视频监控系统的原理和设计论文.docx

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视频监控系统的原理和设计论文

毕业论文

视频监控系统的原理和设计

摘要：

随着现代电子技术的发展，视频监控系统也逐步由模拟走向数字化。

视频监控系统是安防领域中的重要组成部分，是所有安全系统中最关键的子系统。

系统通过遥控摄像机，直接观察被监视场所的情况，同时可以把被监视场所的情况进行同步录像。

另外，视频监控系统还可以与防盗报警系统等其它安全技术防范体系联动运行，使用户安全防范能力得到整体的提高。

视频监控系统能在人无法直接观察的场合，适时、清晰、真实地反映被监视控制对象的画面。

视频监控系统已成为在现代化管理中监控的最为有效的观察工具。

视频监控系统是一种全数字化、全网络化的系统，可以同现有的多媒体系统、控制系统和信息系统集成，方便地实现数据和信息的共享在控制中心，只要有一个工作人员操作，就能够观察多个被控区域，以及远距离区域的监控功能。

视频监控系统由实时控制系统、监视系统及管理信息系统组成。

实时控制系统完成实时数据采集处理、存储、反馈的功能；监视系统完成对各个监控点的全天候的监视，能在多操作控制点上切换多路图像；管理信息系统完成各类所需信息的采集、接收、传输、加工、处理，是整个系统的控制核心。

关键词：

视频监控；采集；传输

一绪论

1.1引言

视频监控系统是安全防范技术体系中一个重要的组成部分。

目前这种系统的应用在我国发展极快，市场竞争激烈。

在本次设计中，视频监控系统主要以下几部分组成：

图像信息的采集和预览；对采集画面的简单控制以及存储和回放功能。

随着计算机技术的高速发展，整个系统的向着数字化，网络化，集成化的方向发展。

本文主要论述一般视频监控系统的工作原理和设计方法，以及简单介绍这种技术的发展趋势。

1.2视频监控系统的发展历程

视频监控系统的发展大致经历了三个阶段。

在九十年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。

九十年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示，从而大大提高了图像质量，这种基于PC机的多媒体主控台系统称为第二代数字化本地视频监控系统。

九十年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控步入了全数字化的网络时代，称为第三代远程视频监控系统。

第三代视频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，引发了视频监控行业的技术革命，受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。

近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控制技术也得到飞速发展。

由于视频控制系统应用领域广泛，而且发展迅速，目前在国内外市场上，推出了数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。

前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。

二视频监控系统总体设计和分析

2.1视频监控系统概论

随着数字信息时代的到来，数字化高新技术产品日益增加和完善。

各行业为了提高和完善生产、管理水平和增加竞争性，都争先采用完善的高新技术产品，视频监控系统就是信息时代的产物之一。

视频监控系统是管理人员高质量管理的理想工具；也是公共安全、防盗防范必不可少的强有力的得力助手。

利用它可以大大减少不必要的人力，实时监视可视区域，做到控制现场实际工作现状，实时快速的反映所发生的一切事物，便于管理者及时应付处理突发事件等。

为了适应信息化的需要，按照视频监控系统的技术规范，并结合现代化需求的特点，本文采取先进合理的设计思想和较为完善的设备对视频监控系统进行了设计与实现，力争做到电子监控系统的可靠性和先进性完美结合。

方案设计时充分考虑当前各项需求应用，又面向未来快速增长的发展需求，在系统整体功能设施配备时依据功能齐全、实用、使用方便、质量可靠、技术先进具有扩容能力；认真分析各系统产品的价格、功能、稳定性和可靠性，依据可靠性高、性价比高的原则，采用主流产品；按系统整体安全性高、性能稳定、可维护性故障少、系统操作简单的原则进行系统集成。

总之要体现先进实用、操作方便、自动化程度高、安全可靠的总体设计思想。

2.2设计原则

在视频监控系统时，主要遵循体现以下几个特性：

（１）先进性

 严格按照国家有关规定，结合具体情况，用最佳设计方案，采用先进成熟的技术设备和材料，既满足当前的需求，又兼顾未来高速的数据传输需要，使整个系统在一段时期内保持先进性和良好的扩展性，以适应未来信息产业业务的发展和技术升级的需要。

（２）规范性

视频监控工程，是一个先进复杂的综合性系统工程，从系统设计开始，包括施工、安装、调试直到最后验收的全过程,都应严格按照国家有关的标准和规范，作好系统的标准化设计和管理工作。

