68第五章 电视监控系统5.1 概 述电视监控系统是安全技术防范体系中的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能力极强的综合系统。它可以通过遥控摄像机及其辅助设备（镜头、云台等）直接观看被监视场所的一切情况；可以把被监视场所的图像、声音内容同时传送到监控中心，使被监控场所的情况一目了然。同时，电视监控系统还可以与防盗报警等其他安全技术防范体系联动运行，使防范能力更加强大。特别是近几年来，多媒体技术的发展以及计算机图像文件处理技术的发展，使电视监控系统在实现视频报警、自动跟踪、实时处理等方面更有了长足发展，从而使电视监控系统在整个安全技术防范体系中具有举足轻重的地位。电视监控系统的另一特点是它可以把被监视场所的图像及声音全部或部分地记录下来，这样就为日后对某些事件的处理提供了方便条件及重要依据。最近几年“画面分割器”及“长延时录像机”的出现，更为用一盘或几盘普通记录长度（如一小时）的录像带、实现对多个被监视画面长达几天时间的连续记录，从而为日后对曾出现过的一些情况进行分析，提供依据等都有极大方便。硬盘录像装置和可读/写光盘的出现，也为图像信号的记录与重放提供了更新型的设备。总之，电视监控系统已成为安全技术防范体系中不可或缺的重要部分。在本章中，将详细地、具体地、全面地介绍和论述电视监控系统的组成、传输方式以及其他相关问题。5.2 电视监控系统的基本组成如图 5-1 所示，电视监控系统由摄像（有时还有麦克） 、传输、控制以及显示记录部分四大块组成。在每一部分中，又含有更加具体的设备或部件。图 5-1 电视监控系统的基本组成69例如：摄像部分包含有摄像机、镜头（定焦距或可变焦镜头） 、防护罩、云台等。又如控制台中包含有图像切换、动作控制等等。这些都将在后面的有关章节中详细论述。下面，我们将各部分的主要作用及要求逐一加以介绍。5.2.1 摄像部分摄像部分是电视监控系统的前端部分，是整个系统的“眼睛” 。它布置在被监视场所的某一位置上，使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位。有时，被监视场所面积较大，为了节省摄像机所用的数量以及简化传输、控制与显示系统，在摄像机上加装电动的（可遥控的）可变焦距（变倍）镜头，使摄像机所能观察的距离更远，更清楚；同时，有时还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进行水平和垂直方向的转动，从而使摄像机能覆盖的角度、面积更大。总之，摄像机就像整个系统的眼睛一样，把它监视的内容变为图像信号，传送给控制中心的监视器上。由于摄像部分是系统的最前端，并且被监视场所的情况是由它变成图像信号传送到控制中心的监视器上，所以从整个系统来讲，摄像部分是系统的原始信号源。既如此，摄像部分的好坏以及它产生的图像信号的质量将影响着整个系统的质量。从系统噪声计算理论的角度来讲，影响系统噪声的最大因素是系统中第一级的输出（在这里即为摄像机的图像信号输出）信号信噪比的情况。所以，认真选择和处理摄像部分是至关重要的。如果摄像机输出的图像信号经过传输、控制部分之后到达监视器上，那么到达监视器上的图像信号其信噪比将下降。这是由于传输及控制部分的线路、放大器、切换器等又引入了噪声的缘故。整个电视监控系统的信噪比可用下面的方法进行近似计算：(1) 首先确定摄像机输出端的信噪比 S0/N0，这可以从摄像机给出的性能指标中查到；(2) 然后确定传输系统的噪声系数 NF1，这可以用下述两种方法求出：1) 用噪声发生器法直接对传输系统进行测量，以得到传输系统的噪声系数。其测试方框图如图 5-2 所示。所测得的噪声系数可以从测试设备的刻度上读出。这种方法一般只适合传输系统中没有任何放大部件的情况。图 5-2 噪声发生器法测试方框图2) 如果传输系统中加有放大器等部件，就应分别求出第一级与第二级放大器等部件的噪声系数（一般可从所用放大部件的性能指标中查得） ，然后将它们相加，以求出整个传输系统的噪声系数。