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安防视频监控系统的基本组成

一、前端设备

安防视频监控系统是安全防范系统中必不可少的最重要最核心的部分。显然,系统可大可小,但不论是小系统或复杂的大系统,如小到只有一台摄像机和一台监视器,大到几百、几千、几万台摄像机和几十、几百、几千台监视器,不论它构成方式复杂程度如何,我们都可用图1所示的方框图来概括。

图1 安防视频监控系统的基本组成

由图1可以看出,任何视频监控系统,都由前端设备、传输信道、处理控制设备和终端设备四大部分构成。显然,这四大部分,缺一不可,并且它们也是互相关联、互相制约的,绝不能偏废哪一部分。

前端设备是系统信息的总源头。形象地说,前端设备是系统的“视觉”和“听觉”器官。系统的操作者可通过处理控制设备,按自己的愿望去进行设置和布防,以获取必要的影像和声音的信息。因此,前端设备的性能优劣及其布设的合理与否,对系统的质量影响很大。

安防视频监控系统的前端设备的构成如图2所示。 

图2 前端设备的构成

由前面的系统基本构成知,视频监控系统的前端设备的作用是获取视频与音频信息,因此前端的关键设备是监控摄像机,它主要是摄取三维光学图像(即监控中的场景),并转换为一维时序的视频电信号,然后通过传输信道送到终端设备供人们观看。所以说,摄像机是整个系统的“眼睛”,它布置在需要监视的各种场所的某一个位置上,并使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位。有时,被监视场所面积较大,为了节省摄像机所用的数量,以及简化传输系统及控制与显示系统,在摄像机上还可加装电动的(可遥控的)可变焦距(变倍)镜头,使摄像机能观察得更远、更清楚;同时,有时还把摄像机安装在电动云台上,通过控制,可以使云台带动摄像机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。

摄像机及镜头,通常要放在防护罩中。在室外或其他特殊环境中,还需要采用室外全天候防护罩或其他高温、防爆、水下等特殊的防护罩。至于支撑它们的支架也有室内、室外、轻型与重型云台支架等。

由于前端设备须监控多个场景,且远离控制设备。为减少连接线缆,在稍复杂的系统中-般不用直接控制的办法,多采用数字编码控制的方式,从而使数字式的终端解码控制器成为前端设备中的又一关键。这种终端解码器所控制的设备包括云台(左/右、上/下运动),镜头(光圈大/小、变焦距远/近、聚焦长/短),防护罩(雨刷除尘开/关、除霜开/关),摄像机电源(开/关),以及报警探测器电源(开/关)和照明灯电源(开/关)等。

监听器就是一个拾音器,实际就是一个微型话筒,根据需要可装在摄像机中或其他隐蔽的地方,其作用是拾取监控场所的声音,并通过传输信道放大送到扬声器(即喇叭)上,供人们听取或录音。

在前端设备中,还有各种各样的防盗探测器,如有主动和被动的红外探测器、双鉴探测器、震动探测器、玻璃破碎探测器以及门窗与保险柜的开关探测等。当这些探测器探测到有非法侵入者时,就发出报警。若视频监控系统兼有消防报警功能,即接有烟雾、火光和燃气探测等传感器时,也可起到消防报警的作用。

二、传输信道

传输信道(或传输设备)可以形象地比喻为视频监控系统的“神经网络”,没有这个“神经网络”就不能保障上下畅通。也就是说,没有这个传输信道,前端的图像与声音信息就无法传送过来,并且按所需要的控制前端的控制信号也无法传递到前端。因此,传输信道的选择和布设的好坏,是能不能保障视频监控系统正确无误地上下畅通,使系统不受或少受干扰的重要环节。

除了一些必要的电气、机械连接件和紧固件等项外,传输信道的分类和构成如图3所示。

图3 传输信道

 显然,不同的条件下可选择不同的传输信道的传输方式。由图1-8可知,一般有两种传输方式。

(1)有线传输。有线传输即闭路传输信道,如同轴视频电缆、双绞线等,它们都用基带传送方式,即视频信号以摄像机输出的原视频信号进行传输,其信号带宽上限一般在6MHz,当传送距离1km以内时,一般都使用同轴电缆;当传送距离大于1km以上时,为了降低传输成本,常采用双绞线平衡传送的方式。

由于光纤传送的信号频带宽、容量大、损耗小,而且不受外界的电磁干扰,是一种远距离传送高质量电信号的极好媒介。在大型视频监视系统中,通常采用这种传送方式。

(2)无线传输。无线传输即不用线缆连接的传输,也称为开路传输。在某些特定情况下,如公安机关对控制对象的监视、火灾现场的观察,以及受地形地物(铁道、河流等)限制等情况,一般采用微波开路传输的方式是最佳的选择。无线传输中还有红外光波传输与公用通信网络的移动传输等。

