模拟、数字、网络视频监控系统对比
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无线视频监控发展与优缺点剖解
安防行业每当提到发展趋势时，出现频率最高的词必定是高清、数字、智能，这已经是被公认的三个发展趋向。可是在实现高清化、数字化、智能化的过程中视频无线传输起着桥梁作用，无线传输的便利及灵活紧密将三者联系起来实现在安防行业的应用。无线视频监控业务发展情况因网络传输的相对优势，有线的网
　　安防行业每当提到发展趋势时，出现频率最高的词必定是高清、数字、智能，这已经是被公认的三个发展趋向。可是在实现高清化、数字化、智能化的过程中视频无线传输起着桥梁作用，无线传输的便利及灵活紧密将三者联系起来实现在安防行业的应用。　　无线业务发展情况　　因网络传输的相对优势，有线的网络视频监控系统成为了监控的主流，且正朝着“高清、智能、融合”方面前行。　　安防行业每当提到发展趋势时，出现频率最高的词必定是高清、数字、智能，这已经是被公认的三个发展趋向。可是在实现高清化、数字化、智能化的过程中视频无线传输起着桥梁作用，无线传输的便利及灵活紧密将三者联系起来实现在安防行业的应用。　　无线视频监控优点剖解　　1、综合成本低，只需一次性投资，无须挖沟埋管，特别适合室外距离较远及已装修好的场合；在许多情况下，用户往往由于受到地理环境和工作内容的限制，例如山地、港口和开阔地等特殊地理环境，对有线网络、有线传输的布线工程带来极大的不便，采用有线的施工周期将很长，甚至根本无法实现。这时，采用无线监控可以摆脱线缆的束缚，有安装周期短、维护方便、扩容能力强，迅速收回成本的优点。　　2、组网灵活，可扩展性好，即插即用，管理人员可以迅速将新的无线监控点加入到现有网络中，不需要为新建传输铺设网络、增加设备，轻而易举地实现远程无线监控。　　3、维护费用低，无线监控维护由网络提供商维护，前端设备是即插即用、免维护系统。　　无线传输技术存在组网灵活方便，开通迅速、维护费用低的优点，因而其应用存在着巨大的市场。但是随着无线传输技术的迅速发展，它的安全性问题越来越受到人们的关注。虽然目前安防市场上的无线传输设备都通过各种机制来增强其安全性，但是很多业内人士研究发现保密协议存在着各种各样的安全漏洞，比如他无法保证数据的机密性、完整性和对接入的用户实现身份认证。 　　无线视频监控缺点剖解　　无线监控也存在不足的地方，容易受到外界的干扰、数据容易泄露、带宽不足等缺点，这些都会影响无线技术在监控领域很好的应用，其中最重要的一点就是数据的安全，传输的实时都是非常关键的参数；所以在抗干扰、带宽、传输安全等问题上，无线监控面临着很大的挑战。　　1、无线视频监控抗干扰　　因无线技术是以微波为载体，视频数据通过附于无线微波上进行传输，对于空中是否存在杂乱波的干扰是无法前期预知的，往往在实际应用中，信号干扰是非常常见的情况。　　为克服无线干扰，不仅需要从无线技术抗干扰性方面努力，还可从多方面一起努力；如视频编码算法努力：采用高效视频压缩比，实现同样质量的视频数据，具有更好的文件大小，减少文件受到干扰的可能性；提高视频传输重新纠错能力，对传输的错误数据提供重新恢复算法等。　　2、无线视频监控带宽　　显然，无线网络带宽远不如有线网络。在有线网络系统中，视频监控系统可用带宽很轻易达到70Mb/s至700Mb/s之间。而在无线网络系统中，通常的带宽不会高于5Mb/s至25Mb/s之间。　　针对于视频监控系统特点，主要是上传视频数据大，而下行如控制数据流比较小，所在建议设备时，主要计算上行带宽大小，这决定摄像机的接入数量。