最后提交正规的测试验收报告及全套施工图纸和技术资料供使用方存档。

执行的主要规范内容包括中华人民共和国国家标准、中华人民共和国公共安全行业标准：

（３）实用性和可扩充性

在设计本监控系统方案的同时，应充分考虑到目前需要和将来长远利益。

首先满足其基本功能需要，达到经济实用的要求，又应充分考虑今后的发展需要，具有可扩充性，充分保护现有的投资，而且具有较高的性价比。

系统的建设要严格按照国家、地方和行业的有关标准与规范。

在没有标准与规范的情况下，要参照国家、地方和行业的相关标准与规范，制订相应的标准与规范。

系统的分析、设计、实现和测试要严格按照软件工程标准和规范，并尽可能采用开放技术和国际主流产品，以确保系统符合国际上各种开放标准。

（４）可靠性

视频监控系统的建设，直接影响着使用效果、外部形象及投资回报，因此系统设计必须安全、可靠，本方案已充分考虑采用成熟的技术和产品，在设备选型和系统的设计中采用最优化的方案。

并从线路敷设、设备安装、系统调试服务等方面，充分满足可靠性的要求。

（5）应用的广泛性

为了提供使用者（在过程监视中，一般指管理人员及各级领导者）的监视区域（生产区域）以外场所的远程监视的需要，只需在现有的机器上安装应用软件或直接使用标准浏览器（不需任何安装），即可实现此需求。

2.3系统功能构成

本套视频监控系统由视频监控、录制和视频回放两大功能模块构成。

为防止其它非管理人员随意的进入、退出系统，随意的对一些摄像头参数进行修改，设计时在这两个模块中加入了一个权限加密模块。

其中视频监控录制模块不但可以用来实现摄像头的图像预览，以及视频的存储等功能，而且视频监控录制模块中还可以对预览图像的大小、摄像头所采集到的视频信息的存储大小，摄像头的亮度、曝光度和颜色等进行设置。

而且在视频监控录制模块为了不让其他人员随意的更改这些设置和随意的退出本套系统还应在本模块中加入权限设置密码。

而在回放系统中为了不让其他非管理人员随意对历史的视频信息进行浏览，因此，在进入回放系统之前应设置一权限密码，若密码不正确者不能进入到回放系统中。

本套视频监控系统的特点主要有以下的两个方面：

（1）监控功能

①具备2屏同时预览功能；

②用户权限密码管理，保证系统安全；

③视频信号的丢失报警；

④对视频信号进行高密度的压缩处理和记录处理；

⑤按钮式管理界面，使用方便；

⑥能实现对历史纪录的查找和回放；

⑦WindowsXP操作系统，系统更加稳定可靠。

（2）存储功能:

①可以支持两个IDE硬盘，每个IDE硬盘的容量可达120GB；

②硬盘文件系统同DOS兼容，可以在PC平台上操作；

③硬盘上文件可以选择循环记录和非循环记录；

④管理主机可以通过网络播放网络硬盘录像机上记录的文件；

2.4视频监控系统内容结构

视频信号处理部分应包括以下主要内容：

在监控点设置视频信号采集用的摄像头；将摄像头摄取的视频信号通过视频电缆联入从事监控活动工作的控制室；在各个控制室利用视频分频设备及信号放大设备将视频信号分频放大处理后，一组信号用于现场的视频监控使用，另外的信号向其它控制室或调度室的信号提供；现场监控用的信号通过画面分割器或矩阵控制器与工业用电视监视器相连，完成现场的视频信息的监控目的。

在调度室利用视频2分频设备将视频信号2分频处理后，一组信号用于调度室的综合视频监控使用，另一组信号提供给数字信号处理部分进行处理。

图2.1系统结构示例图

视频监控系统是由监控点和监控中心等组成的，它的具体的工作流程如图2.1所示。

正如下图所示的流程，当监控点的摄像头采集到的视频信息通过电缆线传到监控室，监控室的工作人员可以通过监视屏上的预览图像来了解现场所发生的一切情况，与此同时监控室的控制人员还可以对摄像头所采集到的视频信息进行录制存储，监控室的工作人员还可以控制监控点的每一个摄像头。

并对其进行各种操作，如摄像头的转向、摄像头的取景范围等。

管理人员还可以对摄像头的参数如亮度、曝光度和颜色等进行一系列的设置。

一旦有突发事件发生监控室的工作人员还可以对现场进行实时监控，通过监视器所了解到的情况来指导现场的工作。

与此同时还可以通过局域网或互联网对外界发出警告或报警。

如果视频监控系统安装视频服务器之后，还可以为管理人员提供远程监视权限。

而管理人员则可以不受地域限制，只要使用PC机或笔记本电脑通过调制解调器或宽带接入方式接入PSTN电话网或Internet国际互联网，就可以即时观看各个监控点的图像，以便掌握监控点的详细情况。

