业中主要使用以下分辨率：QCIF、C
21、IF、DCIF、4CIFn QCIF主要用于窄带环境，如手机监控；n 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。n 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n 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n 下一代高清数码监控的分辨率选择：720p、960pn 下一代超高清数码监控的分辨率选择：UXGA、1080p352288704576码率的选择n 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n 如果
22、码率小于该范围，则图像质量较差n 如果码率大于该范围，则显得浪费25fps通过码率计算录像文件大小n每小时录像文件大小（单位：M字节/小时）码率（Kbps）3600秒810241字节8 bit1M1024K分辨率、图像质量与码流关系图Bitrate（kbps）第二章 视频监控的主要产品：摄像机n第一节 摄像机基本概念n第二节 图像传感器n第三节 摄像机的分类n第四节 摄像机的关键指标n第五节 镜头知识摄像机基本概念n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n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
23、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CCDDSPCDSAGCV. DriverT. G.Composite VideoIris第二章 视频监控的主要产品：摄像机n第一节 摄像机基本概念n第二节 图像传感器n第三节 摄像机的分类n第四节 摄像机的关键指标n第五节 镜头知识第二节 图像传感器n传感器分类nCCD的诞生nCCD的结构和工作原理nCCD的种类nCCD的技术指标nCMOS的结构nCCD vs CMOS图像传感器分类nCCD（Charged Coupled Device）电荷耦合器件u优点：灵敏度，信噪比，成像质量u
24、缺点：成本、动态范围、功耗、制造加工u代表厂家：SONY、 Sharp、 Panasonic、富士、Philips、KodanCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）互补金属氧化物半导体u优点：成本、动态范围、功耗u缺点：灵敏度、信噪比、成像质量u代表厂家： Aptina(Micron)、 OmniVision、PixelCamCCD的诞生n 1969 AT&T 贝尔实验室n Willard Boyle & George E. Smith第一台数码相机n 1975 年，柯达应用电子研究中心，Steven J.SassonCCD结构n CCD结构
25、u感光二极管（Photodiode）u并行信号寄存器（Shift Register）p用于暂时存储感光后产生的电荷u串行信号寄存器（Transfer Register）p用于暂时存储并行寄存器的电荷并转移放大u信号放大器p用于放大微弱的电信号u模数转换器p将放大后的电信号转换为数字信息CCD结构（图示）CCD工作原理（图示）彩色成像原理CCD种类n 按照传输方式u全帧（Full Frame）u隔行传输式（Interline Transfer）u逐行传输式（Full Transfer）n 按照采光方式u前照式u后照式n 按照控温方式u普通CCDuCool CCDn 超级CCD（Super CCD
26、）CCD 种类传输方式全帧（Full Frame）-感光元件产生电信号-电荷转移到串行寄存器-放大、数摸转换、数字信息v动态范围宽v信噪比高v分辨率高成像速度慢必须借助机械快门控制曝光量CCD 种类传输方式隔行传输式（Interline Transfer）-感光元件产生电信号-电荷转移到并行寄存器-电荷从并行寄存器转移到串行寄存器-串行寄存器将电信号转到模拟寄存器-放大、数摸转换、数字信息v快速-曝光和数据读出可同时进行v可采用软件控制的电子快门工作动态范围小CCD 种类传输方式全传（Full Transfer）-综合Full Frame和Interline Transfer特点，在器件上划分
