第4章 闭路视频监控系统设计.pdf

筑龙网 第第4章章 闭路视频监控系统设计闭路视频监控系统设计 闭路视频监控系统在智能大厦 智能小区的综合布线设计中占据重要的位置 通过实 施闭路视频监控系统 监控人员可以在中心控制室内及时了解大厦 小区的全面状况 使 保安人员可以及时处理各种突发事件 保障大厦 小区的安全 作为综合布线系统设计人 员 必须要掌握视频监控系统的构成及常用设备的特性 并理解典型的视频监控系统设计 方案 重点内容 闭路视频监控系统的组成 系统摄像部分 系统控制部分 闭路视频监控系统设计方 案 难点内容 系统控制部分组成及应用 闭路视频监控系统设计方案 4 1 闭路视频监控系统的概述闭路视频监控系统的概述 闭路视频监控系统是安全防范系统的一个组成部分 是目前智能大厦和智能小区必备 的系统 在我国国家标准 智能建筑设计标准 GB T 50314 2000 和建设部1999年月 12月颁发的 全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导则 中都明确安全防范 系统应配备闭路视频监控系统 闭路视频监控系统主要是辅助保安人员对于大厦内 住宅小区主要通道 公共场所等 的现场实况进行实时监视 通常情况下多台摄像机监视楼内的公共场所 如大堂 地下停 车场等 重要的出入口处 如 电梯口 楼层通道 等处的人员活动情况 当保安系统发 生报警时 会联动摄像机开启并将该报警点所监视区域的画面切换到主监视器或屏幕墙 上 并且同时启动录像机记录现场实况 大厦和小区的中心控制室可以对所控制的摄像点进行遥控 并可在非常事件突发时及 时将叠加有时间 地点等信息内容的现场情况记录下来 以便重放时分析调查 并作为具 有法律效力的重要证据 这样 既提高了保安人员处警的准确性 也可为公安人员迅速破 案提供有力证据 闭路视频监控系统的外围设备 可以通过系统辅助通讯接口进行联动控制 例如 门 禁 广播系统等都可以直接由闭路视频监控系统控制台控制 系统设计时应使它可以适应 各种场合的应用 4 2 闭路视频监控系统的组成闭路视频监控系统的组成 典型的闭路视频监控系统主要由前端设备和后端设备这两大部分组成 其中后端设备 可进一步分为中心控制设备和分控制设备 前 后端设备有多种构成方式 它们之间的联 系可通过电缆 光纤或微波等多种方式来实现 如图4 1所示 闭路视频监控系统由摄像 筑龙网 部分 传输部分 控制部分以及显示和记录部分四大块组成 在每一部分中 又含有更加 具体的设备或部件 主机 视频切换 动作 控制 字符发生 监视器 操作键盘 摄像机 解码器 控制线 视频传输线 摄像机 解码器 图4 1 闭路视频监控系统的基本组成 4 2 1 摄像部分摄像部分 摄像部分主要由摄像机 镜头 防护罩 安装支架和云台等组成 它负责摄取现场景 物并将其转换为电信号 经视频电缆将电信号传送到控制中心 通过解调 放大后将电信 号转换成图像信号 送到监视器上显示出来 1 摄像机 摄像机是摄像部分最关键的设备 它负责将现场摄取的图像信号转换为电信号并传送 到控制中心监控器上 因此摄像部分的好坏以及它产生的图像信号的质量将影响着整个系 统的质量 因此认真选择摄像部分的设备是至关重要的 摄像机有彩色和黑白二种 一般根据监视对象的环境和要求来选取 摄像机的主要技 术参数为CCD尺寸 像素数 分辨率 最低照度和信噪比等 CCD尺寸指的是CCD图像 传感器感光面的对角线尺寸 常见的规格为1 3英寸 1 2英寸 2 3英寸等 如图4 2所 示 近年来用于闭路视频监控的摄像机的CCD尺寸以1 3英寸规格为主流 图4 2 各种摄像机 像素数指的是摄像机CCD传感器的最大像素数 对于一定尺寸的CCD芯片 