图像监控学习笔记.docx

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图像监控学习笔记

1码率、码流、帧率、分辨率、变码率、定码率

固定码率压缩速度更快，但大动态画面如果码率不合适会出现画面不清。

可变码率会根据画面动态使用不同码率，保证大动态画面的清晰度，但压缩时间会暴增。

1.1帧率概念

一帧就是一副静止的画面，连续的帧就形成动画，如电视图象等。

我们通常说帧数，简单地说，就是在1秒钟时间里传输的图片的帧数，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次，通常用fps（FramesPerSecond）表示。

每一帧都是静止的图象，快速连续地显示帧便形成了运动的假象。

高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。

每秒钟帧数（fps）愈多，所显示的动作就会愈流畅。

1.2码流概念

码流（DataRate），是指视频文件在单位时间内使用的数据流量，也叫码率，是他是视频编码中画面质量控制中最重要的部分。

同样分辨率下，视频文件的码流越大，压缩比就越小，画面质量就越高。

1.3分辨率概念

视频分辨率是指视频成像产品所成图像的大小或尺寸。

常见的视像分辨率有352×288，176×144，640×480，1024×768。

在成像的两组数字中，前者为图片长度，后者为图片的宽度，两者相乘得出的是图片的像素，长宽比一般为4：

3。

在视频编码领域，比特率常翻译为编码率，单位是Kbps，例如800Kbps

其中，1K=10241M=1024K

b为比特（bit）这个就是电脑文件大小的计量单位，1KB=8Kb，区分大小写，B代表字节（Byte）

s为秒（second）

p为每（per）

1.4DVR硬盘容量计算

硬盘容量计算，很多工程商和销售人员都不是很清楚，我个人做监控行业4年多了，一直是做技术支持，接到诸如“我有个项目16个点要24小时录像5天需要多大的硬盘”，“我有个项目12个点要24小时录像15天需要多大的硬盘”？

等等此问题已经N遍了，今天在此以我的经验列个小公式供大家计算使用，不足之处还请指点.

1）MJPEG

MJPEG（MotionJPEG）压缩技术标准源于JPEG图片压缩技术，是一种简单的帧内JPEG压缩，它对视频的每一帧进行压缩，压缩比率较小，数量大，通常每路每小时325X288分辨率录像需要硬盘空间1G左右。

2）小波算法

小波算法是基于小波变换的视频压缩，该技术是使图像信号的时域分辨率和频域分辨率同时达到最高。

内核是采用行进中压缩和解压缩方式，视频中帧与帧之间没有相关性，以352X288录像，每路每小时一般为350M左右.

3）MPEG-4

MPEG-4标准是面向对象的压缩方式，不是像MPEG-1和MPEG-2简单地将图像分为一些像块，而是根据图像内容，将其中的对象（物体、人物、背景）分离出来分别进行帧内、帧间编码压缩，并允许在不同的对象之间灵活分配码率，对重要的对象分配较多的字节，对次要的对象分配较少的字节，从而大大提高了压缩比，使其在较低的码率下获得较好的效果。

MPEG-4的传输速率为4.8~64kbit/s，使用时占用的存储空间比较小，以352X288录像，每路每小时一般为120M左右.

4）H.264

这种压缩模式和MPEG-4基本一致，所以计算的时候大家可以按照MPEG-4的容量进行计算。

1.5如何计算数字系统的存储容量

在安防视频监控系统中，目前主流的视频压缩方式为MPEG4与H.264，这两种压缩方式都可以设定为恒定码流，也可以设定为可变码流。

为了节省网络带宽与存储容量，通常情况下都设定为可变码流。

设置为可变码流时，就难以确定网络的带宽需求及存储容量需求。

但是，在一般投标的情况下，都采用经验值来计算网络带宽与视频存储容量。

以下为各种视频图像质量与帧率情况下，常用的视频码流的码率经验值。

25fps（kbits/s）

12.5fps（kbits/s）

8.3fps（kbits/s）

CIF

512

256

171

2CIF

1024

512

341

4CIF/D1

2048

1024

683

根据上表查出的码率经验值，利用以下公式计算存储容量。

为了确保磁盘容量足够使用，一般会在在经验值基础之上附加0~20%的冗余。

以下公式是采用20%的冗余计算存储容量的。

案例及答案：

案例1：

某个系统具有380个摄像机，要求使用4CIF@12.5fps的视频图像连续存储180天，并具有20%的冗余。

业主指定使用A品牌的服务器及磁盘阵列。

A品牌的服务器与磁盘阵列采用DAS结构，每个服务器可以同时最多连接6个磁盘阵列，每个磁盘阵列都采用RAID5技术以保证数据的冗余备份，每个磁盘阵列都具有16个500G的硬盘。