27、感光区和寄存区-曝光和数据转移可以同时进行v保证单位像素上的感光面积v保证了拍摄速度CCD种类采光方式n 前照式u光从正面照射芯片形成电荷n 背照式u光从背面通过并直接进入二极管u光子效率可达到80%CCD种类控温方式Cool CCD-消除热或暗电流产生的噪音 -噪音低，图像质量高 -灵敏度高，感光效果佳 -几何失真度小 -解析度稳定，补偿效果佳 -耐震动，不易受点磁场干扰附：普通CCD曝光超过10秒，发热；-20度摄像头可拍摄5分钟图像；-40度摄像头拍摄时间可超过1小时超级CCD超级超级CCD（Supper CCD） -几何形状的改变，增加光电二几何形状的改变，增加光电二极管的面积，像素利
28、用率提高极管的面积，像素利用率提高33% -更接近更接近Microlens形状，提高形状，提高有效面积增加光吸收率有效面积增加光吸收率 -排列结构更适合人眼对分辨率排列结构更适合人眼对分辨率的要求（分辨率提高的要求（分辨率提高60%）CCD技术指标n CCD数字化n 量子效率n CCD像素指标u填充因子u井深n 动力学范围n CCD像素合并n CCD系统增益n CCD系统读出噪音n CCD暗电流n 信噪比n CCD平场校正CCD数字化数字化（Digitization）-模拟信号转换成数字信号n 计算机运用2进制运算法则来将CCD采集的电信号转换成数字信号n 12bit=4096；14bit=1
29、6384；16bit=65536n 应用软件将运用一定的运算法则来决定最适合显示器灰度级别的数据CCD量子效率量子效率（ Quantum Efficiency ）-阴极发射出的光电子数量与入射光光子的数量比，用以表述CCD在不同波长下的响应值n 在同一波长下QE值越高CCD品质越好n CCD对于不同波长的光的响应时间的敏感度不同n 背照式CCD比前照式CCD有更好的量子效率n 多数衡量QE高低是在425nm波长CCD像素指标-填充因子填充因子（填充因子（ Fill Factor ）-CCD实际感光面积占像素面积的比值实际感光面积占像素面积的比值n 理想值-100%n 实际值-30%（隔行传输式
30、CCD）n 通过微型镜头（Micro lenses）改善（但微型镜头的应用会影响紫外光的检测）n 填充因子是影响灵敏度的一个因数CCD像素指标-井深井深（井深（Well Capacity）-像素可堆积电荷的多少像素可堆积电荷的多少n 多数多数CCD可堆积可堆积85K个电个电荷荷n 高品质的高品质的CCD可堆积可堆积350K个电荷个电荷n 影响灵敏度的一个因数影响灵敏度的一个因数n 衡量动力学范围的一个因衡量动力学范围的一个因素素动力学范围动力学范围（Dynamic Range） -描述从CCD像素值中可以得到多少数量的灰度级别的一个术语 -用来表示饱和电压（最大输出级别）与摄像头随机噪音的比率
31、（It is expressed as the ratio of full saturation voltage(maximum output level) to the total RMS noise of the camera output.) -动力学范围并不总是和数模转换器输出的数据一致动力学范围Bit DepthExpressionGrayscalesExpressionOrders of Magnitude828256Log 2562.4102101024Log 10243122124096Log 40963.61421416384Log 163844.21621665536Log
32、 655364.8CCD像素合并像素合并（Binning） -将相临的像素所堆积的电荷进行合并并当作一个单一的像素输出信号 -提高灵敏度（2x2bin提高4倍灵敏度） -降低分辨率（2x2bin降低一半的分辨率）CCD系统增益系统增益（System Gain） -传感器中电荷输出量与输入量之比，相当于传统相机的感光度（ISO) -提高增益将会造成数字噪音的增加 -低增益可以最小化噪音得到最佳分辨率，但是将损失井深，从而损失灵敏度 -系统中最优化的增益值根据平衡数字化计数、井深和数字化噪音最佳值来进行设置CCD系统读出噪音读出噪音（Readout Noise） 产生噪音的因素 -不能保证在电荷从
