【文章內(nèi)容簡介】 電纜將視頻圖像從前段監(jiān)控點傳回監(jiān)控中心，并逐一顯示在監(jiān)視器上。隨著監(jiān)控點增多問題也隨之顯現(xiàn)：視頻顯示設備和錄像設備大幅增多，增加了建設成本和管理難度。為提高監(jiān)控效率，人們引入了視頻矩陣技術(shù)，即將視頻圖像從任意一個輸入通道切換到任意一個輸出通道。視頻矩陣的出現(xiàn)，解決了大量視頻圖像的切換顯示和分配共享等問題。其特點是依賴同 軸電纜在近距離內(nèi)傳輸視頻信號，以模擬視頻的方式完成小范圍的視頻圖像監(jiān)控， 但 視頻傳輸距離和容量以及矩陣聯(lián)網(wǎng)的瓶頸限制了監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模。 2. 模擬視頻與遠距離聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控 90 年代，光端機的出現(xiàn)解決了視頻圖像遠距離傳輸?shù)膯栴}。早期的模擬光端機以光纖傳輸獨具的優(yōu)勢，填補了遠距離視頻傳輸?shù)目瞻?；后期的?shù)字光端機更是將多路模擬基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)進行數(shù)字化，形成高速數(shù)字流。 采用復用技術(shù)進行傳輸， 不僅大大提高了傳輸?shù)馁|(zhì)量和內(nèi)容，更拓寬了傳輸業(yè)務的種類，為視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控提供了物質(zhì)基礎。 視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控是遠距離大范圍監(jiān)控發(fā)展到一定階 段的產(chǎn)物。初期矩陣之間的聯(lián)網(wǎng)是通過 RS232/422 低速數(shù)據(jù)通訊完成的，其缺陷是傳輸速率低、節(jié)點不能任意編號、不支持遠程管理，這就使 聯(lián)網(wǎng)規(guī)模受 到限制。 3. 數(shù)字視頻與 IP 網(wǎng)絡監(jiān)控 視頻實現(xiàn)數(shù)字化最初是從硬盤錄像機開始的，視頻壓縮技術(shù) 是硬盤錄像機的核心技術(shù)。目前在視頻監(jiān)控領域，主流的壓縮標準是 ；隨著網(wǎng)絡技術(shù)的普及，提出了以 IP網(wǎng)絡為媒質(zhì)，基于 TCP/IP 協(xié)議，采用網(wǎng)絡視頻編解碼器、網(wǎng)絡交換機、路由器、網(wǎng)絡視頻存儲設備、網(wǎng)絡視頻管理平臺構(gòu)建的數(shù)字化網(wǎng)絡監(jiān)控平臺。 全數(shù)字網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)勢在于充分發(fā)揮了數(shù)字和 網(wǎng)絡技術(shù)的特性，實現(xiàn)了視頻的無損交換、復制與存儲，遠距離監(jiān)控與任意擴展，支持任意網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，簡化了管理層次等，這使全數(shù)字網(wǎng)絡監(jiān)控平臺在 2020 年以后成為安防監(jiān)控的主流，但是基于 IP 的全數(shù)字網(wǎng)絡監(jiān)控也存在不足：首先，基于 IP 網(wǎng)絡的帶寬限制，必須將數(shù)字視頻進行壓縮處理，即以犧牲圖像質(zhì)量來完成視頻的數(shù)字化和網(wǎng)絡化；其次， IP 網(wǎng)絡本身并不是為視頻、音頻這樣. . 的實時大容量業(yè)務傳輸設計的，網(wǎng)絡技術(shù)的復雜性加大了管理、使用和維護難度。 4. 數(shù)字視頻與光纖網(wǎng)絡監(jiān)控 這種新技術(shù)是將模擬視頻進行數(shù)字化編碼，但不做壓縮，數(shù)字化后的視 頻信號通過光纖網(wǎng)絡進行傳輸。與 IP 網(wǎng)絡監(jiān)控相同的是：全網(wǎng)圖像任意節(jié)點接入，任意節(jié)點輸出，實現(xiàn)了全網(wǎng)圖像的無損傳輸、無損交換和資源共享；與 IP 網(wǎng)絡監(jiān)控不同的是圖像未經(jīng)壓縮保證了圖像的高質(zhì)量， BVx 內(nèi)部組網(wǎng)， 不需要網(wǎng)絡交換機、路由器等網(wǎng)絡設備，構(gòu)建了有別于 IP 網(wǎng)絡的專業(yè)化監(jiān)控 網(wǎng)絡，保證了圖像傳輸、交換、控制的實時性和準確性以及真?zhèn)€監(jiān)控網(wǎng)絡的安全性。 