視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述鐵路專用通信子系統(tǒng)教學(xué)湖南鐵道課件

視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述《鐵路專用通信子系統(tǒng)》教學(xué)資源庫湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述系統(tǒng)的互聯(lián)及聯(lián)動3視頻技術(shù)2發(fā)展概況1鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)是鐵路運(yùn)輸指揮、生產(chǎn)作業(yè)及治安防范的重要設(shè)施。鐵路總公司、鐵路局、站段等各級用戶根據(jù)需要可選擇實(shí)時調(diào)用或回放各采集點(diǎn)視頻圖像，以確保行車安全，提高管理水平和效率。無論是在滿足鐵路行車指揮、生產(chǎn)組織、客貨運(yùn)輸服務(wù)、設(shè)備監(jiān)測、作業(yè)監(jiān)控、搶險(xiǎn)救援還是在治安防范方面都發(fā)揮了不可替代的作用。出于安全考慮，要求視頻監(jiān)控?zé)o死角的全覆蓋，鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)按監(jiān)控地點(diǎn)和使用方式，分為綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)和專業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控區(qū)域包括鐵路車站公共場所、重點(diǎn)作業(yè)場所、咽喉區(qū)、重要機(jī)房以及線路重點(diǎn)區(qū)段等處所。視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述一、發(fā)展概況視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過短短幾十年時間，從最早的模擬監(jiān)控到數(shù)字監(jiān)控再到網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控，發(fā)生了巨大變化。從技術(shù)角度看，視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展劃分為第一代模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV），到第二代數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)（DVR），到目前廣泛應(yīng)用的第三代基于IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)（IPVS）。一、發(fā)展概況視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述第一代視頻監(jiān)控是傳統(tǒng)模擬閉路視頻監(jiān)控（ClosedCircuitTelevision，CCTV）CCTV主要由攝像機(jī)、監(jiān)視器和錄像機(jī)等組成，攝像機(jī)通過視頻同軸電纜輸出視頻信號，電纜連接到卡帶式錄像機(jī)（VCR）及視頻監(jiān)視器等。系統(tǒng)的視頻、音頻信號的采集、傳輸和存儲均為模擬形式。1模擬視頻監(jiān)控一、發(fā)展概況視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述CCTV特點(diǎn)1模擬方式傳輸，傳輸距離有限，通常只有幾百米，應(yīng)用于小范圍內(nèi)的監(jiān)控，適合點(diǎn)對點(diǎn)的方式監(jiān)控。4模擬視頻數(shù)據(jù)存儲的信息量巨大，但錄像機(jī)存儲容量有限，且用戶必須從錄像機(jī)中取出或更換新錄像帶保存，錄像帶也容易丟失、被盜或無意中被擦除。5查詢?nèi)∽C煩瑣。系統(tǒng)的施工復(fù)雜，維護(hù)麻煩，擴(kuò)展性差。32模擬信號易受干擾，穩(wěn)定性差。一、發(fā)展概況視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述2數(shù)字視頻監(jiān)控第二代視頻監(jiān)控是基于計(jì)算機(jī)與多媒體的“模擬-數(shù)字”監(jiān)控系統(tǒng)（DigitalVideoRecorder，DVR），即數(shù)字視頻錄像機(jī)，也稱為硬盤錄像機(jī)。“模擬-數(shù)字”監(jiān)控系統(tǒng)是以數(shù)字硬盤錄像機(jī)DVR為核心半模擬-半數(shù)字方案，從攝像機(jī)到DVR仍采用同軸電纜輸出視頻信號，通過DVR同時支持錄像和回放，并可支持有限IP網(wǎng)絡(luò)訪問。一、發(fā)展概況視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述DVD特點(diǎn)1依靠電纜作為傳輸介質(zhì)，傳輸方式依舊是模擬方式，監(jiān)控服務(wù)仍有限。4早期的DVR圖像存儲為數(shù)字化存儲，存儲能力增強(qiáng)，數(shù)字化程度仍不夠，需要外部服務(wù)器和管理軟件來控制多個DVR或監(jiān)控點(diǎn)。5視頻多采用MPEG-1、MPEG-2壓縮方式。圖像顯示為模擬視頻或無損壓縮視頻，較清晰。32以本地存儲為主，網(wǎng)絡(luò)傳輸能力較弱。6不能從任意客戶機(jī)訪問任意攝像機(jī)，只能通過DVR間接訪問攝像機(jī)。一、發(fā)展概況視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述3網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控第三代視頻監(jiān)控是網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)（IPVideoSurveillance，IPVS）。