中型控制系統(tǒng)

第四節(jié)

第一部分解碼器組成及原理中型視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)的配置及應用任務一：解碼器的選用、安裝與調試

任務二：硬盤錄像機的選用、安裝與調試

解碼器的選用、安裝與調試

學習目標 能夠了解常用解碼器的種類和性能，掌握解碼器與前端設備的連線及解碼器的選用。任務引入 在視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)中，對于前端被控設備距監(jiān)控中心較遠且相對比較分散的應用系統(tǒng)，一般采用前端設備解碼控制方式。解碼控制方式是在控制室內操縱監(jiān)控系統(tǒng)主機通過通信網(wǎng)絡控制解碼控制器，再由解碼控制器經(jīng)局部多芯電纜將控制電壓加到被控設備上。遠端解碼器接受主控端的控制指令、對其譯碼并執(zhí)行主控端要求的動作。通過RS-485通信總線與控制器（系統(tǒng)主機、硬盤錄像機）相連。安裝在配有云臺、電動鏡頭的攝像機附近，通過多芯控制線直接與控制設備相連。解碼器不能單獨使用，必須與控制設備（系統(tǒng)主機）配合使用。一、解碼器的功能1．前端攝像機電源的開關控制。

2．對來自主機的命令進行譯碼，控制云臺與鏡頭。３．通過固態(tài)繼電器提高對執(zhí)行動作的驅動能力。４．與切換控制主機間的傳輸控制。

二、解碼器的分類1．按照云臺供電電壓分：交流解碼器、直流解碼器

2．按照通訊方式分：單向通訊解碼器、雙向通訊解碼器

3．按照通訊信號的傳輸方式分：同軸傳輸、雙絞線傳輸

三、工作原理

在具體的視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)中系統(tǒng)工程中，解碼器是屬于前端設備的，它一般安裝在配有云臺及電動鏡頭的攝像機附近，有多芯控制電纜直接與云臺及電動鏡頭相聯(lián)，另有通信線（通常為兩芯護套線或兩芯屏蔽線）與監(jiān)控室內的系統(tǒng)主機相聯(lián)。因此，從對外控制的功能看，解碼器的功能實際上相當于前面介紹的直接控制器，只是對它的控制操作不再是在本地面板上，而是改在了經(jīng)由通信總線連接的控制器的控制面板上。

繼電器是解碼器中的動作發(fā)生器，通常解碼器會匹配九只繼電器，其中有五只較大的繼電器，是控制云臺的上下左右動作，其余四只較小繼電器是控制三可變鏡頭光圈、變倍、聚焦。解碼器的通信芯片主要是負責485總線上數(shù)據(jù)信號的接收。解碼器的動作是由CPU控制繼電器的吸合來實現(xiàn)的。

解碼器一般不能單獨使用，而必須與系統(tǒng)主機配合使用。當選定了系統(tǒng)主機后，解碼器也必須選用與系統(tǒng)主機同一品牌的，這是因為不同廠家的解碼器與系統(tǒng)主機的通信協(xié)議及編碼方式一般是不相同的，除非某解碼器在說明書中特別指明該解碼器是與某個另外品牌的主機兼容。解碼器的通信協(xié)議大約有100多種，其中比較常見的還有多個版本，最常使用的派爾高D協(xié)議。通信部分（RS-485通信方式）用于多個點之間的通信聯(lián)系，數(shù)據(jù)率可達10Mb/s，通信距離可達1200m。

平衡差分信號傳輸采用兩線平衡差分信號傳輸方式，即兩條通信線上的信號極性正好相反。傳輸介質：雙絞線。可有效減少高速率長距離傳輸數(shù)字信號時常見的輻射電磁干擾和接收電磁干擾。減少干擾的原因雙絞線的特性阻抗：120歐姆終端匹配：高頻長距離傳輸要求：終端電阻要接在傳輸電纜的最遠端，其阻值應該與傳輸線的特性阻抗相等。若不等，會在信號傳輸過程中發(fā)生反射，使信號產(chǎn)生失真。若反射足夠大，還會使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)產(chǎn)生誤差。

