視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成及發(fā)展

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成及發(fā)展第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日1.1.1任務(wù)目標(biāo)通過培訓(xùn)，理解視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能、基本組成原理和系統(tǒng)的類型；理解組成設(shè)備功能、分類和選型原則。為視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)獲取必要信息。第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日1.1.2知識點(diǎn)1．視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能和發(fā)展（1）視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)（VSCS：videosurveillance&controlsystem）利用視頻技術(shù)探測、監(jiān)視設(shè)防區(qū)域并實(shí)時顯示、記錄現(xiàn)場圖像的電子系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)。視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)，不同于一般的工業(yè)電視或民用閉路電視（CCTV）系統(tǒng)。它是特指用于安全防范的目的，通過對監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行視頻探測、視頻監(jiān)視、控制、圖像顯示、記錄和回放的視頻信息系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)。主要任務(wù)是對建筑物內(nèi)重要部位的事態(tài)、人流等動態(tài)狀況進(jìn)行宏觀監(jiān)視、控制，以便對各種異常情況進(jìn)行實(shí)時取證、復(fù)核，達(dá)到及時處理目的。視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)通過遙控?cái)z像機(jī)及其輔助設(shè)備（鏡頭、云臺等），直接觀察被監(jiān)視場所的情況，同時可以把被監(jiān)視場所的情況進(jìn)行同步錄象。集成了預(yù)防、監(jiān)視、控制取證和管理等功能，從邏輯上可分為：前端、傳輸、控制和顯示記錄四部分。（2）視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)過了三個階段：全模擬視頻監(jiān)控階段、模擬數(shù)字混合監(jiān)控階段和全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控階段，目前正向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日圖1.1.1視頻監(jiān)控系統(tǒng)邏輯組成1）全模擬視頻監(jiān)控方式：是第一代監(jiān)控系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：視音頻信號的采集、傳輸、存儲均為模擬形式，圖像質(zhì)量高；技術(shù)成熟，系統(tǒng)功能強(qiáng)大、完善。缺點(diǎn)：只能在本地監(jiān)控中心觀看小范圍的監(jiān)控圖像，與信息系統(tǒng)無法交換數(shù)據(jù)，監(jiān)控僅限于監(jiān)控中心，應(yīng)用的靈活性較差，不易擴(kuò)展。系統(tǒng)主要由攝像機(jī)、視頻矩陣、監(jiān)視器和錄像機(jī)組成，攝像機(jī)采集模擬信號直接以模擬方式近距離傳輸，傳輸界質(zhì)主要采用專用的同軸電纜。這種監(jiān)控方式主要用于建筑物內(nèi)部監(jiān)控。攝像機(jī)前端采集傳輸部分控制主機(jī)顯示與記錄第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日2）模擬數(shù)字混合監(jiān)控方式（DVR）：DVR是近幾年迅速發(fā)展的第二代監(jiān)控系統(tǒng)，采用微機(jī)和操作系統(tǒng)平臺，在計(jì)算機(jī)中安裝視頻壓縮卡和相應(yīng)的DVR軟件，不同型號視頻卡可連接多路視頻，支持實(shí)時視頻和音頻。