视频监控系统综合实训课件：视频监控系统的工程设计

视频监控系统的工程设计一、视频监控系统的设计概述

二、设计图纸的绘制

三、视频监控系统的设计四、视频监控系统设计方案的典型案例

一、视频监控系统的设计概述

视频监控系统的工程技术设计是项目建设的基础，也是系统构架、设备选配、功能实现的基础。设计方案的优劣直接影响到项目建设的质量和使用功能。工程技术要遵行《视频安防监控系统工程设计规范》(GB50395—2007)，它是《安全防范工程技术规范》(GB50348—2004)的配套标准，同时与《视频安防监控系统技术要求》(GA/T367)的行业标准相一致，是安全防范系统工程建设的基础性标准之一，也是保证安全和工程建设质量，保护公民人身安全和国家、集体、个人财产安全的重要技术保障。视频安防监控系统工程的设计应综合应用视频探测、图像处理、控制、显示、记录、多媒体、有线及无线通信，计算机网络和系统集成等先进而成熟的技术，配置可靠而适用的设备，构成先进、可靠、经济、适用、配套的视频监控应用系统。(一)视频监控系统的设计要求

视频监控系统的工程技术设计要遵循技术先进、功能齐全、性能稳定和节约成本的原则，同时要综合考虑施工、维护及操作因素，并为今后的发展、扩建和改造等因素留有扩充的余地。主要遵循以下要求：

1.技术先进性与适用性

系统的技术性能和质量指标应达到一定的水平。同时，系统的安装调试、软件编程和操作使用又应有简便易学、容易掌握、适合中国国情和项目的特点。系统应体现当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新发展水平，适应时代发展的要求，同时要面向各种管理层次使用的系统，其功能配置应以齐全、安全、方便和快捷为准则。

2.功能齐全

要确认不同防范对象、防范区域对防范的要求；风险等级、安全防护的要求；对视频探测设备数量和视频显示、记录设备数量的要求；对图像显示、记录和回放的图像质量要求；对控制终端设置的要求；对系统构成和视频切换、控制功能的要求和对视音频和控制信号传输的条件以及对传输方式的要求以及与其他安防子系统集成的要求。

3.可靠性与安全性

系统的设计应具有较高的可靠性，在系统发生故障或事故造成中断后，应确保数据的准确性、完整性和一致性，并能迅速恢复，同时系统要具有一套完整的系统管理策略，保证系统运行的安全。

4.技术发展和可扩充性

要充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势，根据用户现场环境，设计选用功能和适合现场情况、符合用户要求的系统配置方案，通过严密、有机地组合，实现最佳的性能价格比，以便节约工程投资，同时保证系统功能实施的需求，经济实用。

以现有成熟的产品为对象设计，同时还应考虑到周边信息通信环境的现状和技术的发展趋势，系统可以与消防、防盗、灯光系统实现联动，使系统具有规范的网络通信口，可实现远程控制。系统设计中应考虑到今后技术发展和使用的需要，使系统具有更新、扩充和升级的可能。并根据今后该项目工程的实际要求扩展系统功能，同时，方案在设计中要留有冗余，以满足今后的发展需求。

5.优化配置

在满足用户对功能、质量、性能、价格和服务等各方面要求的前提下，追求最优化的系统设备配置，以尽量降低系统造价。设备的控制容量上要保留一定的余地，以便在系统中改造新的控制点；系统中还要保留与其他计算机或自动化系统连接的接口；也尽量考虑未来科学的发展和新技术的应用。(二)视频监控系统功能与性能设计

1.监视功能要求

前端设备的最大视频(或音频)探测范围应满足现场监视覆盖范围的要求，摄像机灵敏度应与环境照度相适应，监视和记录图像效果应满足有效识别目标的要求，安装效果宜与环境相协调。系统的信号传输应保证图像质量、数据的安全性和控制信号的准确性。视频图像要达到不同行业用户的监视清晰度需求。当然高清晰的视频需要相应的财力支撑，因此设计时要充分考虑性能与价格统一。随着技术的进步，高质量、高清晰的监控系统性能不断提高，成本也会有所下降。

2.系统控制功能要求

(1)系统应能手动或自动操作，对摄像机、云台、镜头和防护罩等的各种功能进行遥控，力求控制效果平稳、可靠。

(2)系统应能手动切换或编程自动切换，对视频输入信号在指定的监视器上进行固定或时序显示，切换图像显示重建时间应在可接受的范围内。

(3)矩阵切换和数字视频网络虚拟交换、切换模式的系统应具有系统信息存储功能，在供电中断或关机后，对所有编程信息和时间信息均应保存。

(4)系统应具有与其他系统联动的接口。当其他系统向视频系统给出联动信号时，系统能按照预定工作模式，切换出相应部位的图像到指定监视器上，并能启动视频记录设备，其联动响应时间不大于4s。

(5)辅助照明联动应与相应联动摄像机的图像显示协调同步。

(6)具有音频监控能力的系统宜具有视频音频同步切换的能力。

(7)需要多级或异级控制的系统支持分控的功能。

(8)前端设备对控制终端的控制响应和图像传输的实时性应满足安全管理要求。

3.图像记录功能

(1)记录图像的回放效果应满足资料的原始完整性，视频存储容量、记录和回放带宽以及检索能力应满足管理要求。

(2)系统应能记录发生事件的现场及其全过程的图像信息、预定地点发生报警的图像信息以及用户需要掌握的其他现场动态图像信息等。

(3)系统记录的图像信息应包含图像编号、地址，记录时间和日期。

(4)对于重要的固定区域的报警录像应提供报警前的图像记录。

(5)根据安全管理需要，系统应能记录现场声音信息。(三)系统技术设计的过程

根据工程项目的大小，技术设计过程有简单的，也有复杂的。中大型工程项目一般都需要经过初步设计、正式设计的过程。

初步设计一般是在接到项目建设任务书之后进行的，初步设计主要以需求分析、现场勘察、系统容量和系统结构的确定、设备档次的选择、整体费用概算和项目建设工期预计等内容为重点。初步设计的技术方案完成后应递交给建设单位，由建设单位主持，业务主管部门、公安主管部门和设计施工单位及一定数量的技术专家对初步设计的技术方案进行论证。对初步设计的各项内容进行审查，对其技术、质量、费用、工期、服务和预期效果做出评价，然后报上级审批。正式设计是在论证、审批通过后的初步设计方案基础上进行的系统详尽的技术设计。正式设计方案是对初步设计方案的扩展与补充，在没有通过建设单位和相关审批单位论证认可的条件下，不能对初步设计中的系统结构、设备主要参数进行更改。在初步设计与正式设计的实际过程中包括了很多必要程序，如现场勘察、用户需求分析、设备考察与选配、系统结构的确定、技术建议书的编写、系统可靠性的论证等，这些程序会因不同的项目特点而有所不同。

