智能弱电学习情境2视频监控系统工程实施.docx
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智能弱电学习情境2视频监控系统工程实施
智能弱电学习情境2：
视频监控系统工程实施
任务1视频监控系统分析
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2.1.1任务目标
了解视频监控系统的功能、系统类型和原理组成、各部分主要设备功能和系统适用范围。
2.1.2任务内容
（1）视频监控系统的功能、系统类型的原理组成；
（2）视频监控系统中各主要设备的功能；
（3）视频监控系统适用范围；
（4）视频监控系统连接结构。
2.1.3知识点
1.视频安防监控系统的概念和功能
（1）视频安防监控系统的概念
视频安防防监控系统（VSCS）（ＶideoSurveillance&ControlSystem）是一种应用广泛的安全技术防范措施，系统通过遥控摄像机及辅助设备（镜头、云台等），直接观察被监视场所的情况，同时可以把被监视场所的情况进行同步录像。
视频安防监控系统能在人无法直接观察的场合，适时、真实地反映被监视对象的画面，并作为即时处理或事后分析的一种手段。
视频安防监控系统已成为广大用户在现代化管理中监控的最为有效的观察工具，尤其在银行、政府、星级宾馆、重要交通路口等环境下应用更为广泛。
（2）视频安防监控系统的功能
视频安防监控系统的主要功能是对防范的重要方位和现场实况进行实时监视。
通常情况下，由多台电视摄像机监视楼内的公共场所（如各个楼门口、地下停车场）、重要入口（如电梯口、楼层通道）等处的人员活动情况。
当安防系统发生警报时会联动摄像机开启，并将该报警所监视区域的画面切换到主监视器或屏幕上，同时启动录像机记录现场情况，供管理人员和保安人员及时、迅速、准确地处理。
利用VSCS控制中心，操作人员可以选择各种摄像机，将其图像显示在监视器。
如果摄像机具有推拉、转动等遥控功能，那么操作人员可以在控制中心遥控摄像机。
录像机、图像分割器及图像处理设备等均可以接入本系统，并通过视频安防监控系统控制中心进行遥控。
2.视频安防监控系统的特点与分类
（1）视频安防监控系统的特点
一般应用电视通常都用同轴电缆（或光缆）作为电视信号的传输介质，其特点是通过有线传输介质传送信号。
视频监控系统的信号传输有两种方式，一种是射频信号传输，另一种是视频信号传输。
不论是那种方式，应属于模拟视频信号传输。
视频安防监控系统具有以下特点：
1）视频安防监控与单向型的广播电视不同，它是集中型的，一般作为监视、控制、管理使用。
2）信息来源于多台摄像机，多路信号要求同时传输，且能同时显示。
3）传输的距离一般较短，多在几十米到几千米的有限范围内。
4）由于同轴电缆的传输特性决定了在一千米以内用电缆传输，一千米以上应该用光缆传输。
5）模拟信号的摄像机传送给控制中心的是模拟信号，可通过控制矩阵在监视器上显示，如果摄像机中数字的，控制中心的设备是模拟的，则应加数模转换器才能在监视器上显示。
（2）视频安防监控系统的分类
视频安防监控系统从应用场合来说，分为小型、中型、大型系统。
如果从组织形式上来说，中小型系统又可分为：
简单的定点监控系统、简单的全方位监控系统、具有小型主机的监控系统和具有声音监听的监控系统。
1）简单的定点监控系统
简单的定点监控系统就是在监视现场安置定点摄像机（摄像机配接定焦镜点），通过同轴电缆将视频信号传送到监控中心的监视器。
例如，在小型工厂的大门口安装一台摄像机，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。
这种简单的定点监视系统适用于多种场合。
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。
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，这类监控系统仍可属于简单的定点系统。
2）简单的全方位监控系统
简单的全方位监控系统是将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（云台内部有两个电动机），使每个监视器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近）。
云台和电动镜头的动作需要由控制器或与主机配合的解码器来控制。
简单的全方位监控系统与简单的定点监视系统相比，在监视场所增加了一个全方位的云台及电动变焦镜头，在监控中心增加了一台控制器。