另外，环境因素通常也会影响带宽，而有线网络受环境影响则比无线网络要小的多。只有当无线网络信号最强的时候，才能实现其标准带宽。假如有任何障碍物或者天线稍微移动了下，无线网络信号可能就会发生重大衰减。比如一个11Mb/s的无线网络，它只能为视频流提供5.5Mb/s的带宽。然而，通常环境下无线网络带宽恐怕只有2.75Mb/s。　　然而随着无技术的发展，高达几百兆速率的802.11n技术，正引领无线走向更快、更高、更强的应用，在实际视频监控测试中，基于802.11n技术AP，在150米的范围下，可实现100Mb/s的稳定传输能力，意味着无线802.11n技术可支持高清的接入，弥补因无线带宽窄，无法实现高清传输的需求。　　3、无线视频监控数据安全　　无线开放的传波方式，注定了无线网络传输的数据很有可能会遭到截取，这会给敏感视频数据带来巨大风险。若竞争对手或恶意采取非法的方式，通过截取无线信号，可比较简单破译出无线中传输的内容。　　因此，安防无线应用，除保障监控设备长时间无故障运行的能力外，视频数据在无线传输链路上的安全性也是不可忽略的一部分，视频传输中必须具备防窃取功能，视频数据具备防篡改功能等加密等手段，才可确保最终数据的有效及安全。
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　　联网技术及应用的飞速发展已经影响到各个领域，利用廉价的IP网络资源，完成对监控图像的动态实时传输，使人们已经基本实现了在任何地点(Anywhere)、任何时间(Anytime)，都能够进入自己的系统中，随时得到所需的音视频及其他监控报警信息。　　　　视频监控技术的发展　　　　监控技术从上个世纪80年代进入我国以来，随着安防需求的急剧增加一直在飞速发展，从技术层面上化分，经历了以下几个不同发展阶段。　　　　第一代为全模拟监控，也叫闭路电视监控。是从上个世纪80年代到90年初期，十多年的时间一直主导着安防市场。大量应用在公安、、军工、交通、等重要单位和部门。其特点是全部通过模拟方式将摄像机的视频信号传输到监控中心，监控中心通过视频分配和合成设备将一部分视频信号在电视机等模拟显示设备上输出，并通过磁带录像设备进行录像或保存。　　　　第二代为准数字监控系统，是从上个世纪90年代中期开始出现，以数字硬盘录像DVR为主，替代了原来的长延时模拟录像机，将原来的磁带存储模式转变成数字存储录像，解决了监控的模拟转数字录像和显示，集合了录像机、画面分割器等功能，跨出数字监控的第一步。　　　　第三代全数字监控系统，以嵌入式硬盘录像DVR为主，这是一种将应用程序和操作系统与微处理器和各种芯片集成在一起的嵌入式系统，它的特点是：不可修改，结构紧凑，脱离了PC的不稳定，但图像远传仅局限在局域网内传输。　　　　随着计算机技术的发展和网络的普及，目前，视频监控已经发展到了网络多媒体监控系统。　　　　网络多媒体监控系统　　　　新一代视频监控系统与前几代视频监控系统的根本区别在于，其不再局限于简单地完成对视频信号的处理、传输、控制，其核心乃是对基于IP网络的多媒体信息(视频/音频/数据)提供一个综合、完备的管理控制平台。网络多媒体监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，并与报警系统、门禁系统整合到一个使用平台上，引发了视频监控行业的一次技术革命，迅速受到了安防行业和用户的关注。网络多媒体监控管理系统，可以广泛用于多媒体视讯调度指挥、网络视频监控和会议、多媒体网上直播、网络教学、远程医疗等各个方面。　　　　