33、CCD转移出来并数字化的时候有一个好的重复性，导致相同像素中相同电荷数量进行A/D转换时得不到相同的结果 -传感器及电路产生的随机电荷与像素中有效电荷一起被数字化 -数模转换线圈将会分散一部分有意义的转换值降低系统噪音的方法 -采用Cool CCD -减小系统增益CCD暗电流暗电流（Dark Current , Dark Count） -CCD在一定温度下每个像素在一定时间内产生的电荷数 -暗噪音大约为暗电流的平方根CCD系统信噪比信噪比（ Signal to Noise Ratio ） -衡量信号及噪音的关系 -表征检测的限度（灵敏度）噪音常常表现在电子元件传输或接收信号的时候CCD平场校正
34、平场校正（ Flat-Field Correction） -用增益（gain）和补偿（offset）对个别的像素给予额外的休整 两种表征CCD传感器输出误差方式： -固定图案噪音（FPN，Fixed Pattern Noise） -图像不均一响应（PRNU，Photo Response Non Uniformity） CMOSn 互补金属氧化物半导体（CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor）u核心元件：感光二极管（Photodiode）u同一像点当中包含放大器和数模转换电路（一个感光二极管和三颗晶体管）u开口率底（开口率：有效感光区与整个感光元
35、件面积比值）u灵敏度低、噪声明显u数模转换无法保证严格一致CCD vs. CMOSCCD接口接口（Camera Interface） -Camera Link：在Channel Link基础上开发，可进行高速数据传输 -FireWire 及 IEEE 1394：苹果电脑公司开发，最初用于电脑外部设备的连接 -USB：高速、热插拔接口，最初用在电脑外部设备的连接 -Gigabit Ethernet：高速网络协议允许数据在网络中传输，该接口技术目前正在发展当中CCD接口C-MountF-Mount(Gel Doc, ChemiDoc, ChemiDoc XRS)(VersaDoc)Advantag
36、esDisadvantagesAdvantagesDisadvantagesLower f/stop availableFaster imagingLess expensiveIncrease perceived sensitivityAs f/stop decreases, spherical aberrations increase Few spherical aberrations Optically superiorMore expensive Lower the f/stop = greater expense CCD执行标准CCD执行标准n CCIR（Consultative Co
37、mmittee for International Radio欧洲标准n RS170（EIA）-美洲标准第二章 视频监控的主要产品：摄像机n第一节 摄像机基本概念n第二节 图像传感器n第三节 摄像机的分类n第四节 摄像机的关键指标n第五节 镜头知识摄像机的分类n 按图像色彩分：彩色（Color）（彩色自动转黑白）、黑白（B/W）；n 按传感器分：CCD、CMOSn 按分辨率分：超高解、高解、低解n 按灵敏度（最低照度）分：普通型、月光型、星光型、红外照明型n 按传感器大小分：1、2/3、1/2、1/3、1/4； n 按供电电源分：直流12V、交流24V、交流220V； n 按同步方式分：内同步
38、、外同步n 按镜头接口分：C卡口 、CS卡口、M12。 n 按摄像机结构分：枪机、半球、迷你、针孔、飞碟、防暴、一体型n 按输出信号类型分：模拟摄像机、网络摄像机、数字摄像机（ITU656）n 按特殊功能分：宽动态摄像机、强光抑制第二章 视频监控的主要产品：摄像机n第一节 摄像机基本概念n第二节 图像传感器n第三节 摄像机的分类n第四节 摄像机的关键指标n第五节 镜头知识摄像机的关键性能指标n传感器类型n分辨力（解析度）n最低照度n信噪比（S/N）n自动增益控制（AGC）n白平衡（WB）n同步方式n电子快门（ES）n其它摄像机的关键性能指标传感器n 传感器类型：CCD、CMOSn 传感器（靶面
