毕业设计（论文）-智能视频监控系统的构建及应用.doc

智能视频监控系统的构建及应用摘 要“智能建筑”是将结构、系统、服务、运营及相互联系全面综合，并达到最佳组合，所获得的高效率，高功能与高舒适性的大楼。在智能建筑中，电视监控系统的作用非常重要。它可以对事件发生前后的信息进行记录，以便事后对事件发生经过进行分析，保护各种资产。本文通过阐述智能建筑中电视监控系统的系统组成结构、系统主要设备的性能特点、技术指标的参数，说明如何构建CCTV系统中选择性价比优秀的产品以及如何构建性能良好、技术先进、安全可靠的电视监控系统；通过数字电视监控系统的视频采集卡、嵌入式硬盘录像机的系统性能和技术参数、选择指标的比对以及模拟电视监控系统和数字电视监控系统的优缺点的比对，说明如何建设数字电视监控系统、通过比较同轴电缆、双绞线、光纤、射频调制传输的传输距离、传输频带和带宽、信号的衰减程度等的优缺点，可以在工程中有效合理的选择信号的传输方式和传输介质；通过阐述视频信号的各种压缩方式、视频采集卡的技术数据和选取标准，说明在选择利用网络传输视频信号时如何有效合理的利用网络的传输速度、获得流畅的视频流传输、清晰稳定的视频回放信号。本文最后通过对一例校园监控系统构建的简单介绍,说明智能监控系统在实际中的应用,及其所带来的高效快捷的报警联动,让警卫人员可以对突发事件进行有效及时的处理。关键词：智能建筑闭路电视监控系统(CCTV)，视频压缩，嵌入式系统目录目录1第1章 绪论2第2章 CCTV系统的组成32.1模拟系统前端部分的功能32.2传输部分的作用32.3控制部分42.4监控系统数字部分的组成4第3章 闭路电视主要设备参数和如何合理有效的选取53.1摄像机的功能和技术参数53.1.1摄像机分类53.1.2摄像机的性能53.2摄像机镜头83.3云台93.4防护罩(防尘罩)和支架、解码器113.4.1防护罩113.4.2解码器113.5监视器(显示器)123.6控制信号的传输方式133.7控制中心控制设备与监视设备14第4章 数字视频监控系统和它的技术优势194.1概述194.2数字监控系统的组成194.3视频压缩格式194.4监控图像的存储204.5微机视频监控系统204.6网络视频监控系统214.7视频信号传输方式214.7.1同轴电缆和同轴视频放大器214.7.2双绞线和双绞线视频传输设备224.7.3光纤和光端机224.7.4光纤传输方式的技术特点22第5章 浅谈校园监控系统的建设245.1需求分析245.2系统设计255.2.1第一道防线：校园周界、大门出入口265.2.2第二道防线：校园内室外包括操场、主要路口等275.2.3第三道防线：各教学楼、办公楼、宿舍楼室和食堂等285.3结语29结 论30致 谢31参 考 文 献32第1章 绪论盗窃是破坏社会安定的重大隐患，是当前社会普遍关注的问题。国家建设部、公安部于1996年1月5日联合颁发城市居民住宅安全防范设施建设管理规定，要求加强城市居民住宅安全防范设施的建设和管理，保障人民人身和财产的安全，要求安全防范设施的建设应纳入建筑的规划，并同时设计、同时施工、同时投入使用，要真正做到有备无患，防范未然，把改善安全性能，防止盗窃和暴力犯罪的特殊措施作为提高房屋使用价值的一个重要举措，并将人身安全放在安防设计的首位。我国安全防范、火灾自动报警行业起步较晚，20多年来经历了三个发展阶段，即从小到大、从弱到强、从原始到智能化。目前已具有雄厚的实力但摆在我们面前的问题还很多。例如，集中智能系统和分散智能系统有机结合的问题；复合探测器怎样尽快为市场接受并大量应用的问题；特殊恶劣环境的报警及联动控制问题；城市和区域自动报警联网问题等。随着智能化技术的不断发展，安全防范、火灾报警及联动控制也将全面进入智能化。电视监控系统可分为闭路(有线)电视监控(CCTV)系统和无线电视监控系统。有线电视监控系统有着保密性强，不易受干扰，也不干扰其他电器设备，不占用无线电空间，传输信号稳定可靠，设备费用较低等很多优点，得到普遍使用及推广。无线系统有着无线传输不需要布线，施工简单等优点，但有很多地方是不能与有线(闭路)系统相比的，所以一般不采用。本论文主要讨论闭路电视监控(CCTV)系统，简称电视监控系统或CCTV系统。CCTV系统是应用电缆或光缆在闭合的环路内传输电视信号，从摄像到图像显示。并按一定要求进行录像的独立完整电视系统。CCTV可分为工业(管理)电视系统和保安电视监控系统。工业电视监控系统应用于工厂企业的生产调度、质量监测或对人眼不便直接观察的场所(如核反应堆、有毒、有害工序等)进行监视，也用于商家、公司的经营管理。保安电视监控系统应用于写字楼、酒店、宾馆、超级商场、银行、证券、交易所、文物展厅、展品库、停车场、机要保密室、档案室、车站、机场以及某些建筑的出人口、主要通道、电梯轿厢等场所。其作用是对现场进行实时图像监控，并能采用录像等方式进行记录。第2章 CCTV系统的组成CCTV系统(模拟系统)一般由摄像机，监听微型话筒(传声器)、云台、解码器、防尘罩(这些属于前端设备)、监视器、控制器、录像机、控制机框(这些属于机房设备)、传输电缆和控制电缆等组成。