网络多媒体监控系统由网络多媒体监控管理平台和前端信息采集设备组成，其核心是网络多媒体监控管理平台。网络多媒体监控管理平台集计算机网络、通信、视频处理、流媒体、和自动化技术于一身，是视频、音频、数据和图示一体化的解决方案，兼备网络视频监控、视频会议、视频直播等功能，具有超大规模组网能力，是构建于LAN/Internet网络之上、支持多种传输方式的综合多媒体业务管理平台，其应用已远远超出监控本身所涵盖的内容。　　　　网络多媒体视频服务器(NetworkMediaVideoSever，NMVS)负责前端的视频处理部分，它同时具备了网络视频服务器的网络传输功能和硬盘录像机的存储功能(VideoSever+DVR)，NMVS是一种对视频、音频、数据进行压缩、存储及处理的专用计算机设备，它在视频监控、网络教学、IP视频会议、视频直播及视频点播等方面都有广泛的应用。NMVS采用最先进的MPEG—4或H.264等压缩格式，在符合技术指标的情况下对视频数据进行压缩编码，以满足存储和传输的要求。　　　　网络多媒体监控管理系统的特点　　　　此前的视频监控系统虽然实现了从模拟到数字直至支持IP网络的传输，但前端设备功能的单一，管理系统的相对简单，已难以完成目前监控网络的不断扩大及日益复杂的功能需求，网络多媒体监控管理系统应运而生，其特点及优势主要体现在多媒体应用中的数字化、网络化、智能化、系统化及超大规模组网能力。系统具有如下特点：　　　　1.网络管理分级化　　　　过去的监控网络通常是各个企业/行业在局部地区各自自成系统，现在的监控需求已发展为行业内联网、跨行业联网，网络规模越来越大，以前的监控系统已无法管理如此大规模的监控网络，网络多媒体监控管理平台采用分级式管理控制方式，从而具有超大规模的组网能力。　　　　2.与GIS地理信息系统、MIS系统等有机结合　　　　网络多媒体监控管理平台将地理信息系统(GIS)、管理信息系统(MIS)进行有机的结合，为用户的综合管理提供了极大的方便。　　　　3.分布式信息转发/存储　　　　视音频信息，虽然经过压缩编码处理，但仍然占用较大的传输带宽及存储空间，网络多媒体监控管理平台采用分布式的信息转发和存储，在IP网络上进行虚拟矩阵控制，从而极大提高了网络带宽利用率，并大大减少了硬件设备的投入。　　　　4.寻址定位自动化　　　　网络多媒体监控管理平台采用动态域名解析技术，前端及客户端只需简单的登录操作，经鉴权认证后，系统即可自动完成对新加入设备的寻址定位功能，使监控系统真正实现了即插即用、“无极”扩展。　　　　5.私有IP地址的有效利用　　　　网络多媒体监控管理平台采用虚拟IP地址技术，使得私有IP地址得到有效利用，极大节省了有限的公共IP地址资源。　　　　6.与各种告警功能的联动管理　　　　与各种告警功能及门禁系统的联动管理使得系统可以检测多路报警信号，当发生报警时，可联动一个或者几个设备协同工作，如自动启动录像功能(可录制报警前多少秒事件)、摄像机转到告警预置位、向指定人员发送短信、声音提示或电话呼叫等等。　　　　7.远程管理　　　　远程管理功能可以实现远程维护、远程配置、远程状态查询，能极大地减少现场维护工作量，就像在本地一样方便。　　　　8.标准网络架构　　　　系统基于C/S(客户端/服务器)或B/S(浏览器/服务器)的架构，支持计算机、手持PDA的监控，为用户使用提供了极大的方便。　　　　视频监控系统的未来：智能和移动　　　　随着视频监控系统的日益成熟，目前的视频监控系统已经开始向智能化的方向发展。　　　　典型的智能化视频监控系统的功能的例子包括：　　　　1.