39、）尺寸：u1/2”，6.44.8mm，对角线8mm；u1/3”，4.83.6mm，对角线6mm；u1/4”，3.22.4mm，对角线4mm。n 有效像素u例如：1/3” SONY Super HAD CCD有效像素规格有：p500（水平）582（垂直），PAL制式p752（水平）582（垂直），PAL制式摄像机的关键性能指标分辨力n 标示摄像机清晰度的参数，通常用水平电视线（TVL）来表示n 现阶段常见的分辨力参数有u420TVL或以下，低解u480530TVL，高解u540TVL以上，超高解摄像机的关键性能指标最低照度n 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：L
40、uxn 摄像机的最低照度参数通常由三部分组成，例如：n 以摄像机正常工作照度范围划分：u普通型：13 Luxu月光型：0.1 Lux左右u星光型：0.01 Lux以下u红外型：0 Lux，采用红外照明彩色 0.1Lux F1.2色彩模式（彩色/黑白）。同一支摄像机在彩色或黑白模式下，其照度参数不相同照度参数，表示摄像机在正常输出图像时，到达传感器的最小光照强度光圈值。表示该照度参数是在镜头设定于何种光圈值条件下取得的。附：提升摄像机照度的几种方法n 镜头u采用F值较小的镜头n 滤光片u采用双滤光片（ICR）n 传感器u提升传感器的开口率（填充因子）u采用大尺寸的传感器u采用多传感器n ISP（
41、Image Signal Processor）u工作于黑白模式下u提升AGC水平u采用低速电子快门（帧积累）摄像机的关键性能指标信噪比n 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dBn 计算公式：S/N=20log(VS / VN )n 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质量（噪点）正常照度低照度摄像机的关键性能指标自动增益n 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n 优点是提升了摄像机的动态范围，缺点是将噪声一同放大AGC打开AGC关闭摄像机的关键性能指
42、标白平衡n 用于彩色摄像机，确保在不同色温环境下正确表示色彩n 分为手动白平衡和自动白平衡两种u手动白平衡u自动白平衡p自动控制白平衡（AWB，Auto White Balance）p自动跟踪白平衡（ATB，Auto Tracking White Balance）日光灯色温 标准色温 钨丝灯色温摄像机的关键性能指标同步方式n 摄像机必须依靠一个同步信号来协调各信号处理模块的运作；分为内同步、电源同步和外同步三种u 内同步（INT）p 采用摄像机内部晶振产生的时钟信号作为同步信号；u 电源同步（LL，Line Locked）p 采用交流电源作为同步信号（零线同步）u 外同步（EXT）p 利用外部
43、信号发生器作为同步信号源，如：彩色复合视频或黑色突发信号（VBS）、黑白复合视频或复合同步信号（VS）、复用垂直驱动信号（VD2）和复合视频输出信号矩阵同步出错摄像机同步出错摄像机的关键性能指标电子快门n ES（Electronic Shuttle），摄像机通过控制传感器的感光时间实现快门功能，通常为1/501/100000秒可调n AES（Auto Electronic Shuttle）自动电子快门模式，根据环境照度高低（进光量大小）自动调整电子快门时间，确保输出图像亮度恒定AES关闭AES打开摄像机的关键性能指标其它关键指标n背光补偿（BLC）n宽动态（WD）n日夜转换（D/N）n强光抑制
44、背光补偿n 摄像机通过整个视场的亮度平均值来确定AGC水平，如前景、后景亮度差异较大时，将导致前景曝光不足n 摄像机开启背光补偿功能，仅针对视场中的某一个子区域来确定其AGC水平，确保前景正常曝光，但会导致背景过曝宽动态n 采用特殊的CCD和DSP电路，针对画面中较亮的区域和较暗的区域分别曝光，并将两个画面合成在一起形成一幅前景和后景均正常的图像日夜转换D/Nn 在夜间或照度较低的场景下，摄像机从彩色模式自动转换为黑白模式，可有效提高摄像机的低照度性能白天（彩色）模式夜间（黑白）模式0.008Lux / F1.2日夜转换D/N（续）n 两种日夜转换模式u普通日夜型采用固定式的双峰滤色片，同时通