1.现场勘察

现场勘察过程对于是否能够获得一个优良的技术设计方案至关重要。现场勘察包括对建设单位防护级别的确定、工程规模的确定、防护区域的具体划分、用户实际需求分析、现场安装场地与环境的详细描述、勘察记录资料的全过程。如果建设单位属于国家规定的具有高风险等级的行业，在技术设计之前必须确定建设单位的风险等级，一旦确定了建设单位的风险等级，那么所有技术设计将严格按照有关该风险等级的设计规范中的要求严格执行。像银行营业场所、文博系统等就属于这样的行业。如果电视监控系统的建设是以提高管理水平、及时掌握现场信息、实现科学生产等为目标的，就不需要确定建设单位的风险等级，而是按照工业电视用户的实际需求分析。工程规模的确定、防护区域的具体划分现场勘察过程是必不可少的。工程规模是指工程大小范围。要对大的工程划分防护区域，以便于管理，也是后期设备调试、设备地址编码的重要参考标准。项目建设中，现场气候条件将直接影响防护设备的指标及实际选择，例如防护罩、云台的防护等级、对工作环境温度及其他辅助设备的要求等。建设单位可能会提供设备安装现场(尤其是室外环境)气候条件的相关参数，这些参数包括最高与最低温度的变化情况与持续时间，如风、雨、雪、雾、雷电等天气条件及持续时间等情况。如果建设单位没有提供详尽的现场气候条件，需要在勘察阶段与建设单位沟通，必要时与当地的气象部门联系，以获得相关的气候资料。现场设备安装环境的勘察要注意以下几个方面：前端设备根据需要会安装在室外或室内环境，因此实际的勘察也要分为室内环境的勘察和室外环境的勘察。室内安装环境的勘察主要集中在建筑物的结构、装饰、管道、照明等情况。这些现场情况将直接影响设备的安装位置、设备类型、信号传输方式、管线路由等。勘察完成后要形成具体的勘察报告。勘察报告中除了需要体现上述勘察内容的详细说明，还需要绘制现场设备布防草图、系统结构草图、信号传输建议、线缆敷设路由草图等。对于需要进行施工设计的项目，现场勘察的重要性就更加突出，尤其是线缆敷设路由的确定方面对勘察工作要求更为细致。如果仅仅是设备供应和技术支持而进行技术设计时，除了需要为建设单位提供信号传输方案外，对于线缆附设和路由确定方面的工作将大大减少。

2.用户需求分析

(1)前端设备的数量分析。

在防护区域划分以后有时可以直接确定前端设备的数量，而有时防护区域划分后只能确定不同区域的实际防护要求，而设备的数量则需要根据用户要求进行确定。确定前端设备的数量必须了解用户在该区域中需要获得什么样的监视效果，例如，在一个方圆1km的范围内，如果只是以了解现场情况作为监视目的时，那么完全可以配置一个监视点，而如果在此范围内还需要有多个重要监视点，这些重点区域又需要同时进行监视而不能以巡游方式来解决多点监视时，就需要考虑增加监控点，从而影响了前端设备的数量。因此对用户需求分析后，结合前面防护区域的划分得到前端设备数量和设备的信息。

(2)设备等级的确定。

设备等级的确定需要根据用户实际监控质量要求、投资规模来确定，一般来说设备等级确定后将直接影响控制设备的等级，从而为整个系统等级确定基调。

(3)用户使用功能分析。

系统所能提供的信号摄取、处理效果是由设备档次决定的，而系统所能实现的使用功能绝大多数都是由控制设备实现的，对用户的使用功能分析后基本上就可以确定系统控制设备以及整个系统的结构。用户使用功能分析需要了解用户需求的前端摄像设备的清晰度、光照度等，以及需要提供什么样的图像、声音和报警等；然后确定系统采用何种传输方式，是近距离传输还是远距离传输；中心机房采用何种控制方案，用户视频存储的时长及视频分辨率等。

3.系统结构的确定

视频监控系统的发展经历了三个阶段：模拟时代、数模结合的半数字时代和全数字的网络时代。模拟时代视频以模拟方式采用同轴电缆进行传输，并由控制主机进行模拟处理。半数字时代视频以模拟方式采用同轴电缆进行传输，由多媒体控制主机或硬盘录像机(DVR)进行数字处理与存储。全数字时代视频从前端图像采集设备输出时即为数字信号，并以网络为传输媒介，基于国际通用的TCP/IP协议，采用流媒体技术实现视频在网上的多路复用传输，并通过设在网上的网络虚拟(数字)矩阵控制主机来实现对整个监控系统的指挥、调度、存储和授权控制等功能。从实际的视频监控系统结构来看，每种结构都具有各自的优点和不足。如果用户的使用功能要求明确指出系统结构，根据用户需求尤其是用户使用功能的需要来确定系统实际的控制方式，也就确定了系统的结构。在这种情况下需要再次细化用户需求，根据用户具体的使用功能来选择满足用户指定系统结构的设备。如果用户需求中提出的使用功能与指定的系统结构相矛盾，或者指定的系统结构无法实现要求的使用功能，需要和建设单位协商，推荐混合系统结构，以满足建设单位的所有功能要求。但如果用户对具体的使用功能要求的十分详细，包括图像的切换、显示、录像、回放、遥控、联网和容量判断等。此时，需要按照这些具体要求的功能确定系统的结构，并选择该结构中完全满足要求的系统设备。如果用户没有具体的功能要求，此时，设计人员需要根据建设单位的实际应用环境、行业特点结合当前电视监控系统的现状为建设方推荐合适的系统结构。

4.设备考察与选配

设备考察与选配设计是系统设计中最为重要的环节，在后面各种系统的设计中我们将详细讨论。

二、设计图纸的绘制

(一)设计软件工具的选用

设计图纸是正规安防工程设计必不可少的环节，也是安全防范系统的工程质量的保证，因此必须做好监控工程图的绘制。一般在系统结构大体确定后就可绘制图纸了。常用的工具软件有AutoCAD、Visio等。

AutoCAD是由美国欧特克(Autodesk)公司于20世纪80年代初为计算机上应用的计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，CAD)技术而开发的计算机绘图软件，经过不断地完善，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。它的功能强大，用户界面良好，具有广泛的适应性。平面绘图时能以多种方式创建直线、圆、椭圆、多边形和样条曲线等基本图形对象。它具有强大的编辑功能，可以移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、修剪和缩放对象等。AutoCAD软件对于系统设备连接细节表现更为完美，国家相关标准中对相关设备有通用图标，这些图标可以在绘图中直接使用，但直观性较差。

Visio软件是MicrosoftOffice家族的成员，拥有与Office系列产品非常相近的操作界面，接触过Word文档的人都不会觉得陌生。它内置自动更正功能、Office拼写检查器、键盘快捷方式，非常便于与Office系列产品中的其他程序共同工作。Visio软件适于建立流程图、组织图、时间表或其他图表，可以直接利用图库中的很多设备图标，并且可以将设备实物照片直接应用到绘图当中，直观性强，可以使用户直观查看各种设备在系统中的位置，缺点是图幅小，很难将更多的连线描绘清楚。

在正式工程设计时推荐采用AutoCAD软件。(二)工程图的绘制

1.设计图纸的规定

设计图纸包括系统设计图，监控系统的总平面图，分层、分部平面施工图，复杂部位安装的剖面图等。

(1)监控系统的总平面图要标出监控系统在总建筑图中的位置，标出监控范围、控制室的位置、传输线的走向、系统的接地等。

(2)系统设计图应包括前端设备、传输设备、控制设备、录像设备、显示设备以及各种设备之间的连线示意图。确定完成任务的设备和器材的相互联系，确定探测器、摄像机和中心控制设备的性能、数量以及安装的位置，确定报警控制器和视频切换控制器的功能、容量，确定所有主要设备的型号、数量、性能、技术指标以满足订货要求。

(3)每层、每分部的平面图要确定探测器和摄像机的安装位置，注明标号，确立传输线的走向、管线数量、管线埋设方法以及标高。有可能的话绘出探测器及摄像机的探测区域或范围。分层分部施工图上要列出主要设备材料表。

(4)复杂部位安装的剖面图是主要针对复杂部位另外提供的图纸。

2.工程图的绘制要求

工程图的绘制应认真执行绘图的规定，所有图形和符号都必须符合公安部颁布的《安全防范系统通用图形符号》的规定，以及《工业企业通信工程设计图形及文字符号标准》，不足部分应补充并加以说明。工程图要清晰整洁、字体规整，原则上要求书写宋体，力求图纸简化，方便施工，既详细而又不烦琐地表达设计意图。绘制图纸要求主次分明，应突出线路敷设；电器元件和设备等为中实线，建筑轮廓为细实线，凡建筑平面的主要房间，应标示房间名称，绘出主要轴线标号。各类有关的防范区域应根据平面图明显标出，以检查防范的方法以及区域是否符合设计要求。探测器及摄像机布置的位置应尽量准确，墙面或吊顶上安装的设备要标出距地面的高度(即标高)。相同的平面、相同的防范要求，可只绘制一层或单元一层平面。局部不同时，应按轴线绘制局部平面图。