像素数越 多则意味着每一像素单元的面积越小 因而由该芯片构成的摄像机的分辨率也就越高 例 筑龙网 如 在闭路视频监控摄像机中使用的CCD传感器的像素有的已达到48万像素 分辨率指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时 在监视器 应比摄像机的 分辨率高 上能够看到的最多线数 当超过这一线数时 屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片 而不能分辨出黑白相间的线条 工业监视用摄像机的分辨率通常在380 460线之间 广播 级摄像机的分辨率则可达到700线左右 低照度指的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 例如 使用F1 2的镜头 当被景物的光亮度值低到0 04lx 时 摄像机输出的视频信号幅值为最大幅值的50 即达到350mV 标准视频信号最大幅 值为 700mV 则称此摄像机的最低照度为0 04lx F1 2 被摄景物的光亮度值再低 摄像 要输出的视频信号的幅值就达不到350mV了 反映在监视器的屏幕上 将是一幅很难分辨 出层次的 灰暗的图像 信噪比也是摄像机的一个主要参数 其基本定义是信号对于噪声的比值乘以20log 一般摄像机给出的信噪比值均是在AGC 自动增益控制 关闭时的值 因为当AGC接通 时 会对小信号进行提升 使得噪声电平也相应提高 CCD摄像机的信噪比的典型值一般 为45 55dB 摄像机的安装方式有固定和带云台二种 带云台的摄像机可以进行水平和垂直方向的 转动 从而使摄像机能覆盖的角度 面积更大 如果要设计全方位的视频监控点 则摄像 机需要安装在云台之上 2 镜头 镜头与摄像机联合使用 对系统的性能影响较大 目前闭路视频监视系统中 常用的 镜头种类有 手动 自动光圈定焦镜头和自动光圈变焦镜头 如图4 3所示 自动变焦镜头 常用视频驱动和直流驱动两种驱动方式 镜头一般可分为25 4mm l英寸 16 9mm 2 3英寸 12 7mm 1 2英寸 8 47mm 1 3英寸 和6 35mm 1 4英寸 等几种规格 它们分别对应着不同的成像尺 寸 在设计具体的工程项目时 要根据实际的环境照度和距离远近来确定镜头的种类 一 般镜头的规格不应小于摄像机的规格 筑龙网 3 云台 如果一个监视点上所要监视的环境范围较大 则在摄像部分中必须设置云台 云台是 承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置 如图4 4所示 云台内装两个电动机 这两个电动机一个负责水平方向的转动 另一个负责垂直方向的转动 水平转动的角度一 般为350 垂直转动则有 45 35 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 云台的选择通常根据旋转角度和速度来确定 目前一些摄像部分增加了高 速摄像系统 云台的水平转速高达2000 s以上 垂直转速高达300 s以上 云台大致分为室内用云台及室外用云台 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 图4 4 可安装摄像机的云台装置 4 解码器 解码器是属于前端设备的 它一般安装在配有云台及电动镜头的摄像机附近 解码器 一端通过多芯控制电缆直接与云台及电动镜头连接 另一端通过通信线缆 通常为两芯护 套线或两芯屏蔽线 与监控室内的系统主机相联 解码器的作用是对专用数据电缆接收的来自控制主机的控制码进行解码 放大输出 驱动云台的旋转 以及变焦镜头的变焦与聚焦的动作 通常 