毕业设计（论文）智能视频监控系统的创建和应用设计毕业论文.doc

毕业设计（论文）-智能视频监控系统的创建和应用设计毕业论文 苏州市职业大学毕 业 设 计 说 明 书毕业设计题目 智能视频监控系统的构建及应用 系 电子信息工程系 专业班级 姓 名 学 号 指导教师 2010年 6月11日摘 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第1章 绪论4第2章 cctv系统的组成521模拟系统前端部分的功能522传输部分的作用523控制部分624监控系统数字部分的组成6第3章 闭路电视主要设备参数和如何合理有效的选取731摄像机的功能和技术参数7com分类7com的性能732摄像机镜头1033云台1134防护罩 防尘罩 和支架解码器13com13com1335监视器 显示器 1436控制信号的传输方式1537控制中心控制设备与监视设备16第4章 数字视频监控系统和它的技术优势2141概述2142数字监控系统的组成2143视频压缩格式2144监控图像的存储2245微机视频监控系统2246网络视频监控系统2347视频信号传输方式23com缆和同轴视频放大器23com和双绞线视频传输设备24com光端机24com输方式的技术特点24第五章 浅谈校园监控系统的建设2651需求分析2652系统设计27com防线校园周界大门出入口28com防线校园内室外包括操场主要路口等29com防线各教学楼办公楼宿舍楼室和食堂等3053结语31结 论32致 谢33参 考 文 献34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21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22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23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24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31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com分类按ccd靶面大小 axb 分有lin23in12inl3inl4in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 254mm23 in 17mm 12 in 13mm 13 in 85mm 14 in 65mm 相场高amm9666463624像场宽bmm12888644832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1312inpal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com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 f28f36 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 x3 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220vi lov24v直流24v12v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32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33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0350垂直转动则有354575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3s10s垂直在4s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200s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34防护罩 防尘罩 和支架解码器com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com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35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36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 37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l1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41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42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43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44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45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46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将由集总式向集散式系统过渡集散式系统采用多层分级的结构形式具有微内核技术的实时多任务多用户分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化模块化和系列化的设计系统设备的配置具有通用性强开放性好系统组态灵活控制功能完善数据处理方便人机界面友好以及系统安装调试和维修简单化系统运行互为热备份容错可靠等功能系统的网络化在某种程度上打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限47视频信号传输方式在监控系统中监控图象的传输是整个系统的一个至关重要的环节选择何种介质和设备传送图象和其它控制信号将直接关系到监控系统的质量和可靠性目前在监控系统中用来传输图象信号的介质主要有同轴电缆双绞线和光纤对应的传输设备分别是同轴视频放大器双绞线视频传输设备和光端机要组建一个高质量的监控网络就必须搞清楚这三种主要传输方式的特点和使用环境以便针对实际工程需要采取合适的传输介质和设备com缆和同轴视频放大器一提起图象传输人们首先总会想起同轴电缆因为同轴电缆是较早使用也是使用时间最长的传输方式同时同轴电缆具有价格较便宜铺设较方便的优点所以一般在小范围的监控系统中由于传输距离很近使用同轴电缆直接传送监控图象对图象质量的损伤不大能满足实际要求com和双绞线视频传输设备由于传统的同轴电缆监控系统存在着一些缺点特别是传输距离受到限制早期在传输距离超过五六百米的监控系统中一般使用多模光纤和多模光端机解决了远距离传输的问题不过系统造价增加了不少最近出现了一种双绞线视频传输设备通过使用此种设备可以将双绞线应用于监控图像传输它很好地解决了上面的难题但是跟同轴电缆一样这种方式也面临同样的干扰和维护问题且技术成熟度如何目前还未见大量应用com光端机光纤和光端机应用在监控领域里主要是为了解决两个问题一是传输距离一是环境干扰双绞线和同轴电缆只能解决短距离小范围内的监控图象传输问题如果需要传输数公里甚至上百公里距离的图象信号则需要采用光纤传输方式另外对一些超强干扰场所为了不受环境干扰影响也要采用光纤传输方式因为光纤具有传输带宽宽容量大不受电磁干扰受外界环境影响小等诸多优点一根光纤就可以传送监控系统中需要的所有信号传输距离可以达到上百公里光端机可以提供一路和多路图象接口还可以提供双向音频接口一路和多路各种类型的双向数据接口 包括rs232rs485以太网等 将它们集成到一根光纤上传输光端机为监控系统提供了灵活的传输和组网方式信号质量好稳定性高近些年来由于光纤通信技术的飞速发展光纤和光器件的价格下降很快使得光纤监控系统的造价大幅降低所以光纤和光端机在监控系统中的应用越来越普及光纤分为多模光纤和单模光纤两种多模光纤由于色散和衰耗较大其最大传输距离一般不能超过5陆所以除了先前已经铺好了多模光纤的地方外在新建的工程中一般不再使用多模光纤而主要使用单模光纤光纤中传输监控信号要使用光端机它的作用主要就是实现电一光和光一电转换光端机又分为模拟光端机和数字光端机com输方式的技术特点监控系统中的信号有三类图像音频数据如何将这三种信