概括地说，由前端图像获取、控制信号和图像信号传输、终端显示和图像处理、信号控制设备等组成。2.1模拟系统前端部分的功能前端用于获取被监控区域地图像，一般由摄像机和镜头、云台、解码器、防尘罩等组成。摄像部分的作用是把系统所监视的目标，即把被摄物体的光、声信号变成电信号，然后送入系统的传输分配部分进行传送。摄像部分的核心是电视摄像机，它是光电信号转换的主体设备，是整个系统的眼睛。摄像机的种类很多，不同的系统可以根据不同的使用目的选择不同的摄像机以及镜头、滤色片等。2.2传输部分的作用摄像机输出的视频(有时包括音频)信号馈送到中心机房或其他监视点。控制中心的控制信号同样通过传输部分送到现场，以控制现场的云台和摄像机工作。 传输方式有两种：有线传输和无线传输。近距离系统的传输一般采用以未经调制的原始视频信号即基带传输，有时也采用调制成载波传送。采用光缆为传输介质的系统为光通信方式传送。传输分配部分主要有以下几种：1)馈线传输馈线有同轴电缆(以及多芯电缆)、平衡式电缆、光缆。2)视频电缆补偿器在长距离传输中，对长距离传输造成的视频信号损耗进行补偿放大，以保证信号的长距离传输而不影响图像质量。3)视频放大器用于系统的干线上，当传输距离较远时，对视频信号进行放大，以补偿传输过程中的信号衰减。具有双向传输功能的系统，必须采用双向放大器，这种双向放大器可以同时对下行和上行信号给予补偿放大。根据需要，视频(有时包括音频)信号和控制信号也可调制成微波。开路发送。因此，我们说传输信号的传输分为有线和无线两种方式，有线常用同轴电缆、电话线、双绞线和光纤等。无线常用微波，红外线等。23终端设备的功能终端用于显示和记录、视频处理、输出控制信号、接受前端传来的信号。一般包括监视器、各种控制设备和记录设备等。2.3控制部分控制部分的作用是在中心机房通过有关设各对系统的现场设备(摄像机。云台，灯光，防护罩等)进行远距离遥控。控制部分的主要设备有以下几种。1)集中控制器 集中控制器一般装在中心机房、调度室或某些监视点上。使用控制器再配合一些辅助设备，可以对摄像机工作状态，如电源的接通、关断、光圈大小、远距离、近距离(广角)变焦等进行遥控。对云台控制，输出交流电压至云台，以此驱动云台内电机转动，从而完成云台水平旋转、垂直俯仰旋转。2)微机控制器 微机控制器是一种较先进的多功能控制器，它采用微处理机技术，其稳定性和可靠性好。微机控制器与相应的解码器、云台控制器、视频切换器等设备配套使用。可以较方便地组成l级或2级控制，并留有功能扩展接口。并装于云台上，在监控室通过控制器对云台进行遥控，带动摄像机做水平和垂直旋转，同时可控制摄像机镜头焦距的改变(广角、标准或远望的连续变化)。此外，根据实际需要，系统除了图像系统以外有时还配置控制系统，报警输入，报警输出联动接口，语音复核系统等。2.4监控系统数字部分的组成数字视频监视系统，它的图像获取部分仍然采用比较成熟的模拟摄像机部分。他的信号传输主要通过综合布线来完成。也就是利用双绞电缆、光缆来传输各种数据信号其终端部分，主要采用视频服务器、硬盘录像机。通过各种专用软件来处理显示各种控制信号和图像信号。第3章 闭路电视主要设备参数和如何合理有效的选取3.1摄像机的功能和技术参数在系统中，摄像机处于系统的最前端，它将被摄物体的光图像转变为电信号一视频信号，为系统提供信号源，因此它是系统中最重要的设备之一。3.1.1摄像机分类按CCD靶面大小(aXb)分有lin，23in，12in，l3in，l4in等，见表31。按组合方式分有：分体式摄像机，即只有摄像机机身、镜头、防尘罩、云台等，根据需要自由配置。一体化普通摄像机，即摄像机、镜头、防尘罩设计为一体。还有快球型摄像机，即摄像机、镜头、防尘罩、快速云台设计成一体，外形为球形或半球形。表3一l CCD摄像机靶面像场值 CCD管径像场尺寸1 in （25.4mm）2/3 in (17mm)1/2 in (13mm)1/3 in (8.5mm)1/4 in (6.5mm)相场高a/mm9.66.64.63.62.4像场宽b/mm12.88.86.44.83.2因此在选择摄像机时，应首先确定选择何种类型，以便满足使用要求。在一般的电视监控系统中多选择1312in，PAL制，380480线AC220V或DCl2V的CCD摄像机。这样既符合中国国情又能满足一般摄像需求3.1.2摄像机的性能1)黑白摄像机与彩色摄像机黑白摄像机与彩色摄像机的性能差别比较大，见表32。同档次的黑白摄像机很多性能都高于彩色摄像机。当选用彩色摄像机时，由于其灵敏度较低，必须具备较好的照明条件。如采用彩色摄像机，则后面的所有设备(矩阵、画面分割器、显示器等)都必须用彩色机，整个系统的价格会更高2)照度(或称灵敏度)。各种摄像器件的灵敏度不同，故各种摄像机的最低照度也不同。最低照度的意思是指摄像机在此照度(光线强度)时，用规定的定焦距镜头、光圈在FI4St摄像，可以获得看得见轮廓的图像，图像信号的有效幅度不低于额定值(07V)的10(即O07V)。