根据以上要求，请问应该配置多少个流媒体服务器？

多少个磁盘阵列？

4CIF@12.5fps的视频图像一般按照1024KBit/s的码流计算，这样每个小时的存储容量为450M，每天的容量为10800M，180天的容量为1898.44G，加上20%的冗余为2278G。

采用RAID5技术，每个磁盘阵列的实际可用于存储视频流的容量为15*500G=7500G，每个服务器连接6个磁盘阵列，也就是说每个服务器最多可以管理7500G*6=45000G的录像资料。

因此，每个服务器根据磁盘容量的限制，最多可以管理的摄像机数量=45000/2278=19.754；因此可以管理19个摄像机。

另外，每个HUS流媒体服务器建议的摄像机数量不能超过60个。

根据以上两个限制，应该取小的值，因此，每个流媒体服务器管理19个摄像机。

因此总共需要的流媒体服务器为380/19=20个

总共需要的流媒体服务器为20*6=120个

计算公式

1.6硬盘标称容量

注*：

硬盘是按10进制标称容量1KB＝1000B，1MB＝1000KB，1GB＝1000MB，1TB=1000GB

而实际需要容量都是按2进制计算容量1KB＝1024B，1MB＝1024KB，1GB＝1024MB，1TB＝1024GB

需要换算成统一的计算格式以1000GB的硬盘为例，实际可用容量为1000/1.024/1.024/1.024=931G

750GB的硬盘为例，实际可用容量为750/1.024/1.024/1.024=698G

1.7H.264

H.264，同时也是MPEG-4第十部分，是由ITU-T视频编码专家组（VCEG）和ISO/IEC动态图像专家组（MPEG）联合组成的联合视频组（JVT，JointVideoTeam）提出的高度压缩数字视频编解码器标准。

H.264是一种高性能的视频编解码技术。

目前国际上制定视频编解码技术的组织有两个，一个是“国际电联（ITU-T）”，它制定的标准有H.261、H.263、H.263+等，另一个是“国际标准化组织（ISO）”它制定的标准有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。

而H.264则是由两个组织联合组建的联合视频组（JVT）共同制定的新数字视频编码标准，所以它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4高级视频编码（AdvancedVideoCoding，AVC），而且它将成为MPEG-4标准的第10部分。

因此，不论是MPEG-4AVC、MPEG-4Part10，还是ISO/IEC14496-10，都是指H.264。

H.264最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。

举个例子，原始文件的大小如果为88GB，采用MPEG-2压缩标准压缩后变成3.5GB，压缩比为25∶1，而采用H.264压缩标准压缩后变为879MB，从88GB到879MB，H.264的压缩比达到惊人的102∶1！

H.264为什么有那么高的压缩比？

低码率（LowBitRate）起了重要的作用，和MPEG-2和MPEG-4ASP等压缩技术相比，H.264压缩技术将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。

尤其值得一提的是，H.264在具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像。

2摄像机镜头常识

2.1照度

CCD按照照度分类：

普通型：

正常工作所需照度1~3LUX

月光型：

正常工作所需照度0.1LUX左右

星光型：

正常工作所需照度0.01LUX以下

红外型：

采用红外灯照明，在没有光线的情况下也可以成像

照度概念：

照度（Luminosity）指物体被照亮的程度，采用单位面积所接受的光通量来表示，表示单位为勒克斯（Lux,lx），即lm/m2。

1勒克斯等于1流明（lumen,lm）的光通量均匀分布于1m2面积上的光照度。

　天气照度LUX

晴天30000~300000

阴天3000

日出日落300

月圆0.3~0.03

星光0.0002~0.00002

2.2C式与CS式镜头

两者的螺纹均为1英寸32牙，直径为1英寸，差别是镜头距CCD靶面的距离不同，C式安装座从基准面到焦点的距离为17.562毫米，比CS式距离CCD靶面多一个专用接圈的长度，CS式距焦点距离为12.5毫米。

C型镜头与C型摄像机，CS型镜头与CS型摄像机可以配合使用。

C型镜头与CS型摄像机之间增加一个5mm的C/CS转接环可以配合使用，CS型镜头与C型摄像机无法配合使用。

2.3光圈

镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量，即光通量，用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。

每个镜头上都标有最大F值，例如6mm/F1.4代表最大孔径为4.29毫米。

光通量与F值的平方成反比关系，F值越小，光通量越大。

镜头上光圈指数序列的标值为1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的2倍。

也就是说镜头的通光孔径分别是1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一数值是后一数值的根号2倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照度也就越大。