解码器对云台的驱动电压为24VAC 对镜头的驱动电压为 7V l2VDC 在 选择解码器时 除应考虑解码器与其所配套的云台 镜头的技术参数是否匹配外 还要考 虑解码器要求的工作环境 4 2 2 传输部分传输部分 传输部分就是系统的图像信号传送的通道 闭路视频监控系统的传输部分除了传输图 像信号外 还可以传输声音信号和控制信号 图像信号是通过摄像机摄取的 声音信号是 通过另配的监听头拾取的 控制信号则由控制中心的控制设备发出 以控制镜头 云台等 设备 筑龙网 1 传输方式 目前闭路视频监控系统大多数采用视频基带传输方式 即通过视频同轴电缆传输信 号 如果在摄像机距离控制中心较远的情况下 视频同轴电缆已超过最大传输距离的限 制 这时闭路视频监控系统可以采用射频传输方式或光纤传输方式 不同的传输方式 所 使用的传输部件及传输线路都有很大的差异 2 传输线缆 摄像机 监听头 报警探测器等捕获的图像信号 视音频信号 感应控制信号传送到 控制中心 而另一方面将控制中心的各种控制指令要传送到多功能解码器等受控对象 因 此 传输系统应该是双向传输的 通常情况下 传输系统采用多种传输介质来传输不同类型的信号 摄像机输出的视频 信号采用同轴电缆连接 监听头输出的音频信号采用2芯屏蔽线连接 报警探测器输出的 是开路或短路的开关量信号 可通过普通 非屏蔽 2芯线连接 由中心控制主机发出的 控制指令则通过2芯屏蔽双绞线与前端解码器连接 如图4 5所示 显示出从前端到控制中 心端所需的各种电缆 前端设备 前端设备 多条视频 多条视频 通信电缆 图4 5 从前端到中心控制端所需的各种电缆 常用的视频同轴电缆为75 的同轴电缆 其结构如图4 6所示 通常使用的电缆型号为 SYV 75 3和SYV 75 5 它们对视频信号的无中继传输距离一般为300 500m 当传 输距离更长时 可相应选用SYV 75 7 SYV 75 9或SYV 75 12的粗同轴电缆 在 实际工程中 粗缆的无中继传输距离可达1km以上 如果传输距离更远则可以可考虑使 用视频放大器 绝缘介质 外导体护套 芯线 图4 6 视频同轴电缆结构 音频 通信及控制信号的传输通常不采用同轴电缆 其中音频及通信电缆使用2芯线 缆 而控制电缆为10芯线缆 音频及通信电缆通常可选用2芯屏蔽电缆 在电磁干扰不强 的环境中 也可选用4对非屏蔽双绞线作为音频和通讯的电缆 筑龙网 4 2 3 控制部分控制部分 控制部分是整个系统的 心脏 和 大脑 是实现整个系统功能的指挥中心 闭路 视频监控系统的控制设备一般放置在监控室内 控制设备主要包括 视频矩阵切换主机 视频分配器 视频放大器 视频切换器 多画面分割器 时滞录像机 控制键盘及控制台 等 1 视频矩阵切换主机 视频矩阵切换主机包括视频输入 输出模块 通信控制模块 报警处理模块 电源装 置 视频矩阵切换主机的主要技术指标为主机的容量 它指的是输入与输出的视频信号的 数量 如图4 7所示 视频矩阵切换器一般有4路 8路或32路甚至更多的视频输入接口 使用BNC插头或复合视频接口 视频矩阵切换器可将多种信号源选择两种或两种以上输出 给不同的显示设备 因此视频矩阵切换器是多输入接口和多输出接口的 它的接口方式更 多如RS 323接口 串口 8路D型15针 RS232控制输入 RCA接口 9针COM连接口等 视频矩阵切换器一般有面板手动控制 RS 232控制 遥控键盘 选装 等控制方式 图4 7 视频矩阵切换器 2 视频分配器和视频放大器 视频分配器用于将一路视频信号变换出多路信号 输送到多个显示与控制设备 当摄 像机距离控制室超过300米以上时 因视频信号输出的损失和高频衰减 可能影响到输出 图像的质量 所以此时需要增加视频放大器 