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                                                  校園數字監控系統解決方案

                                                  2015-11-26 20:45:26??????點擊:

                                                  第一章 概 述

                                                  1. 概述

                                                  高清數字監控系統是監控報警業界的新型產品,它將數字化視頻圖像記錄與多畫面圖像顯示功能和監視報警功能結合在一起,將逐步取代傳統模擬式監控系統。

                                                  1)、數字高清已成視頻監控必然趨勢

                                                  由于壓縮算法、光學、圖像處理、網絡等技術的革新,數字高清攝像機已經從概念成為現實。一年一度的安博會是安防行業的風向標,從2008年和2009年安博會不難看出,各路廠家商家談論的焦點已經從D1畫質轉移到720P(1280X720,逐行掃描圖像)、1080i(1920X1080,隔行掃描圖像)高清影像。

                                                  此外,隨著我國“平安城市”的建設力度逐漸加大,村鎮技防建設已在國內部分省區悄然鋪開,數字監控產品進入家庭等民用化市場的苗頭已經呈現。2010年1月10日,沈陽市公安局召開新聞發布會,要求凡申請辦理停車場的,必須安裝高清晰電視監控設備,對原有停車場,要求立即組織安裝高清晰電視監控設備。

                                                  由此可見,無論是從技術條件,還是市場訴求,監控攝像機進入高清晰度數字時代的條件已經成熟,且來勢洶洶。

                                                  2)、模擬攝像機面臨被終結命運

                                                  模擬攝像機時代走向終結,實質上是技術革新、市場優勝劣汰的必然結果。

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                                                  傳統模擬攝像機原本分辨率就不高,加之要受到反復的A/D轉換、電磁傳輸干擾、隔行掃描、D1畫面的合成反交錯等視頻損傷的影響,所以無論是D1還是4CIF等只不過是理論數值,實際到達人眼時已經非常的模糊不清了。關于公交、機場等公共安全場所的監控形同虛設的報道不斷見諸報端,媒體更是稱此類攝像機為“睜眼瞎”。

                                                  從性能而言,數字百萬高清攝像機可以說是全面超越了傳統的模擬攝像機。模擬攝像機技術在發展中出現了各種瓶頸與限制,而數字百萬高清產品的突出特點則克服了這些限制,在畫質方面實現了飛躍。

                                                  數字攝像機采用的是數字信號傳輸,它將光信號轉化為數字信號,然后由DSP進行圖像壓縮與處理,最后通過網絡將數字壓縮視頻輸出,在抗電磁干擾性、逐行掃描、畫面分辨率方面都擁有傳統模擬攝像機所不能比擬的優勢。數字攝像機可以達到百萬級像素甚至千萬級像素,色彩更加逼真,更加富有層次感、畫面飽和度更佳。

                                                  另外,模擬攝像機需要將控制線、視頻線、音頻線、電源線都以獨立的形式進行布線搭配,布線繁瑣復雜且工作量大,綜合布線成本較高,在工程應用中有許多局限。

                                                  3)、市場呼喚民族高清數字產品

                                                  從一線市場和廠家、器材商、工程商以及終端用戶反饋的信息可以看出,市場對數字百萬高清產品的需求非常迫切,市場開拓空間也非常巨大。

                                                  有媒體報道某公安系統領導在接受采訪時說:“我們在辦案的過程中經常會遇到這樣的問題,在犯罪現場附近安裝了視頻監控設備,但是當辦案人員將視頻材料提取出來尋找辦案線索時才發現,這些視頻材料

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                                                  大多數根本提供不了任何對案件有價值的信息,人物模糊不清、還有很多的雪花噪點,特別到了夜間基本上就是一團黑影,而且大部分的案件發生都是非??焖俚?,每當畫面人物較多或者動作較快時圖像效果就更差,甚至出現圖像丟失或卡的情況,使得我們的辦案人員苦不堪言,許多案件正是沒有辦法及時的取證和收集線索而延誤了辦案的時機。我們有的民警同志只能戲稱這些線索為‘由俄羅斯方塊組成的印像派油畫’。所以,我們非常迫切地希望能夠提高視頻監控的清晰度,讓我們能夠通過這些有效的工具發揮更大的作用保護人民的生產和生活安全?!?