镜头有手动光圈（manualiris）和自动光圈（autoiris）之分，配合摄象机使用，手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合，自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整，故适用亮度变化的场合。

自动光圈镜头有两类：

一类是将一个视频信号及电源从摄象机输送到透镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型，另一类则利用摄象机上的直流电压来直接控制光圈，称为ＤＣ输入型。

自动光圈镜头上的ＡＬＣ（自动镜头控制）调整用于设定测光系统，可以整个画面的平均亮度，也可以画面中最亮部分（峰值）来设定基准信号强度，供给自动光圈调整使用。

一般而言，ＡＬＣ已在出厂时经过设定，可不作调整，但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的目标时，明亮目标物之影像可能会造成“白电平削波”现象，而使得全部屏幕变成白色，此时可以调节ＡＬＣ来变换画面。

另外，自动光圈镜头装有光圈环，转动光圈环时，通过镜头的光通量会发生变化，光通量即光圈，一般用Ｆ表示，其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比，即：

Ｆ＝f（焦距）／Ｄ（镜头实际有效口径），Ｆ值越小，则光圈越大。

采用自动光圈镜头，对于下列应用情况是理想的选择，它们是：

在诸如太阳光直射等非常亮的情况下，用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。

要求在整个视野有良好的聚焦时，用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。

要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时，应使用自动光圈镜头。

视频（VIDEO）驱动型：

镜头本身包含放大器电路，用以将监控摄像机传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制。

也就是摄像头根据现场的实际情况来自动调节的！

VideoDriver是将光圈马达的驱动电路板安装于镜头内，利用摄影机输出的影像信号传送到驱动电路板，驱动光圈马达使光圈变化，通过三根线来控制镜头，其中一根为视频触发信号来起动光圈，并控制光圈大小，另二根为DC12V或DC24V电源线驱动电机马达。

在成本上与施工上都较DCDriver昂贵。

直流（DC）驱动型：

利用监控摄像机上的直流电压来直接控制光圈。

这种镜头只包含电流计式光圈马达，要求摄像头内有放大器电路。

比较机械！

DCDriver镜头配合部分摄影机制造厂商，将原本安装于镜头内的驱动电路板设计于摄影机内，因此镜头就不需驱动电路板，而由摄影机直接输出DC电流来改变光圈马达使光圈变化，且接头已固定，成本较低施工容易，将会是自动光圈镜头的趋势。

DC驱动是通过四根线控制镜头的，其中两根为DC12V或DC24V电源来驱动镜头中的马达，另两根控制线通过镜头内的光感应点感应外部光源的照度来控制光圈的大小。

2.4焦距

焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚；焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。

由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头；如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。

变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜头两大类。

伸缩镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦距在一定范围内变化，因此可以使被监控的目标放大或缩小，所以也常被成为变倍镜头。

典型的光学放大规格有６倍（6.0~36mm,F1.2）、８倍（4.5~36mm,F1.6）、１０倍（8.0~80mm,F1.2）、１２倍（6.0~72mm,F1.2）、２０倍（10~200mm,F1.2）等档次，并以电动伸缩镜头应用最普遍。

为增大放大倍数，除光学放大外还可施以电子数码放大。

在电动伸缩镜头中，光圈的调整有三种，即：

自动光圈、直流驱动自动光圈、电动调整光圈。

其聚焦和变倍的调整，则只有电动调整和预置两种，电动调整是由镜头内的马达驱动，而预置则是通过镜头内的电位计预先设置调整停止位，这样可以免除成像必须逐次调整的过程，可精确与快速定位。

在球形罩一体化摄像系统中，大部分采用带预置位的伸缩镜头。

公式：

f=wL/Wf焦距，w所成物宽，W物宽L镜头到物距离。

L=fW/w

经验值：

所照的距离为焦距的2倍（单位m），如8mm镜头，所照距离为16m。

2.5自动增益

AGCON/OFF（自动增益控制）：

摄像头内有一个将来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较高的灵敏度，然而在亮光照的环境下放大器将过载，使视频信号畸变。