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。
3）具有小型主机的监控系统
多大的系统才需要配置系统主机并没有严格限制。
一般来说，当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，但这样所需要的控制线缆数量较多（每一路至少要一根10芯电缆），而且线缆的长度将过长，整个系统也会显得零乱。
一般来说，使用系统主机会增加整个监控系统的造价，这是因为系统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。
但从布线考虑，各解码器与系统主机之间是采用总线方式连接的，因此系统中线缆的数量不多。
另外，集成式系统主机大都有报警探测器接口，可以方便地将防盗报警系统与视频监控系统整合于一体。
当有探测器报警时，该主机还可以自动地将主监视器画面切换到发生警情现场摄像机所拍摄的画面。
4）具有声音监听的监控系统
视频安防监控系统中还常常需要对现场声音进行监听，因此从系统结构上看，整个监控系统由图像和声音两个部分组成。
由于增加了声音信号的采集及传输，从某种意义上说，系统的规模相当于比纯定点图像监控系统增加了一倍，而且在传输过程中还应保证图像与声音信号的同步。
（3）两种典型的电视监视系统
1）一般要求的视频监控系统
一般要求的视频监控系统由摄像机、镜头、终端解码器、视频传输线路及控制信号总线，控制及监视器组成。
它的主要功能是通过摄像机捕获监视场所的图像信号，但不能拾取声音号。
信号传输采用视频基带传输方式，适用于距离较近、规模较小的视频监控系统。
2）特别要求的视频监控系统
特别要求的视频监控系统分为以下几类：
①带有声音拾取功能的视频监控系统
这种系统可以把监视的图像和声音内容一起传输到控制中心。
它的信号传输一般采用声音和图像分别传输；也可以将声音信号调频到6.5MHz上，与图像信号一起传输到控制中心，再把声音信号解调起来。
②与防盗报警系统联动的视频监控系统
这种系统在控制台设有防盗报警的联动接口。
在有防盗报警信号时，控制台发出报警，并且启动录像机自动对警报的场所进行录像。
这种系统由视频监控系统和防盗报警系统两部分组成，控制中心通过控制台将两部分合在一起进行联动。
③具有自动跟踪和锁定功能的视频监控系统
最先进的自动跟踪和锁定系统采用“数字式视频监控系统”。
数字式视频监控系统的核心是多媒体计算机及其配套的其他设施。
这种系统的工作方式是将入侵目标的图像及声音信号变为计算机文件，从中提取目标信号，然后反馈给摄像机及电动云台，以控制摄像机及云台进行跟踪锁定。
另外，还将自动启动该摄像机附近其他关联的摄像机或报警装置，以便进行继续跟踪和锁定。
④运距离多路信号的视频监控系统
远距离多路信号根据要求和实际情况在传输方式上有以下几种：
视频基带传输方式；
射频传输方式；
光纤传输方式；
无线发射传输方式；
无线发射并且移动传输方式；
“远端切换”的视频基带传输方式；
“平衡式”视频传输方式；
电话电缆传输方式。
3.视频监控系统的组成
典型的视频监控系统主要有前端设备、传输设备和后端设备这三大部分，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（即传输系统）可以通过电缆、光纤或微波等多种方式来实现。
具体地说，电视监视系统由摄像部分（有时还有麦克）、传输部分、控制部分及显示和记录部分四大块组成。
在每一部分中，又包含更加具体的设备或部件。
图2.1.4视频监控系统组成
（1）前端部分
视频监控系统的前端部分由摄像机、镜头、防护罩、安装支架、云台、解码器等组成，主要用于对公共区域、重点区域进行摄像，并将视频信号传送到后端进行处理。
1）摄像机
摄像机是获取监视现场图像的前端设备，在视频监控系统中使用的摄像机主要是CCD摄像机，它以CCD图像传感器为核心部件，外加同步信号产生电路、视频信号处理电路及电源等组成。
摄像机具有黑白和彩色之分，由于黑白摄像机具有高分辨率、低照度等优点，特别是它可以在红外光照下成像，因此在视频监控系统中，黑白摄像机仍具有较高的市场占有率。
顺便指出，在各商家列出的视频监控系统器材清单中的摄像机通常都是不带镜头的（一体化摄像除外），因此在实际应用中，应用根据监控现场的实际环境及用户要求，为摄像机配合适的镜头。
2）镜头
镜头是监控系统中必不可少的部件，镜头与CCD摄像机配合，可以将远距离目标成像在摄像机的CCD靶面上。
3）云台