通过视频放大器对传输的视频信号进行放 大 使得传输距离更远 3 视频切换器和多画面分割器 视频切换器用于视频切换 多路视频信号进入视频切换器后 通过切换器的切换输 出 便能达到用少量的监视器去监视多个监控点的目的 多画面分割器可实现在一台监视器上同时连续地显示多个监控点的图像画面 目前常 用的有4 9和16画面分割器 如图4 8所示为4路视频多画面分割器 通过分割器 可用一 台录像机同时录制多路视频信号 回放时还能选择任意一幅画面在监视器上全屏放映 图4 8 4路视频多画面分割器 筑龙网 4 时滞录像机 闭路视频控制系统的录像机可以将前端系统传输的视频和音频信号同时录制 用于24 小时对监视系统录像或报警录像 时滞录像机主要功能是可以用180分钟的普通录像带 录制长达12小时 24小时 48小时 甚至更长时间的视频信息 利用这种功能可以为闭路 视频监控系统的图像记录提供了减少录像带的保存数量 重放时节省观看时间等有利条 件 一般来说 这种录像机在进行长时间录像时 录制后的重放画面会产生一定程度的不 连续感 其重放画面的清晰度也不如正常速度录像重放画面高 但尽管如此 由于在闭路 监控系统中 在非报警的情况下 一般没有必要实时录像 而且一般的长时间录像机在24 小时方式的长时间录像中 丢帧的比例并不大 所以还是能满足要求的 5 控制键盘和控制台 控制键盘是监控人员控制闭路视频监控设备的平台 通过它可以切换视频 遥控摄像 机的云台转动或镜头变焦等 它还具有对监控设备进行参数设置和编程等功能 如图4 9 所示为常用的控制键盘 图4 9 常用的控制键盘 每个闭路视频监控系统都安装有控制台 可以在控制台上安装控制键盘 录像机 小 型主监视器等设备 方便对设备进行集中管理 4 2 4 显示部分显示部分 显示部分一般由几台或多台监视器 或带视频输入的普通电视机 组成 它的功能是 将传送过来的图像一一显示出来 特别是由多台摄像机组成的闭路视频监控系统中 一般 都不是一台监视器对应一台摄像机进行显示 而是几台摄像机的图像信号用一台监视器轮 流切换显示 因为被监视场所不可能同时发生意外情况 所以平时只要隔一定的时间 比 如几秒 十几秒或几十秒 显示一下即可 当某个被监视的场所发生情况时 可以通过切 换器将这一路信号切换到某一台监视器上一直显示 并通过控制台对其遥控跟踪记录 一般的系统中通常都采用的摄像机对监视器的比例数为4 1 8 1 16 1 目前 常用 筑龙网 的摄像机对监视器的比例数为4 1 即四台摄像机对应一台监视器轮流显示 当摄像机的 台数很多时 再采用8 1或16 1的设置方案 在多监控点的系统中 用画面分割器把几台摄 像机送来的图像信号同时显示在一台监视器上 也就是在一台较大屏幕的监视器上 把屏 幕分成几个面积相等的小画面 每个画面显示一个摄像机送来的画面 这样可以大大节省 监视器 并且操作人员观看起来也比较方便 为了节省开支 对于非特殊要求的闭路视频监控系统 监视器可采用有视频输入端子 的普通电视机 而不必采用造价较高的专用监视器 监视器 或电视机 的屏幕尺寸宜采 用14英寸至18英寸之间的 如果采用了画面分割器 可选用较大屏幕的监视器 监视器的选择 应满足系统总的功能和技术指标的要求 特别是应满足长时间连续工 作的要求 4 3 闭路视频监控系统设计方案闭路视频监控系统设计方案 通常的闭路视频监控系统规模都不大 其功能也相对简单 但其适用的范围非常广 闭路视频控制系统所监视的对象多种多样 可以是人 商品 货物或车辆 也可以是大 厦 小区的门口 楼道等 它可以与防盗报警系统或出入口控制系统组合 构成综合保安 监控系统 4 3 1中小型电视监控系统中小型电视监控系统 1 简单的定点监控系统 