绘图比例尺应采用以下的规定：凡在平面图上绘制多种设备，而数量又较多时，宜采用1∶100；但面积很大，设备较少，能表达清楚的话可采用1∶200；剖面图复杂的宜用

1∶20、1∶30，甚至1∶5。以比例关系细小部分清晰度而定。施工图的设计说明力求语言简练、表达明确。凡在平面图上表示清楚的不必另在说明中重复叙述。凡施工图中未注明或属于共性的情况，以及图中表达不清楚者，均需加以补充说明，如防范区域、空间防范的防范角等。单项工程可以在首页图纸的右下方、图角的上侧方列举说明事项。如一系统子项较多，属于统一性的问题，均应编制总说明，排列在图纸的首页。说明内容一般按下列顺序：

(1)探测器、摄像机等前端设备的选择、使用和安装方式。

(2)报警控制器和视频矩阵切换主机等中心控制设备的功能、容量、特点及安装方式。

(3)管线的敷设、接地的要求和做法，室外管线的敷设和电缆敷设方式等。绘图图纸的线条粗细的原则是：以细线绘制建筑平面，以粗线绘制电气线路，以突出线路图例符号为主，建筑轮廓为次，这样做法主要是为了达到主次分明方便施工的目的。有关安全防范工程所用图例及代号，均应按现行的国家标准或部颁标准执行。各计量单位的中文名称及代号，一律按照国务院发布的《关于在我国统一实行法定计量单位的命令》、《中华人民共和国法定计量单位》以及《全面推行我国法定计量单位的意见》等文件规定执行。设计图纸的标注应执行国家统一标准规定，计量应用公制标准，不应另行标注，避免混淆不清。标注语言力求简洁，原则上应采用宋体，字体要工整，不得潦草，保证图面清晰，方便施工。为了确保设计图纸质量，一般应按下述方法进行标注。

(1)平面图结构曲角变化复杂，应用细线标注轴线编号。建筑轮廓不应过粗，标注位置应选择适当，不要过度集中。平面图上不同电压线路并列时，应以粗细线严格分清，并分别标注清楚。

(2)引进电源线路，在平面图进线口附近应注明相别、电压等级、导线规格型号、根数、保护管类别、管径及安装高度等。

(3)各种管型的标注如下：

①金属管一律用“G”表示，管径均按公称直径：15、20、25、32、40、50、70、80、100。

②硬质塑料管用“VG”表示，管径规格为16、20、25、32、40、50、63、75、100。

③半硬塑料管用“SG”表示，管径为16、20、25、32、40、50。

④软塑料管(绝缘套管)用“RG”表示，管径为16、18、20、22、25、28、30、36、40。

⑤ PVC波纹管用“BG”表示，管径为11、13、20、25、32、40、50、80、100。

在标注以上各类管型时，凡单项工程中采用了同一类型时，则在平面图上可以省略不重复标注。如局部采用不同类型，可局部分别标注。如全部采用同一类型管型则在图纸说明中加以注明。配电箱、板的标注按供电类别分别标注，在平面图配电箱、板位置附近的明显空隙处标注。

3.工程图纸与文档的交互使用

在工程设计时，Office软件应用十分普遍。Word文档主要用于撰写设计方案，Excel凭借其强大的计算功能，在设计预算时比较有用，AutoCAD则用于设计图纸的绘制。但多数时候AutoCAD要与Office软件(特别是Word文档与Excel文档最为常用)配合使用，才能完成整个设计文档。下面给出工程图纸与文档交互使用时的两个技巧：

(1) AutoCAD表格制作。在AutoCAD中往往要制作表格，如果在AutoCAD环境下用手工画线方法绘制表格，在表格中填写文字，不但效率低下，而且很难精确控制文字的书写位置，文字排版也很成问题。这时可以先在Excel中绘制表格，复制到剪贴板，然后再在AutoCAD环境下选择“Edit”菜单中的“Pastespecial”，选择作为AutoCAD的实体对象，确定以后，表格即转化成AutoCAD实体，用Explorer打开，即可以编辑其中的线条及文字，非常方便。

(2)在Word文档中插入AutoCAD图形。Word文档制作中，往往需要各种插图，Word绘图功能有限，特别是复杂的图形无法绘制，而AutoCAD很适合绘制比较复杂的图形。先用AutoCAD绘制好图形，然后用AutoCAD提供的Export功能先将AutoCAD图形以BMP或WMF等格式输出，然后插入Word文档，也可以先将AutoCAD图形拷贝到剪贴板，再在Word文档中粘贴。需要注意的是，由于AutoCAD默认背景颜色为黑色，而Word背景颜色为白色，首先应将AutoCAD图形背景颜色改成白色。另外，AutoCAD图形插入Word文档后，往往空边过大，效果不理想，利用Word图片工具栏上的裁剪功能进行修整，空边过大问题即可解决。

三、视频监控系统的设计

(一)前端系统的设计

1.摄像机的选择

市场上的摄像机主要有以下几种类型：

(1)彩色普通摄像机(不带镜头、不带防护罩、不带红外灯)。

(2)彩色黑白自动转换摄像机(不带镜头、不带防护罩、不带红外灯)。

(3)黑白半球摄像机(自带定焦镜头、自带防护罩、不带红外灯)。

(4)彩色半球摄像机(自带定焦镜头、自带防护罩、不带红外灯)。

(5)黑白红外摄像机(自带定焦镜头、自带防护罩、自带红外灯、自带全天候防护罩)：白天和黑夜都是黑白图像，夜间红外灯自动开启，主要用于夜间监视。

(6)彩色黑白自动转换红外摄像机(自带定焦镜头、自带防护罩、自带红外灯、自带全天候防护罩)：白天是彩色图像，夜间红外灯自动开启，图像自动转成黑白，主要用于夜间监视。

(7)彩色一体化摄像机(自带电动一可变镜头、不带防护罩、不带红外灯)。

(8)彩色黑白自动转换一体化摄像机(自带电动一可变镜头、不带防护罩、不带红外灯)。工程应用中，应根据不同需要，灵活掌握，可按以下基本原则进行考虑：

(1)根据安装方式选择。如固定安装，摄像机多选用普通枪式摄像机或半球摄像机；如采用云台安装方式，现多选用一体化摄像机，也可采用普通枪式摄像机另配电动变焦镜头方式，但价格相对较高，安装也不及一体化摄像机简便。

(2)根据安装地点选择。由于普通枪式摄像机，既可壁装又可吊顶安装，因此室内室外不受限制，比较灵活；而半球摄像机，只能吸顶安装，所以多用于室内且安装高度有一定限制。但和枪式摄像机相比，半球摄像机不需另配镜头、防护罩、支架，安装方便、美观、隐蔽，且价格经济。

(3)根据环境光线选择。如果光线条件不理想，应尽量选用照度较低的摄像机，如彩色超低照度摄像机、彩色黑白自动转换两用型摄像机、低照度黑白摄像机等，以达到较好的采集效果。需要说明的是，如果光线照度不高，而用户对监视图像清晰度要求较高，则宜选用黑白摄像机。如果没有任何光线，就必须添加红外灯提供照明或选用具有红外夜视功能的摄像机。

(4)根据对图像清晰度的要求进行选择。如果对图像画质的分辨率要求较高，应选用电视线指标较高的摄像机。一般来说，对于彩色摄像机，420和450TVL(电视线)都为中解析度摄像机，470TVL以上都为高解析度摄像机。清晰度越高，价格相对越高。

(5)还应注意产品说明上的一些性能指标，如信噪比、自动光圈镜头的驱动方式等。一般的电视监控系统中信噪比指标要大于48 dB，这样不仅满足行业标准规定的不小于

38dB的要求，更重要的是当环境照度不足时，信噪比越高的摄像机图像就越清晰。镜头的驱动方式一般选用双驱动的，以便随意选用DC驱动或视频驱动的自动光圈镜头。当前摄像机设备的品牌、种类繁多，需要根据用户需求、现场环境、安装方式加以选择。