与应用领域业务相关的安防联动功能，如各种安防传感器、控制器、音视频录像、监控报警之间的互动。各具体的应用领域应当能够方便灵活地在监控软件上定义各种相关联动。　　　　2.图像分析功能，如在图像范围内定义的敏感区域进行运动分析，并提供针对性录像、目标跟踪和报警联动功能。　　　　3.图像识别功能，如在视频图像中识别人的脸图像，在音频中识别特定人，以及车牌识别、各种行业的目标识别功能。　　　　在未来的视频监控系统中，这些功能的实现是有充分技术保障的。随着无线通信技术的发展和成熟，另一个具有重要价值的应用领域是移动监控，即前端监控点是移动设备，这更加要求整个监控系统必须是一个全数字、智能化的系统。　　　　联网技术及应用的飞速发展已经影响到各个领域，利用廉价的IP网络资源，完成对监控图像的动态实时传输，使人们已经基本实现了在任何地点(Anywhere)、任何时间(Anytime)，都能够进入自己的系统中，随时得到所需的音视频及其他监控报警信息。　　　　视频监控技术的发展　　　　监控技术从上个世纪80年代进入我国以来，随着安防需求的急剧增加一直在飞速发展，从技术层面上化分，经历了以下几个不同发展阶段。　　　　第一代为全模拟监控，也叫闭路电视监控。是从上个世纪80年代到90年初期，十多年的时间一直主导着安防市场。大量应用在公安、银行、军工、交通、酒店等重要单位和部门。其特点是全部通过模拟方式将摄像机的视频信号传输到监控中心，监控中心通过视频分配和合成设备将一部分视频信号在电视机等模拟显示设备上输出，并通过磁带录像设备进行录像或保存。　　　　第二代为准数字监控系统，是从上个世纪90年代中期开始出现，以数字硬盘录像DVR为主，替代了原来的长延时模拟录像机，将原来的磁带存储模式转变成数字存储录像，解决了监控的模拟转数字录像和显示，集合了录像机、画面分割器等功能，跨出数字监控的第一步。　　　　第三代全数字监控系统，以嵌入式硬盘录像DVR为主，这是一种将应用程序和操作系统与微处理器和各种芯片集成在一起的嵌入式系统，它的特点是：不可修改，结构紧凑，脱离了PC的不稳定，但图像远传仅局限在局域网内传输。　　　　随着计算机技术的发展和网络的普及，目前，视频监控已经发展到了网络多媒体监控系统。　　　　网络多媒体监控系统　　　　新一代视频监控管理系统与前几代视频监控系统的根本区别在于，其不再局限于简单地完成对视频信号的处理、传输、控制，其核心乃是对基于IP网络的多媒体信息(视频/音频/数据)提供一个综合、完备的管理控制平台。网络多媒体监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，并与报警系统、门禁系统整合到一个使用平台上，引发了视频监控行业的一次技术革命，迅速受到了安防行业和用户的关注。网络多媒体监控管理系统，可以广泛用于多媒体视讯调度指挥、网络视频监控和会议、多媒体网上直播、网络教学、远程医疗等各个方面。　　　　网络多媒体监控系统由网络多媒体监控管理平台和前端信息采集设备组成，其核心是网络多媒体监控管理平台。网络多媒体监控管理平台集计算机网络、通信、视频处理、流媒体、和自动化技术于一身，是视频、音频、数据和图示一体化的解决方案，兼备网络视频监控、视频会议、视频直播等功能，具有超大规模组网能力，是构建于LAN/Internet网络之上、支持多种传输方式的综合多媒体业务管理平台，其应用已远远超出监控本身所涵盖的内容。　　　　网络多媒体视频服务器(NetworkMediaVideoSever，NMVS)负责前端的视频处理部分，它同时具备了网络视频服务器的网络传输功能和硬盘录像机的存储功能(VideoSever+DVR)，NMVS是一种对视频、音频、数据进行压缩、存储及处理的专用计算机设备，它在视频监控、网络教学、IP视频会议、视频直播及视频点播等方面都有广泛的应用。NMVS采用最先进的MPEG—4或H.264等压缩格式，在符合技术指标的情况下对视频数据进行压缩编码，以满足存储和传输的要求。