前端攝像機(jī)采集的模擬信號還是以模擬方式傳輸，通過同軸電纜或光纜的傳輸線路連接到監(jiān)控中心的數(shù)字硬盤錄像機(jī)（DVR：DigitalVedioRecorder）上，數(shù)字硬盤錄像機(jī)采用數(shù)字視頻壓縮處理技術(shù)，完成對圖像的多畫面顯示、壓縮、數(shù)字錄像和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?。?yōu)點(diǎn)：視頻、音頻信號的采集、存儲主要為數(shù)字形式，質(zhì)量較高；系統(tǒng)功能較為強(qiáng)大、完善；與信息系統(tǒng)可以交換數(shù)據(jù)；應(yīng)用的靈活性較好。缺點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離視頻傳輸需鋪設(shè)（租用）光纜，在光纜兩端安裝視頻光端機(jī)設(shè)備，系統(tǒng)建設(shè)成本高，不易維護(hù)、且維護(hù)費(fèi)用較大。第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日3）全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方式：是視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的第三代，也是視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。前端攝像機(jī)傳送的視頻信號數(shù)字化后，由高效壓縮芯片進(jìn)行壓縮，然后通過內(nèi)部處理后，以IP包的形式傳送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上。網(wǎng)絡(luò)用戶可以通過專用軟件或直接通過瀏覽器觀看Web服務(wù)器上的攝像機(jī)圖像，授權(quán)用戶還可以控制攝像機(jī)、云臺、鏡頭的動作，對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的代表產(chǎn)品就是網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日2．視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)一般由前端、傳輸、控制及顯示記錄四個主要部分組成。前端部分包括一臺或多臺攝像機(jī)以及與之配套的鏡頭、云臺、防護(hù)罩、解碼驅(qū)動器等；傳輸部分包括電纜和/或光纜，以及可能的有線/無線信號調(diào)制解調(diào)設(shè)備等；控制部分主要包括視頻切換器、云臺鏡頭控制器、操作鍵盤、種類控制通信接口、電源和與之配套的控制臺、監(jiān)視器柜等；顯示記錄設(shè)備主要包括監(jiān)視器、錄像機(jī)、多畫面分割器等。攝像機(jī)解碼器監(jiān)視器解碼器攝像機(jī)控制線視頻傳輸線操作健盤主機(jī)（視頻切換、動作控制）圖1.1.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日1）前端攝像機(jī)部分

前端攝像機(jī)部分包括攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、云臺和解碼器等，攝像部分是整個監(jiān)控系統(tǒng)的前端，也是整個系統(tǒng)的眼睛，作用是將所監(jiān)視目標(biāo)的光信號變?yōu)殡娦盘?。攝像機(jī)安裝在某個監(jiān)控點(diǎn)上，視場角覆蓋整個被監(jiān)視區(qū)域。如果監(jiān)視區(qū)域較大，可以在攝像機(jī)上安裝變焦鏡頭，使攝像機(jī)能夠觀察的距離更遠(yuǎn)更清楚；也可以把攝像機(jī)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(jī)作水平和垂直方向的轉(zhuǎn)動，從而使攝像機(jī)能夠覆蓋的角度和面積最大。由于攝像部分是整個監(jiān)控系統(tǒng)的最前端，監(jiān)視場所的情況是由它把監(jiān)視的內(nèi)容編程圖像信號傳送到控制中心的監(jiān)視器上，所以攝像部分是系統(tǒng)的原始信號源。因此攝像部分及其產(chǎn)生的圖像信號的質(zhì)量影響著整個系統(tǒng)的質(zhì)量，也是影響系統(tǒng)噪聲的最大因素，所以選擇和處理攝像部分至關(guān)重要。