2.镜头的选择

在选择镜头时，基于成像大小的镜头选择有以下五个因素：一是监控现场的大小；二是被摄物体的大小；三是物距；四是焦距；五是CCD靶面尺寸。

前四点可由现场测量并通过计算来确定镜头的焦距标准，其计算方法如下：

u1/3inCCD

u1/2inCCD或或第五点还要考虑CCD靶面的尺寸。如果要求1/3in与1/2inCCD摄像机中获取同样的视角，1/3inCCD摄像机镜头焦距必须缩短；相反如果在1/3inCCD与1/2inCCD摄像机中采用相同焦距的镜头，1/3inCCD摄像机视角将比1/2inCCD摄像机明显地减小，同时1/3inCCD摄像机的图像在监视器上将比1/2inCCD的图像放大，产生了使用长焦距镜头的效果。另外，选择镜头时还要注意这样一个原则：小尺寸靶面的CCD可使用大尺寸靶面CCD摄像机的镜头，反之则不行。原因是：如1/2inCCD摄像机采用1/3in镜头，则进光量会变小，色彩会变差，甚至图像也会缺损；反之，则进光量会变大，色彩会变好，图像效果肯定会变好。当然，综合各种因素，摄像机最好还是选择与其相匹配的镜头。

3.光圈的选用

镜头光圈分手动和自动两种。手动、自动光圈镜头的选用取决于环境照度是否恒定。对于环境照度恒定的情况，如电梯轿厢、封闭的走廊、无阳光直射的房间，均可选用手动光圈镜头，这样可在系统初装调试中根据环境的实际照度，一次性调整好镜头光圈大小，获得满意亮度画面。

对于环境照度处于经常变化的情况，如随日照时间而照度变化较大的门厅、窗口及大堂内等，均需选用自动光圈镜头，这样可以实现画面亮度的自动调节，获得良好的较为恒定亮度的监视画面。自动光圈镜头适应性较强，但其价格也远高于相同焦距的手动镜头。现在大多数的摄像机都有电子快门，室内的光源也较为稳定，因此，智能建筑项目中大量采用自动光圈镜头没有太大的必要。自动光圈镜头的控制信号可分为DC及VIDEO控制两种，即直流电压控制及视频信号控制。直流电压驱动自动光圈镜头是通过四根线控制镜头的，其中两根为DC12 V或

DC24 V电源驱动镜头中的电动机，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；视频驱动自动光圈镜头则是通过三根线来控制镜头的，其中一根用视频触发信号来启动光圈，并控制光圈大小。目前市场上大多数黑白或彩色摄像机与自动光圈镜头不能兼容，只能使用电源驱动自动光圈镜头或视频驱动自动光圈镜头。当工程中的监控点在室外时，采用带自动光圈的镜头是必要的，因为室外的光线的动态范围变化较大，夏日阳光下环境照度达50000 lx～100000 lx；夜间路灯时仅为10lx，变化幅度相当大。这时摄像机无法自动通过摄像机本身的电子快门来适应这么宽的照度范围，更无法达到控制图像效果的作用。

4.定焦、变焦镜头的选用

定焦、变焦镜头的选用取决于被监视场景范围的大小，以及所要求被监视场景画面的清晰程度。镜头规格(镜头规格一般分为1/3in、1/2in和2/3in等)一定的情况下，镜头焦距与镜头视场角的关系为：镜头焦距越长，其镜头的视场角就越小；在镜头焦距一定的情况下，镜头规格与镜头视场角的关系为：镜头规格越大，其镜头的视场角也越大。因此由上述关系可知：在镜头物距一定的情况下，随着镜头焦距的变大，在系统末端监视器上所看到的被监视场景的画面范围就越小，但画面细节越来越清晰；而随着镜头规格的增大，在系统末端监视器上所看到的被监视场景的画面范围就增大，但其画面细节越来越模糊。在镜头规格及镜头焦距一定的前提下，CS型接口镜头的视场角将大于C型接口镜头的视场角。

在狭小的被监视环境中如电梯轿厢内，狭小房间均应采用短焦距广角或超广角定焦镜头，如选用镜头规格为1/2in，CS型接口，镜头焦距为3.6mm或2.6mm，这时镜头视场角均不小于99°或127°，这对于摄像机在狭小空间里一般标高为2.5m左右时，其镜头的视场角范围足以覆盖整个近距离狭小被监视空间。对于一般变焦(倍)镜头而言，由于其最小焦距通常为6.0mm左右，变焦(倍)镜头的最大视场角为45°左右，如将此种镜头用于这种狭小的被监视环境中，其监视死角必然增大，虽然可通过对前端云台进行操作控制，以减少这种监视死角，但这样必将会增加系统的工程造价(系统需增加前端、云台、防护罩等)，以及系统操控的复杂性，因此在这种环境中，不宜采用变焦(倍)镜头。在开阔的被监视环境中，首先应根据被监视环境的开阔程度，用户要求在系统末端监视器上所看到的被监视场景画面的清晰程度，以及被监视场景的中心点到摄像机镜头之间的直线距离为参考依据，在直线距离一定且满足覆盖整个被监视场景画面的前提下，尽量考虑选用长焦距镜头，这样可以在系统末端监视器上获得一幅具有较清晰细节的被监视场景画面。在这种环境中也可考虑选用变焦(倍)镜头(电动三可变镜头)，这可根据系统的设计要求以及系统的性能价格比决定，在选用时也应考虑如下两点：

(1)在调节至最短焦距时(看全景)应能满足覆盖主要被监视场景画面的要求。

(2)在调节至最长焦距时(看细节)应能满足观察被监视场景画面细节的要求。通常情况下，在室内的仓库、车间、厂房等环境中一般选用6倍或者10倍镜头即可满足要求，而在室外的库区、码头、广场、车站等环境中，可根据实际要求选用10倍、16倍或20倍镜头(一般情况下，镜头倍数越大，价格越高，可在综合考虑系统造价允许的前提下，适当选用高倍数变焦镜头)。目前市场上镜头主要有以下几种：

(1)手动光圈镜头(手动调节光圈大小、手动调节焦距、固定远近)。

(2)手动三可变镜头(手动调节光圈、手动调节焦距、手动调节远近)。

(3)自动光圈镜头(自动调节光圈大小、手动调节焦距、固定远近)。

(4)变倍变焦镜头(手动调节光圈、手动调节焦距、手动调节远近)。

(5)变倍变焦自动光圈镜头(自动调节光圈、手动调节焦距、手动调节远近)。

(6)电动三可变镜头(电动调节光圈、电动调节焦距、电动调节远近)。

(7)电动二可变镜头(自动调节光圈、电动调节焦距、电动调节远近)。

(8)电动一可变镜头(自动调节光圈、自动调节焦距、电动调节远近)：独立镜头一般没有该类型，只有一体化摄像机才有。

(9)针孔镜头(镜头非常小，用于需隐蔽场所)。自动光圈镜头分直流驱动和视频驱动两种驱动方式，视频驱动根据视频信号调节光圈，其镜头较贵，但光圈调节精度高。直流自动光圈驱动镜头主要应用于光线变化较大的场所，如室外或自然光照明较多的室内环境。如果工作在夜间，还时常用到红外灯，它属于不可见光源，使用时要注意红外灯只能配合黑白摄像机使用(包括彩色黑白自动转换摄像机)。彩转黑摄像机内含光敏开关，白天为彩色，夜间光敏开关开启红外灯，同时彩色自动转为黑白。选用镜头要注意以下几个方面：

(1)镜头尺寸应等于或大于摄像机成像面尺寸。例如，1/3in摄像机可选1/3 in～1 in整个范围内的镜头，但水平视角的大小都是一样的。只是使用大于1/3in的镜头能够更多地利用成形，更精确了镜头中心光路，所以可提高图像质量和分辨率。