因此大大提高了管理者的管理水平。

当管理人员需要某一天的监控录像时还可以调用监控的历史记录，来进行查找、回放以便于了解当时所发生一系列的情况。

三　系统开发工具

3.1VisualBasic的特点

VB是从BASIC发展而来的，对于开发Windows应用程序而言，VB是目前所有开发语言中最简单、最容易使用的语言。

作为程序设计语言，VB程序设计具有以下特点：

（1）可视化的设计平台

（2）面向对象的设计方法

（3）事件驱动的编程机制

（4）结构化的设计语言

（5）充分利用Windows资源

（6）开放的数据库功能与网络支持

3.2VB可视化编程的基本概念

传统的编程方法使用的是面向过程，按顺序进行的机制，其缺点是程序员始终要关心什么时候发生什么事情，处理Windows环境下的事件驱动方式工作量太大。

VB采用的是面向对象、事件驱动编程机制，程序员只需编写响应用户动作的程序，如移动鼠标、单击事件等，而不必考虑按精确次序执行的每个步骤，编写代码相对较少。

另外，VB提供的多种“控件”可以快速创建强大的应用程序而不需涉及不必要的细节。

VB使用的“可视化编程”方法，是“面向对象编程”技术的简化版。

在VB环境中所涉及的窗体、控件、部件和菜单项等均为对象，程序员不仅可以利用控件来创建对象，而且还可要建立自己的“控件”，这是Windows环境下的编程新概念。

3.3对象的属性、事件、和方法

对象的属性

每个对象都有一组特征，称之为属性。

不同的对象又不同的属性。

在可视化编程中，每一种对象都有一组特定的属性。

有许多属性可能为大多数对象所共有，还有一些属性只局限于个别对象。

每一个对象属性都有一个默认值，如果不明确地改变该值，程序就将使用它。

通过修改对象地属性能够控制对象的外观和操作。

对象的事件

事件就是对象上所发生的事情。

在VB中，事件是预先定义好的、能够被对象识别的动作，不同的对象能够识别不同的事件。

事件过程是一段独立的程序代码，它在对象检测到某个特定事件时执行。

对象的方法

一般来说，仿佛就是要执行的动作。

VB的方法与事件过程类似，它可能是函数，也可能是过程，它用于完成某种特定功能而不能响应某个事件。

方法只能在代码中使用，其用法依赖于方法所需的参数的个数以及它是否具有返回值。

3.4VB的控件

控件是VB中预先定义好的、程序中能够直接使用的对象，每个控件都有大量的属性、事件和方法可在设计时或代码中修改和使用。

利用控件编程使程序员免除了大量重复性的工作，能够以最快的速度和效率开发工具有良好用户界面的应用程序。

VB中的控件通常分为3种类型：

（1）内部控件。

在默认状态下工具箱中显示的控件都是内部控件，这些控件被“封装”在VB的*.EXE文件中，不可从工具箱中删除。

如命令按钮、单选框、复选框等。

（2）ActiveX控件。

这类控件单独保存在*.OCX类型的文件中，其中包括各种版本VB提供的控件，如数据绑定网格、数据绑定组合框等和仅在专业版和企业版中提供的控件，如标准公共对话框控件、动画控件和MCI控件等，另外也有许多软件厂商提供的ActiveX控件。

