视频监控系统基本知识

1、视频监控系统基本知识一、视频监控发展史视频监控系统发展经历了二十几年的时间，从最早的模拟监控（CCTV）到数 字监控再到现在方兴未艾的网络监控，发生了翻天覆地的变化。从技术的角度出 发，视频监控系统的发展划分为模拟视频监控系统（CCTV）、基于“PC+多媒体 卡”的数字视频监控系统（DVR）和基于“智能视频监控管理软件+芯片及的嵌 入式视频编码器”的网络视频监控系统（NVS）。模拟视频监控系统视频监控系统是随着电视和摄像机的出现发展壮大起来的。最早期的产品， 多以摄像机与监视器（电视）一对一监视系统为主，开始了视频监控系统的先河。 在构建视频监控系统的实践中，为了避免对监视器极大的浪费，出现采

2、用简单硬 件电路方式的视频切换器。随着新技术革命的兴起，微处理器进一步普及和发展， 出现了以微处理器为核心的矩阵切换控制系统。在九十年代，伴随着计算机多媒 体技术的萌芽及发展，模拟视频监控系统利用矩阵切换器外挂计算机的方式，实 现了对监控系统的多媒体控制，使模拟视频监控系统有了良好的人机界面，初步 显示出了数字视频监控系统的雏形。数字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，视频监控步入了数字化时代。数字视频监控系统 以本地局域以太网为依托，以数字视频的压缩、存储和播放为核心，以单机管理 软件为特色，引发了视频监控行业的技术革命

3、，相继出现了上百种数字硬盘录像 机产品。数字硬盘录像机（DVR）通过在工控机箱安装视频压缩卡，将前端模拟信号转换为数字信号再上网传输，属非嵌入式系统。优点：能实现在网上“互联互通”及授权客户直接访问；便于构建系统及方便联网；成本低廉。缺点： 现场不能脱离PC机；系统稳定性差；扩展性和灵活性差；不利于远程传输。网络视频监控系统网络视频监控系统是随着计算机技术、多媒体技术、数字图像压缩技术以 及网络应用的飞速发展，迎应模拟CCTV监控系统和数字视频监控系统的弊端与 时代发展的需求而产生的。它的工作方式不同于模拟CCTV监控系统和数字视频 监控系统，完全支持网络化操作，但也支持模拟CCTV监控系统的

4、工作模式，支 持从模拟系统升级到网络化系统，从而保证用户前期投资不出现浪费。网络视频监控系统利用标准的LAN/MAN/WAN/Internet作为传输视频、音频 和数据的中枢链路，与模拟视频监控系统和数字视频监控系统不同的是，利用这 些在大多数企业已经广泛使用的计算机网络，嵌入式视频前端可以方便地布置在 网络地任何地方，而且，视频图像可以灵活地在网络上的任何地点被接收，而不 是像从前那样只能在本地看到图像，利用网络技术，现场视频图像可以被发送到 任何地方。系统具有强大地灵活性和扩展性。网络视频监控系统使用开放的标准协议和网络进行通信，让系统具有广泛的 兼容性和很高的集成性。产品包括网络视频编码

5、器(Video Encoder)和网络摄 像机(Network Camera)。在现场通过视频服务器对模拟视频压缩编码，或者采 用网络摄像机，它们的输出即为IP信号并直接上网传输，在强大地智能监控管 理软件的支持下，监控端利用PC机运行浏览器就可以进行监视与控制。优点：现场不需PC机支持；可全天24小时运行，系统稳定性高；基于Web的系统管理，配置方便；强大的权限管理和保密功能；高端产品能够方便地实现大屏幕显示；兼容模拟视频监控系统；充分利用网络资源和功能，组网方式灵活；构建大系统，实现远程监控优势明显。缺点：目前成本相对较高二、视频监控系统概述随着多媒体技术的发展以及计算机图像文件处理技术的

6、发展，视频监控在 视频捕捉、图象自动跟踪、实时处理及存储、录象回放等方面更有了长足发展， 从而在整个安全技术防范体系中具有举足轻重的地位。视频监控包括视频摄象子系统、图象传输子系统、视频显示与输出三大部份。视频监控系统原理图1、视频摄象子系统摄像部分是系统的原始信号源摄像部分是电视监控系统的前端部分，是 整个系统的“眼睛”，处于系统的最前端，并且由它捕捉监视场所情况转换成图 像信号传送到控制中心的监视器上。在摄像机上安装电动的（可遥控的）可变焦距（变倍）镜头，使摄像机所能观 察的距离更远，更清楚；把摄像机安装在电动云台上，通过控制台的控制，可以 使云台带动摄像机进行水平和垂直方向的转动，使摄像