云台是承载摄像机并可进行水平和垂直两个方向转动的装置。
云台内装有两个电动机。
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。
水平及垂直转动的角度大小可通过限位开关进行调整。
4）防护罩
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。
防护罩一般分为两类，一类是室内防护罩，另一类是室外防护罩。
目前较好的全天候防护罩是采用半导体器件加温和降温防护罩。
这种防护罩内装有半导体元件，即可自动加温，也可以自动降温，并且功耗较小。
5）支架
普通支架有短的、长的、直的、弯的，根据不同的要求选择不同的型号。
室外支架主要考虑负载能力是否合乎要求，再有就是安装位置，因为从实践中发现，很多室外摄像机安装位置特殊，有的安装在电线杆上，有的立于塔吊上，有的安装在铁架上。
由于种种原因，现有的支架可能难以满足要求，需要另外加工或改进。
6）解码器
在具体的闭路视频监控系统工程中，解码器属于前端设备，它一般安装在配有云台及电动镜头的摄像机附近，有多芯控制电缆直接与云台及电动镜头相连，另有通信线与监控中心的系统主机相连。
解码器的主要作用是接收控制中心的系统主机送来的编码控制信号，并进行解码，成为控制动作的命令信号，再去控制摄像机及其辅助设备的各种动作（如镜头的变倍、云台的转动等）。
解码器不能单独使用，而必须与矩阵控制系统配合使用。
同一个系统中可能有多台解码器，所以每一台解码器上都有一个拨码开头，它决定了该解码器在该系统中的编号（即ID号），在使用解码器时，首先必须对拨码开关进行设置。
在设置时，必须与系统中的摄像机编号一致。
（2）传输部分
传输部分就是系统的图像信号通路。
一般来说，传输部分单指传输图像信号。
但是，由于某些系统中除图像外，还要传输声音信号，同时，由于需要有控制中心通过控制台对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行控制，因而在传输系统中还包含控制信号的传输，所以这里所讲的传输部分，通常是指所要传输的信号形成的传输系统的总和。
由于传输部分主要传输的内容是图像信号，因此重点研究图像信号的传输方式及传输中的有关问题。
对图像信号的传输，重点要求是在图像信号经过传输系统后，不产生明显的噪声、失真（色度信号与亮度信号均不产生明显的失真），保证原始图像信号（从摄像机输出的图像信号）的清晰度和相频特性等方面有良好的性能。
在视频监控系统中，由于传输方式的不同，在系统中采用的传输部件也不同。
1）远距离视频传输方式下的传输部件
远距离视频传输方式下的传输部件分为视频放大器及幅频和相频补偿器两类。
①视频放大器是装在摄像机输出端之后，传输线之前。
也就是说，从摄像机输出的视频信号经视频放大器放大后再经线路送至监控中心。
视频放大器要求其输出的电压是可调的，一般为1.5V至6V；其中幅频特性曲线在2.5MHZ至6MHZ之间峰起，峰起的高度应为2.5MHZ曲线的两倍以上。
②幅频和相频补偿安装在总控制台上的视频信号端口，以补偿送过来的视频信号。
如果是传输黑白电视信号，由于传输而造成的高频信号幅度的相移失真，一般不必进行相移补偿；如果是传输彩色电视信号，则必须安装幅频和相频补偿器，否则会产生信号失真。
2）射频传输方式下的传输部件
射频传输方式下的传输部件有调制器、射频放大器和解调器等。
这些部件与有线电视网使用的传输部件基本相同。
3）光纤传输方式下的传输部件
光纤传输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使用的部件基本相同。
光调制器与光解调器在工程上称为光发送端机和光接收端机。
4）电话电缆平衡传输方式下的传输部件
电话电缆传输方式下的传输部件有发送中继器、地沟中继器、接收中继器、视频变压器和信号检测传感器等。
（3）控制部分
控制部分是实现整个系统功能的指挥中心。
控制部分主要有总控制台（有些系统还设有副控制台）组成。
总控制台的主要功能有：
视频信号的放大与分配、图像信号的校正与补偿、图像信号的切换、图像信号（或包括声音信号）的记录、摄像机及其辅助部件（如镜头、云台、防护罩等）的控制（遥控）等。
在上述的各部分中，对图像质量影响最大的是放大与分配、校正与补偿、图像信号的切换三部分。
在某些摄像机距离控制中心很近或对整个系统指标要求不高的情况下，在总控制台中往往不设校正和补偿部分。
但在距离较远，或传输方式有要求的情况下，校正和补偿是非常重要的。
