信息與通信弱電系統(tǒng)培訓課件視頻監(jiān)控技術

安防技術基礎視頻監(jiān)控技術1主要內容視頻監(jiān)控概述視頻監(jiān)控原理圖示主要設備的原理和性能視頻攝像系統(tǒng)信號傳輸系統(tǒng)視頻顯示與輸出攝像機安裝與調試目錄2視頻監(jiān)控技術是安全技術防范體系中的一個重要組成部分，是一種先進的、防范能力極強的綜合系統(tǒng)。它可以通過遙控攝像機及其輔助設備（鏡頭、云臺等）直接觀看被監(jiān)視場所的情況；可以把被監(jiān)視場所的圖像內容、聲音內容同時傳送到監(jiān)控中心，使被監(jiān)視場所的情況一目了然。同時，電視監(jiān)視系統(tǒng)還可以與防盜報警等其它安全技術防范體系聯動運行，使防范能力更加強大。

一、視頻監(jiān)控概述3視頻監(jiān)控系統(tǒng)的最大特點是它可以把被監(jiān)視場所的圖像及聲音全部或部分地記錄下來，為日后對某些事件的處理提供了方便條件及重要依據。視頻監(jiān)控系統(tǒng)已成為安全技術防范體系中不可或缺的重要組成部分。

一、視頻監(jiān)控概述4槍機拾音器球機硬盤錄像機IP網絡客戶端視音頻復合流球機控制信號二、視頻監(jiān)控原理圖示5二、視頻監(jiān)控原理圖示6攝象機與鏡頭

云臺與防護罩視頻切換器視頻分配放大器主控制臺/副控制臺終端解碼箱（解碼控制器）畫面分割器硬盤錄像機三、主要設備的原理和性能7攝像機是拾取圖像信號的設備，即被監(jiān)視場所的畫面是由攝像機將其光信號（畫面）變?yōu)殡娦盘枺▓D像信號）。

目前，無論是彩色攝像機還是黑白攝像機，其光電轉換的器件均采用了CCD器件，即“電耦合”器件。攝像機通過它的鏡頭把被監(jiān)視場所的畫面成像在CCD片子（靶面）上。通過CCD本身的電子掃描，把成像的光信號變?yōu)殡娦盘?，再通過放大、整形等一系列信號處理，最后變?yōu)闃藴实碾娨曅盘栞敵觥Ｈ?、主要設備的原理和性能攝像機與鏡頭8清晰度：一般多給出水平清晰度。電視監(jiān)控系統(tǒng)使用的攝像機，要求彩色攝像機水平清晰度在300線以上，黑白攝像機在350線以上。照度：是衡量攝像機在什么光照強度的情況下，可以輸出正常圖像信號的一個指標。一般是給出“正常照度”和“最低照度”兩個指標。照度一般用“勒克斯”（Lux）表示。信噪比：也是攝像機的一個重要技術指標。信噪比的是指攝像機的圖像信號與它的噪聲信號之比。常用用S/N表示。信噪比一般用分貝（dB）表示，一般要求其信噪比高于46dB。三、主要設備的原理和性能攝像機與鏡頭9定焦距鏡頭：這種鏡頭的焦距是不可變的，可變的只有光圈的大小。它適合于攝取焦距相對固定的目標。自動光圈、電動變焦距鏡頭：是目前常用的一種鏡頭。由攝像機輸出的電信號自動控制光圈的大小，所以適于光照度經常變化的場所。常用的電動變焦鏡頭有6倍、8倍、10倍或更大。自動光圈、自動聚焦、電動變焦鏡頭：這種鏡頭除具有自動光圈及電動變焦功能外，還有自動聚焦功能。也就是說，當通過云臺和電動變焦改變攝取方向及目標時，可以自動聚焦。三、主要設備的原理和性能攝像機與鏡頭10