(2)选用合适的镜头焦距。焦距越大，监看距离越远，水平视角越小，监视范围越窄；焦距越小，监看距离越近，水平视角越大，监视范围越宽。镜头焦距的估算可按照以下公式：

(3)考虑环境光线的变化。光线对图像的采集效果起着十分重要的作用。一般来说，对于光线变化不明显的环境，我们常选用手动光圈镜头，将光圈手调到一个比较理想的数值后就可不动了；如果光线变化较大，如室外24小时监看，应选用自动光圈，能够根据光线的明暗变化自动调节光圈值的大小，保证图像质量。但需注意的是，如果光线照度不均匀，特别是监视目标与背景光反差较大时，采用自动光圈镜头效果不理想。

(4)考虑最佳监看范围。由于镜头焦距和水平视角成反比，因此既想看得远，又想看得宽阔和清晰是无法同时实现的。每个焦距的镜头都只能在一定范围内达到最佳的监看效果，如果监看的距离较远且范围较大，最好是增加摄像机的数量，或采用电动变焦镜头配合云台安装。

(5)镜头接口与摄像机接口要一致。现在的摄像机和镜头通常都是CS型接口，CS型摄像机可以和CS型、C型镜头配接，但和C型镜头接配时，必须在镜头和摄像机之间加接配环，否则可能碰坏CCD成像面的保护玻璃，造成CCD摄像机的损坏。C型摄像机不能和CS型镜头配接。

5.红外光的选择与使用

辅助光源主要有红外灯，其选用最重要的问题是成套性，要与摄像机、镜头、防护罩、供电电源等配套。在设计方案时对所有器材综合考虑，把系统作为一个红外低照度夜视监控系统来考虑设计。

1)黑白摄像机或特殊彩色摄像机

CCD图像传感器具有很宽的感光光谱范围，其感光光谱不但包括可见光区域，还延伸到红外区域，利用此特性，可以在夜间无可见光照明的情况下，用辅助红外光源照明使CCD图像传感器清晰的成像。普通彩色摄像机为了能传输彩色信号，从CCD器件的输出信号中分离出绿蓝红三种基色视频信号，然后合成彩色电视信号，其感光光谱只在可见光区域。随着技术的进步，出现了白天彩色/晚上黑白的摄像机，它采用两个CCD进行切换或采用一个CCD利用数字电路的切换来实现，但是这种摄像机存在黑白照度偏高、有的对彩色色彩的不利影响等缺点。而红外低照度彩色摄像机红外感度比一般摄像机高4倍以上，随着成本的降低，会成为发展趋势的。

2)低照度摄像机

摄像机的最低照度是当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。测定此参数时，还应特别注明镜头的光圈F的大小。例如使用F1.2的镜头，当被摄影景物的照度值低到0.02lx时，摄像机输出的视频信号幅值为标准幅值700mV的50%～33%，则称此摄像机的最低照度为0.02lx/F 1.2。有的摄像机生产厂家会给出不同光圈F时的最低照度。当选择摄像机最低照度高于红外灯要求时，红外灯的有效距离将受到一定影响。应当提醒用户的是市场上出售的摄像机技术性能标出的最低照度有两种不正常的情况，一种是摄像机制造商所标的最低照度是所谓的靶面照度，即CCD图像传感器上的光照度，它仅为景物照度的十分之一左右；另一种是有个别摄像机制造商或销售商虚报最低照度。目前市场上比较经济的黑白摄像机，有的最低照度标为0.01 lx～0.02 lx，它们的实际最低照度仅为0.1 lx～0.2 lx，如果使用红外灯时，要求摄像机的最低照度为0.02lx，必然影响红外灯的有效照射距离，而购买最低照度0.02lx的摄像机，价格可能比0.1 lx～0.2 lx摄像机至少高一倍左右。

3)摄像机与镜头的尺寸

摄像机标称尺寸规格有1/2in、1/3in和1/4in，摄像机尺寸大，接收的光通量多；摄像机尺寸小，接收的光通量少，如红外灯标称的有效距离是在1/2in摄像机工作的条件下测试的，如采用1/3in或者1/4in摄像机，有效距离也将受到一定影响。1/3in摄像机光通量只有1/2in摄像机光通量的44%。红外光源由于其波长长，反映到普通非红外镜头上会比可见光焦点略深一些，所以在用了红外灯夜间成像时，会感觉焦距稍微模糊一点。

4)红外灯电源

电视监控系统前端设备的电源供应要统一考虑设计。红外灯的电源供应，应考虑红外管的工作电流对供电电压十分敏感，而电缆长度不同对直流电压衰减也不同。在多个红外灯距控制室的距离相差较大时，采用DC12 V集中供电可能使距控制室近的红外灯供电电压偏高，距控制室远的红外灯供电电压低。加之电源电压调整上的偏差，可能造成电压过高的红外灯寿命缩短甚至烧坏，电压低的红外灯发射功率不足。因此建议尽可能采用AC220 V供电的或一对一的直流稳压电源，这种直流稳压电源有的在电网电压波动在AC

100 V～245 V时输出直流电压都是稳定的，保证红外灯红外辐射功率都是稳定可靠的。

6.防护罩的选择

在工程应用中，防护罩是为了保护摄像机和镜头。主要有半球防护罩、室内防护罩和室内外两用防护罩等。如图5-1所示。图5-1各种防护罩选择防护罩时应注意以下几点：

(1)根据安装位置，正确选用室内或室外防护罩。室内防护罩主要作用是防尘，而室外防护罩除防尘之外，更主要的作用是保护摄像机在各种恶劣自然环境(如雨、雪、低温、高温等)下正常工作。因而，室外全天候防护罩不仅具有更严格的密封结构，还具有雨刷、喷淋、升温和降温等多种功能。由此决定了室外防护罩的价格远高于室内防护罩。需要注意的是，由于部分地区四季温度变化不大，均在摄像机的工作温度内，这样可选用不带恒温功能的普通室外防护罩，以减少成本。

(2)选用相应尺寸的防护罩。防护罩尺寸应大于摄像机和镜头尺寸之和，否则摄像机和镜头无法装入。

(3)选用带恒温功能的防护罩，应考虑给防护罩的供电问题。

7.云台的选择

云台一般有以下几种，如图5-2所示。

(1)室内普通全方位云台：具体分为壁装和吸顶两种。

(2)室外普通全方位云台：壁装。

(3)室内全球云台(自带全球防护罩)。

(4)室外全球云台(自带全球防护罩)。图5-2各种云台云台可以简单理解成一个可以全方位(水平360°，垂直90°)自由旋转的底座。云台的使用扩大了摄像机的视野。使用时用手调节万向支架即可。工程中对于需要巡回监视的场所，如大厅、操场、广场等常选用云台。云台一般分为普通型和球型两类。普通云台为裸露型云台，安装摄像机时需加装摄像机防护罩；球型云台为内置型云台，外部有全球或半球护罩，因此球型云台较普通云台具有外形美观、隐蔽、安装简便的特点。选用云台时要注意以下几点：

(1)分清室内室外安装。室外云台较室内云台具有更好的防水性、耐腐蚀性、恒温性和抗冲击能力，以适应室外复杂的气候条件，其重量和承载能力也都大于室内云台。

(2)根据特殊环境要求。如宾馆、小区、政府机关和写字楼等场所，一般对产品安装的隐蔽性要求较高，因而多采用球型云台。需要注意的是，由于室内半球云台需要吸顶并进行嵌入式安装，因此如果墙顶无法镂空，则无法安装。