二、 論文選題意義 隨著高校的快速發(fā)展，高校的規(guī)模不斷擴大，高校里的儀器設備等固定資產(chǎn)的數(shù)量不斷增加 ，學生活動范圍和形式日益多樣化，給校園安防 提出了更高的要求。 高校作為社 會的一個重要組成部分，安全穩(wěn)定與否直接關(guān)系到社會的穩(wěn)定，校園安全防范單靠人防、物防已經(jīng)不能滿足高?？焖侔l(fā)展的需要，為了確保校園安全，提高安全防范的管理水平，必須建立校園監(jiān)控系統(tǒng)。 隨著計算機 與網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)正朝 著視頻的數(shù)字化、監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡化和管理的智能化 方向發(fā)展，遠程異地監(jiān)控已成為可能。充分利用校園網(wǎng)資源，建立基于校園網(wǎng) 的 數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)可以大大減少建設工作量，提高系統(tǒng)的方便性，做到實時監(jiān)視可視區(qū)域，快速控制現(xiàn)場，減少各類案件的發(fā)生，便于管理者及時應對、處理突發(fā)事件。 應用先進的視頻監(jiān)控技術(shù)及相關(guān)探 測報警 設備來有效地實現(xiàn)各功能的集成與互補，提高設備的使用效益，降低管理成本，使系統(tǒng)具備優(yōu)良的性能價格比，對我國數(shù)字化安防系統(tǒng)的工程建設有著深遠的現(xiàn)實意義。本課題 是針對重慶郵電大學目前的校園資源、網(wǎng)絡現(xiàn)狀以及數(shù)字化管理需求，進行針對性的系統(tǒng)方案設計和實現(xiàn)研究，針對高校這樣一個有著特殊安防要求的單位，研究其數(shù)字化 監(jiān)控方案對于解決當前我國高校所面臨的安全防范問題具有重要意義。 第二節(jié) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用現(xiàn)狀 一、 視頻監(jiān)控市場現(xiàn)狀 隨著近年來 “ 平安城市 ” 、 “ 平安校園 ” 等安防項目在全國范圍的開展和深入，機場、地鐵以及景區(qū)等用戶對于視頻監(jiān)控覆蓋范圍、監(jiān)控點數(shù)以及網(wǎng)絡傳輸 I/O 等要求的不斷提升，網(wǎng)絡監(jiān)控正成為中國視頻監(jiān)控市場重要的拉動因素。在國內(nèi)大型的視頻監(jiān)控項目中，更是出現(xiàn)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，除后端顯示設備之外，全部設備 IP 化的發(fā)展趨勢。從全球范圍的發(fā)展趨勢來看，整體視頻監(jiān)控市場中網(wǎng)絡攝像機（ IP Camera）以及 網(wǎng)絡視頻存儲（ NVR）等 IP 存儲的出貨量開始超過傳統(tǒng)攝像機和 硬盤錄像機，成為市場增長的主推力。雖然中國市場的成熟度相對于全球市場略有欠缺，然而，中國市場在整體需求、增長速度上具有更. . 多的發(fā)展機會。此外，由于中國視頻監(jiān)控市場的部署基礎相對較小，因此在技術(shù)切換的速度上，將更具優(yōu)勢。 二、 我國數(shù)字化監(jiān)控發(fā)展方向 今后我國的數(shù)字化監(jiān)控產(chǎn)品在技術(shù)上將會向兩個方向發(fā)展，第一個方向是高清晰度，對圖像質(zhì)量的追求，始終是人們努力的方向，更是監(jiān)控業(yè)內(nèi)在的要求。因此，隨著存儲設備容量的不斷擴大，價格不斷降低，新的存儲技術(shù)的發(fā)展，采用 MPEG2 和其它高畫質(zhì)圖像標準的產(chǎn)品將投入市場，成為數(shù)字化監(jiān) 控的重要產(chǎn)品 [1]。 第二個方向是基于 MPEG4 或更新的圖像壓縮標準的產(chǎn)品。 MPEG4 技術(shù)給數(shù)字化監(jiān)控產(chǎn)品提供了新的發(fā)展空間，它尤其適合網(wǎng)絡監(jiān)控，它的出現(xiàn)和應用，將使數(shù)字化監(jiān)控邁向一個新的時代。實踐證明硬盤錄像機在一般環(huán)境保安監(jiān)控項目中，如樓宇、小區(qū)、機場、博物館、交通路口、高速公路收費站等，具有模擬系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性和先進性，為今后發(fā)展提供了廣闊的空間。