IPVS的攝像機(jī)內(nèi)置Web服務(wù)器，提供以太網(wǎng)端口，視頻從攝像機(jī)設(shè)備輸出時即為數(shù)字信號，生成H.264或MPEG-4數(shù)據(jù)文件，可供經(jīng)授權(quán)客戶機(jī)從網(wǎng)絡(luò)中任何位置訪問、監(jiān)視、記錄并打印?；趪H標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議，IPVS實(shí)現(xiàn)視頻在網(wǎng)上的多路復(fù)用傳輸，并通過設(shè)在網(wǎng)上視頻流服務(wù)器，完成視頻流的轉(zhuǎn)發(fā)、報(bào)警等操作，以實(shí)現(xiàn)整個監(jiān)控系統(tǒng)的指揮、調(diào)度、存儲、授權(quán)控制等功能。一、發(fā)展概況視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述IPVS特點(diǎn)1全數(shù)字化音頻、視頻信息，可充分利用計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行壓縮、分析、存儲和顯示。支持智能分析和智能處理，可及時發(fā)現(xiàn)異常情況并進(jìn)行聯(lián)動報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)無人值守。在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，利用計(jì)算機(jī)建立的索引，在很短時間內(nèi)就能找到相應(yīng)的現(xiàn)場記錄。32多樣化遠(yuǎn)距離傳輸，突破地域空間的限制，支持有線、無線等傳輸方式，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，可實(shí)現(xiàn)高效的遠(yuǎn)程監(jiān)控。一、發(fā)展概況視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述IPVS特點(diǎn)4利用計(jì)算機(jī)可圖像進(jìn)行去噪、銳化等處理，改善圖像質(zhì)量，提高監(jiān)控效果。5整個系統(tǒng)是模塊化結(jié)構(gòu)，體積小，易于安裝、使用、管理和維護(hù)，維護(hù)成本低。6存儲量大且存儲方式靈活，支持前端存儲與服務(wù)器存儲。7分散監(jiān)控、集中管理，組網(wǎng)靈活，只要增加監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備便可擴(kuò)展新的監(jiān)控點(diǎn)。一、發(fā)展概況視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述由于數(shù)字視頻監(jiān)控具有傳統(tǒng)模擬監(jiān)控?zé)o法比擬的優(yōu)點(diǎn)，而且符合當(dāng)前信息社會中數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展趨勢，數(shù)字視頻監(jiān)控正在逐步取代模擬監(jiān)控，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化視頻監(jiān)控技術(shù)和IP傳輸方式構(gòu)建。二、視頻技術(shù)1視頻壓縮與編解碼技術(shù)通常，視頻圖像數(shù)據(jù)具有極強(qiáng)的相關(guān)性，即有大量空間冗余信息和時間冗余信息的冗余信息。為將視頻圖像中的冗余信息去掉，需進(jìn)行視頻壓縮。視頻壓縮技術(shù)利用幀內(nèi)壓縮技術(shù)去除空域冗余，利用幀間壓縮技術(shù)去除時域冗余，利用熵編碼壓縮技術(shù)對空域和時域模型的輸出參數(shù)進(jìn)行壓縮，消除統(tǒng)計(jì)冗余，僅存儲連續(xù)幀即視頻圖像之間有差別的地方，從而達(dá)到較大的壓縮比。視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述二、視頻技術(shù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述通過對視頻圖像的壓縮編碼，在不降低質(zhì)量的情況下，可減小碼率，降低存儲空間，同時也減輕網(wǎng)絡(luò)帶寬的負(fù)擔(dān)。鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)范要求視頻編碼器支持MPEG4、H.264視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。二、視頻技術(shù)1.MPEG-4MPEG-4（MovingPicturesExpertsGroup）是動態(tài)圖象專家組于1999年頒布的視頻編碼國際標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-4是為滿足網(wǎng)絡(luò)實(shí)時傳輸視頻音頻信號和交互式多媒體通信制定的低速率、高壓縮比的視頻音頻編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)，在視頻監(jiān)控中大量應(yīng)用。視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述二、視頻技術(shù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)是面向?qū)ο蟮膲嚎s方式，根據(jù)圖像的內(nèi)容，將其中的對象（人物、物體、背景等）分離出來，分別進(jìn)行幀內(nèi)、幀間編碼，并允許在不同對象之間靈活分配碼率，可對重要的對象分配較多的字節(jié)，從而提高壓縮比，壓縮比最高可達(dá)200：1，在較低的碼率下獲得較好的效果。MPEG-4兼容MPEG-1、MPEG-2，支持其中的絕大部分功能。MPEG-4在提供高壓縮比的同時，對數(shù)據(jù)的損失較小。MPEG-4的應(yīng)用能大幅度的降低存儲容量，同時獲得較高的清晰度，適用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的長時間實(shí)時錄像的需求，也可在低帶寬上進(jìn)行良好的網(wǎng)絡(luò)傳輸。二、視頻技術(shù)2.H.264H.264

