《安防天下2:智能高清视频监控原理精解与 实践》适合初学者或者有一定行业经验的读者阅读，特别适合“弱电、安全防范、视频监控、物联网”相关从业人员作为入门及深入学习的参考。

潘国辉，网名“西刹子”，现居北京，国家首批一级建造师，2000年毕业于沈阳建筑工程学院工业自动化专业，具有13年安全防范与视频监控从业经验。曾经服务于SIEMENS、TYCO、NICE等公司，具有大量的机场、铁路、地铁、平安城市、智能楼宇等安防项目的规划/设计/实施/调试/服务经验，目前在一家跨国公司任职高级安防经理，全面负责公司安防系统规划、设计、运维、管理、应急响应、风险控制、培训等。曾先后在国内多个主流安防杂志上发表过大量论文，口号是“安防天下、服务万家”，旨在与业内朋友分享、交流、探讨安防行业的新技术、新产品及应用。

本书是具有多年行业经验的安防专业人士呈现的“诚意之作”，其目的在于和行业朋友分享、交流、探讨“智能高清视频监控系统”的原理、应用、产品、技术发展趋势等。本书的内容涉及了模拟视频监控系统、编码压缩、DVR、DVS、IPC、NVR、视频分析、高清IP摄像机、视频传输、CMS、视频存储、解码显示、大屏幕、PSIM、物联网、云计算、大数据、数字高清摄像机、模拟高清摄像机、镜头等各个方面，并辅有大量的相关应用案例供读者参考，以期让读者更好地理解和应用。

本书共分19章，第1章是概述部分，第2章简单介绍了模拟电视监控系统，第3～7章分别介绍了编码压缩技术、DVR技术、DVS技术、NVR技术、IPC技术，第8章介绍了高清监控系统，第9章介绍了视频内容分析技术，第10章介绍了网络传输系统，第11章介绍了CMS技术，第12章介绍了存储系统，第13章介绍了解码显示，第14章介绍了智能网络视频监控系统实战应用，第15章是智能网络视频监控系统相关案例的介绍，第16章介绍了PSIM技术，第17章介绍了物联网相关技术，第18章介绍了云计算相关技术，第19章介绍了大数据相关技术及其与视频监控的结合应用。