通常由真空摄像器件(Vidicon)摄像的最低照度约为5OLx，电荷耦合器件(CCD)摄像机的最低照度，黑白的为02Lx，彩色的为IOLx各种环境的大约照度参见表33从此表中可以建立起照度的概念，这个物理量反映了光照的强度，单位为勒克斯(1x)低照度都是在这种条件下的参数。AGC还可保证图像信号在一定范围内波动时，获得稳定的输出。表3-2黑白和彩色摄像机对比 摄像机参数黑白彩色灵敏度高约低10倍以上分解力高约低20%尺寸、重量小大图像观察感觉只有黑白有彩色、真实价格低高得多表3-3各种条件的相对照度（大约）照度/1明暗例照度/1明暗例210-5明暗的夜晚200教室810-4星光300设计室、打字室3101月圆400精细作业室2剧场内观众席500自选商场5曙光3103阴天室外10一般车库310晴天室外50宾馆走廊3105阳光下水边100宾馆大厅3100阳光下室外为了获得满意的图像，所需的照度应比所选摄像机的最低照度大得多。例如，为获得额定信号幅度，就应增大10倍。如果所选镜头光圈达不到F14，最大光圈只能是F4，则FI4和F4的进光量相差三挡光圈(F28、F36)即8倍，此时应比最低照度大80倍的照度，才能获得额定信号幅度，这一点在电视监控系统的设计中要特别注意，否则工程完工后才发现图像质量太差，便难予解决了。如有的场所光线实在太暗，为获得良好的图像，必须增加照明设施，也可用红外照明(隐蔽性好)，还可用红外摄像机。还有一种彩色一黑白摄像机，当光照度低于5lOlX时，自转变为黑白摄像，此时的最低照度可达01lx。此类摄像机多用于光照度变化特别大的室外监控系统，在这样的场所白天、夜晚都可获得清晰的图像，只不过白天是彩色，夜里是黑白。故照度是衡量摄像机在什么光照强度的情况下，可以输出正常图像信号的一个指标。在给出照度的这一指标时，往往是给出“正常照度”和“最低照度”两个指标。“正常照度”是指摄像机在这个照度下工作时，能输出满意的图像信号。“最低照度”是指如果低于这个“最低照度”时，摄像机输出的图像信号就难以使用，或者说摄像机至少要工作在“最低照度”之上。照度或灵敏度一般用“勒克斯”(1x)表示。如某一摄像机的最低照度为00llx，或某一摄像机的灵敏度为0011 x。3)同步：在切换图像时，为了防止图像闪跳，系统设备之间需采用外同步信号连接器。目前一般利用控制器来进行同步，外同步在控制器中连接，这样摄像机可以采用单电缆多功能传输方式。摄像机一般都具有电源同步功能，但需注意同一系统中所有摄像机应使用同一交流电源，这样全部摄像机才能同步在同一电源相位上，让系统获得电源同步。4)电源摄像机的电源一般有交流220V、I lOV、24V，直流24V、12V几种，要根据现场需要适当选择。5)功耗摄像机的功耗： 一般在320W之间，各种摄像机的说明书中都有此项指标。设计时要注意一组电源线供多少台摄像机，应采用多少平方毫米的电线，还要考虑计算供给电源的容量。6)CCD尺寸：CCD摄像机扫描的有效面积(光靶面积)，是用等效的摄像管直径来标称的，参见表2-ICCD的尺寸决定着镜头的选择(在镜头一节中要讲)，但要注意CCD尺寸的大小与摄像机的分辨率并无直接关系，l3 in摄像机的分辨率可能比I2 in的还要高，所以不一定光靶面积越大越好。7)制式：摄像机同家用电视机、录像机一样，也有制式之分，有PAL制和NTSC制等由于我国电视信号的制式是PAL制，所以摄像机一般选用PAL制，购买时要注意根据设计系统所用的制式进行选择，要求全系统中所有设备都要在同一制式上，否则系统将不可能正常工作。8)清晰度：清晰度有水平清晰度和垂直清晰度。电视制式限制了垂直方向的清晰度，各种制式有一个最高的限制，PAL制约为400线摄像机的清晰度是用水平清晰度来表示的。如果用Rh表示水平清晰度，V表示画面的垂直高度，H表示水平长度，M表示一条水平线上能再现的象素数，那么水平清晰度由下式定义：Rh=VHM一般V和H的比是34，即075，当然清晰度越高越好，但价钱也越高，所以要根据实际需要慎重选择高清晰度的摄像机还要配高清晰度的显示器才有意义，一般选择450480线的，清晰度已经很好了。故清晰度一般都给出水平清晰度电视监控系统使用的摄像机，要求彩色摄像机水平清晰度在300线以上，黑自摄像机在350线以上。这样的指标即可满足一般电视监控系统的要求。9)自动增益控制(AGC)：在低亮度的情况下，自动增益功能可以提高图像信号的强度以获得清晰的图像。目前市场上CCD摄像机的最低照度都是在这种条件下的参数。AGC还可保证图像信号在一定范围内波动时，获得稳定的输出。10)自动白平衡：对彩色摄像机而言，白平衡是衡量红、绿、蓝三基色是否平衡的参数。白平衡正常，才能真实地还原被摄物体的色彩。彩色摄像机的自动白平衡就是让其实现自动调整。此功能又分自动自平衡(AwB)和自动跟踪白色平衡(ATw)。AWB功能可以自动测量色温并保存起来。ATW功能可以随时对被摄物体的色温进行跟踪测量，并自动调整白色平衡以真实地还原色彩，这在光源经常改变，如晚上使用水银灯等情况下非常有用。黑白摄像机没有此功能。11)电子亮度控制：有些CCD摄像机可以利用电子快门，根据射入光线的亮度来调节CCD图像传感器的曝光时间，从而在光线变化较大时也可以不采用自动光圈镜头。