（2）傳輸部分傳輸部分是系統(tǒng)的信號通路，傳輸?shù)男盘柊▓D像信號、控制中心通過控制臺對攝像機(jī)等前端設(shè)備進(jìn)行控制的信號。主要傳輸?shù)膬?nèi)容是圖像信號，要求在圖像信號經(jīng)過傳輸系統(tǒng)后，不產(chǎn)生明顯的噪聲以及色度信號和亮度信號的失真，保證原始圖像信號的清晰度和灰度等級沒有明顯下降等。這就要求傳輸系統(tǒng)在衰減、噪聲引入、幅頻特性和相頻特性方面都有較好的性能。電視監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸方式的確定，主要根據(jù)傳輸距離的遠(yuǎn)近、攝像機(jī)的多少而定。傳輸距離較近時，采用視頻基帶傳輸方式；傳輸距離較遠(yuǎn)時，采用射頻有線傳輸方式或光纖傳輸方式。第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日1）視頻基帶傳輸方式視頻基帶傳輸方式適用于近距離傳輸，優(yōu)點(diǎn)是傳輸系統(tǒng)簡單、失真小、附加噪聲低，不需要增加設(shè)備，直接從攝像機(jī)到控制臺之間傳輸電視圖像信號。傳輸線選用同軸電纜，型號為SYV-75-5、SYV-75-7、SYV-75-9，如圖所示：圖1.1.3同軸電纜第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日S 代表射頻同軸電纜；Y 代表聚乙烯(PE)絕緣；V代表聚氯乙烯(PVC)護(hù)套；75代表特性阻抗75歐姆；5代表絕緣外經(jīng)的近似值。SYV成為視頻電纜。一般而言，室外線路，宜選用外導(dǎo)體內(nèi)徑為9mm的同軸電纜，采用聚乙烯外套。室內(nèi)距離不超過500m時，宜選用外導(dǎo)體內(nèi)徑為7mm的同軸電纜，且采用防火的聚氯乙烯外套；終端機(jī)房設(shè)備間的連接線，距離較短時，宜選用外導(dǎo)體內(nèi)徑為3mm或5mm，且具有密編銅網(wǎng)外導(dǎo)體的同軸電纜。2）射頻傳輸方式射頻傳輸方式適用于遠(yuǎn)距離，同時傳輸多路圖像信號的場所。傳輸過程中產(chǎn)生的微分增益和微分相位較小，失真小，適合于遠(yuǎn)距離傳輸彩色圖像信號；而且一條傳輸線可以同時傳輸多路射頻圖像信號。常用的設(shè)備包括調(diào)制器、混合器/定向耦合器、分波器和解調(diào)器。第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日圖示：攝像機(jī)攝像機(jī)攝像機(jī)調(diào)制器調(diào)制器調(diào)制器混合器大波器解調(diào)器解調(diào)器解調(diào)器控制臺攝像機(jī)調(diào)制器定向耦合器定向耦合器攝像機(jī)調(diào)制器多路采集視頻混合到傳輸電纜定向耦合器將信號耦合到傳輸電纜單線傳輸圖1.1.4身頻傳輸方式第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日①調(diào)制器：調(diào)制器輸入端接收攝像機(jī)輸出的視頻信號，調(diào)制器的輸出端輸出經(jīng)過調(diào)制的射頻信號。調(diào)制器的作用是將視頻信號變?yōu)樘囟l道的射頻信號。②混合器：混合器由多個信號輸入端，一個混合后的輸出端；混合器是將調(diào)制到不同頻道上的各路電視信號經(jīng)過混合器混合成為一路信號，在一條射頻同軸電纜上傳輸。有時候，可以用定向耦合器取代混合器，將某路視頻信號混合到射頻傳輸電纜上。③分波器：分波器把電纜傳輸來的多頻道射頻信號分開，送入解調(diào)器中解調(diào)出對贏得視頻信號④解調(diào)器：解調(diào)器將來自傳輸干線上的各路射頻電視信號解調(diào)還原為視頻電視信號，把這些信號送入監(jiān)控系統(tǒng)控制中心。每個解調(diào)器解調(diào)一路視頻信號。傳輸線選用SYWV，SYWV:聚乙烯物理發(fā)泡絕緣，PVC護(hù)套，國標(biāo)代號是射頻電纜；高頻衰減比SYV小，視頻傳輸特性優(yōu)異，在有線電視信號傳輸上應(yīng)用廣泛。3）光纜傳輸方式：光纜傳輸是光將各攝像機(jī)的視頻信號分別調(diào)制到對應(yīng)的射頻頻道上，經(jīng)過混合器到光發(fā)射端機(jī)，光發(fā)射端機(jī)輸出光信號送入光纜中。經(jīng)過光纜傳輸后，由光接收端機(jī)解調(diào)出射頻信號，再經(jīng)過射頻解調(diào)器解調(diào)出對應(yīng)攝像機(jī)的全視頻信號。