(3)如果给摄像机添加红外灯，必须选用普通云台。球型云台无法安装红外灯。

(4)由于球型云台没有机械雨刷，所以如果必须使用雨刷功能，只能选用普通云台配以雨刷防护罩。(二)传输系统的设计

1.视频信号传输设计

闭路电视监控系统中，主要的信号流有两种：一是视频信号，即从系统前端摄像机输出的视频信号流向控制中心，二是控制信号，即从控制中心流向前端的摄像机(包括镜头)、云台等受控对象。流向前端的控制信号一般又是通过设置在前端的解码器解码后再去控制摄像机和云台等受控对象的。视频图像信号的信息量大、带宽宽，监视时直观性强，因此在电视监控系统中视频图像信号的传输是重中之重。视频信号传输质量的好坏将直接决定图像质量和系统整体性能的高低。从摄像机输出的视频信号是特性阻抗为75Ω，频带宽度为0 MHz～6 MHz，幅度为1Vp-p的复合视频基带信号。近距离视频信号传送的主要方式是基带传输方式，传输的是来自摄像机输出的不经任何频率变换的复合视频信号。视频基带传输最大的优点就是传输系统简单，在一定的传输距离内，失真小，附加噪声低(即信噪比高)，不必增加附加

设备。视频基带传输质量最好的传输介质就是同轴电缆。同轴电缆是由两个同轴布置的导体组成，传输的信号完全封闭在外导体内部，从而具有高频损耗低、屏蔽及抗干扰能力强、使用频带宽等显著特点。同轴电缆从内至外的结构为单根或多根铜线绞合的内导体、绝缘介质、软铜线或镀锡丝编织层和聚氯乙烯护套。同轴电缆传输视频信号损耗小，有较强的抗干扰能力。视频信号经过同轴电缆传输后，整个频率内幅度都会有所衰减，频率越高衰减越大。如果各种频率分量的衰减不成比例关系，即可造成“频率失真”。其中，高频信号的衰减会使图像变得模糊拖尾，清晰度和分辨率严重降低。同时，色度副载波也快速衰减，使色饱和度和色调变坏，甚至失彩。一般SYV-75-5的同轴电缆传输距离在300m以上，就需要考虑加装电缆补偿器或使用更低损耗的同轴电缆，如SYV-75-7、SYV-75-9等。

在视频信号传输时，如果传输距离过长，也可以考虑使用光纤传输方式、同轴电缆和加权放大器传输方式、双绞线传输方式以及微波传输方式等。具体的结构除了参考传输距离以外，还要按照建设单位建设需求、实际路由资源、建设投资等。这些传输方式都会涉及很多传输设备，如视频光端机、双绞线传输设备、视频放大器等，在实际光缆、电缆的选择时需要根据实际的传输结构和选择的传输设备来确定。传输方式的确定可参考以下方案：

(1)各摄像机安装位置离监控中心较近，即几百米以内时采用视频基带传送方式。

(2)各摄像机安装位置距离监控中心较远时，采用射频或频带有线传输或光纤传输方式。

(3)当距离更远且不需要传送标准动态实时图像时，也可以采用窄带电视用电话线路传输。

2.控制信号的传输

系统中控制器与前端解码器之间的通信信号一般都采用标准RS-485通信接口信号，实现控制器对前端设备的动作控制。RS-485标准是在RS-422标准的基础上由EIA研究开发的一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的标准。

RS-485标准采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，具体规格要求：接收器的输入电阻RIN≥12kΩ，驱动器能输出±7 V的共模电压，输入端的电容小于等于50pF。在节点数为32个，配置了120Ω的终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出电压1.5V(终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关)。接收器的输入灵敏度为200mV，即(V+)－(V－)≥0.2 V,表示信号“0”；(V+)－(V－)≤－0.2 V,表示信号“1”。由于RS-485的远距离、多节点(32个)和传输线成本低的特性，使得RS-485成为工业应用中数据传输的首选标准。

影响RS-485总线通信速度和可靠性主要有三个因素：一是通信电缆中的反射；二是通信电缆中的信号衰减；三是通信电缆的纯阻负载。这些影响通信质量的原因主要由于传输电缆阻抗失配和不连续、分布电容和电感等原因造成的。因此，在选定了驱动器的RS-485总线上，在通信波特率一定的情况下，带负载数的多少，与信号传输的最大距离是直接相关的。具体关系是：在总线允许的范围内，带负载数越多，信号能传输的距离就越小；带负载数据少，信号能传输的距离就越远。RS-485最大传输距离约为1219m，最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度，而且只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般来说，工业电视系统采用的RS-485传输速率为9600b/s，属于低速数据传输，因此传输的距离可以达到1000m，但是需要充分考虑传输电缆的阻性负载，避免信号衰减过大。在通信距离不远的情况下，实际使用屏蔽双绞线传送通信信号即可，如果通信距离过长，就需要与视频信号传输统一考虑传输方式，同样可以采用光纤传输、双绞线传输方式，同轴视控方式由于长距离传输使用的放大器不仅仅是满足放大、补偿视频信号的设备，因此在远距离传输中不建议使用同轴方式传送通信信号。在敷设控制线时，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100m时，云台控制线可采用RVV(6×0.5)护套线；当距离大于100m时，云台控制线应采用RVV(6×0.75)护套线，镜头控制线均采用RVV(4×0.5)护套线。

3.电源信号的供给

在视频监控系统中前端设备一般都采用单相交流供电方式，标称值为AC220V，50Hz。系统供电质量应该满足电压传输损耗小、电压稳定、谐波分量小等要求，一般来说电压波动不大于 ±10%，频率变化不大于1Hz，波形失真率不大于20%。前端设备供电通常采取就近接电的方法。如果远距离传输，应该估算设备功率和传输距离，使得所选择的电源电缆能够满足电压、电流、损耗等方面的要求。市面上采用DC12V供电的普通摄像机工作电流约为200 mA～300 mA，一体化摄像机为350 mA～400 mA。如果摄像机的数量较少(5台以内)且摄像机与监控主机的距离较近(少于50m)，每台摄像机可单独布RVV(2 × 0.5)电源线到监控室并用小型变压器供电。如果摄像机的数量较多，则应采用大功率的12V直流稳压电源集中供电。在设计和施工过程中，要考虑到所有摄像机的总功率和由传输线路所造成的电压降(俗称“线损”，规格为1m2的铜导线每100m的电阻是1.8Ω)。对于一幢楼的监控，施工时一般用2条2.5 m2～6 m2的铜芯双塑线作为电源的主干由监控室引至线井，并沿线井走至各摄像机所在楼层的线井。对于楼层各摄像机的供电，可由该层线井引1条RVV(2 × 1)或RVV(2 × 1.5)(若该层的摄像机数量超过6台)电源线给摄像机供电，或用RVV(2 × 0.5)护套线一一对应供电。(三)控制系统设计

1)矩阵容量

矩阵的容量包括视频输入量、视频输出量、报警输入量、用户数量和键盘数量等。

(1)视频输入容量。除了用户直接对矩阵视频容量进行了规定，一般视频容量应该留有10%～30% 的余量，具体的需要根据系统扩容的可能来确定。

视频输入容量在确定时除了需要考虑摄像机的总数以外，还要看这个系统结构中多画面处理器的分割图像输出或其他视频设备的视频源信号是否需要接入矩阵控制器，如果是模拟矩阵控制器联网系统，还要考虑该矩阵因接收其他节点矩阵视频干线上传视频图像引起的资源占用。

(2)视频输出量。除了用户直接对矩阵视频容量进行了规定，一般视频容量应该留有10%～30% 的余量，具体的需要根据系统扩容的可能来确定。

视频输出容量在确定时除了需要考虑监视器(包括大屏显示器等多种图像显示设备)的总数以外，还要看这个系统结构中如多画面处理器、录像设备等是否需要矩阵控制器提供输出资源，如果是模拟矩阵控制器联网系统，还要考虑该矩阵因上传给其他节点矩阵控制器视频干线引起的资源占用。

(3)报警输入量。视频监控系统经常会连接各种探测技术的报警探测器，以便使整个系统的建设更加完善。报警探测器的输出一般都是开关量信号，矩阵控制器一般都具有报警输入接口板卡或接口设备箱，通过通信电缆与主机箱相连，对接入的报警信号进行处理响应。报警接口设备应该比实际报警探测器的数量多10% 的余量。