云臺是承載攝像機進行水平和垂直兩個方向轉動的裝置。云臺內裝兩個電動機。一個負責水平方向的轉動，另一個負責垂直方向的轉動。水平轉動的角度一般為350°，垂直轉動則在±45°、±35°±75°等等。水平及垂直轉動的角度大小可通過限位開關進行調整。三、主要設備的原理和性能云臺與防護罩11室內及室外云臺：室內云臺承重小，沒有防雨裝置。室外云臺承重大，有防雨裝置。有些高檔的室外云臺除有防雨裝置外，還有防凍加溫裝置。承重：為適應安裝不同的攝像機及防護罩，云臺的承重應是不同的。應根據選用的攝像機及防護罩的總重量來選用合適承重的云臺?？刂品绞剑阂话愕脑婆_均屬于有線控制的電動云臺?？刂凭€的輸入端有五個，其中一個為電源的公共端，另外四個分為上、下、左、右控制端。三、主要設備的原理和性能云臺與防護罩12

防護罩是使攝像機在有灰塵、雨水、高低溫等情況下正常使用的防護裝置。室內用防護罩價格便宜，其主要功能是防止止攝像機落灰并有一定的安全防護作用，如防盜、防破壞等。室外防護罩一般為全天候防護罩，即無論刮風、下雨、下雪、高溫、低溫等惡劣情況，都能使安裝在所護罩內的攝像機正常工作。為了在雨雪天氣仍能使攝像機正常攝取圖像，可在全天候防護罩上安裝可控制的雨刷。三、主要設備的原理和性能云臺與防護罩13

一體化攝象機是將攝象機、鏡頭、云臺等器件復合在一個透明的防護罩當中，成為一個產品，使得攝象機、鏡頭、云臺的參數匹配，形成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)，便于安裝、調試和維護，同時還降低了成本。三、主要設備的原理和性能一體化攝像機14

視頻切換器是選擇視頻圖像信號的設備。如果將幾路視頻信號加在它的輸入端，通過對它的控制，可以選擇任何一路視頻信號輸出，而其它信號則不輸出。是組成控制中心中主控制臺上的一個關鍵設備。例如用一臺監(jiān)視器輪流顯示四臺攝像機信號的“四選一”方式。目前所使用的視頻切換器，一般都做成矩陣切換形式以及積木式?？筛鶕到y(tǒng)中攝像機與監(jiān)視器的比例，來選用視頻切換器的輸入輸出路數及任意組成切換比例。三、主要設備的原理和性能視頻切換器15切換比例：指切換器的輸入路數及切換后輸出的路數。如果是矩陣形式的視頻切換器，可通過編碼任意選擇切換比例。如果切換比例是固定的，一般常用的有“四選一”、“八選一”等等。隔離度：是衡量多路視頻信號輸入到切換器上時，各路視頻信號之間以及它們與切換后輸出的信號之間隔離的程度。一般用分貝（dB）表示，越高越好。目前可做到80dB以上。三、主要設備的原理和性能視頻切換器16微分增益DG、微分相位DP：微分增益是指被切換后輸出的視頻信號與切換前的信號在幅度上的失真程度。此指標值越小失真越小。微分相位是指被切換后輸出的視頻信號與切換前的信號在相位上的失真。一般要求DG≤8%，DP≤8°。輸入電平與輸出電平：一些視頻切換器還給出輸入電平（或輸入電壓）和輸出電平（或輸出電壓）的技術指標。輸入電平是指視頻切換器輸入端對輸入視頻信號電壓幅度的要求。三、主要設備的原理和性能視頻切換器17

視頻分配放大器的功能和作用有兩個：一是對視頻信號進行分配（即將同一個視頻信號分成幾路）；二是對視頻信號進行放大。在實際中是先放大后分配。這里的放大概念雖然通常是指在電壓幅度上及功率上均進行放大，一般說來，主要用于分配目的的視頻分配放大器，應側重于功率放大，而對于遠距離視頻基帶傳輸時視頻信號的發(fā)送端所用的視頻分配放大器，則應側重于電壓幅度的放大。三、主要設備的原理和性能視頻分配放大器18