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高清监控镜头四大技术及发展趋势 - 视频技术
    海康威视安防监控视频监控
　　2015年，安防监控行业依旧迅猛发展，视频监控高清化的步伐越走越深，同时高清化也促进了视频监控的网络化、智能化，加快高清监控大时代的进程。
　　在高清化普及之前，监控用户常常会碰到这样的情况，在办案取证或收集线索时，现场是有监控摄像机的，但查看录像后发现录像画面很差，人物模糊不清，充满雪花噪点，晚上更是漆黑一片，很难提取到有价值的信息，这些录像甚至被戏称为‘俄罗斯方块组成的印象油画’。
　　一、监控镜头发展现状
　　近些年，随着安防技术推陈出新，高清技术开始广泛应用，高清摄像机也逐步取代标清摄像机，成为市场主流。高清摄像机能为用户提供更好的画质，更多的细节信息，减少了‘俄罗斯方块组成的印象油画’笑剧。摄像机的高清效果，不仅仅是依靠更高像素的感光器件、更好的ISP技术、更高效的存储技术，高清镜头也是关键技术，没有匹配的高清镜头，高清摄像机也不能发挥出应有的高清效果。
　　高清镜头，也称超百万像素镜头，与普通镜头相比具有清晰度高、光谱透射能力强、做工更精密等优势。一般选取镜头成像圈中心及0.7视场的解像力作为评判镜头清晰度的标准，成像圈中心和0.7视场都能达到1000TVLine以上，才称之为高清镜头。
　　2010年起，高清镜头保持平均每年10%以上增长速度，目前国内CCTV高清镜头市场主要品牌有海康威视、凤凰光学、福建福光、厦门力鼎等国产品牌，以及富士能、腾龙、computar、宾得等日系品牌。由于国内光学技术迅速进步和安防镜头的国产化趋势，以海康威视为代表的国产品牌逐渐取代日系品牌，开始占据更多的市场份额。凭借对市场需求的精准把握和对性能、品质的不懈追求，目前海康威视的高清镜头产品已经涵盖了1/2.7’高清红外变焦，1/1.8’高清红外变焦和ITS高清等多个大的系列。
　　图1 海康威视高清镜头
　　二、四大核心技术
　　镜头本身是高精密光学器件，高清镜头尤其如此。高清镜头之所以具备较佳的高清性能，离不开其采用的关键技术：
　　1. 超精密模造非球面技术
　　传统的球面技术发展到今天，其设计技术和制造工艺都已相当成熟，在光学行业的几乎所有领域都有广泛的应用。然而在设计复杂高清镜头时，球面技术的成像效果无法达到最佳。非球面技术可以校正球面像差，大幅度提高镜头的成像质量。非球面镜片形状是通过精确计算并由精密机器模造而成，一片非球面镜片就能实现多个球面镜片校正像差的效果。采用超精密模造非球面镜片的镜头可以有效地减小镜头体积的同时，使得镜头的成像更清晰，透光度更好，色彩还原更加准确。
　　图2 非球面技术
　　2. 多层宽带增透镀膜技术
　　多层宽带增透镀膜技术，能最大程度地提高镜头的光线透过率，降低光线在每个光学镜片表面的残余反射。该技术可以将玻璃和空气界面的可见光反射率抑制到0.5%以内，同时将近红外光的反射率降至约1%，如图3所示。通过高质量的镀膜，减少了图像上不必要的杂散光和鬼像，有效提高画面的通透性，亦保证了可靠的高清效果。