隨著全行業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化步伐的加快，傳統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)必將被新一代數(shù)字化、網(wǎng)絡化多媒體管理監(jiān)控系統(tǒng)所取代，進而使數(shù)字化、網(wǎng)絡化深入到生活各個領域之中。 第三節(jié) 本文 主要研究 工作 本文主要是在對設備、理論深入認識和研究基礎之上，針對重郵“平安校園”進行實際的調(diào)查研究和方案設計，所以全文主要有以下幾項工作： 首先，介紹了課題選題背景和意義，了解視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展歷程、視頻監(jiān)控系統(tǒng)應 用現(xiàn)狀，針對校園監(jiān)控需做的改進和課題的主要研究任務； 第二， 闡述 了 視頻監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)理論基礎，介紹了與本文方案相關(guān)的傳輸線路、監(jiān)控 設備的 功能及特性，為后續(xù)的工程設計打下理論基礎； 第三，“平安重郵”視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)分析，介紹了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的類型和結(jié)構(gòu)、相 關(guān)的 組網(wǎng)技術(shù)、傳輸技術(shù)以及系統(tǒng)原 理，提出了基于視頻服務器、硬盤錄像機的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)和基于校園網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計方案； 重點工作， “平安重郵”視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案設計，結(jié)合重慶郵電大學視頻監(jiān)控系統(tǒng)設 計方案， 利用現(xiàn)有校園局域網(wǎng)和傳輸線路，構(gòu)建具備統(tǒng)一監(jiān)控和控制平臺的多級監(jiān)控系統(tǒng)；根據(jù)工程項目的特點及要求，給出了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工程設計方案、系統(tǒng)圖、監(jiān)控點布局圖、系統(tǒng)設備清單，并詳細闡述了系統(tǒng)的功能實現(xiàn)和維護管理。 最后對全文進行總結(jié)并對數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和應用做出了展望。 . . 第二章 “平安重郵”視頻監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān) 理論基礎 視頻監(jiān)控系統(tǒng)通 常分為三個部分，即前端視頻采集部分，包括攝像機、鏡頭、云臺及網(wǎng)絡視頻服務器等前端設備；傳輸線路，包括同軸電纜、光纜、網(wǎng)絡線等；傳輸網(wǎng)絡和控制部分，包括光端機、交換機、路由器及視頻錄像機等，具體的結(jié)構(gòu)如下圖 所示： 圖 視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡單構(gòu)成 下面將分別詳細介紹幾個部分的理論基礎。 第一節(jié) 傳輸線路結(jié)構(gòu)與特性 一、 傳輸線路分類 視頻信號傳輸方式有兩大類，一類是用電纜傳輸?shù)挠芯€方式，有一般同軸電纜、平衡對 稱 電纜、光纜、電話線、網(wǎng)絡線等；另一類是用超高頻、微波、毫米波等進行傳輸?shù)臒o線方式 [2]。表 列出了視 頻信號的各種傳輸方式。 表 視頻傳輸方式分類 分類 傳送媒體 傳輸距離（ KM） 方式名稱 特征 有線傳輸 視頻 基帶 一般同軸電纜 電纜補償 比別的傳輸方式經(jīng)濟 平衡電纜對 平衡電纜對傳輸 帶 AGC 報警，不易受外界干擾 視頻信號調(diào)制（模擬信號） 一般同軸電纜 低載波 FM 傳輸 不易受外界干擾 CATV 同軸電纜 CATV（ AM 方式 27 路傳輸） 多路傳輸 CATV 同軸電纜 CATV（ 4 路傳輸） 多路傳輸，不易受外界干擾 光纜 光傳輸 不受電氣干擾 數(shù)字 調(diào)制 電話線 10 以上 靜止圖像傳輸 遠距離傳輸 無線傳輸 視頻信號調(diào)制 空間 12GHZ 1100 微波傳輸（ FM 方式） 高清晰圖像傳輸 空間 UHF 010 無線 ITV 傳輸（窄帶 視頻 AM 音頻 FM） 經(jīng)濟的無線傳輸 脈沖 編碼 空間光波 03 光傳輸 不受電波管理限制 前端監(jiān)控客戶端 LAN 或Inter 網(wǎng)絡傳輸交換設備 前端視頻采集設備 傳輸線路 . . 