最简单的定点监控系统就是在监视现场安置定点摄像机 摄像机配接定焦镜头 通 过同轴电缆将视频信号传输到监控室内的监视器 例如 在小型工厂的大门口安置一台摄 像机 并通过同轴电缆将视频信号传送到厂办公室内的监视器 或电视机 上 管理人员 就可以看到哪些人上班迟到或早退 离厂时是否携带了厂内的物品 若是再配置一台录像 机 还可以把监视的画面记录下来 供日后检索查证 这种简单的定点监控系统适用于多种应用场合 当摄像机的数量较多时 可通过多路 切换器 画面分割器或系统主机进行监视 以某著名外企总部为例 该总部曾多次丢失高 档笔记本电脑 后来在其各楼层的所有12个出口都安装了定点摄像机 并配备了3台四画 面分割器和24小时实时录像机 有效地杜绝了上述失盗现象 某招待所也是采用了这种简单的定点监控系统 这是在1 6层客房通道的两端各安装 一台定点黑白摄像机 加上大门口 门厅 后门 停车场等4个监视点共计16台摄像机 再配置一台16画面分割器 一台29英寸大屏幕彩电和一台24小时录像机便构成了完整的监 控系统 当监视的点数增加时会使系统规模变大 但如果没有其他附加设备及要求 这类监控 系统仍可归属于简单的定点系统 以某超市的闭路电视监控系统为例 由于该超市的营业 面积较大 上下两层总计约16000 货架较多 总共安装了48台定点黑白摄像机 这 48台摄像机的信号被分成了3组 分别接到了对应的16画面分割器 17英寸黑白监视器和 筑龙网 24小时录像机 图4 10显示出了该超市闭路视频监控系统的构成 图4 10 某超市闭路视频监控系统的构成 2 简单的全方位监控系统 全方位监控系统是将上述定点监控系统中的定焦镜头换成电动变焦镜头 并增加可上 下左右运动的全方位云台 使每个监视点的摄像机可以进行上下左右的扫视 其所配镜头 的焦距也可在一定范围内变化 监视场景可拉远或推进 云台及电动镜头的动作由控制 器或与系统主机配合的解码器来控制 最简单的全方位监控系统与最简单的定点监控系统相比 在前端增加了一个全方位云 台及电动变焦镜头 在控制室增加了一台控制器 如SP3801 另外从前端到控制室还需多 布设一条多芯 10芯或12芯 控制电缆 以某小型制衣厂的监控系统为例 在其制衣车间安装了两台全方位摄像机 在厂长办 公室内配置了一台普通电视机 一台切换器和两台控制器 当厂长需要了解车间情况时 只需通过切换器选定某一台摄像机的画面 并通过操作控制器使摄像机对整个监控现场进 行扫视 也可以对某个局部进行定点监视 在实际应用中 并不一定使每一个监视点都按全方位来配置 通常仅是在整个监控系 统中的某几个特殊的监视点才配备全方位设备 例如 在上述的某招待所的定点监控系统 中 也可考虑将监视停车场情况的定点摄像机改为全方位摄像机 更换电动变焦镜头并增 加全方位云台 再在控制室内增加一台控制器 这样就可以把对停车场的监视范围扩大 了 既可以对整个停车场进行扫视 也可以对某个局部进行监视 特别是当推进镜头时 还可以看清车牌号码 图4 11为增设一个全方位监视点的闭路监控系统结构图 筑龙网 图4 11 增设一个全方位监视点的闭路监控系统结构图 3 具有视频矩阵切换主机的监控系统 一般来说 当闭路视频监控系统中的全方位摄像机数量达到3 4台以上时 就可考虑 使用小型系统主机 虽然用多台单路控制器或一台多路 如4路或6路 控制器也可以实现 全方位摄像机的控制 但这样所需的控制线缆数量较多且线缆的长度将过长 很容易造成 云台及电动镜头动作迟缓甚至不动作 整个系统也会显得零乱 使用视频矩阵切换主机会增加整个监控系统的造价 这是因为视频矩阵切换主机的造 价要比普通切换器高 而与之配套的前端解码器的价格也比普通单路控制器高 但是 视 