以上两种方式下的噪声系数设定为 NF1。(3) 求出控制台从信号输入端至监视器输入端的噪声系数 NF2（可以用控制台中第一级放大器的噪声系数代替） ，再用下式求出整个系统的信噪比：S/N=S0/N0-NF1-NF2(5-1)式中各项均以分贝表示。为了方便读者，根据公安部有关的行业标准及规定，给出如下指标供参考（列于表中） 。70(1) 在摄像机的标准照度下，整个系统的技术指标和图像质量应满足表 5-的要求。表 5-1项 目 指 标 值视频信号输出幅度 1VP-P3dB黑白电视水平清晰度 350 线彩色电视水平清晰度 300 线灰度等级 8 级信噪比 40dB(2) 在环境条件恶劣的情况下，整个系统的技术指标和图像质量应满足表 5-的要求。表 5-2项 目 指 标 值视频信号输出幅度 1Vp-p6dB黑白电视水平清晰度 300 线彩色电视水平清晰度 250 线灰度等级 7 级信噪比 36dB(3) 在摄像机系统正常工作的条件下，电视监控系统的图像质量应不低于表 5-3 的级要求。表 5-3图 像 等 级 图像损伤主观评价5 不察觉4 可察觉，但令人可以接受3 有明显察觉，令人较难接受2 较严重，令人难以接受1 极严重，不能观看上面表中给出的技术指标和图像质量要求，仅是最低标准，即在有条件或要求系统有较高指标的情况下，都应尽量高于表中的要求。另外，表中所给出的指标要求是对整个系统的要求，因而对于摄像部分来说，其指标应高于整个系统的指标，才能达到整个系统的要求。其中，摄像部分信噪比的指标要求可以根据整个系统的要求参照前面所讲述的计算方法进行计算，清晰度及灰度等级的要求可根据整个系统构成的情况，适当提高要求即可。这里还指出的是，清晰度和灰度等级的指标与传输部分以及控制台中的视频切换、视频分配等部件的关系很大。也就是说，传输部分及视频切换、视频分配部件的好坏，将在很大程度上直接影响清晰度和灰度等级，所以上述部分必须搞好。71除此之外，对于摄像部分，在某些情况下，特别是在室外应用的情况下，为了防尘、防雨、抗高低温、抗腐蚀等，对摄像机及其镜头还应加装专门的防护罩，甚至对云台也要有相应的防护措施。5.2.2 传输部分传输部分就是电视监控系统的图像信号通路。一般来说，传输部分单指的是传输图象信号。但是，由于某些系统中除图像外，还要传输声音信号，同时，由于需要在控制中心通过控制台对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行控制，因而在传输系统中还包含有控制信号的传输，所以我们这里所讲的传输部分，通常是指所有要传输的信号形成的传输系统的总和。因此，在以后有关传输部分的讨论中，在重点介绍图像信号传输的基础上，还将对声音信号及控制信号的传输问题加以讨论和研究。如前所述，传输部分主要传输的内容是图像信号，因此重点研究图像信号的传输方式及传输中的有关问题是非常重要的。对图像信号的传输，重点要求是在图像信号经过传输系统后，不产生明显的噪声、明显的失真（色度信号与亮度信号均不产生明显的失真） ，保证原始图像信号（从摄像机输出的图像信号）的清晰度和灰度等级没有明显下降。这就要求传输系统在衰减、引入噪声、幅频特性和相频特性方面都有良好的性能。在传输方式上，目前电视监控系统多半采用视频基带传输方式。如果在摄像机距离控制中心较远的情况下，也有或必须采用射频传输或光纤传输方式。或者采用微波传输、网上传输等。对以上这些不同的传输方式，所使用的传输部件及传输线路都有较大的不同。总之，虽然从表面上看，传输部分好象只是一些线路，但实际上这部分的好坏也是影响整个系统质量的重要组成部分。5.2.3 控制部分控 制 部 分 是 整 个 系 统 的 “心 脏 ”和 “大 脑 ”， 是 实 现 整 个 系 统 功 能 的 指 挥 中 心 。 