(4)用户数量、键盘数量。在一个视频监控系统中往往不仅仅使用一个控制键盘或者只有一个用户进行使用，通常即使是一个控制键盘也会有多个不同级别的用户，以便在实际使用时进行操作限制。系统设计时需要考察所选择的矩阵控制设备是否支持多级别用户，并且各级别用户的使用功能可以进行设置，以便控制不同级别用户的访问权限。如果不是联网系统，除了矩阵控制器所在的控制室应配有主控操作键盘以外，还应该了解用户是否需要其他作为分控键盘使用的操作键盘，并确定数量；如果是分布式矩阵联网系统，需要了解各个节点是否需要配置控制键盘进行本地操作，如果是无人站点就不需要配置键盘。所选择的矩阵控制器应该能够支持实际配置键盘的数量。

2)功能

实际系统应用所涉及的功能包括图像切换方式、前端设备的遥控、用户访问的限制和报警响应操作等。

(1)图像切换方式。一般有单画面单监视器定点切换、多画面单监视器的序列切换、多画面多监视器的群组切换以及多切换方式的组合或多切换方式与预置位组合调用等。对于一般的模拟系统设计来说，定点切换、序列切换和群组切换是必要的图像切换功能。

(2)前端设备的遥控。前端设备的遥控功能包括对镜头变焦、聚焦、光圈、防护罩的雨刷及云台的上、下、左、右等功能的控制。(四)显示与记录系统的设计

专业监视器一直是视频监控系统的主要显示设备，在专业监视器的选择时主要考虑的是技术参数与前端设备的匹配问题以及可靠性，另外，外形尺寸是否适合标准机架安装、设备的功耗、设备的坚固程度、设备的散热、设备的外观等也是选择的参考指标。

除了专业监视器以外，大型监控项目中还会采用大屏幕投影作为多屏拼接的主监视设备。大屏幕投影设备有DLP投影机、液晶投影机等，这时显示系统已经由单一的监视器显示设备变为一个各种信号格式的图像显示方案。一般来说，大屏幕投影可以提供如下功能：

(1)具有最大的灵活性。可以在投影墙上任意开出计算机和视频窗口。

(2)可实现多图层显示。

(3)支持多屏图像拼接，整体效果一致，无变形。

(4)支持多路计算机信号、视频信号和网络信号。

(5)画面能够自由缩放、移动，不受物理拼缝的限制。

(6)系统控制软件可以完成对大屏幕显示信号的选择，图像显示位置、大小的设定及投影系统的控制，显示系统操作方便。大屏幕的基本配置为：投影单元(含内部图像处理器)、外部图像处理器、控制计算机(含控制软件)、视频切换矩阵、计算机信号切换矩阵、连接线缆、控制机柜。在大屏幕投影的实际设计中，需要针对现场条件和显示要求，确定大屏幕的数量和信号显示数量，选择合适的投影厂商后，寻求大屏幕投影厂商直接的技术支持。记录设备是视频监视系统的记录和重放装置，模拟时代主要采用时滞录像机，可用控制信号自动操作录像机的遥控功能。数字硬盘录像系统是集计算机网络化、多媒体智能化与监控电视为一体，以数字化的方式和全新的理念构造出的新一代监控图像硬盘录像系统。系统在实现本地数字图像监控管理的同时，又能实现监控图像画面的远程传送，加强了整体安全管理。目前，硬盘录像机生产厂家众多，可选范围较广。(五) DVR视频监控系统设计

1.采集卡的选择

采集卡分软压采集卡、D1画质高清晰硬压卡和1708纯硬压采集卡。软压采集卡价格相对便宜些，经济划算，但清晰度一般，如果摄像机在480TVL以上时不建议采用；推荐采用D1画质高清晰硬压卡，此卡是目前广泛采用的采集卡，有图像清晰度高、兼容性强、稳定性好、远程操作简单等优点，对于索尼机芯的摄像机采用8800系列采集卡可以优质地反映摄像头的最佳效果。纯硬压采集卡价格相对较高，但是有稳定性好、不占用计算机的CPU、使用寿命长等优点，客户要求比较高的场合特别是事业单位、大型企业等可以选用纯硬压卡。

2.硬盘录像机的选择

目前市场上硬盘录像机产品的品种较多。硬盘录像机(DVR)的优劣可以从功能、储存容量及备份、图像清晰度、实时性和稳定性等几个方面来进行判断。

1)功能

功能是否齐全是DVR性能的重要表征，DVR的监控功能应具备如下功能：

(1)具有矩阵切换功能和多画面处理显示功能，使DVR的录像功能得到更充分的发挥。

(2)网络远程监控功能是当前硬盘录像机必备的功能，由于受带宽限制，压缩比大、网络传输效果佳的产品最受用户的欢迎。

(3)报警输入输出和多云台、镜头的控制，支持外接的各种报警器及联动报警设备，支持云台、镜头一体化球机，这样在发生事故时，控制摄像机到预定的位置并自动启动录像机进行录像。

2)储存容量及备份

硬盘录像机的储存容量由硬盘决定，购买硬盘录像机时，机体与硬盘是分开的。硬盘当然越大越好，只要市场上有这种规格，但最重要的是要有接口连接外部数字储存设备。

存储空间大小的选择与编码方式有关，关键参数是压缩码流。码流又叫比特流，指二进制连续数据流。码流的大小用码率(比特率，单位bps或b/s)来表示，一台硬盘录像机，一般有两种模式：固定码流模式下，最大码流即每路每秒的数据量；混合码流模式和固定画质模式下，最大码流即码率上限。设每路每秒数据量为XKB/s，那么每分钟每路的数据量是60XKB，每小时每路的数据量是3600XKB=3.6XMB，每天每路的数据量就是24×3.6XMB/s=86.4XMB，再假设有Y路摄像机来采集数据。那么整个系统一天需要的硬盘空间为86.4XYMB。如果客户需要保留30天的录像，那么整个系统需要的硬盘空间是30×86.4XYMB=2592XYMB=2.592XYGB,换成硬盘的存储单位还要除以8，所以是2.592XY/8GB=0.324XYGB。

如果已知每小时的码流来计算，则用如下的公式：硬盘空间是一个关键数据，还有一个关键数据是硬盘的缓存。也就是硬盘存储数据的速度或者说单位时间内存储数据的能力。这个数据在小系统中一般是无关紧要的，但是在监控摄像机前端较多而对应一个录像机硬盘时，就要加以考虑。

3)图像清晰度

图像清晰度的高低直接反映了DVR的品质，但是从技术原理上来说，清晰度越高，占用的储存容量就越大，因此让用户根据实际情况去调节清晰度的高低，才是最好的设计。图像清晰度还与压缩技术有关。

4)实时性

实时性是很多用户非常注重的一个性能指标，特别是在银行、收银台等场所的监控，对实时性要求更高，但实时性与硬盘转速、电脑配置和板卡造价是成正比的，同时全实时录像对网络传输监控带来了很大的压力。因此，在普通场所监控时可尽量采用非实时监控录像。如每秒6.5到12.5帧的图像即可满足保安室、大厅、工厂、住宅小区、宾馆、商场和电梯间等大多数场所监控的需要，而且网络传输效果更佳，硬盘储存时间更长。

5)稳定性

稳定性是硬盘录像机与其他软硬件产品非常重要的指标。稳定性与许多因素有关，硬盘录像机的稳定性与硬盘录像机的主板、显卡、录像卡、硬盘、操作系统和录像软件等有关。

对于基于PC机的DVR，影响其稳定运行的主要因素有：

(1) PC机。兼容PC机用于24 h不间断工作的性能不是很稳定，工控机相对兼容PC机的稳定性有很大的提高，适用于较复杂的工作环境，同时，对外部电/磁场的干扰也有一定的抑制功能。

(2)应用软件的设计必须进行稳定性的考证，其功能应支持多任务并发处理，如监控、录像、回放、备份、报警、控制和远程接入等多任务处理能力。

(3)硬件压缩与软件压缩。硬件压缩在多工模式和系统稳定性上比较软件压缩更为优越，其主要原因是软件压缩占用CPU资源非常大，使其他功能在运行时，CPU来不及处理造成DVR死机。