使用不同終端匹配電阻時的波形終端電阻為54歐姆終端電阻為120歐姆不接匹配電阻時RS-485信號的波形不接匹配電阻波形

正常匹配波形匹配電阻位置不合適時RS-485信號波形

正常匹配波形匹配電阻位置不合適時波形RS-485通信芯片包括發(fā)送、接收兩部分兩種工作方式：半雙工通信：一對雙絞線分時完成雙向通信全雙工通信：兩對雙絞線RS－485通信中繼器

RS－485通信標準規(guī)定的驅動輸出電壓（平衡差分信號電壓）幅度的上下限分別為6～1.5V和－6～－1.5V，最大通信長度為1.2km。如果增加雙絞線的線徑，則通信長度可適當延長。當長度再長或節(jié)點數(shù)過多時，由于信號衰減過大，要用中繼器。RS－485中繼器實際就是一個RS－485通信的收發(fā)器，它接收因長距離傳輸而衰減的平衡差分信號，經(jīng)放大整形后再發(fā)送出去。RS－485通信的連網(wǎng)方式

注意：

要在整個通信線路上兩個最遠的終端處（一個為數(shù)據(jù)發(fā)送端，一個為最遠的數(shù)據(jù)接收端）并接120歐姆的匹配電阻。RS－485通信協(xié)議要求各中間節(jié)點（即非最遠端的數(shù)據(jù)接收器處）與通信總線并接時的連線盡可能地短，且不需加匹配電阻。

RS－485通信中遇到的問題系統(tǒng)控制“時有時無”故障排除：

改進方法：

不接終端電阻時通信效果最好四、解碼器的連接（一）RS485通信總線鏈式連接圖：鏈式連接圖是標準的接線方式，所有解碼器均掛接在485總線上，通信距離遠，傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定，最后一個解碼器需要跳線接通120Ω電阻，用來改善通訊質量，施工時盡量利用此種布線方式。解碼器采用RS485通訊方式，采用二芯屏蔽雙絞線，連接電纜的最遠距離應不超過1200米。解碼器可采用鏈式和星式連接，RS+（A）、RS－（B）為信號端，接主機RS485的A和B，不可接反?？刂凭€采用雙絞線，如采用平行線，通訊產(chǎn)生干擾，通訊距離將會縮短。（二）解碼器與鏡頭云臺的連接（三）解碼器與主機的連接

RS485總線是一種半雙工的差分串行總線，傳輸介質為雙絞線，最大傳輸距離為1200米。在電視監(jiān)控系統(tǒng)中，大多數(shù)主機通過RS485總線控制前端的解碼器，來完成對云臺、鏡頭和其它輔助設備的控制。標準的RS485總線須采用“鏈式（T型）連接”：

在“T型連接”系統(tǒng)中，當線路距離較長（500米以上）時，會由于線路阻抗不匹配引起信號反射干擾，可能造成通訊失敗。此時需要考慮在最遠的兩個節(jié)點的A、B端上各并接一個120歐的平衡匹配電阻，以保證通訊的正常進行。但是注意不能在其他節(jié)點上并接平衡匹配電阻。實際工程中，絕大部分的主機對解碼器的控制是單向的，即采用單向的RS485傳輸控制信號，這時對布線的要求就可以不那么嚴格，大量的實際工程證明解碼器的星型連接是可行的。

這種布線方法在解碼器數(shù)量和最遠距離上有所限制，經(jīng)驗數(shù)值是，解碼器數(shù)量10個以內，最遠距離400米以下。撥碼開關：現(xiàn)場測試功能：自檢狀態(tài)手檢狀態(tài)8位拔碼開關的1、2位ON＝1OFF＝0

序號

波特率

拔碼開關位置

備注01200／19200根據(jù)協(xié)議不同，自動識別這兩種波特率12400

六、注意事項1．解碼器到云臺、鏡頭的連接線不要太長，因為控制鏡頭的電壓為直流12伏左右，傳輸太遠則壓降太大，會導致鏡頭不能控制。另外由于多芯控制電纜比屏蔽雙絞線要貴，所以成本也會增加。2．室外解碼器要做好防水處理，在進線口處用防水膠封好是一種不錯的方法，而且操作簡單。3．從主機到解碼器通常采用屏蔽雙絞線，一條線上可以并聯(lián)多臺解碼器，總長度不超過1500米（視現(xiàn)場情況而定）。如果解碼器數(shù)量太大，需要增加一些輔助設備，如增加控制碼分配器或在最后一臺解碼器上并聯(lián)一個匹配電阻（一般以廠家的說明為準）。第二部分硬盤錄像機教學目的和要求：了解監(jiān)控系統(tǒng)中常用的數(shù)字硬盤錄像機的基本原理，熟悉并掌握其特點。了解數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的結構。教學重點和難點：數(shù)字硬盤錄像機的特點。硬盤錄像機的選用、安裝與調試

