2017-06-05
安防监控发展历史及重要知识点
视频监控技术发展过程
视频监控技术按照主流设备发展过程，可以分为3个大的阶段，即20世纪70年代开始的模拟视频监控阶段、20世纪90年代开始的数字视频阶段及近几年兴起的智能网络视频监控阶段。模拟监控阶段的核心设备是视频切换矩阵，数字视频阶段的核心设备是硬盘录像机(DVR)，智能网络视频监控时代没有核心硬件设备，系统变得开放而分散，设备包括网络摄像机(IPC)、视频编码器(DVS)、网络录像机(NVR)及中央管理平台(CMS)等。目前的实际应用中，各种类型的产品和系统架构均有一定比例，并均将继续存在一定时间，但从长远看，智能网络视频监控系统代表了视频监控技术未来的发展方向。
第一代视频监控系统(即模拟视频监控系统)由模拟摄像机、多画面分割器、视频矩阵、模拟监视器和磁带录像机(VCR)等构成，摄像机的图像经过同轴电缆(或其他介质)传输，并由VCR进行录像存储，由于VCR磁带的存储容量非常有限，因此VCR需要经常地更换磁带以实现长期存储，自动化程度很低，另外VCR的视频检索效率十分低下。
第二代视频监控系统(即数字视频监控系统)产生于20世纪90年代，以DVR为主要标志性产品，模拟的视频信号由DVR实现数字化编码压缩并进行存储。DVR对VCR实现了全面取代，在视频存储、检索、浏览等方面实现了飞跃，之后DVR在网络功能上不断强化。
第三代视频监控系统(即智能网络视频监控系统IVS，Intelligent Video Surveillance)，开始于本世纪初，主要由网络摄像机、视频编码器、高清摄像机、网络录像机、海量存储系统及视频内容分析技术(Video Content Analysis，VCA)构成，可以实现视频网络传输、远程播放、存储、视频分发、远程控制、视频内容分析与自动报警等多种功能。
1.2.1模拟视频监控时代
第一代视频监控系统也叫做闭路电视监控系统，简称CCTV(Closed Circuit Television)，是完全模拟的视频监控系统。此类技术产生于20世纪70年代，并逐步得到广泛应用，直到目前，模拟视频监控系统仍然因为其长期的应用积累而具有广大的市场占有率。
闭路电视监控系统的主要组成包括视频信号采集部分、信号传输部分、切换控制部分及显示与录像部分，视频信号采集部分主要为摄像机(镜头)及相关配件；信号传输部分负责将摄像机的电信号传输到矩阵主机或显示与记录设备，或反向将矩阵主机(控制终端)的控制信号发送给解码器以控制镜头或云台动作(统称PTZ控制)控制等；切换控制部分是系统的核心，主要功能是进行视频图像的切换及前端设备的控制；显示及录像部分主要为监视器和长延时录像机，用来显示和记录前端摄像机传输过来的视频信号。
1.视频采集设备
视频采集设备主要包括摄像机、镜头、防护罩、支架、解码设备、电动云台等，实现的主要功能是将光信号转变成电信号。主要视频采集设备列举如下：
摄像机(Camer)
镜头(Lens)
防护罩(Housing)
支架(Bracket)
解码器(Decoder)
视频分配器(Video Distributor)
2.信号传输设备
信号传输设备主要包括信号收发器、信号放大器、铜缆、光缆等，其主要功能是实现视频信号的上行传输及控制信号的下行传输。主要信号传输设备列举如下：
各类线缆及连接器
信号收发器(Sender/Receiver)
信号放大器(Amplifier)
3.切换控制设备
切换控制设备主要包括矩阵控制器、控制键盘、控制码发生器等，主要负责视频信号的切换及前端设备的控制。主要切换控制设备列举如下：
矩阵(Matrix)
控制码发生器
键盘(Keyboard)
人机界面(GUI)
4.显示与记录设备
显示与记录设备主要包括监视器、画面分割器、磁带录像机等，显示与记录设备把从现场传来的电信号在监视设备上进行图像显示或记录。显示与记录设备列举如下：
