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闭路监控电视系统主讲人：夏前兵1目录一、系统基础知识二、闭路监控电视系统组成三、典型应用分析四、视频监控技术的展望五、日常维修经验交流2一、系统基础知识什么是闭路监控系统在GB50198–2011《民用闭路监控电视系统工程技术规范》中，闭路监控电视系统被定义为“民用闭路监控电视系统指民用设施中用于防盗、防灾、查询、访客、监控等的闭路电视系统。其特点是以电缆或光缆方式在特定范围内传输图像信号，达到远距离监视的目的。在监视目标的同时，当需要监听声音时，可配置声音传输、监听和记录系统”。根据GB50348–2004《安全防范工程技术规范》，视频安防监控系统是指利用视频技术探测、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。3一、系统基础知识GB50198–2011《民用闭路监控电视系统工程技术规范》GB50348–2004《安全防范工程技术规范》4一、系统基础知识基础视频知识1）“PAL制式”、“NTSC制式”和“SECAM制式”2）“场”和“帧”3）“行”、“逐行”和“隔行”4）照度/感光度5）IRE（InstituteofRadioEngineers的简称）6）黑电平和白电平7）信噪比8）全双工、半双工和单工通信方式9）亮度、色调和饱和度10）常见的图形（图像）格式5一、系统基础知识（1）“PAL制式”、“NTSC制式”和“SECAM制式”PAL（PAL（PhaseAlternatingLine）制式即逐行倒相制式。帧频为每秒25帧，扫描线625，逐行扫描，画面比例4：3，分辨率720*576，约40万像素，彩色副载波为4.43MHz。英国、荷兰、澳大利亚、瑞士、葡萄牙及印尼等国家及中国大陆、中国香港等地区采用PAL制式。NTSC（NetionalTelevisionSystemCommittee）制式即国家电视标准制式。帧频为每秒30帧，扫描线525行，隔行扫描，画面比例4：3，分辨率为720*480，约为30万像素。彩色副载波为3.58MHz。美国、加拿大、日本、中国台湾地区采用NTSC制式。SECAM（SequentielCouleurAMemoire）制式即按顺序传送彩色与存储制式。帧频为每秒25帧，扫描线625行，隔行扫描，画面比例4：3，分辨率720*576，约40万像素，亮度带宽6.0MHz，彩色副载波为4.25MHz，色度带宽1.0MHz（U），1.0MHz（V），声音载波6.5MHz。采用国家包括法国、俄罗斯、保加利亚、波兰等。6一、系统基础知识NTSC、PAL、SECAM三种彩色制式参数比较：7一、系统基础知识（2）“场”和“帧”在传统的CRT模拟电视里面，一个行扫描，按垂直的方向扫描被称之为“场”，或“场扫描”。每个电视帧都是通过扫描屏幕两次而产生的，第二个扫描的线条刚好填满第一次扫描所留下的缝隙。因此25帧/S的电视画面实际上为50场/S（若为NTSC则分别为了实现0帧/S和60场/S）。“帧”的概念来自早期的电影里面，一幅静止的图像被称作一“帧（Frame）”，影片里的画面是每一秒种有25帧，因为人类眼睛的视觉暂留现象正好符合每秒25帧的标准。通常说帧数，简单地说，就是在1秒钟时间里传输的图片的帧数，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次，通常用fps（FramesPerSecond）表示。每一帧都是静止的图像，快速连续地显示帧便形成了运动的假象。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。每秒钟帧数（fps）愈多，所显示的动作就愈流畅。8一、系统基础知识（3）“行”“逐行”和“隔行”在传统CRT模拟电视里面，一个电子束在水平方向的扫描被称之为“行”、或“行扫描”。电视的每帧画面是由若干条水平方向的扫描线组成，PAL制为625行/帧，NTSC制为525行/帧。如果这一帧画面中所有的行是从上到下一行接一行地连续完成的，或者说扫描顺序是1，2，3，...