學習目標

了解硬盤錄像機的作用、種類和特點，掌握硬盤錄像機的錄放功能、錄像機對前端設備的控制及相互間的接線關系。任務引入

1.記錄

2.控制功能主要內容一、數(shù)字硬盤錄像機二、數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)一、數(shù)字圖像壓縮編碼技術目前，常用的圖像壓縮編碼標準主要有MPEG4、H.263、H.264、M-JPEG等。

1．MPEG4

所謂MPEG標準就是指由ISO的活動圖像專家組制定的一系列關于音視頻信號以及多媒體信號的壓縮與解壓縮技術的標準。到目前為止，已經(jīng)制定完成并批準執(zhí)行的有：1991年批準的MPEG1、MP3;1994年批準的MPEG2;1999年批準的MPEG4和MP4。正在制定的標準有：MPEG7和MEPG21。2．H.263H.263由于能在低帶寬上傳輸高質量的視頻流而日益受到歡迎。H.263在H.261建議的基礎上發(fā)展的，進一步降低碼速率和提高編碼質量。H.261視頻壓縮標準,約1991年H.262視頻壓縮標準(和MPEG-2第二部分內容相同),約1994年

H.263視頻壓縮標準,約1995年

H.263v2(也就是H.263+)視頻壓縮標準,約1998年

H.264視頻壓縮標準(和MPEG-4第十部分內容相同),約2003年

3．H.264

H.264是ITU-T(國際電信聯(lián)盟電信標準化部)的VCEG(視頻編碼專家組)和ISO/IEC的MPEG的聯(lián)合視頻組開發(fā)的一個新的數(shù)字視頻編碼標準，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG4的第十部分。在相同的重建圖像質量下，H.264能夠比H.263節(jié)約50％左右的碼率，比目前根據(jù)MPEG4實現(xiàn)的視頻格式在性能方面提高33％左右。4．M-JPEG

M-JPEG技術即運動靜止圖像壓縮技術，它把運動的視頻序列作為連續(xù)的靜止圖像來處理，這種壓縮技術方式單獨完整地壓縮每一幀，在編輯過程中可隨機存儲每一幀，可進行精確到幀地編輯。但M-JPEG只對幀內地空間冗余進行壓縮，不對幀間的時間冗余進行壓縮，故壓縮效率不高。二、數(shù)字硬盤錄像機DVR（DigitalVideoRecorder）（一）DVR的種類PC式DVR嵌入式DVRPC式硬盤錄像機外觀幾種嵌入式硬盤錄像機外觀硬盤錄像機后面板（四）圖像壓縮技術1、分類：幀內壓縮：把一幅動畫分解成若干個固定的畫面一幅一幅地傳輸幀間壓縮：可區(qū)分每幅影像的差異并且只傳送影像不同的部份2、常用的圖像壓縮技術：MotionJPEG：幀內壓縮MPEG1：幀間壓縮MPEG2：幀間壓縮MPEG4：幀間壓縮小波變換（wavelettransform）技術：幀內壓縮3、圖像壓縮技術比較：壓縮標準類別M-JPEGMPEG1MPEG2MPEG4壓縮率620～3030～40200～500空間分辨率352×288352×288576720576或更高720時間分辨率25～30幀/秒25～30幀/秒50～60場/秒25～30幀/秒傳輸速率1.5Mbps1.15Mbps4～15Mbps10K～1Mbps主要應用視頻編輯系統(tǒng)VCDDVD交互式多媒體應用圖像質量一般一般很好可變（從VCD到DVD）標準化年代19921992199419994、MPEG4壓縮技術為DVR的應用帶來了新的曙光