当开关在ON时，在低亮度条件下完全打开镜头光圈，自动增加增益以获得清晰的图像。

开关在OFF时，在低亮度下可获得自然而低噪声的图像。

2.6白平衡

ATWON/OFF（自动白平衡）：

开关拨到ON时，通过镜头来检测光源的特性/色温，从而自动连续设定白电平，即使特性/色温改变也能控制红色和蓝色信号的增益。

2.7自动光圈或电子亮度光圈

ALC/ELC（自动亮度控制/电子亮度控制）：

当选择ELC时，电子快门根据射入的光线亮度而连续自动改变CCD图像传感器的曝光时间（一般从1/50到1/10000秒连续调节）。

选择这种方式时，可以用固定或手动光圈镜头替代ALC自动光圈镜头。

需要注意的是：

在室外或明亮的环境下，由于ELC控制范围有限，还是应该选择ALC式镜头；在某些独特的照明条件下，可能出现下列情况：

①在聚光灯或窗户等高亮度物体上有强烈的拖尾或模糊现象

②图像显著地闪烁和色彩重现性不稳定

③白平衡有周期性变化，如果发生这些现象，应使用ALC镜头。

以固定光圈镜头采用ELC方式时，图像的景深可能小于使用ALC式镜头所获得的景深。

因此，摄像头在完全打开固定光圈镜头而采用ELC方式时，景深会比使用ALC式镜头时小，而且图像上远处的物体可能不在焦点上。

当镜头是自动光圈镜头时，需要将开关拨到ALC方式。

2.8背光补偿

BLCON/OFF（背光补偿开关）：

当强大而无用的背景照明影响到中部重要物体的清晰度时，应该把开关拨到ON位置。

注意：

①当与云台配用或照明迅速改变时，建议把该开关放在OFF位置，因为在ON位置时，镜头光圈速度变慢；

②如果所需物体不在图像中间时，背光补偿可能不会充分发挥作用。

LL/INT（同步选择开关）：

此开关用以选择摄像头同步方式，INT为内同步2：

1隔行同步；LL为电源同步。

有些摄像头还有一个LLPHASE电源同步相位控制器，当摄像头使用于电源同步状态时，此装置可调整视频输出信号的相位，调整范围大概是一帧（调整需要专业人员进行）。

VIDEO/DC（镜头控制信号选择开关）：

ALC自动光圈镜头的控制信号有两种，当需要将直流控制信号的自动光圈镜头安装在摄像头上时，应该选择DC位置；

固定光圈定焦镜头：

简单。

镜头只有一个可以手动调整的对焦调整环，左右旋转该环可使成像在CCD靶面上的图像最清晰。

没有光圈调整环，光圈不能调整，进入镜头的光通量不能通过改变镜头因素而改变，只能通过改变视场的光照度来调整。

结构简单，价格便宜。

手动光圈定焦镜头：

手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环，光圈范围一般从F1.2或F1.4到全关闭，能方便地适应被被摄现场地光照度，光圈调整是通过手动人为进行的。

光照度比较均匀，价格较便宜。

自动光圈定焦镜头：

在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加一个齿轮合传动的微型电机，并从驱动电路引出3或4芯屏蔽线，接到摄像机自动光圈接口座上。

当进入镜头的光通量变化时，摄像机CCD靶面产生的电荷发生相应的变化，从而使视频信号电平发生变化，产生一个控制信号，传给自动光圈镜头，从而使镜头内的电机做相应的正向或反向转动，完成调整大小的任务。