第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日光纜模擬射頻多路視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：攝像機(jī)攝像機(jī)攝像機(jī)調(diào)制器調(diào)制器調(diào)制器混合器光發(fā)射端機(jī)光接收端機(jī)多路解調(diào)器多路視頻輸出光纜圖1.1.5光纜傳輸方式第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日光纜傳輸視頻圖像信號，適用于遠(yuǎn)距離、大容量、高質(zhì)量保密性傳輸圖像信號。①單膜光纖每千米損耗是同軸電纜的1%，模擬光纖多路電視傳輸系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)20KM無中斷傳輸，這個距離基本上能滿足超遠(yuǎn)距離的電視監(jiān)控系統(tǒng)。②目前一路一芯單膜光纖可以傳輸幾十路電視信號，傳輸容量大大提高。③光頻噪聲以及傳輸系統(tǒng)的非線性失真小，所以光纖多路視頻傳輸系統(tǒng)的傳輸信號的噪聲比、交調(diào)、互調(diào)等性能指標(biāo)都較高；而且光纖系統(tǒng)抗干擾性能強(qiáng)，基本上不受外界溫度變化影響，從而保證了傳輸質(zhì)量。④光纖多路視頻傳輸系統(tǒng)的保密性好，傳輸信號不易被竊取，適于保密系統(tǒng)使用，特別適于強(qiáng)電磁干擾和電磁輻射環(huán)境。（3）控制部分：主要為矩陣及其鍵盤，用于視頻切換功能和通訊控制帶云臺的攝像機(jī)動作。（4）顯示和記錄部分：顯示部分為監(jiān)視器，記錄部分為硬盤錄像機(jī)。機(jī)，尾是監(jiān)視器。這是由一臺攝像機(jī)和一臺監(jiān)視器組成方式連續(xù)定點(diǎn)監(jiān)視場所，如圖1-6所示。有時候監(jiān)視區(qū)域較大，可以在攝像機(jī)上安裝變焦鏡頭，使攝像機(jī)能夠觀察的距離更遠(yuǎn)更清楚；也可以把攝像機(jī)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(jī)作水平和垂直方向的轉(zhuǎn)動。第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日3．視頻監(jiān)控系統(tǒng)的分類視頻監(jiān)控系統(tǒng)從應(yīng)用場合來講，分為小型、中型和大型系統(tǒng)。如果從組成形式上由可以分為單頭單尾方式、單頭多尾方式、多頭單尾方式和多頭多尾方式。1）單頭單尾方式：頭是攝像機(jī)，尾是監(jiān)視器。這是由一臺攝像機(jī)和一臺監(jiān)視器組成方式連續(xù)定點(diǎn)監(jiān)視場所，如圖1-6所示。有時候監(jiān)視區(qū)域較大，可以在攝像機(jī)上安裝變焦鏡頭，使攝像機(jī)能夠觀察的距離更遠(yuǎn)更清楚；也可以把攝像機(jī)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(jī)作水平和垂直方向的轉(zhuǎn)動。這種單頭單尾方式如圖1-7所示。攝像機(jī)監(jiān)視器圖1.1.6單頭單尾方式1攝像機(jī)控制器監(jiān)視器圖1.1.7單頭單尾方式2第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日2）單頭多尾方式：單頭多尾方式是由一臺攝像機(jī)向許多監(jiān)視點(diǎn)輸送圖像信號，由各個點(diǎn)上的監(jiān)視器同時觀看圖像。這種方式用在多處監(jiān)視同一個固定目標(biāo)的場合。如圖1-8所示。攝像機(jī)分配器圖1.1.8單頭多尾方式第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日3）多頭單尾方式：多頭單尾方式用在一處集中監(jiān)視多個目標(biāo)的場合。如圖（d）所示。4）多頭多尾方式：多頭多尾方式用在多處集中監(jiān)視多個目標(biāo)的場合，如圖（e）所示。攝像機(jī)攝像機(jī)攝像機(jī)攝像機(jī)控制器監(jiān)視器圖1.1.9多頭單尾方式攝像機(jī)攝像機(jī)攝像機(jī)攝像機(jī)控制器分配器圖1.1.10多頭多尾方式第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日4．視頻監(jiān)控系統(tǒng)類型（1）普通視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般要求的視頻監(jiān)控系統(tǒng)由前端視頻采集部分、傳輸部分、控制管理和顯示部分組成。