多画面处理器(Multiplexer)
多画面分割器
监视器(Monitor)
磁带录像机(VCR)
数字视频监控时代
数字视频监控时代的标志性产品是硬盘录像机，简称DVR(Digital Video Recorder)。硬盘录像机起始于20世纪90年代，在本世纪初得到大规模应用，硬盘录像机的出现将磁带录像机(VCR)送上了末路。硬盘录像机实质是集音视频编码压缩、网络传输、视频存储、远程控制、解码显示等各种功能于一体的计算机系统，其主要组成是视频采集卡、编码压缩程序、存储设备、网络接口及软件体系等。
早期的DVR主要是进行数字化视频存储，在网络传输、软件应用、虚拟矩阵等方面的功能并不十分完善，因此在实际项目应用中，通常DVR与模拟矩阵配合使用，系统的控制和切换仍然由矩阵完成，而DVR仅仅代替了磁带录像机，实现对视频的数字化录像。硬盘录像机经过不断发展、升级，在网络支持、虚拟矩阵、软件应用等功能上逐步得到加强，在一些项目中，可以以DVR为系统核心设备，以网络为支撑，实现视频监控系统的虚拟矩阵切换、存储、控制、管理等功能，在此情况下模拟矩阵不再是必需的。
1.硬盘录像机的主要功能
与传统的模拟录像机相比，硬盘录像机的优越性表现在很多方面。比如录像时间长，最大录像时间取决于连接的存储设备的容量；支持的视音频通道数量多，可进行几路、十几路、甚至几十路同时录像；录像质量不会随时间的推移而变差；功能更为丰富，强大的应用软件支持；联网能力强，多台硬盘录像机联网可以构成大规模系统。
2.PC式与嵌入式
DVR分为PC式及嵌入式两个产品形态，两者各有优缺点，并都有广泛的实际应用。PC式DVR一般采用工业主板加视频采集卡的架构，软件建立在Windows(或者Linux)操作系统上；嵌入式DVR基于嵌入式处理器和嵌入式实时操作系统，系统没有PC式那么复杂和功能强大，结构比较单一，产品性能比较稳定。
3.编码压缩算法
DVR的关键技术是编码压缩算法，目前主流的算法是MPEG-4，此编码算法基于视频对象进行编码，考虑到帧内冗余及帧间冗余，可以在有限的码流下实现良好的视频图像质量，是目前大多数厂家采取的压缩算法。H.264是近几年兴起并得到大力推广的算法，可以看成是对MPEG-4算法的升级和优化，能够进一步节省码流并提供更好的图像质量。DVR应用中存在的主要视频编码方式如下：
MJPEG
MPEG-2
MPEG-4
H.264
智能网络视频监控时代
智能网络视频监控技术在近几年得到广泛的应用和发展，智能网络视频监控系统的主要构成是网络摄像机(IPC)、视频编码器(DVS)、网络录像机(NVR)、视频内容分析(VCA)单元，中央管理平台(CMS)、解码设备(Decoder)、存储设备等。智能网络视频监控系统采用完全分布式的架构，系统架设在网络上，不受地域空间的限制，利用智能管理软件可以实现视频资源的管理、整合、配置、传输、调用、存储、报警、集成等。
1.视频采集编码设备
视频采集编码设备主要有模拟摄像机、视频编码器、网络摄像机、高清摄像机等，主要完成视音频信号的采集、数字化、编码压缩及网络传输。
2.中央管理平台(CMS)
CMS是网络视频监控应用中有关软件的通称，其构成形式多种多样，主要功能是资源的管理、媒体的分发、存储管理、告警服务、用户服务等功能。
3.网络录像机(NVR)
NVR的主要功能是完成视频的存储、转发与回放，与DVR的显著区别是：NVR不直接与模拟视频信号连接，其存储与转发的是前端设备已经完成编码的视频流，因此，NVR必须配合网络摄像机或视频编码器才能构成完整的系统。
4.解码显示设备
解码显示设备主要将网络传输过来的数字视频信号还原成模拟信号进行输出显示。
5.视频内容分析(VCA)