是ITU-T的視頻編碼專家組（VideoCodingExpertsGroup,VCEG）和ISO/IEC的MPEG（活動圖像編碼專家組）的聯(lián)合視頻組開發(fā)的一個新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10

部分。H.264采用了統(tǒng)一的VLC符號編碼，高精度、多模式的位移估計(jì)，基于4×4塊的整數(shù)變換、分層的編碼語法等，使得H.264算法具有很高的編碼效率，在相同的重建圖像質(zhì)量下，能夠比H.263節(jié)約50％左右的碼率。視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述二、視頻技術(shù)2分辨率目前視頻監(jiān)控領(lǐng)域常見的分辨率有CIF（352×288）、2CIF（704×288）、4CIF（704×576）、D1（720×576），高清分辨率有720P、1080P等。CIF分辨率是主流分辨率，其存儲量較低，能在普通寬帶網(wǎng)絡(luò)中傳輸，能被大部分用戶所接受。4CIF和D1分辨率相差不多，圖像清晰但存儲量也較大，網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬要求相對較高。隨著視頻監(jiān)控需求的增長和對視頻圖像質(zhì)量要求的提高，伴隨著計(jì)算機(jī)處理能力的提高、存儲設(shè)備的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)帶寬的擴(kuò)展，高清720P（1280×720）、1080P（1920×1080）將成為未來的主流選擇。視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述二、視頻技術(shù)3視頻存儲技術(shù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中由于攝像頭數(shù)量眾多，而且視頻圖像資料需要存儲一定的時間長度，因此存儲容量需求巨大。視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述1.磁盤陣列磁盤陣列RAID（RedundantArraysofInexpensiveDisks）是由很多容量較小、穩(wěn)定性較高的獨(dú)立硬盤，以不同的方式組合成一個容量巨大的磁盤組，提供比單個硬盤更高的存儲性能和讀寫速率，通過數(shù)據(jù)校驗(yàn)提供容錯功能，提供數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)備份。利用磁盤陣列技術(shù)，可以將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存儲在各個硬盤上，保障用戶數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，磁盤陣列主要用于視頻的存儲及視頻回放檢索。視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述二、視頻技術(shù)2.存儲方式視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，存儲形式根據(jù)需要可選擇集中存儲、分散存儲、相對集中存儲等模式，常用的是基于Windows等開放式操作系統(tǒng)的外掛存儲形式，有DAS、NAS和SAN等存儲方式。視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述1DAS（DirectAttachedStorage直連式存儲）DAS是比較傳統(tǒng)和常見的存儲方式，存儲設(shè)備被直接連接到應(yīng)用的服務(wù)器（計(jì)算機(jī)）上。DAS適用于小型網(wǎng)絡(luò)、地理位置分散的網(wǎng)絡(luò)和特殊服務(wù)器。DAS已經(jīng)存在了很長時間，并且在很多情況下仍是一種不錯的存儲選擇。二、視頻技術(shù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述2NAS（NetworkAttachedstorage網(wǎng)絡(luò)附加存儲）NAS采用獨(dú)立于服務(wù)器，將存儲設(shè)備通過文件服務(wù)器連接到基于IP的網(wǎng)絡(luò)中，自形成一個網(wǎng)絡(luò)，這樣數(shù)據(jù)存儲就不再是服務(wù)器的附屬，而是作為獨(dú)立節(jié)點(diǎn)存在于網(wǎng)絡(luò)之中，為所以網(wǎng)絡(luò)用戶共享。NAS是一種文件共享服務(wù)，擁有自己的文件系統(tǒng)，通過文件存儲協(xié)議（NFS、CIFS等）進(jìn)行文件訪問、數(shù)據(jù)存儲等。NAS是文件級的存儲方式，數(shù)據(jù)是以文件作為操作對象。NAS通過網(wǎng)絡(luò)連接存儲系統(tǒng)，為設(shè)備提供統(tǒng)一的存儲空間，使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)，當(dāng)然備份過程中就會引起帶寬的消耗。NAS存儲做到了即插即用，部署也相對靈活二、視頻技術(shù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述3SAN存儲設(shè)備組成一個單獨(dú)、專用的存儲網(wǎng)絡(luò)，大多利用光纖連接，采用光纖通道協(xié)議（FiberChannel,FC），服務(wù)器與存儲設(shè)備之間可以任意連接，具有更高的帶寬和很好的傳輸速率，服務(wù)器與存儲設(shè)備之間可以有更遠(yuǎn)的距離，當(dāng)然設(shè)備的價格昂貴。