存儲空間得到節(jié)省圖像質量高對網(wǎng)絡傳輸帶寬要求不高有可變帶寬網(wǎng)絡傳輸錯誤恢復能力強能對圖像進行甑別（五）數(shù)字硬盤錄像機的使用DVR控制鍵盤硬盤錄像機的管理軟件1、DVR控制鍵盤2、管理軟件界面數(shù)字硬盤錄像機（DVR）（一）數(shù)字硬盤錄像機的分類從功能上分類：單路、多路、多功能

從所用操作系統(tǒng)上分類：

PC式DVR、嵌入式DVR

按編解碼的方式分類：硬件編解碼、軟件編解碼1、PCDVRPCDVR產(chǎn)品的問題主要有：（1）穩(wěn)定性差。（2）PCDVR產(chǎn)品操作及維護需要有一定的技術基礎，而操作系統(tǒng)有時還會“沖掉”一些系統(tǒng)配置及軟件，這就使維護工作難度大。（3）PCDVR的數(shù)據(jù)存儲及操作系統(tǒng)均在硬盤中，無論如何加密，均可以從PC的底層進入系統(tǒng)，對已記錄的圖像文件進行刪改。（4）WINDDOWS操作系統(tǒng)的抗入侵能力非常差。（5）PCDVR的板卡均是大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，質量可以保證，但在組裝為DVR產(chǎn)品時卻很難做到規(guī)范化批量生產(chǎn)，所以整機的質量也難以確保。（6）PC機各類配件的發(fā)展非?？?，1～2年原有產(chǎn)品就會淘汰，這對于只有長期使用才能體現(xiàn)性價比優(yōu)勢的DVR產(chǎn)品來說，PCDVR的維護費用較高，同時PC的板卡均不是生產(chǎn)DVR產(chǎn)品的廠家自已設計生產(chǎn)的，對其產(chǎn)品長期進行維修的保障可靠度較低。

PCDVR的優(yōu)點主要有：（1）存儲空間較大（容易擴展存儲硬盤），適宜長時間錄像。（2）良好的人機接口和文件管理等，通過鼠標、鍵盤只要用過計算機的人都可以很好地進行操作；（3）軟、硬件升級比較容易，產(chǎn)品更新快。（4）維修成本比較低，一般的故障都可以通過更換部件進行維修，整機不會報廢。2．嵌入式數(shù)字硬盤錄像機（1）易于使用，無需具有PC操作技能。（2）系統(tǒng)穩(wěn)定性高，軟件容錯能力更強，無需專人管理。（3）軟件固化在FLASH/EPROM中，不可修改，可靠性高。（4）使用嵌入式實時操作系統(tǒng)，系統(tǒng)開關機快。（5）軟硬件成本低。（6）機械尺寸較小，結構簡單緊湊。幾種嵌入式硬盤錄像機外觀硬盤錄像機后面板（二）硬盤錄像機的基本結構（三）DVR的功能1．多路畫面實時錄像2．多路畫面實時顯示3．圖像壓縮質量設置4．報警錄像可外接1個報警控制器（該控制器可接16路防盜報警探頭），錄像機具有報警聯(lián)動錄像功能。5．音、視頻自適應同步記錄。6．字符、時鐘疊加。

7．視頻移動報警聯(lián)動錄像。

8．視頻丟失報警。9．查詢、回放。10．云臺、鏡頭控制。11．視頻參數(shù)設置。12．自動監(jiān)測。13．自動覆蓋。

14．遠程圖像顯示。15．全中文操作界面。

DVR不僅僅是一個圖像記錄設備，它還具有其他一些重要的功能，如運動探測功能，它可以實現(xiàn)報警前記錄和報警觸發(fā)記錄，保證了記錄信息的有效性，并節(jié)省了存儲空間；畫面組合功能，可以形成多種圖像顯示方式；系統(tǒng)控制功能，對攝像機等前端設備進行各種功能控制。以上功能使之成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的中心設備．特別是對于中小型系統(tǒng)。DVR的網(wǎng)絡功能使之成為分布式系統(tǒng)的節(jié)點設備，是實現(xiàn)遠程監(jiān)控的關鍵技術手段。（四）數(shù)字硬盤錄像機的評價及技術指標1．數(shù)字硬盤錄像機的評價一是要考慮到與