手动光圈变焦镜头：

焦距可变的，有一个焦距调整环，可以在一定范围内调整镜头的焦距，其可变比一般为2～3倍，焦距一般为3.6~8mm。

实际应用中，可通过手动调节镜头的变焦环，可以方便地选择被监视地视场的视场角。

但是当摄像机安装位置固定下以后，在频繁地手动调整变焦是很不方便的。

因此，工程完工后，手动变焦镜头的焦距一般很少调整。

仅起定焦镜头的作用。

自动光圈电动变焦镜头：

与自动光圈定焦镜头相比增加了两个微型电机，其中一个电机与镜头的变焦环合，当其转动时可以控制镜头的焦距;另一电机与镜头的对焦环合，当其受控转动时可完成镜头的对焦。

但是，由于增加了两个电机且镜片组数增多，镜头的体积也相应增大。

6电动三可变镜头与自动光圈电动变焦镜头相比，只是将对光圈调整电机的控制由自动控制改为由控制器来手动控制。

2.9以镜头的视场大小分类

标准镜头：

视角３０度左右，在１／２英寸ＣＣＤ摄象机中，标准镜头焦距定为１２mm，在１／３英寸ＣＣＤ摄象机中，标准镜头焦距定为８mm。

广角镜头：

视角９０度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。

远摄镜头：

视角２０度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大，但使观察范围变小。

2.10从镜头焦距上分

短焦距镜头：

因入射角较宽，可提供一个较宽广的视野。

适合室内短距离、大面积监控。

中焦距镜头：

标准镜头，焦距的长度视ＣＣＤ的尺寸而定。

长焦距镜头：

因入射角较狭窄，故仅能提供狭窄视景，适用于长距离监视。

变焦距镜头：

通常为电动式，可作广角、标准或远望等镜头使用。

2.11镜头与摄像机CCD尺寸的关系

1/2”镜头既可用于1/2”摄像机，也可用于1/3”摄像机，但视角会减少25%左右。

图a光敏感区即CCD面积。

1/3”镜头不能用于1/2”摄像机，只能用于1/3”摄像机。

由于视场不够，能够成像，但在图像四周会有黑边。

1、同轴电缆传输

在闭路监控系统中，同轴电缆是传输视频图像最常用的媒介。

同轴电缆截面的圆心为导体，外用聚乙烯同心圆状绝缘体覆盖，再外面是金属编织物的屏蔽层，最外层为聚乙烯封皮。

同轴电缆对外界电磁波和静电场具有屏蔽作用，导体截面积越大，传输损耗越小，可以将视频信号传送更长的距离。

摄像机输出通过同轴电缆直接传输至监视器，若要保证能够清晰地加以显示，则同轴电缆的长度有限制。

如果要传得更远，一种方法是改用截面积更大的同轴电缆类型，另一种方法是在靠近监视器处安装一台后均衡视频放大器（postequalizingvideomplifier），通过补偿视频信号中容易衰减的高频部分使经过长距离传输的视频信号仍能保持一定的强度，以此来增长传输距离。

需要指出的是，后均衡视频放大器只能安装在靠近监视器之处，如果安装在摄像机附近则失效。

此外，所有电缆均应是阻抗为75欧姆的纯铜芯电缆，绝对不可用镀铜或铝芯电缆。

（75欧姆为特征阻抗，可以理解为某种材料的阻抗）采用同轴电缆传送视频信号时，由于存在不平衡电源线负载等因素会导致各点之间存在地电位差，其电压峰-峰幅值在0~10V。

3线缆选择

SYV75-3一般用于室内布线小于75m

SYV75-5小于150m大于150m采用视频放大器

控制线小于100m采用RVV2x0.5

大于100m采用RVV2x0.75或RVV2x1

报警系统

报警探测器到控制器采用0.3mm的线

电源供电本地采用0.5mm

集中采用1mm

监控线材的选用以及铺设线材选型

1、视频线

摄像机到监控主机距离≤200米，用RG59（128编）视频线。

摄像机到监控主机距离＞200米，用SYV75-5视频线。

2、云台控制线

云台与控制器距离≤100米，用RVV6×0.5护套线。

云台与控制器距离＞100米，用RVV6×0.75护套线。

3、镜头控制线

采用RVV4×0.5护套线。

4、解码器通讯线

应采用RVV2×1屏蔽双绞线

5、摄像机电源线

若系统有20台普通摄像机，摄像机到监控主机的平均距离为50米，则应使用BVV6m2铜芯双塑线作电源主线，不同距离所使用的电源线见如下表：

摄像机到监控主机的平均距离电源线规格（2线）

34~50m6m2

21~33m4m2

≤20m2.5m2

监控系统线路铺设

1、视频线敷设注意事项

1.1、若摄像机到监控主机（图像处理器、矩阵控制主机或数码录像机）的距离少于200米，可用RG59视频线，若超过200米，应该采用SWY-75-5视频线，以保证监控图像的质量。

1.2、对于安装在电梯内的摄像机，在电梯井内布线应采用星铁槽并接地处理，以减少电梯电机启动时对视频信号造成的干扰。

1.3、如果摄像机安装在室外（如大院门口或停车场等），线路需要在室外走线或通过架空钢缆走线，条件允许的情况下要安装视频避雷器（因为加装防雷设备会造成工程总造价的增加），即分别在摄像机端和监控主机端各安装1个视频避雷器，而且每个视频避雷器均要接地（室外摄像机要单独打地线，监控室的视频避雷器可统一接地），以防止感应雷对设备造成损坏。

2、控制线敷设注意事项

2.1、在模拟监控系统中，若安装配云台变焦镜头的摄像机，并采用云台镜头控制器进行控制，控制线的选择应根据摄像机与云镜控制器的距离确定。

当距离少于100米时，云台控制线可采用RVV6×0.5护套线，；当距离大于100米时，云台控制线应采用RVV6×0.75护套线，镜头控制线均采用RVV4×0.5护套线。

如果该模拟监控系统是通过矩阵控制主机对云台和镜头进行控制，一般需要用到解码器，控制线路敷设可参考所用矩阵控制主机的技术要求。

2.2、在数码监控系统中，若安装配云台变焦镜头的摄像机，则需要通过解码器对云台和镜头进行控制。

解码器一般安装在摄像机旁，解码器与数码录像机采用RS485总线进行通信。

布线应采