7、机能覆盖更大的角度、面 积。2、图象传输子系统传输部分是系统的图像信号通路。一般来说，传输部分单指的是传输图像 信号。视频监控系统的信号传输有视频基带传输方式、射频传输方式、光纤传输 方式。不同的传输方式，要求的传输部件及传输线路有较大的不同。传输部分的 好坏将影响到整个系统的质量。在CCTV视频监控系统中，主要有两种信号，一是电视信号，二是控制信 REDSAFE（HK） TECH ,LTDdesigner:Devis.zhang号。电视信号是从前端的摄像机流向控制中心；而控制信号则是从控制中心流向 前端的摄像机、云台等受控对象。流向前端的控制信号，一般是通过设置在前端 的解码器解码后再去控制

8、摄像机和云台等受控对象的。2. 1视频基带传输方式是指从摄像机至控制台之间传输电视图像信号，这些信号完全是视频信 号。视频传输方式的优点是传输系统简单；在一定距离范围内，失真小；信噪 比低；不必增加调制器、解调器等附加设备。缺点是传输距离不能太远；一根电 缆只能传送一路电视信号等等。由于电视监控系统一般摄像机与控制台之间的距 离都不是太远，所以是最常用的一种传输方式。一 ,n 摄像机匚匿割: ；控制台一摄像机视频基带传输方式2. 1. 1视频平衡传输系统目前，解决远距离视频传输的一种比较好的办法是采用“视频平衡传 输”方式。摄像机输出的视频信号经发射机转换为一正一负的差分信号，经双绞线传 输至

9、监控中心的接收机，再重新合成为标准的全电视信号送入控制台中的视频切 换器等设备。这种传输方式不加中继器时，黑白电视信号最远可传输2000m ；彩 色电视信号最远可传输1500m。加中继器时最远可传输20km。视频平衡传输系统2. 1. 2远端切换方式在视频传输方式下，如果在距离监控中心较远的某个同一方向相对集中较 多台摄像机时，也可以采取“远端切换方式”。所谓“远端切换方式”，就是把 原来在控制台上进行的切换（视频信号切换及控制信号切换）移到远端摄像机群 附近的地方进行。可以大大减少传输线路的数量。远端切换方式2. 2射频传输方式在视频监控系统中，当传输距离很远又同时传送多路图像信号时，有时

10、也采用射频传输方式，也就是将视频图像信号经调制器调制到某一射频频道上进 行传送。优点：传输距离远；传输过程中产生的微分增益和微分相位较小，因而失真小；一条传输线可以同时传送多路射频图像信号。缺点： 需增加调制器、混合器、线路宽带放大器、解调器等传输部件， 而这些传输部件会带来不同程度的信号失真，并且会产生交扰调制与相互调制等 干扰信号。射频传输方式2. 3光缆传输方式用光缆代替同轴电缆进行电视信号的传轴，给视频监控系统增加了高质 量、远距离传输的有利条件，其传输特性和多功能是同轴电缆线所无法比拟的。 先进的传输手段，稳定的性能、高的可靠性和多功能的信息交换网络还可为以后 的“城市报警与监控系统

11、”奠定良好的基础。 传输容量大：通过一根光纤可传输几十路以上的电视信号。传输质量高:光纤传输需要相当多的中继放大器，因而没有噪声和非线性 失真迭加。保密性能好：适合保密系统使用。同时，光纤传输不受电磁干扰，适合应 用于有强电磁干扰和电磁辐射的环境中。敷设方便：光缆具有细而轻、拐弯半径小、抗腐蚀、不怕潮、温度系数小、 不怕雷击等优点，为光缆的敷设工程带来了很大的方便。 调频（FM）光缆传输：它可传输多频道高质量信号，传输距离远。数字光缆传输:这种系统无中继噪声积累，无任何交互调失真，在极长的 距离上有很好的图像质量。但一根光纤只能传输68路电视信号。多路调幅（AM）光缆传输：它是一种残留边带调幅