（3）可插入的对象。

用户可将Excel工作表或PowerPoint幻灯片等作为一个对象添加到工具箱中，编程时可根据需要随时创建。

工具箱中的每个控件都用一个图形按钮来表示，主要包括并用到表3.1中列出的20个内部控件。

表3.1常用的内部控件

图标

说明

图片框（PictureBox）控件――用于显示图形文件或文本文件，也可以作为其他控件的容器

标签（Label）控件――创建一个标签对象，用于保存不希望用户改动的文本

文本框（TextBox）控件――创建用于显示和输入数据的文本框对象，用户可以在其中输入或更改文本

框架（Frame）控件――用于美化其他控件并提供分组功能

命令按钮（CommandButton）控件－创建命令按钮对象，用于执行命令

复选框（CheckBox）控件――创建复选框对象，允许用户选择开关状态，或显示多个选项，用户可从中选择多个选项

选项按钮（OptionButton）控件――创建选项按钮对象，用于显示多个选项，用户只能从中选择一个选项

组合框（ComboBox）控件――创建组合框或下拉列表框对象，用户可以从列表项中选择一项或人工输入一个值

列表框（ListBox）控件——创建列表框对象，用于显示供用户选择的列表项。

当列表很多，不能同时显示时，列表可以滚动

水平滚动条（HScrollBar）与垂直滚动条（VScrollBar）控件――

用于提供简便的定位。

还可要模拟当前所在的位置

计时器（Timer）控件――创建计时器对象，以设定的间隔捕捉计时器事件。

此控件运行时不可见

驱动器列表框（DriveListBox）控件――显示当前可用驱动器，供用户选择

目录列表框（DirListBox）控件――显示目录列表，供用户选择

文件列表框（FileListBox）――显示当前路径下的文件名列表，供用户选择

形状（Shape）控件――创建形状对象，设计时用于画各种类型的形状。

可以画矩形，圆角矩形，正方形，圆角正方形，椭圆或圆

线条（Line）控件――创建线条对象，设计时用于在窗体上画各种类型的线条

图像（Image）控件――创建图像对象，设计时用于在窗体上画各种类型的线条

数据（Data）控件――用于连接数据库，并在窗体的其他控件中显示数据库信息

OLE容器（OLEContainer）控件――创建OLE容器对象，用于把其他应用的数据嵌入到VB的应用程序中

3.5代码模块

在建立VB的应用程序时，应首先设计代码的结构。

VB应用程序的结构通常如图3.1所示：

图3.1VB应用程序的结构图

VB将代码存储在3种不同的模块中：

窗体模块、标准模块和类模块。

四系统的应用程序设计

4.1窗体的属性

通过修改窗体的属性可以改变窗体内在或外在的结构特征，控制窗体的外观。

通常用的窗体属性如表4.1所示。

表4.1常用的窗体属性

属　性

用　　途

Name

决定窗体的名称，同时也是磁盘上窗体文件名，扩展名为．Frm

Caption

决定标题栏中显示的文本

BackColor

用于确定窗体的背景颜色

Bodestyle

用于决定窗体的边框风格

ControlBox

决定窗体是否拥有控制菜单

MaxBotton

决定窗体标题栏中是否具有最大化按钮

Movable

决定控制窗体是否可以移动

WindowState

通过取值决定窗体是正常、最小化还是最大化状态

4.2系统程序的结构

随着电视监视器材、计算机技术的日益发展，图形监视系统在电视系统或监控场所得到了广泛地应用。

用图形来实时显示被控对象（摄像机、终端设备等）在操作过程中的状态，具有清晰明了、形象直观且可以及时处理反馈信息。

它比数字仪表包含的信息量大得多，因此使现场监控人员的工作方式得到了改进，效率也由此得到了很大的提高。

视频监控系统由实时控制系统、监视系统及管理信息系统组成。

实时控制系统完成实时数据采集处理、存储、反馈的功能；监视系统完成对各个监控点的全天候的监视，能在多操作控制点上切换多路图像；管理信息系统完成各类所需信息的采集、接收、传输、加工、处理，是整个系统的控制核心。