频矩阵切换主机集成了报警探测器模块 可以方便地将防盗报警系统与闭路视频监控系统 整合于一体 当有探测器报警时 该视频矩阵切换主机还可自动地将主监视器画面切换到 发生警情的现场摄像机所拍摄的画面 如图4 12所示为采用视频矩阵切换主机的闭路视频 监控系统的结构 筑龙网 图4 12 采用视频矩阵切换主机的闭路视频监控系统的结构 5 具有声音监听的监控系统 有些闭路视频监控系统除了进行视频监控外 还经常需要对现场声音进行监听 例如 银行柜员制监控系统 为此 在原有的视频控制系统基础之上 还应增加声音监控的子系 统 要实现声音监控就是要增加监听头以实现对声音信号的采集 并通过音频电缆将声音 信号传输到控制中心 以便进行监控 对于简单的一对一结构 摄像机 录像机 监视器 只要增加监听头及音频传输 线 即可将视音频信号一同显示 监听并记录 对于切换监控的系统来说 则需要配置视 音频同步切换器 它可以从多路输入的视音频信号中切换并输出已选中的视频及对应的音 频信号 4 3 2 大中型闭路视频监控系统大中型闭路视频监控系统 大中型闭路视频监控系统设置的监视点数很多 除了定点监视点外 还包含了大量的 全方位监视点 视频监控系统还经常与防盗报警系统集成为一体 控制系统的中心控制室 汇集了大量的视频和语音信号 因此控制中心需要安装多个视频和语音处理设备进行信号 集中控制管理 1 大中型闭路视频监控系统的特点 从原理上说 大中型闭路视频监控系统与前面介绍的小型闭路视频监控系统是一样 的 都是由摄像部分 传输部分 控制部分以及显示和记录部分四大块组成 相对于小型闭路视频监控系统 大中型闭路视频监控系统具有以下特点 1 系统的规模大 前端摄像机的数量及中心控制端设备的数量都很多 中心控制室的场面也很庞大 往 往还要安装一面庞大的监视器墙 能同时显示出大小不等的十几个甚至几十个实时监控现 筑龙网 场的画面 另外还在很多相关部门设有分控系统 有时还会与防盗报警系统或门禁刷卡系 统联动 2 复杂程度高 作业难度大 传输条件恶劣 使得十几个点的监控系统比普通超 市或写字楼中的几十个甚至上百个点的监控系统的施工与调试还难 2 多主机多级电视监控系统 常规的闭路视频监控系统一般只有一台视频矩阵切换主机 即使是大中型系统 也只 是增加摄像机的数量和增加分控系统的数量 但是对某些特殊应用的场合 这种单台视频 矩阵切换主机加若干台分控器的实现方法是不能满足用户需要的 以某大型工厂的监控系统为例 用户要求在其每一个相对独立的厂区都安装一套闭路 电视监控系统 各厂区内有独立的监控室 管理人员可以对本系统进行任意操作控制 而 整个工厂还要建立一个大型监控系统 将各厂区的子系统组合在一起 并设立大型闭路视 频监控中心 在该中心可以任意调看某一厂区中某一个摄像机的图像 并对该摄像机的云 台及电动变焦镜头进行控制 这就提出了由各厂区的多台视频矩阵切换主机共同组成大型 闭路视频监控系统的要求 由于各视频矩阵切换主机的内部结构和工作原理是一样的 因此 相对于普通的视频 矩阵切换主机来说 这种多主机系统的各个主机都增加了地址标识码 可以被上一级主机 选调 各摄像机的图像则经过二级或三级切换被选调到主中心控制室的监视器上 如图4 13所示为多级视频矩阵切换主机连接控制系统图 筑龙网 系列矩阵主机 一级系统 二级系统 SP8000 8200 8300 系列矩阵主机 F2 F2 F2 F1 F1 F1 A UX A UX A UX A CK A CK A CK A A A B B B LA ST LA ST LA ST NE XT NE XT NE XT RUN RUN RUN TIME TIME TIME P ROG P ROG P ROG US E