计算机视频监控系统设计及应用

陈卫卫

(西安航空职业技术学院 现代教育技术中心, 西安 710089)

0 引言

随着计算机技术、通信技术的发展，监控系统也在不算引入高科技手段，基于视频监控要求图像清晰，数据完整、实时、准确、真实的特性，对各类硬件设备的选型以及软件系统架构的设计都提出了更高的要求。数字化的视频监控系统具有功能强大、成本低廉、使用灵活等优势，已经广泛的应用到人们生产生活的各个领域。如何将现代化的现金技术运用到视频监控系统中，始终是人们研究的重要课题。

1 视频监控系统总体要求

1) 设计原则

(1) 数字化原则

该系统的设计要充分利用计算机的快速处理能力，对数字化的视频信号进行压缩，通过对视频斥力与分析，及时发现异常状况并报警。当视频信号数字化之后，可以将视频序列存储到硬盘中，与视频录像相比，硬盘更能对视频进行长期保存，方便再利用，通过计算机建立索引，在短时间内就能够找到相应的现场记录。

(2) 网络化原则

数字监控视频在经过压缩之后，会占用较小的宽带，节省传输开销，数字信号的抗干扰能力较强，一般不会受到信号衰弱的影响，比较适合远距离的传输，在传输过程中进行加密处理。网络化原则主要指可以实现分布式监控，系统前端的视频信号可以直接进入互联网，被授权的用户可以在任何地方对现场进行监控，实现多个终端同时监控。

(3) 智能化原则

计算机视频监控系统的设计要遵循智能化的原则，合理利用视频分析技术、多媒体技术以及人工智能技术，自动的从原始信息中提取有用信息，非常便捷的完成人力很难完成的任务。通过图像识别技术与移动目标检测技术可以分析统计目标的类型、速度、运动方向等信息。通过跟踪技术也可以识别移动目标，从而监视目标的整个移动过程。

(4) 可靠性原则

作为视频监控系统，可靠性是其他实用功能的前提基础，也是预防措施以及事后举证的前提。首先，在进行设备选型时，摄像录像设备、传输设备等都要选用一流的设备，露天设备需防雷防水防尘，避免因为硬件问题影响监控效果。其次，安装时需要考虑各设备之间的接口是否匹配、监控探头之间的距离是否合适、周围环境是否存在影响传输信号的干扰因素等等。再次，在设计网络拓扑以及硬件组架时需要采用一些容错以及备份的方案，提高系统的容灾能力，单独某一台设备的故障不能影响其他设备，且之前的数据可以尽量的得以保存[1]。

2) 设计思路

(1) 高清采集

采用高清摄像机实行全方位覆盖，根据现场实际环境的不同，选择球形、半球、或者枪式摄像机，根据实际需求的不同选择模拟、数字或者网络摄像头。

(2) 平稳传输

可采取室外部分光纤传输，室内部分接入交换机汇总之后在利用光纤传给监控中心。室内传输部分在限制走线距离的基础上确保不超过交换机的最大传输能力。

(3) 集中监控

配备监控室，部署NVR以及显示终端，作为指挥控制中心实现都系统各模块的调度与控制。通过NVR对信号进行解码，并连接液晶显示器做直观展现。

(4) 集中存储

对前端摄像设备采集的视频数据进行集中存储管理，设置合理的存储周期，以便后续查看、回放以及举证之用。

3) 功能需求

(1) 良好的成像性能

无论是晴朗天气，能见度优异的情况，还是夜间、雨天雾天以及能见度较低的情况，都要求可以具备良好的成像性能，这就要求在选择设备时充分考虑各方面的性能指标。

(2) 可以控制前端设备

可以控制前端摄像头，实现远程变倍、调焦、控制灯光辅助等动作，必要时还需要进行抓拍、对某一目标给予特写等等，这就要求视频监控系统在设计时增加实现控制前端设备的需求。

(3) 支持影像存储与回放

视频监控系统除了实施监测之外，在有事件发生时也是很好的举证措施，因此要求可以回放至事件发生时间，调用查看当时的实时影像，供有关人员查询以及举证[2]。

(4) 火苗烟雾探测预警

在一些需要防火的区域，需要在视频监控系统中增设火苗以及烟雾探测功能，便于及时预警，减少损失。

2 视频监控系统整体框架设计

1) 拓扑结构

视频监控组网架构，如下图1所示。

图1 视频监控系统组网架构图

2) 视频监控系统功能模块设计

视频监控系统主要由以下3大模块构成：

1) 前端设备

前端设备即监控摄像头，是采集数据信息的窗口，而视频数据是监控系统的依据以及凭证。因此，根据现场的实际情况无论采用模拟摄像头、数字摄像头、网络摄像头还是混合使用多种类型，必须确保以下几个方面：首先，确保覆盖面，保证数据完整性。其次，确保摄像头稳定，视频清晰，保证数据可用性。再次，确保传输后不失帧，保证数据准确性。

2) 传输设备

传输设备指的是前端摄像机与监控中心之间的传输链路，包括电源线路、无线网桥等。为了确保数据的实时、完整、准确，传输设备必须平稳高效的运行。

3) 监控中心

如果说前端设备是视频监控系统的眼睛，那么监控中心就是视频监控系统的大脑，包括控制、存储以及显示三大方面，对前端设备的控制以及后端显示设备的呈现都有监控中心来负责统一调度[3]。