SAN是數(shù)據(jù)塊級的存儲方式，數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)塊的形式訪問，視頻流不需經(jīng)過文件格式的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)訪問的效率較高。SAN的結(jié)構(gòu)允許任何服務(wù)器連接到任何存儲設(shè)備，不管數(shù)據(jù)放在何處，服務(wù)器都可以直接存儲所需的數(shù)據(jù)，適合于大規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)的集中存儲。SAN（StorageAeraNetwork存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）二、視頻技術(shù)NAS和SAN都是集中存儲方式。集中存儲方式下，若網(wǎng)絡(luò)中斷時，可能引起監(jiān)控視頻缺失，視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)考慮集中存儲和前端?；顐浞荽鎯ο嘟Y(jié)合，即在網(wǎng)絡(luò)故障時，前端根據(jù)要求保存一定時間的數(shù)據(jù)存儲，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后再將數(shù)據(jù)備份至中心存儲。視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述二、視頻技術(shù)用戶的操作關(guān)系到整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安全，錯誤操作可能導(dǎo)致視頻資料缺失，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法正常工作，這樣就要求用戶登錄視頻監(jiān)控系統(tǒng)時需要相應(yīng)的認(rèn)證才能進(jìn)行相應(yīng)的操作。用戶的權(quán)限可以被賦予，也可以被收回，由管理員統(tǒng)一設(shè)定。一般情況下，系統(tǒng)要求采用分級用戶管理機(jī)制，根據(jù)用戶的不同身份，給予不同的操作權(quán)限。權(quán)限分為系統(tǒng)管理、視頻瀏覽、云鏡控制、報(bào)警管理、錄像管理和用戶管理等幾種。為了安全性考慮，系統(tǒng)為每一個操作或查看監(jiān)控圖像的用戶分配一個賬號。用戶賬號在確定的時候，即被賦予一個角色，獲得此角色的相應(yīng)權(quán)限。用戶應(yīng)該以正確的用戶名和口令登錄系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述4管理技術(shù)二、視頻技術(shù)1用戶認(rèn)證與權(quán)限視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置優(yōu)先級，網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備及其所代表的用戶可以被管理員分為多個控制權(quán)限等級。當(dāng)多個用戶同時操作時，優(yōu)先級高的用戶有優(yōu)先控制權(quán)。當(dāng)優(yōu)先級高的用戶不控制后，優(yōu)先級低的用戶才獲得控制權(quán)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述二、視頻技術(shù)2優(yōu)先級實(shí)際的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控點(diǎn)會越來越多，工作人員根本無法顧及所有監(jiān)控場景及實(shí)時高效準(zhǔn)確地監(jiān)控，導(dǎo)致視頻監(jiān)控是一個事后調(diào)查取證的被動工具且人工錄像回放取證方式效率不高，引入智能圖像分析技術(shù)可有效解決這一問題，且便于大規(guī)模部署。智能圖像分析技術(shù)是計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)在安防領(lǐng)域的應(yīng)用，是一種基于目標(biāo)行為的智能監(jiān)控技術(shù)，通常采用背景減除技術(shù)先將場景中的背景和目標(biāo)分離，去除背景干擾（如光線變化），識別出真正的目標(biāo)，再分析、跟蹤和提取場景內(nèi)的目標(biāo)行為，進(jìn)行規(guī)則判定，當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在符合某種規(guī)則的行為發(fā)生時，觸發(fā)報(bào)警（如聲光報(bào)警），采取對應(yīng)措施進(jìn)行人工干預(yù)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述二、視頻技術(shù)5智能分析技術(shù)通過智能圖像技術(shù)可實(shí)現(xiàn)圖像只在需要時才上傳，甚至只在需要時才錄像。這樣可極大地縮減網(wǎng)絡(luò)上的圖像流量，減少所需的錄像空間資源，極大地節(jié)省投資，降低運(yùn)營維護(hù)成本。鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻分析主要應(yīng)用在重要場所的防盜檢測、車站的擁擠度檢測、重要區(qū)段的入侵檢測和棄置物體檢測等。視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述二、視頻技術(shù)重要場所的防盜檢測是指在重要場所（如樞紐機(jī)房）的貴重物品、設(shè)備設(shè)施被移動或取走時，發(fā)出報(bào)警。視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述1.防盜檢測擁擠度檢測是指在特定區(qū)域（如車站的售票廳、候車室）內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)目標(biāo)數(shù)量超過設(shè)定的范圍時產(chǎn)生報(bào)警或給出提示。2.擁擠度檢