本书适合初学者或者有一定行业经验的读者阅读，特别适合“弱电、安全防范、视频监控、物联网”相关从业人员作为入门及深入学习的参考。

第1章视频监控技术概述 

1.1引子 

1.1.1安全防范的雏形 

1.1.2网络视频监控 

1.1.3智能视频识别 

1.1.4智能网络视频监控 

1.1.5高清视频监控 

1.1.6云视频监控 

1.2视频监控技术发展过程 

1.2.1模拟视频监控时代 

1.2.2数字视频监控时代 

1.2.3智能网络视频监控时代 

1.2.4高清视频监控时代 

1.3视频监控的核心技术 

1.3.1光学成像器件 

1.3.2视频编码压缩算法 

1.3.3视频编码压缩芯片 

1.3.4视频管理平台 

1.4视频监控的发展方向 

1.5智能网络视频监控概念 

1.5.1本书内容、范围说明 

1.5.2本书术语、缩写说明 

1.5.3本书内容拓扑结构图 

第2章模拟视频监控系统 

2.1模拟监控系统的构成 

2.2视频采集设备 

2.2.1摄像机相关技术 

2.2.2镜头相关介绍 

2.2.3防护罩 

2.2.4云台及解码器 

2.2.5—体球型摄像机 

2.3信号传输设备 

2.3.1视频信号的传输 

2.3.2视频分配器 

2.3.3控制信号的传输 

2.3.4系统供电 

2.4矩阵控制设备 

2.4.1矩阵工作原理 

2.4.2矩阵的主要功能 

2.4.3PTZ控制原理 

2.4.4控制键盘介绍 

2.5显示与录像设备 

2.5.1多画面处理器 

2.5.2图像显示设备 

2.5.3长延时录像机 

2.6夜视技术及应用 

2.6.1主动红外摄像机 

2.6.2激光夜视技术 

2.6.3被动红外夜视 

2.6.4透雾摄像机 

2.7闭路电视监控系统设计 

2.7.1系统需求分析 

2.7.2摄像机的选型 

2.7.3镜头的选型 

2.7.4矩阵的选型 

2.8本章小结 

第3章视频编码压缩技术 

3.1多媒体技术基础 

3.1.1图像的色彩模型 

3.1.2图像的色彩空间变换 

3.1.3图像的基本属性 

3.1.4图像的格式与质量 

3.1.5数据压缩方法 

3.2静态图像压缩技术 

3.2.1色相变换过程 

3.2.2区块切割与采样 

3.2.3离散余弦（DCT）变换 

3.2.4量化过程介绍 

3.2.5Z字形编码过程 

3.2.6DC系数及AC系数编码 

3.2.7熵编码介绍 

3.2.8JPEG数据流介绍 

3.2.9JPEG解压缩过程 

3.3视频（动态图像）编码压缩 

3.3.1视频压缩的必要性 

3.3.2视频压缩的可行性 

3.3.3图像格式说明 

3.3.4逐行扫描与隔行扫描 

3.3.5帧率、码流与分辨率 

3.3.6视频编码模型 

3.3.7运动补偿技术介绍 

3.4主流视频编码技术 

3.4.1MJPEG编码压缩 

3.4.2MPEG—1技术介绍 

3.4.3MPEG—2技术介绍 

3.4.4MPEG—4技术介绍 

3.4.5H.264技术说明 

3.4.6H.265编码技术 

3.4.7视频编解码技术应用 

3.5本章小结 

第4章硬盘录像机（DVR）技术 

4.1DVR产品介绍 

4.1.1DVR发展历史 

4.1.2DVR工作原理 

4.1.3软压缩与硬压缩 

4.1.4DVR芯片介绍 

4.1.5DVR的录像文件管理 

4.1.6DVR配置及接口 

4.1.7DVR的关键技术 

4.1.8DVR术语介绍 

4.2DVR软硬件构成 

4.2.1嵌入式DVR 

4.2.2PC式DVR 

4.2.3嵌入式对比PC式DVR 

4.3DVR应用软件功能 

4.3.1设备配置及管理 

4.3.2录像管理 

4.3.3报警管理 

4.3.4视频存储与备份 

4.3.5视频浏览与回放 

4.3.6设备网管维护 

4.3.7用户的管理 

4.3.8用户操作日志审计 

4.4DVR的应用架构 

4.4.1单机工作模式 

4.4.2模数混合架构 

4.4.3多机联网模式 

4.5DVR的亮点功能 

4.5.1DVR的多码流技术 

4.5.2视频分析技术应用 

4.5.3混合DVR技术 

4.5.4智能检索与回放 

4.5.5场景重组技术 

4.5.6视频加密技术 

4.6DVR产品选型 

4.7DVR的常见故障 

4.7.1PC式DVR的常见故障 

4.7.2嵌入式DVR的常见故障 

4.8DVR应用案例 

4.8.1DVR带宽设计 

4.8.2DVR存储设计 

4.9DVR设置与操作 

4.9.1DVR的系统设置 

4.9.2DVR的应用操作 

4.10DVR的远程访问 

4.10.1流媒体服务 

4.10.2DVR的公网配置 

4.10.3DVR的转码应用 

4.11本章小结 

第5章视频编码器技术 

5.1DVS产品介绍 

5.1.1DVS发展历程 

5.1.2DVS对比DVR 

5.1.3DVS的工作原理 

5.2DVS产品软硬件构成 

5.2.1DVS硬件构成 

5.2.2DVS软件构成 