3 视频监控系统功能实现

1) 前端监测设计

前端监测模块是整个视频监控系统的数据源头，负责采集每个监控点的视频信号传输至视频处理设备。因此可以说摄像机起着至关重要的作用。

(1) 摄像机的要求

首先，成像必须真实且清晰。摄像机的核心组件是图像传感器以及处理芯片，针对不同的领域其优化方案其实是不同的，如果是电视系统可能对成像处理上颜色鲜艳一些可以达到好的视觉效果，其他安防监控则需要成像必须真实，包括肤色、衣服车辆等的颜色都要求与实际一致。对于摄像机来说，传感器的线数越高，解析的精细度越高。其次，摄像机需要适应多种环境。室外监控的露天环境经常会受天气影响，因此，对摄像机的防雷防水防尘耐热等性能都是一种挑战，必须确保在各种恶劣复杂的环境下都可以平稳的运行。再次，摄像机需要操作简单。为了监控的隐蔽性，一般都会选择安装在高处，摘取更换相对来说都比较困难，因此，最好可以提供远程操作菜单，对于一些简单的调试以及参数修改等操作可以远程控制，不必爬上爬下。

(2) 摄像机的选型

a) 根据安装方式。如果采用固定安装，选用枪式摄像机或者半球摄像机；如果采用云台安装，会选用一体化摄像机。当然也可以采用枪式摄像机再额外配备电动变焦镜头，但如此一来价格就会偏高了，而且安装也会更加复杂。

b) 根据安装地点选择。枪式摄像机不受室内室外限制，壁装、吊顶都可以；半球摄像机只能吸顶安装，一般多用于室内[4]。

c) 根据环境光线选择。如果光线条件不理想，应尽量选用照度较低的摄像机。如果这种情况下用户对清晰度要求又比较高，那么优先选用黑白摄像机。必要时需要添加红外灯或者选有红外夜视功能的摄像机。

d) 根据清晰度要求选择。如果分辨率要求比较高，应选用470线以上的高解析摄像机。

2) 链路传输设计

当前最常用的是同轴电缆、光纤、双绞线等介质，针对图像质量、传输距离、传输成本以及安装维护难度的不同，应选择不同的传输方式。

(1) 不超过80米，建议使用双绞线，100米以内也可以考虑五类全铜国标线。

(2) 室外监控点分散且距离远，建议光纤收发器+光纤方式。

(3) 室内监控点先接入交换机，再光纤传给监控中心。

(4) 几公里到几十公里的远距离传输或者有电磁环境时，建议采用光纤传输。

3) 监控中心设计

监控中心是整个系统的大脑，是整个系统的指挥、调度、监管中心，因此必须保证其7×24小时平稳运行。

模块构成，如图2所示。

图2 监控中心模块组成

(1) 监控模块的监控主机负责图像的采集以及处理工作，并且支持对前端设备的控制功能以及对视频的相关参数设置。

(2) 存储模块负责视频的存储，是后续查看、显示以及回放的数据来源，可基于网络实现存储。

(3) 回放模块能够实现用户自主选择时间，并且支持即时回放、常规回放、标签回放、快进快退等功能，并且与此同时不影响数据存储。

(4) 显示模块由台液晶显示器组成，将传送过来的视频图像显示出来，包括操作NVR的显示器以及集中显示墙。显示器与NVR视频输出接口连接，实现实时显示视频影响。

(5) 预警模块主要负责接收到前端传输的火苗、烟雾、震动等信号及时发出警告，尽量避免各方面的损失。

4 视频监控系统在现实生活中的应用

随着计算机技术的发展，基于计算机技术的视频监控系统已经广泛应用于诸多领域。其中，应用的行业包括但不限于以下部分：机房、金融(银行、自动存取款机)、交通(高速路、隧道、桥梁、铁路、机场、港口)、 军事(边防哨所、军械库、危险品生产场所)公安(监狱、看守所)、煤炭(矿井)、 石油化工存在人身伤害的危险环境、医疗(手术室、重危病房、药房)、文物(文物、档案馆)、教育(图书馆、实验室、考场)、物业(居民小区)、江河防汛，森林防火。这些领域采用基于计算机技术的视频监控系统无论是在安全防范、信息获取还是指挥调度方面都起到了至关重要的作用[5]。

5 总结

视频监控系统已经广泛应用于各个行业，为人民的生活提供极大的便利与安全保障。但是如何部署一套影像清晰、数据实时准确且安全可靠的视频监控系统仍值得深思。根据实际环境选择摄像机类型，根据实际需求完成硬件组网架构，建设功能强大、操作简单、维护方便的视频监控系统将会是一项需要长期摸索的工作。

参考文献

[1] 张浩.智能楼宇视频监控报警系统设计[J].山东工业技术,2017(12):1-9.

[2] 李杰, 李静.基于Web架构的视频监控系统研究与实现[J].现代电子技术,2017(11):27-30.

[3] 卜彩霞, 王永琰.无线传输移动视频监控系统设计探究[J].电子测试,2017(10):54-55.

[4] 徐玓, 段永霞.基于计算机网络的低成本视频监控系统的设计[J].信息化研究,2010(10):37-39.

[5] 萧力华.智能视频监控系统分析与设计[J].企业技术开发,2016(7):64-65.