控 制 部 分主 要 由 总 控 制 台 （ 有 些 系 统 还 设 有 副 控 制 台 ） 组 成 。 总 控 制 台 的 主 要 功 能 有 ： 视 频 信 号 放大 与 分 配 、 图 像 信 号 的 校 正 与 补 偿 、 图 像 信 号 的 切 换 、 图 像 信 号 （ 或 包 括 声 音 信 号 ） 的 显示 记 录 、 摄 像 机 及 其 辅 助 部 件 （ 如 镜 头 、 云 台 、 防 护 罩 等 ） 的 控 制 （ 遥 控 ） 等 。 在 上 述 的各 部 分 中 ， 对 图 像 质 量 影 响 最 大 的 是 放 大 与 分 配 、 校 正 与 补 偿 、 图 像 信 号 的 切 换 三 部 分 。在 某 些 摄 像 机 距 离 控 制 中 心 很 近 或 对 整 个 系 统 指 标 要 求 不 高 的 情 况 下 ， 在 总 控 制 台 中 往 往不 设 校 正 与 补 偿 部 分 。 但 对 某 些 距 离 较 远 ， 或 由 于 传 输 方 式 的 要 求 等 原 因 ， 校 正 与 补 偿 是非 常 必 要 的 。 因 为 图 像 信 号 经 过 传 输 之 后 ， 往 往 其 幅 频 特 性 （ 由 于 不 同 频 率 成 分 到 达 总 控制 台 时 衰 减 不 同 ， 因 而 造 成 图 像 信 号 不 同 频 率 成 分 的 幅 度 不 同 ， 此 称 为 幅 频 特 性 ） 、 相 频特 性 （ 不 同 频 率 的 图 像 信 号 通 过 传 输 部 分 后 产 生 的 相 移 不 同 ， 此 称 为 相 频 特 性 ） 无 法 绝 对保 证 指 标 的 要 求 ， 所 以 在 控 制 台 上 要 对 传 输 过 来 的 图 像 信 号 进 行 幅 频 和 相 频 的 校 正 和 补 偿再 经 过 分 配 或 放 大 ， 进 入 视 频 切 换 部 分 ， 然 后 送 到 监 视 器 。 总 控 制 台 的 另 一 个 重 要 功 能 是对 摄 像 机 、 镜 头 、 云 台 、 防 护 罩 等 进 行 遥 控 ， 以 完 成 对 被 监 视 场 所 全 面 、 详 细 监 视 或 跟 踪监 视 。 总 控 制 台 设 有 的 录 像 机 ， 可 以 随 时 把 发 生 情 况 的 被 监 视 场 所 的 图 像 记 录 下 来 ， 做 为重 要 依 据 以 便 事 后 备 查 。 目 前 ， 有 些 控 制 台 上 设 有 一 台 或 两 台 “长 延 时 录 像 机 ”， 这 种 录像 机 可 用 一 盘 60 分 钟 带 长 的 录 像 带 记 录 长 达 几 天 时 间 的 图 像 信 号 ， 对 某 些 非 常 重 要 的 被72监 视 场 所 的 图 像 连 续 记 录 ， 而 不 必 使 用 大 量 的 录 像 带 。 还 有 的 总 控 制 台 设 有 “多 画 面 分割 器 ”， 如 四 画 面 、 九 画 面 、 十 六 画 面 等 。 也 就 是 说 ， 通 过 这 个 设 备 ， 可 以 在 一 台 监 视 器上 同 时 显 示 出 四 、 九 、 十 六 台 摄 像 机 送 来 的 各 个 被 监 视 场 所 的 图 像 画 面 ， 并 用 一 台 常 规录 像 机 或 长 延 时 录 像 机 进 行 记 录 。 近 两 年 ， 硬 盘 录 像 装 置 以 及 将 矩 阵 切 换 、 多 画 面 处 理 、硬 盘 录 像 等 合 为 一 体 的 控 制 主 机 的 出 现 ， 为 中 心 控 制 设 备 增 添 了 新 的 家 族 。 上 述 这 些 功 能的 设 置 ， 要 根 据 系 统 的 要 求 而 定 ， 不 一 定 所 有 系 统 都 采 用 。目前生产的总控制台，在控制功能、控制摄像机的台数上往往都做成积木式的。可以根据要求进行组合。另外，在总控制台上还设有时间及地址的字符发生器，通过这个装置可以把年、月、日、时、分、秒都时时显示出来，并把