使用电子亮度控制时，被摄物体的景深要比使用自动光圈镜头日寸要小12)逆光补偿：在逆光的情况下，采用普通摄像机摄取的物体的图像会发黑不清。具有逆光补偿功能的摄像机在这种情况下仍能得到被摄物体的清晰图像，这是因为它采用了特殊的逆光补偿电路。这种电路可以检测被摄物体在整幅图像中的尺寸和对比度，并自动计算所需的补偿电平进行补偿。有此功能的摄像机价格较高，设计系统时应尽量选择顺光布置摄像机。3.2摄像机镜头摄像机光学镜头的作用是把被观察目标的光像聚焦于摄像管的靶面或CCD传感器件上，在传感器件上产生的图像将是物体的倒像，尽管用一个简单的凸透镜就可实现上述目的，但这时的图像质量不高，不能在中心和边缘都获得清晰的图像，为此往往附加若干透镜元件，组成一组复合透镜，方能得到满意的图像。 摄像机镜头按照其功能和操作方法可分为常用镜头和特殊镜头两大类：1)常用镜头。常用镜头又分为定焦距(固定)镜头和变焦距镜头两种。定焦距(固定)镜头焦距是固定的，采用手动聚焦操作，光圈调节有手动和自动两种。通常用在监视固定场所。变焦距镜头焦距是可调的，既可以电动调焦，聚焦操作，也可以手动调焦，聚焦操作。变焦距镜头光圈分电动和自动两种。自动光圈镜头也是常用的一种镜头。由于它的光圈是自动的(由摄像机输出的电信号去自动控制光圈的大小)，所以适于光照度经常变化的场所。又由于它的焦距是电动可变的，因而可对所监视场所的视场角及目的物进行变焦距摄取图像。适合远距离观察和摄取目标。常用在监视移动物体。2）特殊镜头。这种镜头是根据特殊的工作环境或特殊的用途专用设计的镜头。短焦距镜头：入射角较宽，可提供较宽的视景中焦距镜头：标准镜头，焦距长度视CCI)光靶尺寸而定。长焦距镜头：入射角较窄，故仅能提供狭窄的视景，适用于远距离监视。变焦距镜头：通常为电动式，可作广角，标准或远望镜头使用。3.3云台云台是电视监控(CCTV)系统中不可缺少的配套设备之一它与摄像机配合使用能达到上下左右转动的目的。扩大一台摄像机的监视范围，同时能在一定范围内跟踪目标进行摄像，提高了摄像机的使用价值。由于使用环境不同，云台的种类很多。云台按用途分为：通用型云台和特殊型云台。通用型云台又可分为遥控电动云台和手动固定云台两类。目前遥控电动云台由于其操作，方便可靠，得到普遍应用。特殊云台可分为防爆型云台、耐高温云台和水下云台等。电动云台由微型电动机驱动，通过减速装置使输出轴获得所要求的转矩和速度，带动摄像机进行各方向转动跟踪监视。电动云台的工作角度可调节微动开关进行限位。由于采用了自锁能力的蜗轮蜗杆减速机构，所以当电动机停止工作时，摄像机能立即悬停于任意工作位置，以达到使摄像机能够在设定范围内跟踪监视对象的技术要求，借助于遥控装置还可对摄像机进行遥控。选择云台时，除考虑电参数外，还应考虑移动时云台所承受的重量，计算出摄像机和镜头组合的总重量加上防护罩和任何附加部件的重量，如是室外使用还要考虑可能增加云台负重的各种因素，如强风、冰雪等。云台在大多数监控摄像机上是不需要的，因为很多摄像机是用来固定监视某一个目标或区域的，如电梯的轿箱、宾馆饭店的走道、银行的柜台、金库、各种出入口等都不需要摄像机旋转，可安装成固定式的。室内用云台承重小，没有防雨装置。室外用云台承重大，有防雨装置。有些高档的室外云台除有防雨装置外，还有防冻加温装置。在现代建筑的监视系统中，最常用的是室内和室外全方位普通云台，其选择主要有以下几项指标。1)回转范围云台的回转范围分水平旋转角度和垂直旋转角度两个指标。水平旋转角度决定了云台的水平回旋范围，一般为0。350。垂直转动则有35。、45。、75。等等。水平及垂直转动的角度大小可通过限位开关进行调整。2)承重云台的最大承载能力是指，摄像机(包括防护罩)的重心到云台工作面的距离为50 mlll，该重心必须通过云台的回转中心，而且与云台的工作面垂直，此时云台能承受的重力为云台的最大承载能力。云台对于这点的最大承载力是云台的标称值。室内摄像机防护设备比较简单，重量轻，所以室内云台承载能力设计得很小，一般在8 kg左右。室外云台必须有防水性能，同时，与其相配合的室防护罩由于考虑全天候工作，有的还有防冻加温装置，体积大，重量也大，所以其承载能力设计得较大，一般在10 kg以上。3)控制方式一般的电动云台，控制线为5根，其中l根为电源的公共端，另外4根分为上、下、左、右控制如果将电源的一端接在公共端上，电源的另一端接在。上”时，则云台带动摄像机头向上转，其余类推。还有的云台内装继电器控制电路，这样的云台往往有6个控制输入端1个是电源的公共端，另4个是上、下、左、右端，还有1个则是自动转动端。当电源的一端接在公共端，电源另一端接在“自动”端，云台将带动摄像机头按一定的转动速度进行上、下、左、右的自动转动。在电源供电电压方面，目前常见的有交流24 V和220 V两种。云台的耗电功率，一般是承重量小的功耗小，承重量大的功耗大。云台的安装位置距控制中心较近，且数量不多时，一般采用从控制台直接输出控制信号，用多芯控制电缆进行直接控制。