学习情境二 视频监控系统设备安装与调试
任务一 参观视频监控系统应用场所
［任务目标］
通过参观调研视频监控系统应用场所，理解视频监控系统功能、基本组成、原理和系统的类型，理解组成设备功能、分类和选型原则，为学校视频监控系统建设获取必要信息。
［任务内容］
①介绍实训室监控系统的功能和组成设备。
②参观智能化楼宇弱电系统综合实训室。
③参观智能化楼宇弱电系统分项实训室，近距离观察各种监控设备。
［知识点］
一、视频监控系统功能和发展
（1）视频安防监控系统
视频安防监控系统（VSCS：video surveillance & control system）利用视频技术探测、监视设防区域，并实时显示、记录现场图像的电子系统或网络。视频安防监控系统，不同于一般的工业电视或民用闭路电视（CCTV）系统，是特指用于安全防范的目的，通过对监视区域进行视频探测、视频监视、控制、图像显示、记录和回放的视频信息系统或网络。主要任务是对建筑物内重要部位的事态、人流等动态状况进行宏观监视、控制，以便对各种异常情况进行实时取证、复核，达到及时处理目的。
视频安防监控系统通过遥控摄像机及其辅助设备（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，集成了预防、监视、控制取证和管理等功能。从逻辑上可分为前端、传输、控制和显示记录四部分，如图2-1所示。
图2-1 视频监控系统逻辑组成
（2）视频安防监控系统的发展
视频安防监控系统发展经过了三个阶段：全模拟视频监控阶段、模拟数字混合监控阶段和全数字化的网络监控阶段，目前正向数字化、网络化、智能化方向发展。
①全模拟视频监控方式是第一代监控系统。优点：视音频信号的采集、传输、存储均为模拟形式，图像质量高；技术成熟，系统功能强大、完善。缺点：只能在本地监控中心观看小范围的监控图像，与信息系统无法交换数据，监控仅限于监控中心，应用的灵活性较差，不易扩展。系统主要由摄像机、视频矩阵、监视器和录像机组成，摄像机采集模拟信号直接以模拟方式近距离传输，传输介质主要采用专用的同轴电缆。这种监控方式主要用于建筑物内部监控。
②模拟数字混合监控方式（DVR）DVR是近几年迅速发展的第二代监控系统，采用微机和操作系统平台，在计算机中安装视频压缩卡和相应的DVR软件，不同型号视频卡可连接多路视频，支持实时视频和音频。前端摄像机采集的模拟信号还是以模拟方式传输，通过同轴电缆或光的传输线路连接到监控中心的数字硬盘录像机（DVR：Digital Video Recorder）上，数字硬盘录像机采用数字视频压缩处理技术，完成对图像的多画面显示、压缩、数字录像和网络传输等功能。优点：视频、音频信号的采集、存储主要为数字形式，质量较高；系统功能较为强大、完善；与信息系统可以交换数据；应用的灵活性较好。缺点：实现远距离视频传输需铺设（租用）光缆，在光缆两端安装视频光端机设备，系统建设成本高，不易维护、且维护费用较大。
③全数字化的网络监控方式是视频安防监控系统发展的第三代，也是视频安防监控系统发展的趋势。前端摄像机传送的视频信号数字化后，由高效压缩芯片进行压缩，然后通过内部处理后，以IP包的形式传送到网络服务器上。网络用户可以通过专用软件或直接通过浏览器观看Web服务器上的摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机、云台、镜头的动作，对系统进行设置。网络视频监控的代表产品就是网络视频服务器和网络摄像机。
二、视频监控系统组成
视频安防监控系统一般由前端、传输、控制及显示记录四个主要部分组成（图2-2）。前端部分包括一台或多台摄像机以及与之配套的镜头、云台、防护罩、解码驱动器等；传输部分包括电缆和/或光缆，以及可能的有线/无线信号调制解调设备等；控制部分主要包括视频切换器、云台镜头控制器、操作键盘、种类控制通信接口、电源和与之配套的控制台、监视器柜等；显示记录设备主要包括监视器、录像机、多画面分割器等。
图2-2 视频监控系统组成
（1）前端摄像机部分
前端摄像机部分包括摄像机、镜头、防护罩、云台和解码器等，摄像部分是整个监控系统的前端，也是整个系统的眼睛，作用是将所监视目标的光信号变为电信号。摄像机安装在某个监控点上，视场角覆盖整个被监视区域。如果监视区域较大，可以在摄像机上安装变焦镜头，使摄像机能够观察的距离更远更清楚；也可以把摄像机安装在电动云台上，通过控制台的控制，可以使云台带动摄像机作水平和垂直方向的转动，从而使摄像机能够覆盖的角度和面积更大。
由于摄像部分是整个监控系统的最前端，监视场所的情况是由它把监视的内容编程图像信号传送到控制中心的监视器上，摄像部分是系统的原始信号源。因此摄像部分及其产生的图像信号的质量影响着整个系统的质量，也是影响系统噪声的最大因素，所以选择和处理摄像部分至关重要。