视频内容分析技术(Video Content Analysis，VCA)来源于计算机视觉，它能够在图像及图像描述之间建立映射关系，从而使计算机能够通过图像处理和分析来理解画面中的内容，其实质是“自动分析和抽取视频源中的关键信息”。目前，将部署了视频内容分析单元的系统称为智能网络视频监控系统(Intelligent Video Surveillance，IVS)，IVS将大量的、枯燥的视频内容分析工作交给了编码器或计算机，将保安人员从传统的繁重监控任务中解脱出来，实现系统自动探测跟踪并触发报警，保安人员只需要进行录像查看，确认警情并联络相关部门采取措施
【图像处理器】可以形成高分辨率的图像以及网络信号的接入 【矩阵】实现多输入少输出等功能 【图像处理器】可以控制【矩阵】
【视频矩阵】：视频多路输入切换到多路输出；例如：32*32矩阵
【视频分配器】：1路视频输入分配输出成多路；例如：16*32分配器
【图像拼接控制器】：把多个显示器组成一个画面；或者多个显示器单独显示这个画面。
【光端机及其作用】光端机是成对使用的，有发射机和接收机发射机：将模拟的（视频、音频等）或数字的（网络、开关量等）电信号转换为可供光纤传输的光信号。接收机：将光纤传来的光信号恢复成模拟或数字信号。说白了就是电--光--光--电转换。模拟或数字信号的传输传统使用放入方式为线缆传输和无线传输，这两种方式受距离和环境的影响很大，传输的容量也有限，而光纤传输则解决了这些问题，是远距离、大容量、不受干扰的传输方式。————————————{比如在一座大型公园的很多角落都安装了监控摄像头，工程师要把摄像头拍摄到得图像传到显示器上，让工作人员从监控室看到所监控的位置的图像。你想一想这套装置，在公园很大而监控室就只有一个的情况下，从每个摄像头到显示器都有一段距离，或长或短，距离短的也就是离监控室近的只有50米，距离长的有1200米。整套装置都用线缆来传输信号，一般都是铜做的金属线缆。而金属线缆有两个毛病，在传输距离超过700米的情况下，摄像头的信号到达显示器时就会严重损耗，显示器上什么都看不清。还有遇到强磁场、强电场干扰时图像也无法正常显示，多数情况下也是什么都看不清。解决这两个问的办法就是放弃使用金属线缆，而改用光纤来传输信号。那光端机是做什么用的呢？我们就用解决远距离传输这个问题来说明它的作用。试想一下，直接把连接摄像头和显示器的金属线缆剪断，把1200米长的光纤接在中间，在接口的地方缠上胶带，这样能行吗？当然不行。这时就需要光端机的帮助。光端机都是成对使用的。当金属线缆剪断以后，其中一个光端机就接在连接着摄像头的金属线缆的断口上，是通过BNC视频接线方式连接的。这台光端机的作用是把摄像头通过很短的金属线缆传来模拟信号转换成光信号，再从它的光口通过1200米长的光纤把光信号发射出去。这条光纤一直接到1200米外的监控室，连接在另一台光端机上。这另一台光端机一边连接着光纤，另一边也通过BNC视频接线方式与连接着显示器的金属线缆断口相连接。它的作用是接收从光纤传来的光信号，并把光信号转换回模拟信号传送给显示器。这样1200米外的显示器就能够清晰显示所监控位置的图像了。光端机不止可以传输视频信号，还能传输音频、电话、网络、和很多种控制信号。实际上，可以把连接在一起的金属线缆、光端机发射端、光纤、光端机接收端、又金属线缆理解为一整条线缆，光端机只是这条线缆的一部分。 }
CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。
视频矩阵是指通过阵列切换的方法将m路视频信号任意输出至n路监看设备上的电子装置，一般情况下矩阵的输入大于输出即m>n。有一些视频矩阵也带有音频切换功能，能将视频和音频信号进行同步切换，这种矩阵也叫做视音频矩阵。目前的视频矩阵就其实现方法来说有模拟矩阵和数字矩阵两大类。视频矩阵一般用于各类监控场合。