5.3DVS系统应用架构 

5.3.1矩阵+DVS混合架构 

5.3.2DVS+NVR架构 

5.4DVS的亮点功能 

5.4.1DVS的ANR技术 

5.4.2DVS冗余技术 

5.4.3DVS的多码流技术 

5.4.4DVS的PoE技术 

5.4.5DVS的音频功能 

5.4.6DVS组播应用 

5.4.7带视频分析功能的DVS 

5.5DVS产品选型 

5.5.1DVS的主要参数 

5.5.2DVS产品的架构 

5.5.3编码压缩方式 

5.5.4视频分析功能 

5.5.5各类接口资源 

5.5.6标准化与开放性 

5.5.7设备的稳定性 

5.6DVS的集成整合 

5.6.1DVS的SDK集成 

5.6.2DVS的SDK功能 

5.7DVS设置与应用 

5.7.1DVS工作流程 

5.7.2DVS码流分析 

5.7.3DVS主要参数说明 

5.7.4DVS配置过程 

5.8SDI—DVS产品介绍 

5.9DVS常见故障及公网接入 

5.10本章小结 

第6章网络录像机（NVR）技术 

6.1NVR产品介绍 

6.1.1NVR的功能角色 

6.1.2NVR的功能模块 

6.1.3NVR对比DVR 

6.1.4PC式与嵌入式NVR 

6.2NVR的技术指标 

6.2.1NVR的平台需求 

6.2.2NVR的瓶颈分析 

6.2.3NVR的软件功能 

6.2.4NVR的兼容性 

6.3NVR产品亮点功能 

6.3.1视频中间件技术应用 

6.3.2ANR技术 

6.3.3NVR冗余技术 

6.3.4视频标签功能 

6.3.5带视频分析功能的NVR 

6.3.6软件的进程隔离技术 

6.3.7软件定制化设计 

6.4NVR产品选型要点 

6.4.1NVR典型参数 

6.4.2NVR产品选型 

6.5NVR应用案例分析 

6.5.1需求分析 

6.5.2网络带宽设计 

6.5.3NVR存储设计 

6.6NVR的ONVIF接入 

6.7本章小结 

第7章网络摄像机（IPC）技术 

7.1IPC产品介绍 

7.1.1IPC的定义 

7.1.2IPC的主要功能 

7.1.3IPC的分类 

7.1.4IPC的优势 

7.1.5IPC的常用术语介绍 

7.2IPC的组成及工作原理 

7.2.1IPC的硬件构成 

7.2.2IPC的软件构成 

7.2.3IPC的工作原理 

7.3IPC数据的网络传输 

7.3.1网络传输协议介绍 

7.3.2视音频流的传输 

7.3.3控制信号的传输 

7.4IPC的核心技术 

7.4.1光学成像技术 

7.4.2视频编码算法 

7.4.3编码压缩芯片 

7.4.4视频分析技术 

7.5IPC的亮点功能 

7.5.1IPC的3G／4G功能 

7.5.2PoE技术 

7.5.3本地缓存功能 

7.5.4DDNS支持 

7.5.5IPC的安全通信 

7.5.6报警改变帧率技术 

7.5.7IPC的多码流技术 

7.5.8视频质量控制QoS 

7.5.9视频移动探测 

7.6IPC的选型要点 

7.6.1IPC的主要参数 

7.6.2图像质量 

7.6.3网络适应性 

7.6.4编码压缩算法 

7.6.5系统安装与升级 

7.6.6产品许可授权方式 

7.6.7二次开发与集成 

7.6.8厂商产品线考察 

7.7IPC的应用设计 

7.7.1需求分析 

7.7.2系统架构 

7.7.3带宽与存储设计 

7.7.4系统的主要功能 

7.8IPC的参数设置 

7.8.1设置前的准备工作 

7.8.2IP地址设置 

7.8.3视频流参数 

7.8.4摄像机图像参数设置 

7.8.5事件参数设置 

7.8.6系统设备维护功能 

7.9本章小结 

第8章高清视频监控技术 

8.1高清监控概述 

8.1.1高清监控目前格局 

8.1.2IP高清与HD—SDI对比 

8.2960H高清技术 

8.2.1EFFIO方案介绍 

8.2.2960H高清的优势 

8.3HDCVI高清技术 

8.3.1HDCVI技术说明 

8.3.2HDCVI摄像机方案 

8.3.3HDCVI高清与其他技术对比 

8.3.4HDCVI高清应用 

8.4HD—SDI高清技术 

8.4.1SDI标准说明 

8.4.2HD—SDI系统原理 

8.4.3HD—CCTV标准介绍 

8.4.4HD—CCTV技术优势 

8.4.5HD—CCTV设备 

8.4.6HD—CCTV系统架构 

8.4.7HD—CCTV应用注意事项 

8.5IP高清技术 

8.5.1高清电视（HDTV）标准 

8.5.2高清IPC的概念 

8.5.3高清IPC的优势 

8.6高清IPC的关键技术 

8.6.1高清配套镜头 

8.6.2图像传感器 

8.6.3图像灵敏度问题 

8.6.4编码压缩算法 

8.6.5高清信号传输 

8.6.6视频管理平台支持 

8.6.7高清信号显示 

8.7高清IPC的亮点功能 

8.7.1日夜监视功能 

8.7.2宽动态范围（WDR） 

8.7.3摄像机的“走廊模式” 