　　图3 普通单层增透镀膜和多层宽带增透镀膜对比
　　3. 超低色散材料技术
　　普通监控镜头，在设计上也会考虑校正不同波长光线（红、绿、蓝）的像差，但通常是将两头的红、蓝两种色光的聚焦同一位置上，但和中间的绿光焦点仍然不重合，即存在二级光谱的像差，限制镜头成像质量进一步提升。为了校正二级光谱，如海康威视监控高清系列镜头，广泛使用了超低色散的光学玻璃材料，利用其不同于常规光学玻璃的色散特性，可以将红、绿、蓝等色光聚焦到同一个平面上，如图4所示，镜头高清性能更优。
　　图4超低色散玻璃校正二级光谱
　　4. 精密变焦凸轮设计技术
　　对于高清变焦镜头而言，其成像质量在很大程度上取决于变焦凸轮的精度。通过凸轮的旋转，带动变焦和聚焦组镜片前后移动，从而实现焦距的连续变化和聚焦点的调节。如果凸轮的精度不佳，则在变焦和聚焦的过程中，不可避免的会出现透镜光轴的偏移或者倾斜，导致成像质量的严重下降。海康威视高清系列监控镜头，采用精密变焦凸轮设计技术，能保证良好的凸轮制造精度，确保变焦和聚焦过程中的成像质量，同时也保证了顺滑而不失阻尼感的调节手感。
　　图5海康威视高清镜头使用的变焦凸轮海康威视安防监控视频监控
　　三、发展趋势
　　最近两年，随着高清摄像机在安防监控领域的应用不断扩大，带动高清监控镜头技术也紧跟着摄像机的步伐，不断升级，出现了4K超高清、超大光圈等新技术。
　　1. 4K超高清技术
　　在去年北京安防展上，很多安防厂家纷纷展出了4K超高清摄像机。4K超高清技术出现之前，主流高清监控镜头像素为六百万以内。4K超高清技术的出现，对镜头的解像力提出了更高的要求，4K镜头的设计、制造难度都会增大许多，即使日系镜头厂商，目前也只有寥寥几家推出了4K镜头。海康威视于2014年10月发布了一款大靶面（1/1.7英寸）4K超高清镜头，这款镜头支持1200万像素，能提供超高清的图像细节的同时，具备165度超广视角，很适合于广场、道路等场景的监控需求。
　　图6 4K超高清镜头拍摄效果
　　2. 超大光圈技术
　　随着安防监控日趋高清化、网络化、智能化，摄像机的应用范围也越来越广泛，很多监控条件差、光线昏暗的地方也要求安装功能多样的摄像机，尤其是低照度高清摄像机，以满足全天候24小时监控的需求。对于夜晚等低照度环境，如果摄像机采集光线不够，会造成画面很暗的情况，影响清晰度。摄像机低照度性能的提升，超大光圈镜头是关键技术之一。海康威视于2014年11月发布一款恒定超大光圈变焦镜头！
　　图7 海康威视HV0733D-6MP镜头
　　这款镜头仅从参数来看，就足够震撼，至少是目前日系品牌镜头也找不到的。首先这款镜头采用超大光圈技术，光圈F数达到0.95，与光圈 F1.5的普通镜头相比，在相同焦距下拍摄低照度场景，这款镜头的图像亮度要高很多。同时此款镜头采用恒定光圈技术，在全焦段任意焦距下使用时，镜头的最大光圈值都是0.95。在夜间等较暗的环境下，恒定超大光圈技术让监控画面更亮，从而保证了夜间监控的高清化。
　　日系镜头，F1.5海康威视HV0733D-6MP镜头，F0.95
　　图8 低照度效果对比
　　四、结语
　　高清化已是视频监控行业发展的必然趋势，高清设备也是各大安防厂商逐鹿市场的必备武器。作为在成像过程中起到关键作用的镜头，自然是高清化步伐的排头兵。在高清化的大潮中，已有的镜头设计、制造技术会不断成熟和普及，新的技术如文中介绍的4K超高清技术、超大光圈技术，也会不断进步和应用，也进而加速镜头的高清化步伐。
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