数字矩阵切换器作为视频矩阵，最重要的一个功能就是实现对输入视频图像的切换输出。准确概括那就是：将视频图像从任意一个输入通道切换到任意一个输出通道显示。一般来讲,一个M×N矩阵：表示它可以同时支持M路图像输入和N路图像输出。这里需要强调的是必须要做到任意，即任意的一个输入和任意的一个输出。——————————【也叫视频解码器，把数字信号还原成模拟信号再接入电视墙。】
视频分配器是一种把一个视频信号源平均分配成多路视频信号的设备（视频分配器通常有1路输入2路输出（即1进2出）、1进4出、1进8出等等。）
【PAL】和【NTSC】区别：
PAL 发明的原意是要在兼容原有黑白电视广播格式的情况下加入彩色讯号。PAL 的原理与 NTSC 接近。“逐行倒相”的意思是每行扫瞄线的彩色讯号，会跟上一行倒相。作用是自动改正在传播中可能出现的错相。早期的 PAL 电视机没有特别的组件改正错相，有时严重的错相仍然会被肉眼明显看到。近年的电视会把上行的色彩讯号跟下一行的平均起来才显示。这样 PAL 的垂直色彩分辨率会低于NTSC 。但由于人眼对色彩的灵敏不及对光暗，因此这并不是明显问题。
NTSC 电视机需要色彩控制 (tint control) 来手动调节颜色。这亦是 NTSC 的最大缺憾之一。另外，有人昵称 NTSC 为 Never The Same Color (不会出现一样的色彩)、称 PAL 为 Perfect At Last 、称 SECAM 为 System Essentially Contrary to American Method(本质上有别与美国的系统)或 Shows Every Color All Murky (把每一个颜色显示得模糊)。
【红外枪式系列】：适用于道路、仓库、地下停车场、酒吧、管道、加油站等光线较暗或无光照环境。
【枪式系列】：经济型：适用于酒店、超市、办公室、走廊、楼梯等室内监控场所；超高解: 适用于金融、超市、电信、政府、学校、机场、工厂、酒店等要求高清画质的场所;超宽动态：适用于金融、超市、电信、政府、机场、酒店等要求高画质、宽动态场所；强光抑制：适用于金融、超市、电信、政府、学校、机场、工厂、酒店、博物馆等要求高清画质的场所，特别适用于卡口、夜间抓拍车牌；
【一体摄像机】：适用于大型仓库、小区外围监控、码头、广场、学校、车站、公园等大型监控场所。
【车载型半球摄像机 】：适用于监公交车、长途大巴等监控场所
【NVD】——【新一代红光高清视盘机】NVD（Next-generationVersatileDisc），新一代红光高清视盘机。也有人解释为N（net）＋V（video）＋D（disc），即将网络下载、视频录放和碟机播放三大功能合而为一。NVD可以通过电视机下载网上节目，和电脑一样，NVD也支持断点续传、拷贝复制等过去只是电脑独有的功能。通过功能扩展，NVD还可外挂摄像头，作为门禁监视终端等使用。
NVD，外观上与普通DVD差不多，使用的NVD光盘与DVD光盘同样大，但NVD光盘容量是DVD光盘的3倍，达到了12G，清晰度也是DVD的4倍，实现1920×1080i高清播放，一张NVD光盘双面可存储150分钟高清晰影片，NVD具有加密防盗技术，能向下兼容DVD、VCD、CD。NVD不再沿用DVD的物理格式，而是采用音视频编解码方案，同时拥有包括盘片、伺服、光学头等技术在内，49项具有自主知识产权的核心技术专利。
【双码流】码流采用一路高码率的码流用于本地高清存储,例如QCIF/CIF/D1编码，一路低码率的码流用于网络传输,例如QCIF/CIF编码，同时兼顾本地存储和远程网络传输。双码流能实现本地传输和远程传输两种不同的带宽码流需要，本地传输采用高码流可以获得更高的高清录像存储，远程传输采用较低的码流以适应CDMA/ADSL等各种网络而获得更高的图像流畅度。