由于VisualBasic在界面制作上的优越性，我们采用VisualBasic来进行系统的快速开发。

本系统必须对硬件进行实时监视控制，从而实现监控功能。

图4.1VB访问底层硬件的实现　

图4.2应用程序的结构图

主控模块是本监控系统的主界面，它分为监控模块、回放模块退出模块三个子模块。

4.3图像的处理

在监控部分主要能实现的功能有摄像头的亮度、曝光度和颜色等设置。

视频的预览，视频画面大小的调整，视频存储压缩比的设置及视频的录制等几个方面。

其中视频预览画面的大小以及视频压缩比的选择是本套视频监控系监控部分的重要环节，合适的预览画面间有助于监控人员能够更好的观察现场的每一个细节。

视频信息存储压缩比的选择对历史记录的回放有着极其重要的地位。

如果压缩比选的不好不但会浪费磁盘的存储空间，而且还会造成视频信息的失真，以致影响回放时视频的清晰度，造成不必要的损失。

本人在监控系统中主要使用的控件有命令按钮、图片框控件、定时控件等，其主要属性和用法如下：

（1）命令按钮控件（CommandButton）是使用最为广泛的控件之一，它可以开始、结束或者中断一个过程。

他主要的属性和基本事件如表4.2和表4.3所示。

表4.2CommandButton控件的基本属性

编号

属性

功能简述

1

Caption

设置/返回CommandButton控件的标签内容

2

Enable

设置/返回运行时CommandButton控件是否响应用户事件

3

Height

设置/返回CommandButton控件的高度

4

Left

设置/返回CommandButton控件的水平位置

5

Picture

设置/返回CommandButton控件中要显示的图片

6

Top

设置/返回CommandButton控件的垂直位置

7

Visible

设置/返回程序运行时CommandButton控件是否可见

8

Width

设置/返回CommandButton控件的宽度

表4.3CommandButton控件的常用事件

编号

事件

何时触发

1

Click

鼠标单击命令按钮时发生

2

GotFocus

当一个命令按钮获得焦点时发生

3

LostFocus

当一个对象失去焦点时发生

4

KeyDown

当命令按具有焦点时按下一个键时发生

5

KeyUp

当命令按具有焦点时释放一个键时发生

6

KeyPress

当用户按下和松开一个ANSI键时发生

7

MouseDown

命令按钮上按下鼠标按钮时发生

8

MouseMove

当在命令按钮上移动鼠标时发生

（2）图片框控件（Picture）可以用来显示图形，也可以用来在控件上输出图形和用Print方法输出文本，还可以把图片框控件作为容器，将不同功能的控件包容在其中从而实现分组效果。

本系统中主要利用图片框控件来显示摄像头说采集到的视频信息。

（3）定时控件（Timer）通过引发Timer事件，从而有规律地每隔一段时间就执行一次事件内的代码。

Timer控件在运行时不可见，在设计时不能够调节其大小。

其主要属性和事件的常规语法如下：

Interval属性返回或设置Timer控件的各计时事件调用的毫秒数，可以在设计时或运行时设置该属性。

如果Timer控件的Enable属性为True，则从Interval属性的设置值开始倒计时。

Timer事件在一个Timer控件预定的时间间隔过去之后发生。

该间隔的频率存储于该控件的Interval属性中。

应用Timer事件，可以按照指定时间间隔重复某一操作。

变更图像格式

若摄像头说采集到的图像画面不合适，可以用下面的语句：

Set_VideoFormat=SendMessage_Long（CapHWnd,WM_CAP_DLG_VIDEOFORMAT,0&,0&）调出如图4.3所示的对话框，通过更改其设置来改变图像的大小。

在图4.3所示的对话框中可以进行下列设置：

图4.3图像格式设置图

①分辨率：

就是画面的宽度和高度，分辨率会因摄像头的不同，而有所不同。

②模式：

就是图像画面的色彩模式

③大小：

当改变上述其中一个值时，程序会自动计算文件所占的硬盘空间，并且显示出来分辨率越大或颜色数越多，则越占空间。

变更压缩比

为了根据存储空间来设定视频文件的存储大小，因此我们可以通过下面的语句：

Set_CompressRate=SendMessage_Long（CapHWnd,WM_CAP_DLG_VIDEOCOMPRESSION,0&,0&），来调用如图所示的窗口来变更压缩比。

使我们采集到的视频文件在不影响质量的情况下达到最小。

通过如图4-4所示的这个窗口我们不但可以选择合适的压缩比而且还可以对其进行局部的设置使存储的视频文件达到最佳效果

图4.4压缩比设置图

变更抽取来源

由于本套视频监控采用了四部摄像头，因此可以利用下面的语句来进行摄像头的选择：

SendMessage_long（CapHwnd,WM_CAP_DLG_VIDEOSOURCE,0&,0&），它会出现如图4.5所示的对话框，在这个对话框中我们不但可以进行摄像头的选择，而其还可以对每个摄像头的亮度、曝光度和颜色等进行设置。

图4.5摄像头设置图

4.4图像的显示

激活摄像头：

①利用capCreateCaptureWindows函数，建立一个摄像头窗口，语法如下所示：

CapHWnd=capCreateCaptureWindows（窗口名称，WS_CHILDorWS_VISIBLE，水平坐标，垂直坐标，宽度，高度screen.ActiveForm.hwnd,0）

②利用SendMessage_Long函数,将抽取装置连接到摄像头窗口，语法如下所示：

SendMessage_Long（CapHwnd,WM_CAP_DRIVER_CONNECT,装置代号，0&）

③利用SendMessage_Any函数，返回该摄像头窗口，语法如下所示：

SendMessage_Any（CapHwnd,WM_CAP_DRIVER_Get_CAPS,Len（Caps），Caps）

④利用SendMessage_Long函数,设置预览的速度，语法如下所示：

SendMessage_Long（CapHwnd,WM_CAP_SET_PREVIEWRATE,速度，0&）

⑤利用SendMessage_Long函数,激活摄像头窗口，语法如下所示：

SendMessa