（2）传输部分
传输部分是系统的信号通路，传输的信号包括图像信号、控制中心通过控制台对摄像机等前端设备进行控制的信号。主要传输的内容是图像信号，要求在图像信号经过传输系统后，不产生明显的噪声以及色度信号和亮度信号的失真，保证原始图像信号的清晰度和灰度等级没有明显下降等。这就要求传输系统在衰减、噪声引入、幅频特性和相频特性方面都有较好的性能。
电视监控系统中传输方式的确定，主要根据传输距离的远近、摄像机的多少而定。传输距离较近时，采用视频基带传输方式；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视频基带传输方式视频基带传输方式适用于近距离传输，优点是传输系统简单、失真小、附加噪声低，不需要增加设备，直接从摄像机到控制台之间传输电视图像信号。传输线选用同轴电缆，型号为SYV-75-5、SYV-75-7、SYV-75-9，如图2-3所示。S代表射频同轴电缆；Y代表聚乙烯（PE）绝缘；V代表聚氯乙烯（PVC）护套；75代表特性阻抗75Ω；5代表绝缘外径的近似值。SYV成为视频电缆。
图2-3 同轴电缆
一般而言，室外线路，宜选用外导体内径为9mm的同轴电缆，采用聚乙烯外套。室内距离不超过500m时，宜选用外导体内径为7mm的同轴电缆，且采用防火的聚氯乙烯外套；终端机房设备间的连接线，距离较短时，宜选用外导体内径为3mm或5mm，且具有密编铜网外导体的同轴电缆。
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所。传输过程中产生的微分增益和微分相位较小，失真小，适合于远距离传输彩色图像信号；而且一条传输线可以同时传输多路射频图像信号。常用的设备包括调制器、混合器/定向耦合器、分波器和解调器，见图2-4。
图2-4 射频传输方式
a.调制器调制器输入端接收摄像机输出的视频信号，调制器的输出端输出经过调制的射频信号。调制器的作用是将视频信号变为特定频道的射频信号。
b.混合器混合器有多个信号输入端和一个混合后的输出端。混合器是将调制到不同频道上的各路电视信号经过混合器混合成为一路信号，在一条射频同轴电缆上传输。有时候，可以用定向耦合器取代混合器，将某路视频信号混合到射频传输电缆上。
c.分波器分波器把电缆传输来的多频道射频信号分开，送入解调器中解调出对应的视频信号。
d.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电视信号，把这些信号送入监控系统控制中心。每个解调器解调一路视频信号。
传输线选用SYWV、SYWV：聚乙烯物理发泡绝缘，PVC护套，国标代号是射频电缆；高频衰减比SYV小，视频传输特性优异，在有线电视信号传输上应用广泛。
③光缆传输方式光缆传输是光将各摄像机的视频信号分别调制到对应的射频频道上，经过混合器到光发射端机，光发射端机输出光信号送入光缆中。经过光缆传输后，由光接收端机解调出射频信号，再经过射频解调器解调出对应摄像机的全视频信号。
光缆模拟射频多路视频监控系统结构如图2-5所示。
图2-5 光缆传输方式
光缆传输视频图像信号，适用于远距离、大容量、高质量保密性传输图像信号。
a.单膜光纤每千米损耗是同轴电缆的1％。模拟光纤多路电视传输系统可以实现20km无中断传输，这个距离基本上能满足超远距离的电视监控系统。
b.目前一路一芯单膜光纤可以传输几十路电视信号，传输容量大大提高。
c.光频噪声以及传输系统的非线性失真小，所以光纤多路视频传输系统的传输信号的噪声比、交调、互调等性能指标都较高；而且光纤系统抗干扰性能强，基本上不受外界温度变化影响，从而保证了传输质量。
d.光纤多路视频传输系统的保密性好，传输信号不易被窃取，适于保密系统使用，特别适于强电磁干扰和电磁辐射环境。
（3）控制部分
控制部分主要为矩阵及其键盘，用于视频切换功能和通信控制带云台的摄像机动作。
（4）显示和记录部分
显示部分为监视器，记录部分为硬盘录像机。
三、视频监控系统的分类
视频监控系统从应用场合来讲，分为小型、中型和大型系统。如果从组成形式上，可以分为单头单尾方式、单头多尾方式、多头单尾方式和多头多尾方式。
（1）单头单尾方式
头是摄像机，尾是监视器。由一台摄像机和一台监视器组成的方式连续定点监视场所，如图2-6所示。有时候监视区域较大，可以在摄像机上安装变焦镜头，使摄像机能够观察的距离更远更清楚；也可以把摄像机安装在电动云台上，通过控制台的控制，可以使云台带动摄像机作水平和垂直方向的转动。这种单头单尾方式如图2-7所示。