而当云台的安装位置距离控制中心较远，且数量较多时，往往采用总线方式传送编码的控制信号通过终端解码箱解出控制信号再去控制云台的转动。4)旋转速度在对目标进行跟踪时，对云台的旋转速度有一定的要求从经济上考虑，普通云台的转速是恒定的，水平旋转速度一般在3。S10。S，垂直在4。S左右。云台的转速越高，电机的功率就越大，价格也越高。有些应用场合需要在很短的时间内移动到指定的位置，一方面要求有位置控制，另一方面要有很高的转速目前一些高速云台转速可以达到200。s以上。它们通常把摄像机、镜头、云台和防护罩统一设计，高速球型摄像机就是一例在选择云台时，除了上面的指标比较重要外，还要考虑云台所使用的电压目前市场上出售的云台的电压一般是交流220 V、交流24 V，特殊的还有直流12V的。选择时要结合控制器的类型和系统中其他设备统一考虑。3.4防护罩(防尘罩)和支架、解码器3.4.1防护罩防护罩也称防尘罩，它的作用是用来保护摄像机及镜头不受诸如有害气体、天气、灰尘及人为有意破坏等环境条件的影响。防护罩的分类有室内型、室外型、空调型、防爆型、防尘型及高度安全型、装饰型、隐蔽型等。根据实际的使用环境和具体的用途选择合适的防护罩是很重要的。室内型防护罩的要求比较简单，其主要功能是保护摄像机，能防尘，能通风有防盗、防破坏功能。有时也考虑隐蔽作用，不易察觉。带有装饰性的隐蔽防护外罩也经常被利用。例如带有半球形玻璃防护罩的CCD摄像机，外形类似一般照明灯具，安装在室内天花板或墙上室外防护罩比室内防护罩要求高，其主要功能有防尘、防晒、防雨、防冻、防结露和防雪能通风。室外防护罩一般配有温度继电器，在温度高时自动打开风扇冷却，低时自动加热。下雨时可以控制雨刷器刷雨。3.4.2解码器解码器完成对上述摄像机镜头，全方位云台的总线控制如图3-1所示。变焦镜头通常有光圈、聚焦、变焦3个电机，可以正反向旋转，6个动作分别称为：光圈大、光圈小、聚焦远、聚焦近、变倍长和变倍短。变焦镜头的电机大部分是直流电机，直流电机加反相电压后就会倒转，3个电机如果用一个公共接地端，共有4根控制线。电动云台通常有水平旋转和俯仰两个电机，也可以进行正反向旋转，4个动作分别称为上、下、左、右。电动云台的电机大部分是交流电机，这种电机有两个绕组，两个绕组有一个公共端，当一个绕组接交流电压时，另一绕组经移相电容接入交流电压，当交流电压分别从两个绕组接入时，电机正向、反向旋转。两个电机的公共端接在一起，共有5根控制线。图31云台和变焦镜头控制电路当摄像机与控制台距离比较近时，可用直接控制方式来操作摄像机，这时可用多芯电缆将10个动作的控制电压从控制室传到摄像机处。变焦镜头的3个直流电压需要4芯控制线，电动云台两个交流电机需要5芯控制线，一共要9芯控制线。如果再加上电源控制、雨刷控制就须用13芯电缆。用多芯电缆传送电动云台和变焦镜头的控制电压原理简单，工作可靠，但其缺点是浪费线材，且有很多能量消耗在传输电缆上，因此只适于近距离使用，一般不超过100 m。当摄像机与控制台之间的距离超过100 m时，则采用总线编码方式来操作摄像机，一个摄像机的电动云台和镜头配备一个解码器，解码器主要是将控制器送来的串行数据控制代码转换成控制电压，从而能正确自如地操作摄像机的电动云台和镜头。目前控制距离较远的，电动云台和变焦镜头较多的场合，常用上述方式，控制电缆可由13芯改为2芯，电机的驱动电源就地供给，避免了电机驱动电源长途传送时的能量损失。解码器除了对摄像机的电动云台和变焦镜头进行控制以外，有的还能对摄像机电源的通断进行控制。3.5监视器(显示器)监视器是电视监控系统的终端显示设备。整个系统的状态最终都要体现在监视的屏幕上，监视器的优劣直接影响着整个系统的最终效果，所以监视器在电视监控中与摄像机、控制设备等占有同样重要的地位。监视器的选择：1)安全防范电视监控系统至少要有两台监视器，一台做切换固定监视用，另一台做时序切换或多画面监视用。监视器宜采用14in21in屏幕的监视器，特别是多画面显示的，应尽可能大一些。2)黑白监视器的水平清晰度应大于600线，彩色监视器的水平清晰度应大于400线。3)在选择监视器时，一定要根据实际情况或条件，选择技术指标合适的监视器。4)同样尺寸的监视器性能远好于电视机，但价格也高于电视机很多，有时根据用户的要求也可采用电视机作监视器，有特殊要求时，还可采用大屏幕电视机或投影电视作为监视器。5)选择监视器必须与系统安装的摄像机制式性能相一致。6)还要考虑监视器本身的安装环境、条件等。7)数字记录电视监控系统都选择电脑显示器作为监视器。3.6控制信号的传输方式1)直接控制：控制中心直接把控制量送入被控设备。特点是简单、直观、容易实现。在现场设备比较少，主机为手动控制时适用。但在被控的云台、镜头数量很多时，控制线缆数量多，线路复杂，所以在大系统中不采用。2)多线编码的间接控制： 控制中心把控制的命令编成二进制或其他方式的并行码，由多线传送到现场的控制设备，再由它转换成控制量来对现场摄像设各进行控制。这种方式比上一种方式用线少，在近距离控制时也常采用。3)串行编码的间接控制： 规模较大的电视监控系统大都采用串行编码。