(4)视频采集的结构可采用多卡方式，也可采用单卡方式，单卡方式集成度高，稳定性会优于多卡方式，有时为了提高性能(如提高图像的处理速度)，常采用多卡方式，甚至一路一卡方式，这样很容易形成软件与硬件冲突，对DVR的稳定性有较大的影响。

6)压缩技术

压缩技术是硬盘录像机的核心，选择何种压缩方法最为关键。这里既要考虑到图像的画质，又要顾及图像的存储量和传输速度。目前市面上硬盘录像机的压缩方式主要有M-JPEG、小波算法、MPEG-2、MPEG-4和H.264等。

(1) M-JPEG是一种基于静态图像压缩技术JPEG发展起来的动态图像压缩技术，其缺点一是压缩效率低，M-JPEG算法是根据每一帧图像的内容进行压缩，而不是根据相邻帧图像之间的差异来进行压缩的，因此造成了大量冗余信息被重复存储，存储占用的空间大到每帧8 KB～20 KB，最好也只能做到每帧3 KB。另外，它的实时性差，在保证每路都必须是高清晰度的前提下，很难完成实时压缩，而且丢帧现象严重，如果采用高压缩比则视频质量会严重降低。该类卡趋于淘汰，但价格便宜。

(2)小波算法是使图像信号的时域分辨率和频域分辨率同时达到最高的技术。内核是采用行进中压缩和解压缩方式，压缩比可达70∶1或更高，压缩复杂度约为JPEG的3倍，它为MPEG所采用，因为图像的小波分解非常适宜于视频图像压缩，使图像压缩成为小波理论最成功的应用领域之一。该类卡受MPEG-4硬盘录像卡的冲击，也趋于淘汰。

(3) MPEG-2是获得更高分辨率(720 × 572)和提供广播级视音频的编码标准。MPEG-2作为MPEG-1的兼容扩展，它支持隔行扫描的视频格式和许多高级性能包括支持多层次的可调视频编码，适合多种质量如多种速率和多种分辨率的场合。它适用于运动变化较大，要求图像质量很高的实时图像。对每秒30帧、720 × 572分辨率的视频信号进行压缩，数据率可达3 Mb/s～10 Mb/s。由于数据量太大，不适合长时间连续录像的需求。

(4) MPEG-4具有很高的压缩比，图像质量可变(从VCD到DVD的画质)，MPEG-4的压缩比远高于MPEG-1，更是M-JPEG所不能比拟的。采用MPEG-4的视音频全同步录像所需的硬盘空间约为相同图像质量的MPEG-1或M-JPEG所需空间的1/10，故用户尽量选择采用MPEG-4压缩格式的硬盘录像机，采用MPEG-4压缩的硬盘录像卡有软压缩与硬压缩两类板卡。MPEG-4硬压缩板卡市面上很多。但MPEG-4硬压缩软件基本属于二次开发。图像质量也是硬盘录像机的一个非常重要的性能指标，图像质量不仅仅与压缩方式有关，而且还与显卡、图像处理技术等软件技术有关，技术处理不当，运动图像往往会出现拖尾、锯齿及清晰度低等一系列弊端。由于这些缺陷很直观，用户与工程商比较容易选择。

(5) H.264是在MPEG-4技术的基础之上建立起来的，其编解码流程主要包括5个部分：帧间和帧内预测(Estimation)、变换(Transform)和反变换、量化(Quantization)和反量化、环路滤波(LoopFilter)、熵编码(EntropyCoding)。H.264/MPEG-4AVC(H.264)是1995年自MPEG-2视频压缩标准发布以后的最新、最有前途的视频压缩标准。通过该标准，在同等图像质量下的压缩效率比以前的标准提高了2倍以上，因此H.264被普遍认为是最有影响力的行业标准。

在模拟与数字结合的方式设计中，如果用户需要对前端设备进行控制时，需要将DVR的通信端与矩阵控制器相连，以实现作为矩阵分控键盘的控制操作，此时需要注意控制协议的兼容和同时支持的操作用户数量。

(六)网络视频监控系统的设计

网络视频监控系统前端设备是网络视频服务器或网络摄像机，它们是当前视频监控系统的核心设备，网络摄像机事实上可以看成是模拟摄像机和视频服务器的组合。在网络视频监控系统的设计中主要考察如下几点：

1.项目建设现场的网络资源情况

由于使用网络视频服务器的视频监控系统依赖于已经建设好的LAN/WAN，因此网络的情况将直接影响数字监控系统最终的建设。

2.系统摄像机的数量

与模拟系统一样必须确定摄像机的数量，这不仅决定视频服务器的数量和选择，更重要的是可以掌握系统所需的网络资源。

3.用户数量

视频监控系统中的用户根据级别的不同是通过专用软件或IE浏览方式访问前端摄像机图像的，确定用户数量尤其是同时访问的用户数量可以确定视频服务器软件用户授权的数量以及所需的网络资源。

4.录像功能的要求

当前视频服务器有的本身带有一定容量的硬盘，可以在前端实现数字录像，由远端的中心控制计算机与控制软件实现远程管理及图像的调用。但是绝大多数视频服务器是不能实现远端录像功能的，因此所有图像都需要通过网络在系统控制室进行图像的录制，此时需要考察用户对录像的实际要求，包括实时性、分辨率、录像时间和档案保存时间等，以便正确选择存储介质及录像方式。

5.模拟监视通道的数量

在一个较大的监控系统中，用户都会需要将若干个图像连接到大屏幕显示设备或模拟监视器上进行图像的观察，因此必须要求视频服务器具有相应的设备将网络传输的数字视频压缩信号还原成模拟信号在显示设备上显示。

对于视频服务器来说，需要根据需求确定模拟还原图像的质量、还原图像的数量，以确定数字视频设备的选择，并且掌握系统所需的网络资源。

6.中心控制软件及功能

视频监控系统的核心设备是视频服务器，但真正的使用功能实现需要强大的软件功能来支持，因此设计时应该考察用户对实际使用时的功能要求，以此选择使用的视频服务器软件。四、视频监控系统设计方案的典型案例

(一)模拟视频监控系统方案设计

1.总体功能设计

本着系统既要先进、实用、成熟和可靠，又要做到系统开放性、可扩展性好，兼顾投入合理和效益最佳的目的。视频监控系统对现场设备进行集中监视、控制和管理，使这些设备得以安全、可靠、高效地运行，最大限度地发挥智能管理的作用，创造安全、健康、舒适宜人和能提高工作效率的优良环境，节约能源，并减少维护人员。根据项目的环境需要，并结合功能需求建立闭路电视监控。CCTV系统的主要任务是对建筑物内重要部位的事态、人流等动态状况进行宏观地监视、控制，以便对各种异常情况进行实时取证、复核，以达到及时处理的目的。视频监控系统应具有以下功能：

(1)实现各种信号的控制：

①云台控制：上、下、左、右。

②镜头控制：变焦、聚集、光圈。

③录像控制：定点录像、时序录像。

④防护罩控制：雨刷、除霜、风扇、加热。

(2)对视频信号进行时序、定点切换、编程。

(3)察看和记录图像，应有字符区分并作时间(年、月、日)的显示。

(4)接收电梯层楼叠加信号。

(5)实现同步切换：电源同步或外同步。

(6)接收安全防范系统中各子系统信号，根据需要实现控制联动或系统集成。

(7)内外通信联系。

(8)视频监控系统与安全报警系统联动时，应能自动切换、显示、记录报警部位的图像信号及报警时间。

(9)电源控制。摄像机应由安保控制室引出专线统一供电，并由安保控制室操作通、断。对距安保控制室较远的摄像机统一供电确有困难时也可就近解决，如果系统采用电源同步方式，则必须是与安保控制室同相的可靠电源。

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