【单模和多模区别】光纤主要分为两类：单模光纤(Single-mode Fiber)：一般光纤跳线用黄色表示，接头和保护套为蓝色；传输距离较长。多模光纤(Multi-mode Fiber)：一般光纤跳线用橙色表示，也有的用灰色表示，接头和保护套用米色或者黑色；传输距离较短。用途是：单模传途长于多模
开放系统的直连式存储（Direct-Attached Storage，简称DAS）已经有近四十年的使用历史，随着用户数据的不断增长，尤其是数百GB以上时，其在备份、恢复、扩展、灾备等方面的问题变得日益困扰系统管理员。
主要问题和不足为：
直连式存储依赖服务器主机操作系统进行数据的IO读写和存储维护管理，数据备份和恢复要求占用服务器主机资源（包括CPU、系统IO等），数据流需要回流主机再到服务器连接着的磁带机（库），数据备份通常占用服务器主机资源20-30%，因此许多企业用户的日常数据备份常常在深夜或业务系统不繁忙时进行，以免影响正常业务系统的运行。直连式存储的数据量越大，备份和恢复的时间就越长，对服务器硬件的依赖性和影响就越大。
直连式存储与服务器主机之间的连接通道通常采用SCSI连接，带宽为10MB/s、20MB/s、40MB/s、80MB/s等，随着服务器CPU的处理能力越来越强，存储硬盘空间越来越大，阵列的硬盘数量越来越多，SCSI通道将会成为IO瓶颈；服务器主机SCSIID资源有限，能够建立的SCSI通道连接有限。
无论直连式存储还是服务器主机的扩展，从一台服务器扩展为多台服务器组成的群集(Cluster)，或存储阵列容量的扩展，都会造成业务系统的停机，从而给企业带来经济损失，对于银行、电信、传媒等行业7×24小时服务的关键业务系统，这是不可接受的。并且直连式存储或服务器主机的升级扩展，只能由原设备厂商提供，往往受原设备厂商限制。
存储区域网络（Storage Area Network，简称SAN）采用光纤通道（FibreChannel）技术，通过光纤通道交换机连接存储阵列和服务器主机，建立专用于数据存储的区域网络。SAN经过十多年历史的发展，已经相当成熟，成为业界的事实标准（但各个厂商的光纤交换技术不完全相同，其服务器和SAN存储有兼容性的要求）。SAN存储采用的带宽从100MB/s、200MB/s，发展到目前的1Gbps、2Gbps。
网络接入存储（Network-AttachedStorage，简称NAS）采用网络（TCP/IP、ATM、FDDI）技术，通过网络交换机连接存储系统和服务器主机，建立专用于数据存储的存储私网。随着IP网络技术的发展，网络接入存储（NAS）技术发生质的飞跃。早期80年代末到90年代初的10Mbps带宽，网络接入存储作为文件服务器存储，性能受带宽影响；后来快速以太网（100Mbps）、VLAN虚网、Trunk(Ethernet Channel)以太网通道的出现，网络接入存储的读写性能得到改善；1998年千兆以太网（1000Mbps）的出现和投入商用，为网络接入存储（NAS）带来质的变化和市场广泛认可。由于网络接入存储采用TCP/IP网络进行数据交换，TCP/IP是IT业界的标准协议，不同厂商的产品（服务器、交换机、NAS存储）只要满足协议标准就能够实现互连互通，无兼容性的要求；并且2002年万兆以太网（10000Mbps）的出现和投入商用，存储网络带宽将大大提高NAS存储的性能。NAS需求旺盛已经成为事实。首先NAS几乎继承了磁盘列阵的所有优点，可以将设备通过标准的网络拓扑结构连接，摆脱了服务器和异构化构架的桎梏；其次，在企业数据量飞速膨胀中，SAN、大型磁带库、磁盘柜等产品虽然都是很好的存储解决方案，但他们那高贵的身份和复杂的操作是资金和技术实力有限的中小企业无论如何也不能接受的。NAS正是满足这种需求的产品，在解决足够的存储和扩展空间的同时，还提供极高的性价比。因此，无论是从适用性还是TCO的角度来说，NAS自然成为多数企业，尤其是大中小企业的最佳选择。