前端視頻采集部分：包括攝像機(jī)、鏡頭、解碼器；傳輸部分：在300-500M內(nèi)采用視頻基帶傳輸方式傳輸視頻、采用485總線傳輸控制信號；控制管理部分：包括硬盤錄像機(jī)、矩陣主機(jī)及其操作鍵盤；顯示部分：適當(dāng)數(shù)量的監(jiān)視器。第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日如圖1.1.11所示：圖1.1.11視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日（2）特殊視頻監(jiān)控系統(tǒng)特別要求的電視監(jiān)控系統(tǒng)分為以下幾類：1)有聲音拾取功能的電視監(jiān)控系統(tǒng)：系統(tǒng)可以把監(jiān)視的圖像和聲音內(nèi)容一起傳輸?shù)娇刂浦行摹?)由視頻監(jiān)控系統(tǒng)和入侵報警系統(tǒng)兩部分組成，系統(tǒng)在控制臺設(shè)有入侵報警的聯(lián)動接口。在有防盜報警信號時，控制臺發(fā)出報警，并且啟動錄像機(jī)自動對警報的場所進(jìn)行錄像。3)具有自動跟蹤和鎖定功能的電視監(jiān)控系統(tǒng)：系統(tǒng)工作方式是將入侵目標(biāo)的圖像及聲音信號轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)文件，提取目標(biāo)信號，反饋給攝像機(jī)及自動云臺，控制攝像機(jī)及云臺進(jìn)行跟蹤鎖定，還將自動啟動關(guān)聯(lián)攝像機(jī)或報警裝置。4)運(yùn)距離多路信號的視頻監(jiān)控系統(tǒng)第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日1.1.4

問題討論1．監(jiān)獄視頻監(jiān)控系統(tǒng)、學(xué)校視頻監(jiān)控系統(tǒng)、商用樓視頻監(jiān)控系統(tǒng)等不同建筑物功能對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求有什么不同？2．視頻監(jiān)控系統(tǒng)分類如何，目前我國主流的視頻監(jiān)控系統(tǒng)處于哪一代？3．就目前學(xué)校狀況，討論視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)1.1.5

課后習(xí)題1．視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要有哪三部分組成，各部分有什么特點(diǎn)？1.1.6

附錄1．基本術(shù)語（1）視頻video基于目前的電視模式（PAL彩色制式，CCIR黑白制式625行，2：1隔行掃描），所需的大約為6MHz 或更高帶寬的基帶信號。（2）視頻探測videodetecting采用光電成像技術(shù)（從近紅外到可見光譜范圍內(nèi)）對目標(biāo)進(jìn)行感知并生成視頻圖像信號的一種探測手段。第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日（3）視頻監(jiān)控videomonitoring利用視頻探測手段對目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視、控制和信息記錄。（4）視頻傳輸videotransmitting利用有線或無線傳輸介質(zhì)，直接或通過調(diào)制解調(diào)等手段，將視頻圖像信號從一處傳到另一處，從一臺設(shè)備傳到另一臺設(shè)備。本系統(tǒng)中通常包括視頻圖像信號從前端攝像機(jī)到視頻主機(jī)設(shè)備，從視頻主機(jī)到顯示終端，從視頻主機(jī)到分控，從視頻光發(fā)射機(jī)到視頻光接收機(jī)等。（5）視頻主機(jī)videocontroller/switcher通常指視頻控制主機(jī),它是視頻系統(tǒng)操作控制的核心設(shè)備,通?？梢酝瓿蓪D像的切換、云臺和鏡頭的控制等。（6）報警圖像復(fù)核videochecktoalarm當(dāng)報警事件發(fā)生時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠自動實(shí)時調(diào)用與報警區(qū)域相關(guān)的圖像，以便對現(xiàn)場狀態(tài)進(jìn)行觀察復(fù)核。（7）報警聯(lián)動actionwithalarm報警事件發(fā)生時，引發(fā)報警設(shè)備以外的其他設(shè)備進(jìn)行動作（如報警圖像復(fù)核、照明控制等）。第22頁，共25頁，2023年，