12、光缆传输系统。一般 AM光纤可传输40个频道，且性能/价格比高，发展很快，目前已广泛应 用于有线电视系统中。2. 3. 1光接收器接收光缆传输的信号有直接检测和外差检测两种方式。直接检测是用检光器件把光信号转换成电信号，进而解出原始信号。现 已广泛应用于光缆传输的接收系统中。目前广泛应用的光接收器件是PIN光电二 极管。外差检测是将光信号与机内激光混频，取出差频信号经放大、解调来恢 复原始信号。这种方式目前还缺乏实用化技术。2. 3. 2光缆传输的工作原理光纤传输系统主要由光发射机、传输光缆和光接收机组成。光发射机的 核心器件是激光二极管，由前端来的射频信号对激光管的发光强度直接进行调 制。光

13、发射机一般采用分布反馈式(DFB)激光器。这是一种单模工作激光器， 具有良好的噪声性能、线性和互调性能，可用多频道AM组合信号直接调制。 光接收机一般采用光电二极管(PIN-PD)作为光转换器件。光缆传输的工作原理2. 4电话电缆传输方式是利用平衡电缆对的传送方式。在这方面的研究，我国已有多年历史， 已经生产出了这样的设备。但就其技术水平及应用领域都还未形成具有竞争力的 传输方式，并且还限制在单位内部的电视信号传输上。由于这种传输方式在远 距离、低成本方面具有优越性，已被广泛地应用于高速公路的交通监视系统以各 大宾馆、饭店之间的视频服务网中。优点：传送距离最远可达60km，这是目前连光缆也难以

14、轻易达到的水平。由于线路是对称平衡的，不易受到低频杂波的干扰。利用现有的电话电缆，并根据时分法对电缆进行多路复用，提高电缆的使用效率，降低运行费用。2. 5传输部件远距离传输信号的部件：视频放大器、幅频和相频补偿器。视频放大器有两种安装方式：一种是安装在摄像机输出端之后、传输线 之前。另一种是安装在传输线中间，用于放大已衰减了的视频信号，这种情况下 还应加装相位补偿器，以补偿由于传输所造成的信号的相位失真。幅频和相频补偿器。这种补偿器一般装在总控制台上的视频信号输入 端口，以补偿传输过来的视频信号由于传输而造成的高频信号幅度的衰减和整个 信号的相移失真。如传输黑白电视信号，即使传输距离较远，一

15、般也不必进行相 位补偿，但如是远距离传输彩色电视信号（视频传输），则必须加装幅频和相频 补偿器，否则会产生严重的信号失真，特别是色调失真。射频传送方式下的传输部件有调制器、射频放大器、解调器等等，这些 器件与有线电视网用的传输部件基本相同。光纤传送方式使用的传输部件有光调制器、光放大器、光解调器等，与 有线电视采用光纤传输时所用的部件基本相同。光调制器与光解调器在工程应用 上常称作光发送端机与光接收端机。电话电缆平衡传输方式下的传输部件中，有发送中继器、地沟中继器、 接收中继器、视频变压器，信号检测传感器等。3、视频显示与输出显示部分由多台监视器组成。它的功能是将传送来的图像显示出来。当某个被

16、监视的场所发生情况时，可以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。在一般的系统中通常都采用四比一、八比一、甚至十六比一的摄像机对监 视器的比例数设置监视器的数量。可采用“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。可以大大节省监视器，并且操作人员观看起来也比较方便。主要设备的原理和性能三、频监控系重要设备的原理和性能-摄象机与镜头云台与防护罩-视频切换器视频分配放大器主控制台/副控制台终端解码箱（解码控制器）画面分割器硬盘录像机传输部件1、摄象机与镜头摄像机是捕捉图像信号的设备，即被监视场所的画面是由摄像机将其光信 号（画面）变为电信号（图

17、像信号）。目前摄像机的光电转换的器件有CCD器件和CMOS。CCD （charge coupled device，电荷耦合器件）把成像的光信号变为电 信号，再通过放大、整形等一系列信号处理，最后变为标准的电视信号输出。主 要由索尼、飞利浦、柯达、松下、富士和夏普等公司生产。图像输出处理 放大 器芯片c c DCCD摄象机原理图CCD摄像机特点是：体积小、灵敏度高、寿命长。理论上CCD器件本身寿命 相当长而不会老化。这也是它对比以前的摄像管式摄像机具有的最大优点。CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）互补性氧化金属半导体。 CMOS主要是利用硅和锗

18、这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N （带-电）和P （带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处 理芯片纪录和解读成影像。由于感光度、灵敏度相对处于劣势，视频监控采用这 种方案，主要集中在CCD上。主要技术指标：清晰度：一般多给出水平清晰度。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，黑白摄像机在350线以上。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。照度一般用“勒克斯”（Lux）表示。信噪比：是指摄像机的图像信号与它的噪声信号之比。常用用S/N表示。 信噪比一般用分贝（dB）表示，一般要求其信噪比高于46d

