典型的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要有前端設備、傳輸設備和后端設備這三大部分,其中后端設備可進一步分為中心控制設備和分控制設備。前、后端設備有多種構成方式,它們之間的聯(lián)系(即傳輸系統(tǒng))可以通過電纜、光纖或微波等多種方式來實現(xiàn)。具體地說,電視監(jiān)視系統(tǒng)由攝像部分(有時還有麥克)、傳輸部分、控制部分及顯示和記錄部分四大塊組成。在每一部分中,又包含更加具體的設備或部件。
圖1視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成
1、前端部分
視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端部分由攝像機、鏡頭、防護罩、安裝支架、云臺、解碼器等組成,主要用于對公共區(qū)域、重點區(qū)域進行攝像,并將視頻信號傳送到后端進行處理。
1)攝像機
攝像機是獲取監(jiān)視現(xiàn)場圖像的前端設備,在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中使用的攝像機主要是ccd攝像機,它以ccd圖像傳感器為核心部件,外加同步信號產(chǎn)生電路、視頻信號處理電路及電源等組成。
攝像機具有黑白和彩色之分,由于黑白攝像機具有高分辨率、低照度等優(yōu)點,特別是它可以在紅外光照下成像,因此在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,黑白攝像機仍具有較高的市場占有率。順便指出,在各商家列出的視頻監(jiān)控系統(tǒng)器材清單中的攝像機通常都是不帶鏡頭的(一體化攝像除外),因此在實際應用中,應用根據(jù)監(jiān)控現(xiàn)場的實際環(huán)境及用戶要求,為攝像機配合適的鏡頭。
2)鏡頭
鏡頭是監(jiān)控系統(tǒng)中必不可少的部件,鏡頭與ccd攝像機配合,可以將遠距離目標成像在攝像機的ccd靶面上。
3)云臺
云臺是承載攝像機并可進行水平和垂直兩個方向轉動的裝置。云臺內裝有兩個電動機。這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°,垂直轉動則有±45°、±35°、±75°等。水平及垂直轉動的角度大小可通過限位開關進行調整。
4)防護罩
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。
防護罩一般分為兩類,一類是室內防護罩,另一類是室外防護罩。
目前較好的全天候防護罩是采用半導體器件加溫和降溫防護罩。這種防護罩內裝有半導體元件,即可自動加溫,也可以自動降溫,并且功耗較小。
5)支架
普通支架有短的、長的、直的、彎的,根據(jù)不同的要求選擇不同的型號。室外支架主要考慮負載能力是否合乎要求,再有就是安裝位置,因為從實踐中發(fā)現(xiàn),很多室外攝像機安裝位置特殊,有的安裝在電線桿上,有的立于塔吊上,有的安裝在鐵架上。由于種種原因,現(xiàn)有的支架可能難以滿足要求,需要另外加工或改進。
6)解碼器
在具體的閉路視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程中,解碼器屬于前端設備,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連,另有通信線與監(jiān)控中心的系統(tǒng)主機相連。
解碼器的主要作用是接收控制中心的系統(tǒng)主機送來的編碼控制信號,并進行解碼,成為控制動作的命令信號,再去控制攝像機及其輔助設備的各種動作(如鏡頭的變倍、云臺的轉動等)。
解碼器不能單獨使用,而必須與矩陣控制系統(tǒng)配合使用。
同一個系統(tǒng)中可能有多臺解碼器,所以每一臺解碼器上都有一個撥碼開頭,它決定了該解碼器在該系統(tǒng)中的編號(即id號),在使用解碼器時,首先必須對撥碼開關進行設置。在設置時,必須與系統(tǒng)中的攝像機編號一致。
2、傳輸部分
傳輸部分就是系統(tǒng)的圖像信號通路。一般來說,傳輸部分單指傳輸圖像信號。但是,由于某些系統(tǒng)中除圖像外,還要傳輸聲音信號,同時,由于需要有控制中心通過控制臺對攝像機、鏡頭、云臺、防護罩等進行控制,因而在傳輸系統(tǒng)中還包含控制信號的傳輸,所以這里所講的傳輸部分,通常是指所要傳輸?shù)男盘栃纬傻膫鬏斚到y(tǒng)的總和。
由于傳輸部分主要傳輸?shù)膬热菔菆D像信號,因此重點研究圖像信號的傳輸方式及傳輸中的有關問題。對圖像信號的傳輸,重點要求是在圖像信號經(jīng)過傳輸系統(tǒng)后,不產(chǎn)生明顯的噪聲、失真(色度信號與亮度信號均不產(chǎn)生明顯的失真),保證原始圖像信號(從攝像機輸出的圖像信號)的清晰度和相頻特性等方面有良好的性能。
在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,由于傳輸方式的不同,在系統(tǒng)中采用的傳輸部件也不同。
1)遠距離視頻傳輸方式下的傳輸部件
遠距離視頻傳輸方式下的傳輸部件分為視頻放大器及幅頻和相頻補償器兩類。
?、僖曨l放大器是裝在攝像機輸出端之后,傳輸線之前。也就是說,從攝像機輸出的視頻信號經(jīng)視頻放大器放大后再經(jīng)線路送至監(jiān)控中心。視頻放大器要求其輸出的電壓是可調的,一般為1.5v至6v;其中幅頻特性曲線在2.5mhz至6mhz之間峰起,峰起的高度應為2.5mhz曲線的兩倍以上。