从表面上看,传输部分好像只是一些简单的线路,不容易弓[起重视,但往往系统工程的问题多出在这一部分。因此,这部分的好坏,常会影响整个系统的质量,须引起足够的重视。

三、处理控制设备

处理控制设备是系统的中枢,可形象地比喻为系统的“大脑”。人的大脑决定一个人的智力的高低,控制设备的好坏则决定了视频监控系统性能的优劣。一般,控制设备中的许多设备都使用了微处理器,因而它能像计算机一样按既定的程序工作,即协调系统的动作,使其按照操作者的意志,去执行系统所具有的各项功能,从而可大大地减轻操作者的负担。所以,处理与控制设备配备的好坏和合理与否,是系统能否按照人的意志运行的关键。

视频监控系统的处理控制设备的组成,如图4所示。

图4 处理控制设备

处理控制设备由主控制器(有些还设有副控制台)、控制键盘、视音频放大与分配、视音频切换、视频图像信号的校正与补偿、画面分割及多工处理、时日发生与字符叠加、楼层显示、云台镜头防护罩控制及报警控制器等设备组成。由于处理控制设备大都使用了微处理器,因而能按操作者的意志协调系统的动作,执行系统所具有的功能。

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。在图像信号经过传输之后,往往其幅频特性(由于不同频率成分到达总控制台时,衰减不同,因而造成图像信号不同频率成分的幅度不同,此即幅频特性)、相频特性(不同频率的图像信号通过传输部分后产生的相移不同,此即相频特性)无法绝对保证指标的要求,所以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和补偿的处理。经过校正和补偿的图像信号,再经过分配或放大,进入视频切换部分,然后送到监视器上。

主控制器(如矩阵控制器)在控制功能上,控制摄像机的台数上往往都做成积木式的,可以根据要求进行组合。此外,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、秒都时时显示出来,并把被监视场所的地址、名称也显示出来。在终端设备的录像机上也同时把它们记录下来,这样就为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终端解码器,在终端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附属设备的各种动作(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动作的命令信号,即“开”、“关”信号。总之,根据系统构成的情况及要求,可以综合考虑,以完成对总控制台的设计要求。

作为整个系统与人的操作界面的是控制键盘,操作指令通过键盘输入,使系统按人的意志运行。操作指令集的完备、汉化程度、便捷易记,标志了整个控制设备性能的先进性。

在采用计算机多媒体技术的系统中,更直接配置了通用的微机系统硬件(监视器、主机、健盘)取代专用的操作健盘。当然还要有必要的多媒体操作软件及视频、音频信号的专用接口板等。

值得指出的是,控制设备的编码方式与接口,特别是控制操作链盘与音、视频切换器、解码中继器、报警控制器等设备之间,必须要事先约定编码指令方能兼容。在国家未实现统—标准之前,各用户在选择和更换设备时,对此必须给以特别注意,即要考虑设备的兼容性。

四、终端设备

终端设备是视频监控系统前端信息的存储记忆、显示与处理的输出设备。也可比喻为人的大脑的记忆与存储以及前端设备观看、监听的再现。人们可根据终端设备所获取的前端信息,去分析、综合、判别真伪、判断是非,及时地打击各类犯罪,以保卫国家和人民生命财产的安全。所以,终端设备配备的好坏和与前端设备搭配的合理与否,是系统是否丢失前端信息和不失真地再现前端信息的重要关键。

终端设备的组成如图5所示。

图5 终端设备

 由图5可知,它包括供观察图像的监视器,告警的喇叭和警示灯,监听喇叭,记录查证的硬盘录像机,即时可将图像记录、印出的视像机,事件发生即予上报和记录的电话自动拨号机,以及打印机等。随着多媒体技术的发展,经计算机处理后的多媒体输出方式和设备也在不断地发展,将使人们与系统的交换沟通更便捷,系统的输出信息更易于为人所接受。对要求联成网络的报警系统,可用计算机输出数码,由数据通信设备与外界连接起来。

由图5还可看出,终端设备最基本的必不可少的是显示部分,其他设备配置的增减,完全取决于用户的要求和经济承受力。

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,其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,特别是在由大量摄像机组成的视频监控系统中,一般都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;二是也没必要一一对应显示。因为被监视场所的情况不可能同时都发生意外情况,所以平时只要隔一定的时间(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与记录。

所以,在一般的系统中常用摄像机对监视器的比例数为4:1方式,即四台摄像机对应一台监视器进行轮流显示。当摄像机的台数很多时,再采用6:1、9:1或16:1的设置方案。另外,由于“画面分割器”的应用,有些摄像机台数很多的系统中,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比较方便。一般以显示四分割或九分割较为合适。

监视器的选择,应满足系统总的功能和总的技术指标的要求,特别是应满足与摄像机清晰度搭配和长时间连续工作的要求。放置监视器的位置应适合操作者观看的距离、角度和高度。现在的大型视频监控系统,大多采用电视墙的方式。