8.7.4觅光者技术 

8.8高清IPC的障碍 

8.8.1高带宽占用 

8.8.2海量存储问题 

8.8.3高成本问题 

8.9高清IPC的应用 

8.9.1需求分析 

8.9.2像素密度 

8.9.3摄像机选型 

8.9.4系统架构说明 

8.9.5视频传输与存储 

8.10高清IPC的设置 

8.11高清镜头 

8.11.1高清镜头的重要性 

8.11.2镜头的像差与色差 

8.11.3镜头MTF曲线说明 

8.11.4日夜镜头技术 

8.11.5非球面镜头技术 

8.11.6镜头镀膜技术 

8.11.7高清镜头的选用 

8.11.8镜头的关键指标说明 

8.12本章小结 

第9章视频内容分析（VCA）技术 

第10章网络视频传输与交换 

第11章中央管理软件（CMS） 

第12章视频监控系统存储应用 

第13章视频解码与图像显示 

第14章智能网络高清视频系统实战 

第15章高清监控的行业的应用 

第16章物理安全信息管理（PSIM）系统 

第17章物联网与安防监控 

第18章云计算与视频监控 

第19章大数据与视频监控 

附录：FAQ 

参考文献

15.1  高铁智能网络视频监控系统

15.1.1 高铁项目简介

首先看看关于“高铁”的定义。国际通常将高速铁路定义在时速200公里以上，我国的高铁，即CRH(ChinaRailway High-speed)，时速也定义在200公里以上。另外，我国又增加了“客运专线”的等级，客运专线是以客运为主的快速铁路，时速为200~350km/h。

高速铁路不同于一般的铁路系统，是一个系统化、集成化的大型工程，仅通信部门就涉及到10多个子系统，包括有线、数据、传输、调度、应急通信、视频监控等。高铁与普通铁路或地铁区别很大，例如地铁通常时速在60公里左右，列车间隔在3分钟左右，而高铁时速可能达到300公里，但时间间隔可能与地铁差不多，这就对高铁的通信指挥系统提出了更高的要求，同时，作为一个重要的辅助设施，对视频监控系统的相关要求也非常高。

15.1.2  高铁视频监控系统的特点

高铁的视频监控系统，要求采用先进的视频监控技术，基于铁路系统的IP网络，构建数字化、智能化、分布式的网络视频监控系统，满足公安、安监、客运、调度、车务、机务、工务、电务、车辆、供电等业务部门及防灾监控、救援抢险和应急管理等多种需求，实现视频网络资源和信息资源共享。

高铁的视频监控系统通常采用先进的视频编码及视频分析技术，实现低码流下高清晰视频图像采集、编码、传输、录像、转发及自动报警功能。指挥人员和警务人员通过自己工作区域内的大屏幕或电脑工作站可清楚地了解辖区和全线车站、区间、桥梁、路基、机房等重点区段和设备的情况，并迅速、准确地处置突发事件。

1. 高铁视频监控主要需求

路基、路口、桥梁、隧道、公跨铁、咽喉区的视频监视，保证车辆安全运行。

车站广场、站台、候车大厅、旅客通道等人流密集区域视频监视，了解旅客情况。

无人值守变电站等重要配电设备集中监控，及时了解设备运行情况。

对出现的紧急状况，如暴风雪、泥石流、洪水、交通意外等远程了解并及时反应。

应急指挥监控，将突发紧急事件的视频通过无线传输到控制中心。

高铁视频监控应用的具体设备包括摄像机(多数是室外PTZ云台摄像机及室内外快球一体摄像机)、编码器、硬盘录像机(DVR)、网络录像机(NVR)、中央管理平台(CMS)、视频分析设备(VCA)、解码显示及存储设备。

对高铁视频监控系统的总体要求是：安全、可靠、开放、可扩充等。做到技术先进、经济合理、实用可靠。

2. 高铁视频监控系统的建设难点

视频监控点位通常比较分散、跨度比较大，一般几百甚至上千公里。

视频监控摄像机需要户外工作，环境通常比较恶劣。

监控点多为室外高杆或钢架上安装，施工难度比较大。

视频采集、编解码及部分存储设备分散分布在无人值守机房，安装调试成本高。

用户数量众多，系统需要有良好的权限管理、视频流并发访问及转发能力支持。

视频分析环境复杂，风、霜、雨、雪、雾、摄像机抖动、灯光等干扰因素可能导致误报警。

3. 高铁综合视频监控系统的应用

综合视频监控系统应用主要包括：运营调度视频监控、公安视频监控、通信/信号视频监控、牵引供电视频监控、电力供电视频监控等。并预留客运服务视频监控和防灾安全视频监控系统接入，具体业务和功能包括如下几个方面。

运营调度视频监控

实现对全线“公跨铁”立交桥的全天候远程实时监控，对落物发现、人员入侵、设备遗失等异常情况实施全天候监控，防止影响安全事故的发生；对各车站咽喉区实施视频监控，全天候监视列车进出站情况，对咽喉区的异物入侵、设备丢失等情况进行主动警示；对各车站行车情况实施视频监控。