主控制臺是電視監(jiān)控系統(tǒng)的核心設備，對系統(tǒng)內各設備的控制均是從這里發(fā)出和控制的。控制臺本身是由各種具體設備組合而成的，主要有：視頻分配放大器、視頻切換器、控制鍵盤、時間地址符合發(fā)生器、錄像機、電源等等。由于實質上主控制臺是多種設備的組合，而這種組合又是根據系統(tǒng)的功能要求來設定的，所以主控制臺雖然在總體上功能是相似的，但具體上又有很大的差別。三、主要設備的原理和性能主控臺副控臺19根據系統(tǒng)中攝像機的臺數，選擇視頻切換器的最大輸入路數。視頻切換器最大輸入路數一般應大于攝像機的臺數，以便為今后擴展時留有余地。根據系統(tǒng)所防范區(qū)域的風險等級及區(qū)域中要害地點的數目選擇錄像機的臺數。需要連續(xù)錄像的情況下，應選擇“長延時錄像機”。當整個系統(tǒng)中攝像機的臺數很多時，可考慮選用“多畫面分割器”?！岸喈嬅娣指钇鳌庇兴姆指?、九分割、十六分割等等。三、主要設備的原理和性能組成控制臺的原則20根據系統(tǒng)控制的要求，考慮在總控制臺之外是否要設分控制臺。根據整個系統(tǒng)供電的要求，考慮電源的設定。當系統(tǒng)有多路遠距離信號傳輸時，應根據遠距離信號傳送的方式，考慮在控制臺中增設解調裝置、補償裝置、還原裝置以及遠端切換控制裝置等等。時間及地址符合發(fā)生器的設置。時間是可以隨時設定的，而地址則是根據系統(tǒng)的要求，事先固化在集成塊中的。如果選用時間及地址符號發(fā)生器的話，應由供應廠商事先固化地址。三、主要設備的原理和性能組成控制臺的原則21

終端解碼箱安裝在攝像機（及云臺）附近，它的功能是把由總控制臺發(fā)出的控制命令的編碼信號，解碼還原為對攝像機和云臺的具體控制信號。它可以控制的內容有：攝像機的開機、關機；攝像機鏡頭的光圈大小、變焦、聚焦；云臺的水平與垂直方向的轉動；防護罩加溫、降溫以及雨刷動作等等。三、主要設備的原理和性能終端解碼器22

在有多個攝像機的電視監(jiān)控系統(tǒng)中，為了節(jié)省監(jiān)視器以及為監(jiān)控人員提供全視野畫面。往往采用多畫面分割器使多路圖像同時顯示在一臺監(jiān)視器上。既減少了監(jiān)視器的數量，又能使監(jiān)控人員一目了然地監(jiān)視各個部位的情況。常用的畫面分割器有四畫面、九畫面和十六畫面。三、主要設備的原理和性能畫面分割器23

畫面分割器的基本工作原理是采用圖像壓縮和數字化處理的方法，把幾個畫面按同樣的比例壓縮在一個監(jiān)視器的屏幕上。畫面分割器有的還帶有內置順序切換器的功能，可將各攝像機輸入的全屏畫面按順序輪流在監(jiān)視器上顯示，并可用錄像機按順序和時間間隔記錄下來。其間隔時間一般是可調的。錄像機記錄下來的各畫面都是不經過壓縮的全屏畫面，所以在畫面重放時，更加清晰。三、主要設備的原理和性能畫面分割器24

硬盤錄象機的原理是將視頻信號送入計算機中，通過計算機內的視頻采集卡，完成A/D轉換，并按照一定的格式進行存貯。有單路和多路硬盤錄象機，按照工作方式，有嵌入式和獨立系統(tǒng)兩種。主要的技術指標是：同時錄制的路數，每秒錄制的幀數，每幀的分辨率，最長的錄制時間等。三、主要設備的原理和性能硬盤錄像機25