因为图像信号经过传输之后，往往其幅频特性、相频特性无法保证指标的要求，在控制台上要对传输过来的图像信号进行幅频和相频的校正与补偿。
经过校正与补偿的图像信号，再经分配和放大，进入视频切换部分，然后送到监视器上。
总控制台的另一个重要作用是对摄像头、镜头、云台、防护罩等进行遥控，以完成对被监视的场所全面、详细的监视或跟踪监视。
总控制台上设有的录像机，可以随时把发生情况的被监视场所的图像记录下来，以便日后备查。
目前，有些控制台上设有一台或两台“长延时录像机”或硬盘录像机，长延时录像机可用一盘60min带长的录像带记录长达几天时间的图像信号，这样就可以对某些非常重要的被监视场所的图像连续记录，而不必使用大量的录像带；硬盘录像机则可以将图像信号转换为数据信号后存入硬盘。
有的总控制台上设有“多画面分割器”，如4画面、9画面、16画面等。
也就是说，通过这个设备，可以在一台监视器上同时显示出4个、9个、16个摄像机送来的各个被监视场所的画面，并用硬盘录像机或长延时录像机进行记录。
上述这些功能的设置，要根据系统的要求而定，并不是每个系统都采用。
目前产生的总控制台上，在控制功能上、控制摄像机的台数上往往都是做成积木式的，可以根据要求进行组合。
另外，在总控制台上还设有时间及地址的字符发生器，通过这个装置可以把年、月、日、时、分、秒都显示出来，并把被监视场所的地址、名称显示出来。
在录像机上可以记录这些信息，这样对以后的备查提供了方便。
总控制台对摄像机及其辅助设备（如镜头、云台、防护罩等）的控制一般采用总线方式，把控制信号送给各摄像机附近的“解码器”，在“解码器”上将总控制台送来的编码控制信号解出，成为控制动作的命令信号，再去控制摄像机及其辅助设备的各种动作（如镜头的变倍、云台的转动等）。
在某些摄像机距离控制中心很近的情况下为节省开支，也可采用由控制台直接送出控制运作的命令信号——即“开”、“关”信号。
总之，根据系统构成的情况及要求，可以综合地考虑，以完成对总控制台的设计要求或进行订购要求。
（4）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。
在视频监控系统中，特别是在由多台摄像机组成的视频监控系统中，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。
这样做，一是可以节省设备，减少空间的占用；二是没有必要一一对应显示。
因为被监视场所的情况不可能同时发生意外情况，所以平时只要隔一定时间（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异常情况时，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。
在系统配置时，通常采用4：
1、8：
1、甚至16：
1的摄像机对监视器的比例数设置监视器的数量。
目前，常用的摄像机对监视器的比例数为4：
1，即4台摄像机对应1台监视器，当摄像机台数很多时，再采用8：
1或16：
1的设置方案。
另外，由于“画面分割器”的应用，在有些摄像机台数很多的系统中，用画面分割器钯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。
但是，这种方案不宜在监视器同时显示太多的分割画面，否则会使某些细节难以看清，影响监控的效果。
为了节省开支，对于非特殊要求的电视监视系统，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）的屏幕尺寸宜采用其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。
放置监视器的位置应适合操作者观看的距离、角度和高度。
一般是在总控制台的后方，设置专用的监视架子，把监视器摆放在架子上。
监视器的选择应满足系统总的功能的总的技术指标的要求，特别是应满足长时间连续工作的要求。
4.视频监控系统的传输方式
电视监视系统中，主要有电视信号和控制信号两种。
电视信号是从系统前端的摄像机流向视频监控系统的控制中心；控制信号是从控制中心流向前端的摄像机等受控对象。
电视监视系统中传输方式的确定，主要根据传输距离的远近、摄像机的多少决定。
传输距离较近时，采用视频基带传输；传输距离较远时，采用射频有线传输方式或光纤传输方式。
（1）视频传输方式
1）近距离视频基带传输方式
视频基带传输方式适用于近距离传输，它的优点是传输系统简单、失真小、附加噪声低、不需要增加调制解调器。
这种传输方式直接从摄像机至控制台之间传输电视图像信号。
传输线采用同轴电缆。