45、过可见光和红外光uICR日夜型采用机械式红外滤色片，白天滤掉红外光确保图像效果；夜晚则移去红外滤色片，确保全光谱光线均可进入CCD普通日夜型ICR日夜型强光抑制n 对画面中的强光源进行抑制，以获得周边图像信息第二章 视频监控的主要产品：摄像机n第一节 摄像机基本概念n第二节 图像传感器n第三节 摄像机的分类n第四节 摄像机的关键指标n第五节 镜头知识镜头种类手动光圈镜头（MF）手动变焦镜头（VR）DC Vedio自动光圈镜头（AI）Board Lens(Pine Hole)固定光圈镜头(FF)电动镜头(Zoom Lens)镜头分类n 按焦距u定焦镜头u变焦镜头u变倍镜头u广角镜头n 按光圈u固
46、定光圈镜头u手动光圈镜头u自动光圈镜头p DDp VDn 按特殊功能uFA镜头（工业级）u百万像素镜头uIR镜头u针孔镜头镜头的关键指标n像面尺寸nF值（光圈值）n焦距n接口类型uCSuC第三章 视频监控主要产品：DVR、DVSn第一节 PC式硬盘录像机（PC-DVR）n第二节 嵌入式硬盘录像机（DVR）n第三节 DVR的关键技术n第四节 嵌入式视频服务器（DVS）PC式网络硬盘录像机系统构成兼容兼容/ /工控工控PCPC机机+ +视频采集或压缩卡视频采集或压缩卡+ +普通普通/ /较可靠的操作平台较可靠的操作平台+ +应用软件应用软件PC式网络硬盘录像机特点n PC平台在数字视频技术发展的早
47、期阶段成为首选的载体n PC-DVR的核心要素是视音频压缩（采集）板卡，它决定了整套系统的技术体系架构及性能n PC式DVR具有兼容性好，软件开发周期短，易扩展、易操作，一机多用等特点n PC式DVR中影响整套系统稳定性的环节较多，例如主板、显卡、压缩卡、操作系统、应用软件等等视频卡分类n 视频采集卡 / 软压卡n 视频压缩卡 / 硬压卡软压卡A/D转换CPU（压缩）（压缩）模拟信号输入数字信号输出硬压卡A/D转换模拟信号输入数字信号输出DSP压缩压缩第三章 视频监控主要产品：DVR、DVSn第一节 PC式硬盘录像机（PC-DVR）n第二节 嵌入式硬盘录像机（DVR）n第三节 DVR的关键技术
48、n第四节 嵌入式视频服务器（DVS）DVRn DVR：Digital Video Recoder数字视频网络硬盘录像机功能：n 模数转换、编码n 存储、检索及回放（VOD）n 连接CVBS系统及IP系统n 提供控制界面什么是嵌入式？n 从应用的角度，IEEE（国际电子和工程师协会）给嵌入式系统下过一个定义，即嵌入式系统是控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置。嵌入式系统在工业控制、交通管理、信息家电、环境监测、航空航天、军事等方面均有广泛的应用，美国火星车上的探测器是嵌入式技术在高端领域的典型例子n 目前国内有一个比较认同的定义就是：以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适应应
49、用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统 n 比较通俗的解释是，嵌入式就是按需订制的计算机系统，其所有构成部件（软件和硬件）都是围绕着一个核心目标而设计嵌入式网络硬盘录像机系统结构A-Out预览模块VGAV-OutA-IN CPUDSPPCI内存控制器网络控制器报警控制器USB控制器UART控制器RS232KBRS485UTPAlarmUSBV-IN ADCSATA硬盘控制器IDE嵌入式DVR软件结构录像录像监控应用软件监控应用软件网络网络硬件层硬件层硬件硬件抽象层抽象层操作操作系统层系统层应用层应用层PC-DVR与嵌入式DVR的比较n PC式DVR（PC-DVR）在处
50、理性能和功能方面有优势，适于小规模应用n 嵌入式DVR（E-DVR）优势主要在可靠性方面，性能随着IC技术的进步而不断提升；适于各种规模的应用第三章 视频监控主要产品：DVR、DVSn第一节 PC式硬盘录像机（PC-DVR）n第二节 嵌入式硬盘录像机（DVR）n第三节 DVR的关键技术n第四节 嵌入式视频服务器（DVS）DVR的关键技术n视频编码技术n硬盘记录技术n网络传输技术n应用技术关键技术之一：视频编码技术n 几种编码技术的效率对比关键技术之一：视频编码技术（续）n 任何视频编码的效率都是与视频源有关的，针对不同的视频源，视频编码效率是不一样的n 现有的视频编码算法，不是很适合数码监控中