，525，就称这种扫描方式为逐行扫描。实际上，普通电视的一帧画面需要由两遍扫描来完成，每一遍只扫描奇数行，即第1，3，5，...，525行，第二遍扫描则只扫描偶数行，即第2，4，6，...，525行，这种扫描方式就是隔行扫描。一幅只含奇数行或偶数行的画面称为一“场（Field）”，其中只含奇数行的场称为“奇数场”或“前场（TopField）”，只含偶数行的场称为“偶数场”或“后场（BottomField）”。也就是说，一个奇数场加上一个偶数场等于一“帧（一幅图像）”。9一、系统基础知识（4）照度/感光度照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明（lm）数，也叫作勒克斯（lux），其符号为lx，即1lx=1lm/m2。其中，lm是光通量的单位，其定义是纯铂在熔化温度（约1770℃）时，其1/60m2的表面面积于1球面度的立体角内所辐射的光量。照度对比表：10一、系统基础知识（5）IREIRE是InstituteofRadioEngineers的简称，由这个机构所制定的视频信号单位就称为IRE，现在经常以IRE值来代表不同的画面亮度，例如10IRE就比20IRE来得暗，最亮的程度就是100IRE。那么，绝对黑电平设定为0IRE和7.5IRE有什么不同呢？由于早期显示器的性能所限，事实上画面上亮度低于7.5IRE的地方基本上已经显示不出细节了，看上去就是一片黑色，将黑电平设为7.5IRE，就可以去掉一些信号成分，从而在一定程度上简化电路结构。不过现代显示器的性能已经大大提高，暗黑部分的细节也可以很好地显示，此时将黑电平设为0IRE，则可以较为完美地重现画面。一、系统基础知识（6）黑电平和白电平黑电平：定义图像数据为0时对应的信号电平。调节黑电平不影响信号的放大倍数，而仅仅是对信号进行上下平移。如果向上调节黑电平，图像将变暗；如果向下调节黑电平，图像将变亮。摄像机黑电平为0时，对应0V以下的电平都转换为图像数据0，0V以上的电平则按照增益定义的方大倍数转换，最大数值为255。黑电平（也称绝对黑电平）设定，也就是黑色的最低点。所谓黑色的最低点就是CRT显像管内射出的电子束能量，低于让磷质发光体（荧光物质）开始发光的基本能量时，屏幕上所显示的就是最低位置的黑。美国NTSC彩色电视系统把绝对黑电平定位在7.5IRER位置，就是说低于7.5IRE的信号都将被显示为黑，而日本电视系统则把黑电平定位在0IRE的位置。白电平：白电平与黑电平对应，它定义的是当图像数据为255时对应的信号电平，它与黑电平的差值从另一角度定义了增益的大小。在相当多的应用中用户看不到白电平调节，原因是白电平已在硬件电路中固定。1112一、系统基础知识（7）信噪比音源产生最大失真声音信号强度与同时发出噪声强度之间的比率称为信号噪声比，即有用信号功率（Signal）与噪声功率（Noise）的比值，简单信噪比（Signal/Noise），通常以S/N表示，单位分贝（dB），该计算方法也适用于图像系统。13一、系统基础知识S/N是以dB计算的信号最大保真输出与不可避免的电子噪声的比率。该值越大越好。低于75dB这个指标，噪声在寂静时有可能被发现。总的来说，由于电脑里的高频干扰太大，所以声卡的信噪比往往不令人满意。摄像机所摄像图像的信噪比和图像的清晰度一样，都是衡量图像质量高低的重要指标。图像信噪比是指视频信号的大小与噪波信号大小的比值，这两者是同时产生而又不可分开的。噪波信号是无用的信号，它的存在对有用的信号是有影响的，但是，又无法将与视频信号分离开来。因此在选择摄像机时，应选择一些有用信号比噪波信号相对地大到一定程度就够了，所以取两者的比值作为衡量的标准。如果图像的信噪比大，图像的画面就干净，就看不到什么噪波的干扰（主要画面中有雪花状），人们看起到就很舒服；如图像的信噪比小，则在画面中会满是雪花状，就会影响正常的收看效果。（8）全双工、半双工和单工通信1）全双工通信：同一时刻即可发又可收。全双工要求：a收与发各有单独的信道；b可用于实现两个站之间通信及星形网、环网，不可用于总线网。