其型号为SYV—75—5、SYV—75—7、SYV—75—9；75表示该种电缆的特性阻抗为75Ω；5、7、9、表示电缆的线径。
摄像机的输出阻抗为75Ω不平衡方式；控制台和监视器的输入阻抗也为75Ω不平衡方式。
2）远距离视频传输方式
在视频监控系统中，如果摄像机位置远离监控中心，一般采用光纤和射频有线传输方式。
由于光纤和射频有线传输的造价高，仍然可用视频传输方式，使用中要研究解决远距离视频传输给信号带来的衰减和幅频、相频失真问题。
①视频平衡传输方式
视频平衡传输方式是解决远距离视频传输的方法之一。
其传输系统由发射器、中继器和接收器组成。
将摄像机输出的全电视信号由发射器变为一正一负的差分信号，使得传输过程中产生的幅频、相频失真，经过远距离传输后再合成时就会将失真抵消掉。
传输过程中产生的其他噪声信号、干扰信号也因为一正一负的差分信号，在合成时被抵消掉。
传输线采用普通双绞线，减少传输系统的造价。
②远端切换方式
远端切换方式是把原来在控制台上进行的视频信号切换和控制信号切换移到远端摄像机附近的地方进行。
控制中心对传输进来的各路摄像机的图像信号，一般不是用与摄像机相同数量的监视器一一对应显示，而是按一定比例，用几台监视机轮流切换图像信号。
远端切换器可以选用16中路输入、8路输出的矩阵编码型切换器。
为保证远端切换后再输出视频图像信号不失真，最好在远端切换器的输出端就把信号放大，且对信号频率的高端部分（2MHz~6MHz）进行预加重。
（2）射频传输方式
射频传输方式适用于远距离，同时传输多路图像信号的场合。
它具有以下优点：
1）传输距离很远；
2）传输过程中产生的微分增益和微分相位较小、失真小，适合远距离传输彩色图像信号；
3）一条传输线可以同时传输多路射频图像信号。
射频传输系统由调制器、混合器、分波器、解调器组成。
1）调制器
调制器是将视频图像信号变为射频图像信号的设备。
调制器的输入端接收摄像机输出的视频图像信号，调制器的输出端输出经过调制的射频图像信号。
2）混合器
混合器的作用是将调制在不同频道上的各路电视信号经过混合器后混合成一路信号，再用一根射频同轴电缆传输到控制中心。
混合器有多个信号的输入端，一个混合后的输出端。
为了能在一根射频电缆上传输图像信号，可用“定向耦合器”代替混合器，将该路信号混合至传输电缆上。
3）分波器
分波器将通过电缆传输来的多路射频信号一一分开，再送入相应的解调器中解调出对应的视频信号。
4）解调器
解调器将来自传输干线上的各路射频电视信号解调还原为视频全电视信号，再把这些信号送入控制台。
每个解调器对应一路射频电视信号。
（3）光缆传输方式
视频监控系统中使用光缆传输视频图像信号，将大大提高可视质量。
光缆传输性能和多功能是同轴电缆所无法相比的。
（4）电话传输方式
1）电话电缆传输方式的特点
电话电费传输方式具有以下特点：
①传输距离远，最远可达60km；
②电话电缆线路具有对称平衡，不易受低频杂波的干扰；
③利用现有的电话电缆，根据时分法对电缆进行多路复用，提高电缆的使用效率。
2）电话电缆传输系统有基本结构
①发送中继
发送中继的作用是将摄像机输出的1Vp-p全电视信号放大到3Vp-p后，再经视频变压器将75Ω不平衡信号变成满足平衡电缆对所要求的110Ω的平衡信号，送入平衡电缆对中。
②电源
电源的作用是对各地沟型中继设备进行远方恒流供电。
③地沟型中继
地沟型中继分为带AGC和不带AGC两种类型。
带AGC的中继设备在埋地电缆区间，大约每三个中继点加一个AGC。
这种设备分为单系统、双系统和四系统三种，采用密封结构。
④均衡中继
当中继站超过70个时，就需要设置均衡中继设备。
它对多次中继造成的累计失真（幅度、相位、波形）进行全面的均衡。
5.视频监控系统的中心设备
视频监控系统的中心设备主要有：
视频画面处理器、监视器、录像机、系统主机、控制台以及其它视频处理设备。
对前端传送的视频信号进行分割、处理、记录和控制，完成监视、控制、记录等防范和管理功能。
（1）视频分配器
视频分配器除了阻抗匹配，还有视频增益，使视频信号可以同时送给多个输出设备而不受影响。
（2）视频切换器
切换器的输入端分为2、4、6、8、12、16路，输出端分为单路和双路，而且还可以同步切换音频（视型号而定）。
切换器有手动切换、自动切换两种工作方式。
（3）画面分割器
画面分割器有四分割、九分割、十六分割几种，可以在一台监视器上同时显示4、9、16个摄像机的图像，也可以送到录像机
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