它的优点是：用单根线路可以传送多路控制信号，从而大大节约了线路费用，通信距离在不加中间(放大、分配、中继等)处理情况下达可达1km以上，加中间处理环节处理可传lOkm以上。这样就克服了前面两种方式的缺陷。除了以上方法外，还有一种控制信号和视频信号复用一条电缆的同轴视控传输方式。这种方式不需另铺设控制电缆，它的实现方法有两种：一种是频率分割，即把控制信号调制在与视频信号不同的频率范围内，然后同视频信号一起传送，到现场后再把它们分解开；另一种方法是利用视频信号场消隐期间传送控制信号。这种方法在短距离传送时明显比其他方法要好，但设备的价格相对也比较昂贵。(会议系统的音视频传输也采用此两种方式)3.7控制中心控制设备与监视设备1）视频信号分配放大器在电视监控系统中，视频信号配接的标准阻抗是75，视频信号输出的标准电平是1Vp-p(峰值)正极性，其中图像信号是07Vp-p，同步信号是03vp-p，这在视频设备的设计及系统设备的配置时要注意，否则会引起信号失真或反射、重影等。在视频信号分配时，尤其要遵守信号幅度相适应和阻抗匹配原则。有时电梯中的监控摄像为克服电梯变频系统频率接近视频信号而产生的干扰，可将视频信号调制成射频传送后再解调成视频信号。电视监控系统中心控制室(机房)的视频信号都来自各摄像机，并由75同轴电缆送人机房。当一路视频信号只送到一个监视器时，可直接把75同轴电缆送来的视频信号接到监视器的视频输入端，监视器输入阻抗开关拨到75即可视频分配放大器可将接收到的每一路视频输入信号复制成同一振幅的多个输出信号。如CM9760- MDA型视频分配放大器，有十六路视频输入，每个输入有四路视频输出。在这里只把监视器作为视频设备来举例，对于其他视频设备(如录像机等)的配接，也同样要用上述方法来处理。图3-2视频放大器的典型配置图2）矩阵(视频信号切换器)在电视监控系统中使用更多的是多个摄像机送来的信号要由一台或几台监视器显示，这就要用视频信号切换装置进行切换，也叫做矩阵切换。在一个比较大或大的电视监控系统(摄像机数量大于10台)中，使用矩阵切换不但可以节省监视器的数量，减小监控机房的面积，而且可以使监控人员更方便、更科学地进行监控工作(试想有几十台监视器，监控人员很难观察和操作，设备成本也大大增加)。一般情况下，摄像机的数量要大于监视器的数量，所以要通过中央控制器(图像切换控制器)(Video Switch)进行切换控制。中央控制器是大容量图像切换控制器。有以大规模视频专用芯片为视频切换矩阵电路的多路多通道小型视频矩阵切换器，可以接收来自系统操作键盘的控制数据，并按其指令进行工作，同时把状态信息回送给系统主控制器。图像切换器也可单独作为通用视频矩阵箱在其他系统中应用。图像切换器有多种型号，每种型号的切换矩阵容量不等，可以合理选用各种型号的一台或多台组合成所需的视频切换矩阵系统，组合灵活方便。每台图像切换器和各个视频切换通道均像一台独立的图像切换器一样，可独立设置为自动切换和手动切换。在自动切换状态，可设置自动切换时间、切换路数等参数。设置后的工作状态在重新设置前将永久保留。图像切换器具有微处理器自动复位功能，保证系列在二级切换系统中的系统可靠性。操作键盘与图像切换器之间的控制指令数据、状态回传信息均在单一双芯屏蔽电缆中双向传递，系统连网十分方便。用多台视频切换器并联，可以组合成一套较大规模的视频切换矩阵，具有系统简洁、性能价格比较高的优点。在同步摄像系统中，它具有场消隐期内切换功能，保证切换时画面不跳动、无噪声完整的全功能微处理矩阵切换器具有强大的功能，一般可支持l8个控制键盘，16个、32个、64个、208个、256个等视频输入，4个、16个、32个等视频输出，并配有相应的报警输入及继电器输出(用于接报警器或控制录像机)，配有时间、日期、字符叠加、自动巡视切换、多画面处理控制、支持计算机联网等功能。有的还带有音频切换功能，有的可以通过简单易用的键盘和屏幕编程窗口来实现系统编程，每个合法用户均可通过任一键盘访问系统，并且每个用户由自己的用户配置文件决定访问权限。有的还有串行通信端口及打印机接口可进行视频打印等。3)终端控制器(End Control ler)(操作键盘)微机图像控制系统中的控制器也称为操作键盘(Key Board)。对整个系统中的图像分配、切换编程、功能实现、时间设定、定时布防或撤防、报警驱动、报警显示均由键盘发出相应的指令。程序编制选单由监视器显示，每个功能键均标出汉字。图3-3终端控制器(键盘)控制键盘在电视监控系统中是人机对话的工具，能够实现各种控制功能。它采用串行通信方式，具备多种控制接口；可以实现视频、音频信号切换的操作，编程设置报警点的设防、撤防，云台、镜头控制，报警信号采集记录设备的驱动；可以实现对前端译码器、视频矩阵切换器、报警信号控制器等设备的连机控制：可以实现多键盘连接，有优先级控制。在智能化住宅小区中，闭路电视系统中的信息量与信息处理的工作量都很大，因此控制台的操作一般都采用了计算机系统，以用户软件编程的全键盘方式来完成驱动云台巡视、视频切换、报警处理、设备状态自检等工作。