                                                  正因為模擬攝像設備不能滿足使用環境的需要,從而導致大量的監控成為無效監控、形同虛設。一些類似交通、銀行等重點監控項目不得不高價從國外采購清晰度較高的監控設備,相關政府部門和工程商一直希望國內企業能夠通過自主研發,樹立起百萬高清領域的民族品牌,從而全面有效實現視頻監控的目的,降低成本。

                                                  可喜的是,國內已有極少數企業在百萬高清產品研發上取得成功,實現了量產。深圳圣安高科在2009年推出百萬高清全系列產品,在同等成本的基礎上,畫質遠遠超過模擬攝像機,已成功應用于銀行、工廠、寫字樓、廣場等項目。下面將對微電耐特百萬高清全系列產品和迎合工程需求的解決方案進行詳解。

                                                  2. 工程概況及系統總體構思

                                                  校園需要對出入口、教室、操場、辦公區域等環境部位實行保安自動化管理,采用百萬高清監控設備,對各區域重要部分進行全面監控,實現全方位的覆蓋和封鎖,以達到安全、高效管理的目的,校園所有監控信號均可在機房進行集中管理。整個系統采取“分散監控,集中管理,

                                                  4. 設計原則

                                                  校園高清監控系統的設計應根據建筑物的使用功能、建設標準及安全防范管理的需要,綜合運用電子信息技術、計算機網絡技術、安全防范技術等,構成先進、可靠、經濟、配套的安全技術防范體系。

                                                  校園高清監控系統設計及其各子系統的配套須遵照國家相關安全防范技術規程并符合先進、可靠、合理、適用的原則。系統的集成應以結構化、模塊化、規范化的方式來實現,應能適應工程建設發展和技術發展的需要。

                                                  考慮到校園的特殊功能及其重要性,安防系統的可靠性、先進性和擴展能力是非常重要的。因此必須在保證系統具有較高性能價格比的前提下,采取綜合優化的配置方案,以實現校園區域全方位高質高效的保安監控并節約投資為最終目的。

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                                                  第二章 百萬高清監控系統

                                                  1. 總體設計思路

                                                  1.1 監控目標

                                                  根據現代化文明單位的標準及目前校園的工作需求,為了更好的利用現代化的科技手段為校園管理工作服務,實現從科技要安全,使用高清監控系統是一個必不可少的手段。根據實際需求,在出入口、教室、操場、辦公區域等需要監控的重點、要害部位,必須安裝監控設施,有效地實施監控。

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                                                  監控系統采用純數字的方式。通過本地監控主機可對本地的視頻信號進行任意切換、控制。從而使監控人員能夠直觀的了解現場情況,更好的掌握全局。同時利用高性能存儲服務器進行本地錄像,保留第一手資料,供有關人員隨時調閱。單位領導可通過網絡觀看視頻內容,并可進行遠程回放。

                                                  本系統具有實時監視,全數字切換功能,數字化圖像存儲功能,實現電子化智能布防等。

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                                                  全面考慮:根據校園整體情況特點布置監控點。并全盤考慮整個監控系統的聯網控制和與單位局聯網傳送視頻信號。

                                                  重點保護:出入口、教室、操場、辦公區域等重要部位加強防護力度,及時了解現場情況。

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                                                  合理分布:系統配置合理,監視全面,造價經濟。

                                                  可靠運行:系統設備選用高可靠產品,設計施工時采取抗干擾措施,保證系統可靠運行。

                                                  基于校園的特定功能,系統的性能和可靠性是首要考慮的因素,其次是其功能要滿足設計的應用要求,產品的價格也是重要的選型因素。因此,本系統的關鍵設備,如中心存儲服務器、百萬數字高清攝像機、數字高清鏡頭等,優先選用著名品牌微電耐特的主流產品,以保證功能先進,性能穩定可靠,技術成熟;主干線路關鍵設備,選用國內經實踐檢驗證明質量可靠的成熟產品;其余配套及線纜等均可采用國產優質產品。