攝像部分是電視監(jiān)控系統(tǒng)的前端部分，是整個系統(tǒng)的“眼睛”。它布置在被監(jiān)視場所的某一位置上，使其視場角能覆蓋整個被監(jiān)視的各個部位。由于攝像部分是系統(tǒng)的最前端，并且被監(jiān)視場所的情況是由它變成圖像信號傳送到控制中心的監(jiān)視器上，所以從整個系統(tǒng)來講，攝像部分是系統(tǒng)的原始信號源。四、視頻攝像系統(tǒng)26在攝像機安裝在電動的(可遙控的)可變焦距(變倍)鏡頭，使攝像機所能觀察的距離更遠，更清楚；把攝像機安裝在電動云臺上，通過控制臺的控制，可以使云臺帶動攝像機進行水平和垂直方向的轉動，使攝像機能覆蓋更大的角度、面積。四、視頻攝像系統(tǒng)27

傳輸部分就是系統(tǒng)的圖像信號通路。一般來說，傳輸部分單指的是傳輸圖像信號。目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)多半采用視頻基帶傳輸方式。如果在攝像機距離控制中心較遠的情況下，也有采用射頻傳輸方式或光纖傳輸方式。對以上這些不同的傳輸方式，所使用的傳輸部件及傳輸線路都有較大的不同。傳輸部分的好壞將影響到整個系統(tǒng)的質量。五、信號傳輸系統(tǒng)28