现在出现的数字视频监控报警系统采用计算机多媒体技术，以CCD摄像机作为报警探测器，摄像机将获取的视频信号传输到主机，主机里的高速图像处理器对视频信号进行数字化处理，将视频信号形成的图像与背景图像进行分析比)较，若发现有差异就报警，因为这是一种全屏幕报警，因而不易漏报。同时主机自动采集报警图像并存入计算机，事后用户可根据时间、地点随时查阅报警现场的图像，以了解报警原因。系统将电视监控系统与报警合二为一，实现了监视、报警与图像记录的同步进行，而且这种系统中没有录像机，没有视频分配器，一切报警记录都在计算机的硬盘内，所有操作都根据屏幕上的软件提示动作，对使用者来说是一种全新概念的安全防护系统。控制系统的切换方式主要有如下三种：单步切换方式：使用控制键盘把任一路输入视频信号切换到主监视器上。顺序切换方式：使用控制键盘编制的顺序切换方式程序，把系统中若干路输入视频信号编为一个程序，程序运行时，其画面可按预先设定的时间在主监视器上按顺序滚动或逆序滚动。分组切换方式：使用控制键盘编制的分组切换程序，把几台摄像机分为一组，依次将若干组变为一个程序。该程序运行时，各组画面同步按设定的时间在一组监视器上轮流按顺序或逆序滚动。在程序运行时，用户根据实际需要可以暂停，改变运行方向、退出或重新运行。4)报警扩展打印器报警扩展打印器是完整的图像监控与报警联动专用配套设备，它具有报警自动打印、报警声光数字显示及地址输出等功能。5）字符发生器、电梯层楼叠加显示器字符发生器是为每个监视器上叠加汉字地址而设计的。每一路最大汉字数为7个可以放在监控点前端，体积小，也可以放在后端，汉字位置可以自由设定。亮度可调，字符清晰。当图像电平变化时，叠加字符稳定，无跳动，效果好，使用方便，并有分配功能，即一进二输出。电梯层楼叠加显示器是为电梯内的摄像机能在监视器的图像上显示电梯运行实时情况的设备，便于观察和录像。6）终端解码器(Receiver)终端解码器是图像监控系统中的各监控点的功能执行机构，它接收来自中心控制器的各种操作指令，使云台、电动三可变镜头、摄像机电源、全天候防护罩的雨刮、除霜等功能的相应的动作协调。它可以带一个报警接口，具有联动功能，并具有自检功能和自动复位功能。7）终端控制器(Remote Control Units)这是图像监控系统中用于固定摄像监控点的电源控制器。它有独立的地址码，有一个报警接口和一路灯光控制，有报警联动功能8）多画面分割器闭路电视监视系统中摄像机的数量很多，监视器的数量受机房面积的限制要远远小于监视器的数量。而且监视器数量太多也不利于值班人员全面巡视。为了实现全景监视，即让所有的摄像机信号都能显示在监视器屏幕上，就需采用多画面分割器。多画面分割器把多路视频信号合成为一路输出，输入一台监视器，这样就可在屏幕上同时显示多个画面。目前常用的分割方式有4画面、9画面及16画面。使用多画面分割器可在一台监视器上同时观看多路摄像机信号，而且它还可以用一台录像机同时录制多路视频信号多画面分割器的基本工作原理是采用图像压缩和数字化处理的方法，把几个画面按同样的比例压缩在一个监视器的屏幕上有些较好的多画面分割器还具有单路回放功能，即能选择同时录下的多路视频信号的任意一路在监视器上满屏放。有的多画面分割器还带有内置顺序切换器的功能，此功能可将各摄像机输入的全屏画面按顺序和间隔时间轮流输出显示在监视器上，并可用录像机按上述的顺序和时间间隔记录下来，其间隔时间是可调的。双工型多画面处理器在录像状态下可以监视多画面分割图像或全画面，在放像时也可监视全画面或分割画面；而单工型录像时只能显示一个单画面图像，不可监视分割画面，但放像时可监视全画面和分割画面。全双工多画面处理器可以连接两台监视器和两台录像机，一台录像机用于录像，另一台用作录像带回放用，同时具备了录像和回放功能。9）视频移动探测器视频移动探测器是对比每帧画面的变化情况(含照度的突变)，如前后两帧画面发生变化，则会给出相应的控制信号，用于控制报警器、控制录像机，这样可大大地节省录像带或节省录像硬盘容量，延长硬盘录像时间，给检索查看需要的画面带来方便。一般视频移动探测器应具有如下功能：能保持一致的探测水平并具有抗高度噪声的能力。其灵敏度可调，并且可以自动补偿光线的缓慢变化。一旦探测到物体的移动，一个扬声器被激活报警(有时不用)，一个辅助控制被输出(可控制一台延时录像机)，自动开始录像(录像延时可以根据需要设置)。视频输入可以和视频输出形成一个视频回路，以便在关闭移动物体探测器时不会丢失图像。视频移动录像非常有用，因为大多数摄像信号都没有必要进行录像的，如银行下班后的夜间，如没有事件发生，从头到尾进行监控录像，只会得到10多个小时的固定不变的图像，既浪费磁带，又给检索查看带来麻烦，毫无意义。采用移动录像录下的画面一定是有事件发生的场景。10）视频信号放大器摄像机如果距离监控机房300m以上，视频信号衰减过大，就应该增加使用视频放大器，以保证完整的视频信号幅度、对比度和清晰度。选择时可根据实际电缆的长度选有效距离与之相适应的视频放大器，如果距离特别远(如5km以上)时考虑选择光纤传输，因为很弱的视频信号过分放大的同时噪声信号也将被放大，信噪比将严重下降，无法得到满意的图像。