二、 主要傳輸媒介功能特性 1. 同軸電纜 同軸電纜由內(nèi)、外導體，內(nèi)、外導體之間的絕緣介質(zhì)和外護層四部分組成 ， 如圖 所示。 單層屏蔽電線，對干擾信號的屏蔽衰減量為 40dB 左右。雙層屏蔽電纜，對干擾信號的屏蔽衰減量達 60dB 以上。但是，當用電纜作長距離傳輸時，為消除由于兩端點電位的不同帶來的 50HZ 低頻干擾，需要采取嚴密的措施。監(jiān)控系統(tǒng)視頻信號帶寬一般為50Hz4MHz(清晰度約為 320 線 )，用同軸電纜進行基帶傳送時，往往要進行頻率特性補償 [8].當傳送距離超過 500m 時，衰減量比較大，就必須使用電纜補償器。除了用同軸電纜進行基帶傳輸外，也可把各路基帶視頻信號分別調(diào)制在不同的載頻上，用同軸電纜進行射頻傳輸。這種傳輸方式的最大優(yōu)點是可多路化。 圖 同軸電纜結(jié)構(gòu) 同軸電纜主要用做端局間的中繼線、交換機與傳輸設備間連接線、發(fā)射端機與天線間的饋線以及有線電視系統(tǒng)中的饋線等。 2. 雙絞線 雙絞線由粗約 1mm 的互相絕緣的一對銅導線絞扭在一起組成，大量使用在電話系統(tǒng)中，屬于短距離傳輸，超過幾公里就要加入中繼器。雙絞線的結(jié)構(gòu)圖如 所示： （ a） 非屏蔽雙絞線電纜結(jié)構(gòu)及橫截面 （ b）屏蔽雙絞線電纜結(jié)構(gòu) 圖 雙絞線結(jié)構(gòu)圖 雙絞線分為屏蔽雙絞線和無屏蔽雙絞線。無屏蔽雙絞線電纜 （ Unshielded Twisted Pair, UTP）由不同 顏色的 4 對雙絞線組成，比較常用，是學校網(wǎng)線最佳選擇；屏蔽雙絞線（ Shielded Twisted Pair, STP）電纜的外包層由濾波包裹著，價格較高，并且需要支持屏蔽功能的特殊. . 連接器和適當?shù)陌惭b技術(shù)，但傳輸速率比 UTP 高。雙絞線傳輸帶寬從 16 Mb/s 到 200 Mb/s不等，通常局域網(wǎng)中使用的無屏蔽雙絞線 UTP 傳輸速率是 10Mb/s 或 100Mb/s。 3. 光纖 在光纖應用之前，同軸電纜因為費用低廉而被大量采用，但是同軸電纜傳輸越來越暴露其缺點，傳輸距離短，保密性差，容易受到電磁干擾，維護費用高等。 光纖出 現(xiàn)之后，光纖通訊的應用得到迅猛發(fā)展， 已經(jīng)成為遠距離 /近距離傳輸 (超過 500/800 米的距離 )的首選。光纖的結(jié)構(gòu)如右圖 所示： 光纖監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸中，按傳送信號的模式大致可分為兩種方式 :一是模擬光纖傳輸，另一是數(shù)字光纖傳輸。用光纖傳送視頻信號，使無中繼傳輸距離從同軸電纜的幾百米增加到幾十公里，并能得到很高的圖像質(zhì)量，多路傳輸和雙向傳輸也很容易實現(xiàn) 。使視頻監(jiān)控的應用范圍和控制距離大大擴展。 隨著光纖雙向、頻分、波分復用技術(shù)的成熟，色散位移光纖和色散平坦光纖、光纖放大器的實用化，光纖傳輸?shù)臒o中繼 距離和傳輸容量將會有更大的提高。光纖放大器 (EDAF)不 僅能提高增益，增加無中繼距離，還具有寬帶增益，對多路光載波傳輸不會引起串擾，結(jié)合波分復用技術(shù)實現(xiàn)高密度通信是下一代的光纖通信系統(tǒng) [9]。這些都為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大型化和遠程化提供了技術(shù)支持。 第二節(jié) 監(jiān)控網(wǎng)絡 設備功能及特性 一、 前端設備功能及特點 攝像部分通常由攝像機、鏡頭、云臺、防護罩、報警探測器和多功能解碼器等部件組成，通過有線、無線或光纖傳輸媒介與中心控制系統(tǒng)的各種設備建立相應的聯(lián)系。在實際的電視監(jiān)控系統(tǒng)中，這些設備不一定同時使用，但實現(xiàn)監(jiān)控圖像采集中 攝像機和鏡頭是必不可少的。 1. 攝像機 攝像機 是獲取監(jiān)視現(xiàn)場圖像的前端設備，它以面陣 CDD 圖像傳感器為核心，外加同步信號產(chǎn)生電路、視頻信號處理電路及電源等。目前大多數(shù)視頻設備所要求的輸入信號為模擬的視頻基帶信號。 攝像機按外形分為槍型、半球型、全方位球型；按結(jié)構(gòu)分為一體機（及攝像機、鏡頭、云臺、護罩于一體）、分體機型；按圖像色彩分為有黑白、彩色和紅外線型；按采集模式分為模擬、 CDD 等多種型號。應根據(jù)現(xiàn)場需求適當選用。 選擇攝像機一般要看分辨率、最低照度和信噪比等幾個主要參數(shù)。分辨率是指當攝像機攝取等間隔排列的黑 白相間條紋時，在監(jiān)視器上能夠看到的最多線數(shù)；低照度是指使攝