                                                  2. 系統監控點位設置

                                                  按監控點位具體環境選擇合適的攝像機,使監視效果、防護和外觀效果達到最佳,考慮到校園晚上需要具有防盜作用,校園廠區內所有的攝像機采用高清紅外攝像機或高清智能球加輔助光源等的安裝方式,起到全天候運行穩定和防破壞的作用。

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                                                  3.1 傳輸部分

                                                  因高清監控均為數字信號,固本系統傳輸通過現有網絡環境、架設光纖、專網的方式或者其他網絡方式等將前端數字信號進行回傳。

                                                  3.2 監控室部分

                                                  總控中心機房部署管理服務器,對監控專網內的高清攝像機、存儲

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                                                  設備、解碼設備、流媒體轉發服務器實行集中管理,監測設備的運行狀態;對總控中心、分控中心和其它部門的客戶端進行帳戶、密碼、使用權限的 集中分配和管理,對客戶端登陸監控系統進行驗證。

                                                  4.主要設備選型

                                                  4.1 主要前端設備

                                                  4.1.1 VD-IPH系列室內外高清IP攝像機

                                                  設備簡介:

                                                  基于標準H.264 的百萬像素級高清網絡攝像機。

                                                  采用百萬像素的逐行掃描圖像傳感器清晰度可達1280*720分辨率廣播級圖像畫質,IR-CUT雙慮光日夜轉換,標準H.264視頻壓縮,支持H.264HP,MPEG4 SP編碼。支持高清分量模擬輸出,支持支持25幀/秒實時720P/Full D1雙碼流實時編碼,支持常用播放軟件直接播放。先進的H.264壓縮算法效率更高,同畫質下碼率僅為MPEG-4的二分之一。 特色功能:

                                                  ● 高分辨率逐行掃描1/3英寸百萬像素CMOS傳感器

                                                  ● 廣播級圖像畫質,清晰度可達720線,最低照度0.5Lux

                                                  ● True ISO標準H.264 ,可用標準解碼器解碼

                                                  ● 720P(1280*720/25fps)全實時高清視頻錄像

                                                  ● 支持720P+Full D1實時雙碼流,瀏覽和存儲互不影響

                                                  ● 3A控制(自動白平衡、自動增益控制、自動曝光控制)

                                                  ● 支持SD/SDHC卡方式存儲報警高清圖片及錄像

                                                   

                                                  ●高清錄像720P(1280*720)】

                                                  可接入高達720P(1280*720)分辨率的高清IP Camera數字信號 ●個性化工作表設臵

                                                  支持個性化錄像工作表的編制和執行

                                                  ●智能識別IP Camera

                                                  設備自動檢索識別IP Camera,以及IP Camera的批量分配管理

                                                  3.規格參數:

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                                                  4.1.3 附錄

                                                  高清IP普及小常識Q&A:

                                                  Q:CMOS與CCD的區別

                                                  A: 感光器是IP攝像機的核心,也是最關鍵的技術。目前攝像機的核心成像部件有兩種:一種是CCD(電荷藕合)元件;另一種是CMOS(互補金屬氧化物導體)器件。

                                                  CCD:電荷藕合器件圖像傳感器CCD(Charge Coupled Device),它使用一種高感光度的半導體材料制成,能把光線轉變成電荷,通過模數轉換器芯片轉換成數字信號,當CCD表面受到光線照射時,每個感光單位會將電荷反映在組件上,所有的感光單位所產生的信號加在一起,就構成了一幅完整的畫面。


                                                  CMOS:互補性氧化金屬半導體CMOS(Complementary Metal-Oxide

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                                                  Semiconductor),它的制造技術和一般計算機芯片沒什么差別,主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體,使其在CMOS上共存著帶N(帶–電) 和 P(帶+電)級的半導體,這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像CMOS影像傳感器將每一個像素的電荷轉換成電壓,每一個感光單位配臵一個放大器,讀取前便將其放大