图2-6 单头单尾方式1
图2-7 单头单尾方式2
（2）单头多尾方式
单头多尾方式是由一台摄像机向许多监视点输送图像信号，由各个点上的监视器同时观看图像。这种方式用在多处监视同一个固定目标的场合。如图2-8所示。
图2-8 单头多尾方式
（3）多头单尾方式
多头单尾方式用在一处集中监视多个目标的场合。如图2-9所示。
图2-9 多头单尾方式
（4）多头多尾方式
多头多尾方式用在多处集中监视多个目标的场合，如图2-10所示。
图2-10 多头多尾方式
四、视频监控系统类型
（1）普通视频监控系统
一般要求的视频监控系统由前端视频采集部分、传输部分、控制管理和显示部分组成，见图2-11。
图2-11 视频监控系统结构图
前端视频采集部分包括摄像机、镜头、解码器。传输部分：300～500m内采用视频基带传输方式传输视频，采用485总线传输控制信号。控制管理部分包括硬盘录像机、矩阵主机及其操作键盘。显示部分：适当数量的监视器。
（2）特殊视频监控系统
特别要求的电视监控系统分为以下几类。
①有声音拾取功能的电视监控系统系统可以把监视的图像和声音内容一起传输到控制中心。
②由视频监控系统和入侵报警系统两部分组成，系统在控制台设有入侵报警的联动接口。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报警的场所进行录像。
③具有自动跟踪和锁定功能的电视监控系统系统工作方式是将入侵目标的图像及声音信号转为数据文件，提取目标信号，反馈给摄像机及自动云台，控制摄像机及云台进行跟踪锁定，还将自动启动关联摄像机或报警装置。
④远距离多路信号的视频监控系统。
［问题讨论］
①监狱视频监控系统、学校视频监控系统、商用楼视频监控系统等不同建筑物功能对视频监控系统的要求有什么不同？
②视频监控系统分类如何？目前我国主流的视频监控系统处于哪一代？
③就自己单位的状况，讨论视频监控系统的架构？
［课后习题］
视频监控系统主要由哪三部分组成？各部分有什么特点？
［基本术语］
（1）视频video 基于目前的电视模式（PAL彩色制式，CCIR黑白制式625行，2:1隔行扫描），所需的大约为6MHz或更高带宽的基带信号。
（2）视频探测video detecting 采用光电成像技术（从近红外到可见光谱范围内）对目标进行感知并生成视频图像信号的一种探测手段。
（3）视频监控video monitoring 利用视频探测手段对目标进行监视、控制和信息记录。
（4）视频传输video transmitting 利用有线或无线传输介质，直接或通过调制解调等手段，将视频图像信号从一处传到另一处，从一台设备传到另一台设备。本系统中通常包括视频图像信号从前端摄像机到视频主机设备，从视频主机到显示终端，从视频主机到分控，从视频光发射机到视频光接收机等。
（5）视频主机video controller/switcher 通常指视频控制主机，它是视频系统操作控制的核心设备，通常可以完成对图像的切换、云台和镜头的控制等。
（6）报警图像复核video check to alarm 当报警事件发生时，视频监控系统能够自动实时调用与报警区域相关的图像，以便对现场状态进行观察复核。
（7）报警联动action with alarm 报警事件发生时，引发报警设备以外的其他设备进行动作（如报警图像复核、照明控制等）。
（8）视频音频同步synchronization of video and audio 指对同一现场传来的视频、音频信号的同步切换。
（9）环境照度environmental illumination 反映目标所处环境明暗的物理量，数值上等于垂直通过单位面积的光通量。
（10）图像质量picture quality 指能够为观察者分辨的光学图像质量，它通常包括像素数量、分辨率和信噪比，但主要表现为信噪比。
（11）图像分辨率picture resolution 指在显示平面水平或垂直扫描方向上，在一定长度上能够分辨的最多的目标图像的电视线数。
（12）前端设备terminal device 指分布于探测现场的各类设备。通常指摄像机以及与之配套的相关设备（如镜头、云台、解码驱动器、防护罩等）。
（13）分控branch console 通常指在中心监控室以外设立的控制和观察终端设备。
（14）视频移动报警video moving detecting 指利用视频技术探测现场图像变化，一旦达到设定阈值即发出报警信息的一种报警手段。
（15）视频信号丢失报警video loss alarm 指视频主机对前端来的视频信号进行监控时，一旦视频信号的峰值小于设定值，系统即视为视频信号丢失，并给出报警信息的一种系统功能。