11）隔离接地环路变压器主要用于消除接地环路干扰。若在电视监控系统中某台摄像机的信号受到干扰，可选择使用隔离接地环路变压器。它是一个l：1的特殊变压器，可传送从Dc至200MHz以上频率的信号，但对电源线频率具有很高的共模隔离作用。隔离接地变压器有助于视频信号通过在不同接地电位的点之间的电缆上传输接地电位差异的原因一般是电源线负载不平衡，幅值可从010V不等。在长距离传输时易出现较高电压差。短距离(200m以内)一般不易出现，同一建筑物两点问的电位差较小(O5V左右)，两建筑物间的电位差可能会较大(1lov左右)。因为隔离接地环路变压器一般是无源和全天候的，所以适于安装在存在接地环路电压的同轴电缆中的任何位置，一般装于控制机房内较方便。在接地环路电压幅值超过lOV时，可能需要一台以上的隔离接地环路变压器才能消除接地电位差带来的干扰。第4章 数字视频监控系统和它的技术优势4.1概述以上所述的闭路电视监控系统主要是以处理模拟信号为主的模拟闭路电视监控系统，模拟视频信号对传输距离非常敏感，容易产生畸变和衰减，点对点控散布线费用高，难以联网监控，需要大量的存储介质。随着计算机技术和数字技术的进一步发展，大容量的磁盘存储器和光盘存储器的出现和价格的逐渐降低，数字信号便于远距离传输等，因此数字视频监控是发展的方向。数字化监控是对使用闭路电视的模拟视频监控的一场革命。数字技术的主要优点在于视频能够在已有的局域网上传输，不需要特别的线缆任何摄像头都能被许多用户在公司的局域网、广域网或者Internet上的任何地方观看。图像能够被网络上任何授权的计算机访问。发布上的优势只是数字监控超过模拟监控的一部分。本地图像处理例如运动检测、人脸识别或生物统计识别等应用显著的提高了性能，并且降低了成本。4.2数字监控系统的组成典型的数字监控系统是由图像源、视频图像信号处理设备，信号传输、图像的显示与处理、硬盘录像、系统的管理和控制等组成的。4.3视频压缩格式视频的压缩编码：压缩是指把一个计算机文件的结构重新组织，去掉冗余部分的处理过程。压缩包括有损压缩和无损压缩。如果进行有损压缩，压缩编码后复原的图像与原图像相比，会产生失真，质量比原图像要差。在对图像质量要求不是很严格时，可以进行有损压缩的。如果进行无损压缩，复原后的图像与原图相比没有很大差异，图像质量较高。所以，无损压缩也称为可逆压缩和无噪声编码或信息保持编码；有损压缩是不可逆压缩。4.4监控图像的存储过去和现在，监控图像的存储广泛采用的是24小时录像机。其缺点是消耗录影带量大，储放保存不易。目前，存储影像发展为计算机硬盘存储。硬盘存储的实质就是视频采集卡+视频应用软件+硬盘存储。硬盘大小的确定是我们在监控图像存储时面对的一个重要问题。硬盘的大小和以下因素有关：硬盘容量=(视频传输每小时占据的数据量)X(一天需要录像的小时数)x(需要录像的路数)x(图像需要保存的天数)我们通过一个例子说明。例：有一个台16路实时的硬盘录像系统，采用MFEG-1的视频压缩格式，其每天工作时间设定为10个小时，其一路每小时数据量为200mb，求如果图像要保存一个月时，选用多大的硬盘合适?解：根据上面我们介绍的公式，一个月的图像保存需要的硬盘容量为：200x10x16x30=960(GB)如果我们采用80G的硬盘，则需要960-80=12(个)硬盘可见如果采用此系统就要外接磁盘阵列扩展箱。4.5微机视频监控系统随着微机应用的普及，电视监视系统逐渐向微机化发展。微机电视监控系统是将防盗报警、防火报警、图像监视、话音监听、有无线通信这些单一技术，通过微机技术将它们综合在一起，形成一个安全防范综合控制系统它可以在报警后，自动打开灯光和摄像机，自动进行图像切换、录像取证、多程序切换设置、语音同步切换、自动录音报警、自动定时布防和撤防、识别报警头的好坏，自动巡回监测等功能微机多媒体技术的应用，使该系统具有很多独特的功能。系统由各功能单机根据系统规模和功能要求组合灵活，以适应各种应用工程的要求。各种功能单机均配置功能极强的微处理器和标准的通信接口，系统连网仅需把各单机的通信口连接即可，设计、安装、调试极为简便。该设备具有高度智能化、自动化、多功能的控制。系统的特点是标准化、系列化、积木式、组合灵活、连线方便、操作简单，是目前功能较强、可靠性较好、性能价格比较高的保安监控系统目前，其品种多且易于扩展，适应各种系统规模，适应多种制式黑白或彩色视频信号，带操作面板和显示窗口，可独立或连网工作，在同步系统中自动场消隐同步 切换现场可编程，具有掉电数据保护。4.6网络视频监控系统目前，网络视频监控系统正处在数控模拟系统已发展非常成熟、性能稳定r在实际工程中得到广泛应用，数字系统迅速崛起但尚不完全成熟的数字和模拟混合应用并将逐渐向数字系统过渡的阶段。在国内外市场上，主要推出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，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，但仍需进一步完善和发展。网络化网络视频监控系统的网络化将意味着系统的结构