                                                  18

                                                  A: 720P、1080P是美國電影電視工程師協會(SMPTE)制定的最高等級高清數字電視的格式標準,720P的有效顯示格式為:1280×720,像素數達到92.16萬 ,1080P的有效顯示格式為:1920×1080,像素數達到207.36萬。SMPTE(美國電影電視工程協會)將數字高清信號數字電視掃描線的不同分為1080P、1080I、720P(i是interlace,隔行的意思,p是Progressive,逐行的意思)。720P、1080P是一種在逐行掃描下達到1280×720、1920×1080分辨率的顯示格式。是數字電影成像技術和計算機技術的融合。我們常說的720P高清攝相機或1080P高清攝相機就是按照這種標準,能夠通過對視頻圖像的采集、編碼、壓縮、解碼等一系列過程最終輸出720P或1080P分辨率圖像的攝相機。

                                                  Q:什么是高清攝像機的有效像素?

                                                  A: 數字攝像機/照相機的像素數包括有效像素(Effective Pixels)和最大像素(Maximum Pixels)。與最大像素不同的是有效像素數是指真正參與感光成像的像素值,而最高像素的數值是感光器件的真實像素,這個數據通常包含了感光器件的非成像部分,而有效像素是在感光器件真正參與感光部分的像素值,它往往會比最大像素值少很多,所以,在像素面積不變的情況下,數字攝像機/照相機能獲得最大的圖片像素,即為有效像素。

                                                  目前許多數碼攝像機/照相機所標稱的像素值往往是最大像素,而不

                                                  相同畫面情況下對噪聲的抑制處理也是衡量高清IP攝相機性能優劣的重要指標之一。對于畫面中暗塊亮快的處理、噪聲抑制直接決定了圖像的畫質效果,有許多低端的攝相機只能在100Lux以上的理想狀態下輸出較為清晰的畫面,對于光線環境變化的適應能力很差,強光或者暗光的環境下沒有對噪聲抑制的有效手段,無法保證圖像質量。這種情況下高清圖像是沒有意義的,我們稱之為偽高清。

                                                  5.圖像編碼壓縮算法

                                                  IP高清攝相機對圖像的編碼壓縮算法的好和差也是直接影響攝相機性能的重要指標之一,目前市場上的高清攝相機視頻圖像的編碼壓縮處理芯片分成DSP芯片和ASIC芯片兩種載體,兩者各有千秋,DSP芯片功能應用相對靈活,開發周期短,但是編碼效率偏低,且成本較高。ASIC芯片功能應用相對固定,開發周期長,但是編碼效率很高,且大批量使用后成本較低。不管是哪一種載體都需要好的視頻編碼壓縮算法,好的算法能夠在保證圖像質量和清晰度的情況下盡可能的減少視頻碼流和存儲容量。較差的IP高清攝相機往往會在大運動量的情況下產生馬賽克或水波紋等情況,直接影響視頻圖像質量。

                                                  Q:高清圖像如何存儲?

                                                  A:高清圖像的存儲設備和傳統的數字硬盤錄像機DVR(Digital Video Recoder)不同,由于它直接輸入的數字視頻圖像,因此它不需要進行圖像的編碼壓縮,而只需要存儲數字視頻圖像資料,除此之外,它還需要能夠支持對IP高清攝像機的管理,網絡服務、權限管理、Web服務等后端網絡服務和應用支持。這種設備我們統稱為NVR(Net Video Recorder)。目前,NVR設備按照不同的使用需求有多種產品形態,其中

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                                                  包括分布式NVR和集中式NVR存儲系統。

                                                  Q:高清圖像如何顯示?

                                                  A:目前高清視頻圖像大都以720P(1280*720)分辨率為主,由于分辨率達到了甚至超過了我們傳統顯示設備的顯示能力范圍,因此在高清圖像的顯示方面也引入了許多新的設備、標準和接口。其中包括大屏幕高清顯示器、HDMI接口等。由于傳統的數字顯示接口以VGA標準為主,但是VGA標準接口的輸出分辨率最大也只能達到1280*1024分辨率,因此,當我們需要顯示720P分辨率的高清圖像時就必須采用以HDMI標準的接口進行視頻信號的傳輸,采用支持720P的高清顯示設備進行顯示。

                                                  4.2平臺軟件

                                                  4.2.1:主界面說明

                                                   

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