19、B。AGC （自动增益控制）即将CCD根据光照度将信号放大（降低）到可以使 用水准的视频，其放大量即增益，BLC（背光补偿）可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗 的缺陷。AES （电子快门） 在CCD摄像机内，是用光学电控影像表面的电荷积累时 间来操纵快门。电子快门控制摄像机CCD的累积时间，当电子快门速度增加 时，在每个视频场允许的时间内，聚焦在CCD上的光减少，结果将降低摄像 机的灵敏度，较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个停顿动作效应， 这将大大地增加摄像机的动态分辨率。白平衡 图像的各种色彩是由红、绿、蓝三种颜色组成的，当电路中的 红、绿、蓝三种色彩各自的的信号电压相等

20、时，可以在监视器上输出纯白色 的被摄景物，此时称之为白平衡。此时，摄像机能够显示最真实的被摄物体。5、接口 镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种，在电视监控系统中 常用的镜头是C型安装镜头。2、云台与防护罩云台是承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置。云台内装两个电 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，垂直转动则在土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。防护罩是使摄像机在有灰尘、雨水、高低温等情况下正常使用的防护装置。3、视频切换器视频切换器是选择视频图像信号的设备。如果将几路视频信号加在它的输入

21、端，通过对它的控制，可以选择任何一路视频信号输出，而其它信号则不输出。 是组成控制中心中主控制台上的一个关键设备。例如用一台监视器轮流显示四台 摄像机信号的“四选一”方式。目前所使用的视频切换器，一般都做成矩阵切换形式以及积木式。可根 据系统中摄像机与监视器的比例，来选用视频切换器的输入输出路数及任意组成 切换比例。切换比例：指切换器的输入路数及切换后输出的路数。如果是矩阵形式 的视频切换器，可通过编码任意选择切换比例。如果切换比例是固定的， 一般常用的有“四选一”、“八选一”等等。隔离度：是衡量多路视频信号输入到切换器上时，各路视频信号之间以及 它们与切换后输出的信号之间隔离的程度。一般用分

22、贝（dB）表示，越高 越好。目前可做到80dB以上。微分增益DG、微分相位DP：微分增益是指被切换后输出的视频信号与切 换前的信号在幅度上的失真程度。此指标值越小失真越小。微分相位是指 被切换后输出的视频信号与切换前的信号在相位上的失真。一般要求DG 8%，DP8O输入电平与输出电平:一些视频切换器还给出输入电平（或输入电压）和 输出电平（或输出电压）的技术指标。输入电平是指视频切换器输入端对 输入视频信号电压幅度的要求。4、视频分配放大器视频分配放大器的功能和作用有两个：一是对视频信号进行分配（即将同一个 视频信号分成几路）；二是对视频信号进行放大。在实际中是先放大后分配。这里的放大概念虽然

23、通常是指在电压幅度上及功 率上均进行放大，一般说来，主要用于分配目的的视频分配放大器，应侧重于功 率放大，而对于远距离视频基带传输时视频信号的发送端所用的视频分配放大 器，则应侧重于电压幅度的放大。5、主控台副控台主控制台是电视监控系统的核心设备，对系统内各设备的控制均是从这里发 出和控制的。控制台本身是由各种具体设备组合而成的，主要有：视频分配放大器、视频 切换器、控制键盘、时间地址符合发生器、录像机、电源等等。由于实质上主控制台是多种设备的组合，而这种组合又是根据系统的功能要 求来设定的，所以主控制台虽然在总体上功能是相似的，但具体上又有很大的差 别。控制键盘组成控制台的原则 根据系统中摄

24、像机的台数，选择视频切换器的最大输入路数。视频切换 器最大输入路数一般应大于摄像机的台数，以便为今后扩展时留有余地。根据系统所防范区域的风险等级及区域中要害地点的数目选择录像机的 台数。需要连续录像的情况下，应选择“长延时录像机”。当整个系统中摄像机的台数很多时，可考虑选用“多画面分割器”。“多 画面分割器”有四分割、九分割、十六分割等等。根据系统控制的要求，考虑在总控制台之外是否要设分控制台。根据整个系统供电的要求，考虑电源的设定。当系统有多路远距离信号传输时，应根据远距离信号传送的方式，考虑在 控制台中增设解调装置、补偿装置、还原装置以及远端切换控制装置等等。时间及地址符合发生器的设置。时间是可以随时设定的，而地址则是根据 系统的要求，事先固化在