通信/信号视频监控部分

对各车站通信/信号室、各信号中继站、GSM-R基站、维修工区的通信室等无人值守机房进行视频监控，通过与相关系统的配合，实现告警后触发相关视频的动作及联动。

变配电站视频监控

对全线开闭所、牵引变电所、AT所/分区所等无人值守场所进行视频远程监控；对10kV配电所无人值守设备工作状态及场所进行远程视频监控。

客运服务视频监控

对全线车站重点场所以及其他相关场所进行视频监控。

15.1.3  高铁视频监控系统层次

高铁视频监控系统的特点决定了“数字网络视频监控系统”是最好的选择。通常，高铁视频监控系统分成三级节点，核心节点在铁道部(或路局)，有视频监控调用、汇总的需求；二级节点在各个路局/客专调度，主要为分散分布的网络录像机(NVR)、硬盘录像机(DVR)、存储转发设备，同时也有大屏监控、网管、流媒体转发等需求；三级节点为各个车段/站，负责视频的前端采集、编码等。

高铁视频监控系统层次结构如图15.1所示。

图15.1  高铁视频监控系统的层次结构

(1) 设备接入

视频采集、接入设备主要是指各类摄像机，一般机房监控、客运监控等场所为室内环境，可根据具体情况选择安装一体球型摄像机或固定摄像机；而室外环境包括大桥、隧道、铁路沿线等，通常环境非常恶劣，自然现象风、霜、雨、雪及高速列车带来的巨大震动等因素，都对摄像机质量、工艺、安装方式提出了严格的要求，远距离信号一般采用光纤传输。

(2) 三级节点

在各个站点，车辆段，安装部署编码器、硬盘录像机，实现视频的编码压缩和部分本地存储功能。由于前端设备分布广，因此系统稳定性是第一要素，系统的不稳定将会给后期维护工作带来巨大的压力。另外，设备需要具有远程维护能力，如远程升级，远程备份，远程启动等。对于变电机房、一般部署PTZ摄像机，可联动温感、烟感、水淹、门磁等探测器，对机房实施全面保护，因此，编码器或DVR的输入输出节点数目、联动功能都是需要考虑的。

(3) 二级节点

二级节点主要为铁路局，不同于三级节点单独的视频采集和简单视频浏览功能需求，二级节点存在大量的用户，对本区段的视频资源进行调用、回放、PTZ控制等。通常，在路局节点，一般设置多个客户端工作站、存储阵列、存储服务器、流媒体服务器、解码器、电视墙等终端，是系统真正的主干，也是应用的核心。二级节点是视频存储和视频流转发的核心环节，通常采用大规模的集中存储设备，如FCSAN和DAS等；而部署流媒体服务器实现对来自三级节点的视频流向上转发功能。

(4) 一级节点

一级节点是系统的数据核心节点，注意是“数据核心节点”，而不是应用核心节点。一级节点一般在铁道部的数据中心(或路局中心)，相当于平安城市的城市公安局指挥中心。一级节点会连接各个高铁、铁路的视频系统，并根据需要，可有选择地调用、控制、回放各个铁路线的视频资源，一般设置中心管理服务器、工作站、归档备份服务器等。

15.1.4  高铁视频监控系统拓扑

典型高铁视频监控系统拓扑结构如图15.2所示，整个系统基于网络，实现视频的采集、编码压缩存储、转发及虚拟矩阵的功能。摄像机采集到视频信号，通过同轴电缆连接到DVR或编码器，实现视频的采集、编码压缩和传输，PTZ摄像机的控制信号通过RS485进行传输；编码器将视频流通过网络发送到NVR进行集中存储备份；存储服务器可以将DVR或NVR的视频资料进行归档备份；流媒体服务器可以在多个用户并发访问时进行视频转发而减少网络及前端设备的压力；解码器与电视墙连接，实现视频的集中大屏幕显示。

图15.2  典型高铁视频监控系统架构拓扑

另外，视频监控系统还需要与防灾系统、动力、环境检测等其他系统进行必要的联动集成功能，其他系统可以以干接点或API接口的方式，实现与视频监控系统的集成报警联动。相关系统报警发生后，视频监控系统接收到该告警信息，可按照预先设置好的联动程序，完成自动启动录像、改变录像帧率或分辨率、告警视频画面自动弹出、PTZ预置位调出、触发继电器输出驱动灯光、警铃设备等动作。