?、诜l和相頻補償安裝在總控制臺上的視頻信號端口,以補償送過來的視頻信號。如果是傳輸黑白電視信號,由于傳輸而造成的高頻信號幅度的相移失真,一般不必進行相移補償;如果是傳輸彩色電視信號,則必須安裝幅頻和相頻補償器,否則會產(chǎn)生信號失真。
2)射頻傳輸方式下的傳輸部件
射頻傳輸方式下的傳輸部件有調制器、射頻放大器和解調器等。這些部件與有線電視網(wǎng)使用的傳輸部件基本相同。
3)光纖傳輸方式下的傳輸部件
光纖傳輸方式使用的傳輸部件有光調制器、光放大器、光解調器等,與有線電視采用光纖傳輸時所使用的部件基本相同。光調制器與光解調器在工程上稱為光發(fā)送端機和光接收端機。
4)電話電纜平衡傳輸方式下的傳輸部件
電話電纜傳輸方式下的傳輸部件有發(fā)送中繼器、地溝中繼器、接收中繼器、視頻變壓器和信號檢測傳感器等。
3、控制部分
控制部分是實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的指揮中心。控制部分主要有總控制臺(有些系統(tǒng)還設有副控制臺)組成。
總控制臺的主要功能有:視頻信號的放大與分配、圖像信號的校正與補償、圖像信號的切換、圖像信號(或包括聲音信號)的記錄、攝像機及其輔助部件(如鏡頭、云臺、防護罩等)的控制(遙控)等。
在上述的各部分中,對圖像質量影響最大的是放大與分配、校正與補償、圖像信號的切換三部分。在某些攝像機距離控制中心很近或對整個系統(tǒng)指標要求不高的情況下,在總控制臺中往往不設校正和補償部分。但在距離較遠,或傳輸方式有要求的情況下,校正和補償是非常重要的。因為圖像信號經(jīng)過傳輸之后,往往其幅頻特性、相頻特性無法保證指標的要求,在控制臺上要對傳輸過來的圖像信號進行幅頻和相頻的校正與補償。經(jīng)過校正與補償?shù)膱D像信號,再經(jīng)分配和放大,進入視頻切換部分,然后送到監(jiān)視器上。
總控制臺的另一個重要作用是對攝像頭、鏡頭、云臺、防護罩等進行遙控,以完成對被監(jiān)視的場所全面、詳細的監(jiān)視或跟蹤監(jiān)視。
總控制臺上設有的錄像機,可以隨時把發(fā)生情況的被監(jiān)視場所的圖像記錄下來,以便日后備查。目前,有些控制臺上設有一臺或兩臺“長延時錄像機”或硬盤錄像機,長延時錄像機可用一盤60min帶長的錄像帶記錄長達幾天時間的圖像信號,這樣就可以對某些非常重要的被監(jiān)視場所的圖像連續(xù)記錄,而不必使用大量的錄像帶;硬盤錄像機則可以將圖像信號轉換為數(shù)據(jù)信號后存入硬盤。有的總控制臺上設有“多畫面分割器”,如4畫面、9畫面、16畫面等。也就是說,通過這個設備,可以在一臺監(jiān)視器上同時顯示出4個、9個、16個攝像機送來的各個被監(jiān)視場所的畫面,并用硬盤錄像機或長延時錄像機進行記錄。上述這些功能的設置,要根據(jù)系統(tǒng)的要求而定,并不是每個系統(tǒng)都采用。
目前產(chǎn)生的總控制臺上,在控制功能上、控制攝像機的臺數(shù)上往往都是做成積木式的,可以根據(jù)要求進行組合。另外,在總控制臺上還設有時間及地址的字符發(fā)生器,通過這個裝置可以把年、月、日、時、分、秒都顯示出來,并把被監(jiān)視場所的地址、名稱顯示出來。在錄像機上可以記錄這些信息,這樣對以后的備查提供了方便。
總控制臺對攝像機及其輔助設備(如鏡頭、云臺、防護罩等)的控制一般采用總線方式,把控制信號送給各攝像機附近的“解碼器”,在“解碼器”上將總控制臺送來的編碼控制信號解出,成為控制動作的命令信號,再去控制攝像機及其輔助設備的各種動作(如鏡頭的變倍、云臺的轉動等)。在某些攝像機距離控制中心很近的情況下為節(jié)省開支,也可采用由控制臺直接送出控制運作的命令信號——即“開”、“關”信號。總之,根據(jù)系統(tǒng)構成的情況及要求,可以綜合地考慮,以完成對總控制臺的設計要求或進行訂購要求。
4、顯示部分
顯示部分一般由幾臺或多臺監(jiān)視器(或帶視頻輸入的普通電視機)組成,它的功能是將傳送過來的圖像一一顯示出來。
在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,特別是在由多臺攝像機組成的視頻監(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,而是幾臺攝像機的圖像信號用一臺監(jiān)視器輪流切換顯示。這樣做,一是可以節(jié)省設備,減少空間的占用;二是沒有必要一一對應顯示。因為被監(jiān)視場所的情況不可能同時發(fā)生意外情況,所以平時只要隔一定時間(比如幾秒、十幾秒或幾十秒)顯示一下即可。當某個被監(jiān)視的場所發(fā)生異常情況時,可以通過切換器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。在系統(tǒng)配置時,通常采用4:1、8:1、甚至16:1的攝像機對監(jiān)視器的比例數(shù)設置監(jiān)視器的數(shù)量。目前,常用的攝像機對監(jiān)視器的比例數(shù)為4:1,即4臺攝像機對應1臺監(jiān)視器,當攝像機臺數(shù)很多時,再采用8:1或16:1的設置方案。
另外,由于“畫面分割器”的應用,在有些攝像機臺數(shù)很多的系統(tǒng)中,用畫面分割器鈀幾臺攝像機送來的圖像信號同時顯示在一臺監(jiān)視器上,也就是在一臺較大屏幕的監(jiān)視器上,把屏幕分成幾個面積相等的小畫面,每個畫面顯示一個攝像機送來的畫面。這樣可以大大節(jié)省監(jiān)視器,并且操作人員觀看