2）半双工通信：同一时刻不可能即发又收，收发是时分的。半双工要求：a收发可共用同一信道；b可用于各种拓扑结构的局域网络，最常用于总线网；c半双工数据速率理论上是全双工的一半。3）单工通信：单工通信只支持数据在一个方向传输，又称为单向通信。14一、系统基础知识（9）亮度、色调和饱和度只要是彩色都可用亮度、色调和饱和度来描述，人眼中看到的任何一彩色光都是这三个特征的综合效果。那么亮度、色调和饱和度分别指的是什么呢？亮度：是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关。色调：是当人眼看到一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉，它反映颜色的种类，是决定颜色的基本特性，如红色、棕色就是指色调。饱和度：指的是颜色的纯度，即惨入白光的程度，或者说是指颜色的深浅程度，对于同一色调的彩色光，饱和度越深颜色越鲜明，或说越纯。通常把色调和饱和度通称为色度。一、系统基础知识15由此可知，亮度是用来表示某彩色光的明亮程度，而色度则表示颜色的类别与深浅程度。除此之外，自然界常见的各种颜色光，都可由红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色光按不同比例相配而成；同样，绝大多数颜色光也可以分解成红、绿、蓝三种色光，这就形成了色度学中最基本的原理，三基色原理（RGB）。一、系统基础知识16一、系统基础知识（10）常见的图形（图像）格式一般来说，目前的图形（图像）格式大致可分为两大类：一类为位图；另一类称为描绘类、矢量类或面向对象的图形（图像）。前者是以点阵形式描述图形（图像）的，后者是对图像的表达细致、真实，缩放后图形（图像）的分辨率不变，在专业级的图形（图像）处理中运用较多。在介绍图形（图像）格式前，有必要先了解一下图形（图像）的一些相关技术指标，即分辨率、色彩数、图形灰度。分辨率：分为屏幕分辨率和输出分辨率两种。前者用每英寸行数表示，数值越大图形（图像）质量越好；后者衡量输出设备的精度，以每英寸的像素点数表示。色彩数和图形灰度：用位（bit）表示，一般写成2的n次方，n代表位数。当图形（图像）达到24位时，可表现1677万种颜色，即真彩。图形灰度的表示法与色彩数类似。常见的图形文件格式：BMP、DIB、PCP、WMF、GIF、JPG、TIF、EPS、PSD、CDR、IFF、TGA、PCD、MPT。17二、闭路监控电视系统组成18闭路监控电视系统组成图：19二、闭路监控电视系统组成（1）前端系统前端系统是指监控线缆前端连接的设备部分，主要指的是监控系统的现场设备。现场设备主要包括摄像机、镜头、护罩、支架、立杆、变压器、电源、拾音器、云台、解码器、光端机、防雷器、接地体、信号放大器、抗干扰器等。20二、闭路监控电视系统组成（2）本地传输系统本地传输系统相对远程传输系统而言，早期的闭路监控电视系统的规模比较小，主要限于本地传输，不会牵涉到异地联网或者大型联网，传输相对简单。本地传输是指限于地理位置一定范围内的传输，一般传输的半径不超过60KM就算本地传输，大部分情况下传输距离不超过3000M。21二、闭路监控电视系统组成（3）本地控制系统本地控制系统相对远程控制系统而言，指设置在本地监控中心端的设备。主要包括控制部分、显示部分和录像及存储部分三个部分。本地控制系统在传输的闭路监控电视中处于重要的位置，直接决定了监控系统建设的效果和质量。控制部分：主要包括云镜控制器、手动视频控制器、顺序视频切换器、矩阵切换控制器、画面处理器、编解码和视频服务器。显示部分：主要由监视器、显示器、电视墙、操作台等组成。录像及存储部分：主要由硬盘录像机、监控硬盘、DAS、NAS、SAN等组成。22二、闭路监控电视系统组成监控中心机房23二、闭路监控电视系统组成（4）远程传输系统远程传输系统相对于本地传输系统而方，远程传输系统不通过传统的同轴电缆、控制电缆传输图像信号，而采用远程距离网络进行传输，通常情况下与远程传输系统相对应的有远程控制中心。远程控制中心多设于较远的地方，从本地控制中心到远程控制中心不方便