在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，主要有兩種信號，一是電視信號，二是控制信號。電視信號是從前端的攝像機流向控制中心；而控制信號則是從控制中心流向前端的攝像機、云臺等受控對象。流向前端的控制信號，一般是通過設置在前端的解碼器解碼后再去控制攝像機和云臺等受控對象的。五、信號傳輸系統(tǒng)29是指從攝像機至控制臺之間傳輸電視圖像信號，這些信號完全是視頻信號。視頻傳輸方式的優(yōu)點是傳輸系統(tǒng)簡單；在一定距離范圍內，失真小；信噪比低；不必增加調制器、解調器等附加設備。缺點是傳輸距離不能太遠；一根電纜只能傳送一路電視信號等等。由于電視監(jiān)控系統(tǒng)一般攝像機與控制臺之間的距離都不是太遠，所以是最常用的一種傳輸方式。五、信號傳輸系統(tǒng)視頻基帶傳輸方式30目前，解決遠距離視頻傳輸的一種比較好的辦法是采用“視頻平衡傳輸”方式。攝像機輸出的視頻信號經發(fā)射機轉換為一正一負的差分信號，經雙絞線傳輸至監(jiān)控中心的接收機，再重新合成為標準的全電視信號送入控制臺中的視頻切換器等設備。這種傳輸方式不加中繼器時，黑白電視信號最遠可傳輸2000m；彩色電視信號最遠可傳輸1500m。加中繼器時最遠可傳輸20km。五、信號傳輸系統(tǒng)視頻平衡傳輸方式31在視頻傳輸方式下，如果在距離監(jiān)控中心較遠的某個同一方向相對集中較多臺攝像機時，也可以采取“遠端切換方式”。所謂“遠端切換方式”，就是把原來在控制臺上進行的切換（視頻信號切換及控制信號切換）移到遠端攝像機群附近的地方進行?？梢源蟠鬁p少傳輸線路的數量。五、信號傳輸系統(tǒng)遠程切換方式32五、信號傳輸系統(tǒng)遠程切換方式33在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，當傳輸距離很遠又同時傳送多路圖像信號時，有時也采用射頻傳輸方式，也就是將視頻圖像信號經調制器調制到某一射頻頻道上進行傳送。主要優(yōu)點是：傳輸距離遠；傳輸過程中產生的微分增益和微分相位較小，因而失真??；一條傳輸線可以同時傳送多路射頻圖像信號。缺點是：需增加調制器、混合器、線路寬帶放大器、解調器等傳輸部件，而這些傳輸部件會帶來不同程度的信號失真，并且會產生交擾調制與相互調制等干擾信號。五、信號傳輸系統(tǒng)射頻傳輸方式34五、信號傳輸系統(tǒng)射頻傳輸方式35是利用平衡電纜對的傳送方式。但就其技術水平及應用領域都還未形成具有競爭力的傳輸方式，并且還限制在單位內部的電視信號傳輸上。早在上世紀70年代國外某些國家就已經商品化了。由于這種傳輸方式在遠距離、低成本方面具有優(yōu)越性，廣泛地應用以各大賓館、飯店之間的視頻服務網中。五、信號傳輸系統(tǒng)電纜傳輸方式36傳送距離最遠可達60km，這是目前連光纜也難以輕易達到的水平。由于線路是對稱平衡的，不易受到低頻雜波的干擾。利用現有的電纜，并根據時分法對電纜進行多路復用，提高電纜的使用效率，降低運行費用。五、信號傳輸系統(tǒng)電纜傳輸的優(yōu)越性37用光纜代替同軸電纜進行電視信號的傳軸，給視頻監(jiān)控系統(tǒng)增加了高質量、遠距離傳輸的有利條件，其傳輸特性和多功能是同軸電纜線所無法比擬的。先進的傳輸手段，穩(wěn)定的性能、高的可靠性和多功能的信息交換網絡還可為以后的“城市報警與監(jiān)控系統(tǒng)”奠定良好的基礎。五、信號傳輸系統(tǒng)光纜傳輸方式38傳輸容量大：通過一根光纖可傳輸幾十路以上的電視信號。傳輸質量高：光纖傳輸需要相當多的中繼放大器，因而沒有噪聲和非線性失真迭加。保密性能好：適合保密系統(tǒng)使用。同時，光纖傳輸不受電磁干擾，適合應用于有強電磁干擾和電磁輻射的環(huán)境中。敷設方便：光纜具有細而輕、拐彎半徑小、抗腐蝕、不怕潮、溫度系數小、不怕雷擊等優(yōu)點，為光纜的敷設工程帶來了很大的方便。五、信號傳輸系統(tǒng)光纜傳輸方式39調頻（FM）光纜傳輸：它可傳輸多頻道高質量信號，傳輸距離遠。數字光纜傳輸：這種系統(tǒng)無中繼噪聲積累，無任何交互調失真，在極長的距離上有很好的圖像質量。但一根光纖只能傳輸6~8路電視信號。多路調幅（AM）光纜傳輸：它是一種殘留邊帶調幅光纜傳輸系統(tǒng)。一般AM光纖可傳輸40個頻道，且性能/價格比高，發(fā)展很快，目前已廣泛應用于有線電視系統(tǒng)中。五、信號傳輸系統(tǒng)光纜傳輸方式40光纜是由石英纖芯、石英包層和尼龍覆蓋層組成。纖芯與包層的光折射率不同。光幾乎以與纖芯和包層界面相平行的角度射入，經界面全反射，沿纖芯傳播，在多次反射中，光的損失很少。衡量光纖的重要性能指標有損耗和帶寬特性。光纖的損耗主要來自端面反射和界面反射產生的損耗、結構缺陷損耗和材料本身的損耗。五、信號傳輸系統(tǒng)光纜的結構41用于光纜的光源，目前以發(fā)光二極管和激光二極管為主。發(fā)光二極管是用半導體ＰＮ結把電信號轉換成光信號的注入型場致發(fā)光器件。激光二極管也是由ＰＮ結構成的半導體器件，其平行側面沿晶體的天然晶面被拋光，在正向偏置下，注入電流超過閾值后就從一側解理面發(fā)射具有相干性的激光。五、信號傳輸系統(tǒng)光源與調制42接收光纜傳輸的信號有直接檢測和外差檢測兩種方式。直接檢測是用檢光器件把光信號轉換成電信號，進而解出原始信號?，F已廣泛應用于光纜傳輸的接收系統(tǒng)中。目前廣泛應用的光接收器件是PIN光電二極管。外差檢測是將光信號與機內激光混頻，取出差頻信號經放大、解調來恢復原始信號。這種方式目前還缺乏實用化技術。五、信號傳輸系統(tǒng)光接收器43光纖傳輸系統(tǒng)主要由光發(fā)射機、傳輸光纜和光接收機組成。光發(fā)射機的核心器件是激光二極管，由前端來的射頻信號對激光管的發(fā)光強度直接進行調制。光發(fā)射機一般采用分布反饋式（DFB）激光器。這是一種單模工作激光器，具有良好的噪聲性能、線性和互調性能，可用多頻道AM組合信號直接調制。光接收機一般采用光電二極管（PIN-PD）作為光轉換器件。五、信號傳輸系統(tǒng)光纜傳輸的工件原理44光纜傳輸的工作原理五、信號傳輸系統(tǒng)光纜傳輸的工件原理45該技術是利用射頻多頻道電視信號直接調制單模激光器。不加中繼放大、均衡等處理，經低損耗一根單模光纖長距離傳送到光檢波器。然后經檢波器直接恢復多頻道電視射頻信號，再經對應各射頻信號的解調器解調出視頻全電視信號。五、信號傳輸系統(tǒng)光纜模擬射頻多路電視信號46

顯示部分由多臺監(jiān)視器組成。它的功能是將傳送來的圖像顯示出來。在電視監(jiān)控系統(tǒng)中，一般都不是一臺監(jiān)視器對應一臺攝像機進行顯示，而是用一臺監(jiān)視器輪流切換顯示。因為被監(jiān)視場所的情況不可能同時都發(fā)生意外情況，所以平時只要隔一定的時間顯示一下即可。六、視頻顯示與輸出47

當某個被監(jiān)視的場所發(fā)生情況時，可以將這一路信號切換到某一臺監(jiān)視器上一直顯示，并通過控制臺對其遙控跟蹤記錄。在一般的系統(tǒng)中通常都采用四比一、八比一、甚至十六比一的攝像機對監(jiān)視器的比例數設置監(jiān)視器的數量?？刹捎谩爱嬅娣指钇鳌卑褞着_攝像機送來的圖像信號同時顯示在一臺監(jiān)視器上?？梢源蟠蠊?jié)省監(jiān)視器，并且操作人員觀看起來也比較方便。六、視頻顯示與輸出48七、攝像機安裝與調試攝像機選型一般室內環(huán)境半球攝像機——辦公室、走廊。小型攝像機+室內防護罩——辦公室、走廊。固定攝像機+室內防護罩——樓梯間、地下車庫。低照度活動球機——地下車庫、大廳。寬動態(tài)攝像機——大門口、窗戶等逆光環(huán)境。49七、攝像機安裝與調試攝像機選型對夜晚有特殊監(jiān)控要求的環(huán)境。（政府大樓、博物館、財務部門、室外圍墻、道路）固定監(jiān)控帶紅外燈一體攝像機、紅外半球（常規(guī)配置）。帶紅外燈感應功能的攝像機+紅外燈（效果好，價格略高）。低照度攝像機（性價比高）。低照度一體化球機（常規(guī)配置）。大范圍監(jiān)控低照度一體化機+云臺（性價比高）。?”CCD攝像機+電動焦距鏡頭+云臺（價格高，效果最好）。熱成像攝像機+電動鏡頭+云臺（價格高，用于邊防軍事）。50七、攝像機安裝與調試攝像機選型對安全性有特殊要求防暴型攝像機（病房、看守監(jiān)視室）。防爆型攝像機（石油化工環(huán)境、易燃易爆粉塵）。51七、攝像機安裝與調試攝像機選型工業(yè)特殊環(huán)境加壓防護型攝像機（水泥、煤廠等多粉塵環(huán)境）。液冷防護型攝像機（鋼廠等高溫環(huán)境）。高度防水型IP67以上（船舶）。52七、攝像機安裝與調試攝像機布點原則監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)控人和車輛，效果至少要達到以下7要求：出入口——要看清出入人員臉部。走廊、梯間等主要通道——能夠分辨人輪廓特征行為。廣場、馬路等大范圍區(qū)域——看清人和車輛的輪廓、顏色特征、行為和走向。車道——至少要看清車輛牌照。重要地點（財務部門口、機要室、檔案室、文物擺放點、倉庫）——看清出入人員臉部。收銀點幣位置——要求看清營業(yè)員的行為和動作。用戶提出的其他特殊要求。53七、攝像機安裝與調試攝像機布點原則攝像機觀察應無死角，通過多個攝