浅谈智能楼宇闭路电视监控系统方案

摘要：为了进一步满足社会经济发展与人们文明生活的高标准要求，创造一个安全、舒适、温馨、高效的办公与生活环境，并随着视频软、硬压缩技术的发展和网络技术的日渐成熟的今天。建立一个由计算机系统管理的一体化集成系统，提供一个投资合理、又拥有高效、数字化、网络化、智能化楼宇监控系统已引起了各方面的高度重视。 
　　　智能楼宇是一项系统工程，而且是一个复杂的大系统，因此，它的建设就应该遵循系统工程的基本程序。根据智能楼宇技术目前发展的状况，我们利用系统工程的方法智能楼宇系统工程建立的五大步骤，它包括：系统规划、系统设计、详细设计和产品选型、工程施工和运行维护管理。总之，由于智能楼宇技术的复杂性、发展性和外部条件的可变性，用直观的传统方法和单凭个人的经验来组织管理一个大规模复杂的智能大厦系统工程已经不行了，为了保证系统的整体性就需要用现代信息系统和系统工程的方法来统盘地考虑这一问题，从而编制出系统研制全过程的模型，把智能楼宇建设的全过程，严密地联结成一个整体全面地考虑和改善整个过程，以便实现综合最优化。 

一、智能楼宇闭路电视监控系统设计原则： 
　　项目方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。并综合考虑施工、维护及操作因素，将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系统的、完整的、全面的；设计方案具有科学性、合理性、可操作性。 
二、智能楼宇闭路电视监控系统功能和特点： 
　　本着系统既要先进、实用、成熟、可靠，又要做到系统开放性、可扩展性好，兼顾投资合理、效益最佳的目的。闭路电视监控对现场设备进行集中监视、控制和管理，使这些设备得以安全、可靠、高效地运行，最大限度地发挥智能管理的作用，创造安全、健康、舒适宜人和能提高工作效率的优良环境，节约能源，并减少维护人员。根据项目的环境需要，并接合功能需求建立项目闭路电视监控。 
　　CGTV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。MPEG-4是超低码率运动图像和语言的压缩标准，它不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG4标准的占用带宽可调，占用带宽与图像的清晰度成正比。以目前的技术，一般占用带宽大致在几百K左右。总之，本闭路电视监控是一个使本项目高度自动化、高效率的幽雅舒适、便利快捷、高度安全的环境空间。 
三、智能楼宇闭路电视监控系统方案设计： 
　　根据设计原则、设计规范和依据及国际、国内标准，并根据用户的需求，以及所提供的图纸及相关资料，并接合项目的实际情况及未来的发展趋势，对该项目的闭路电视监控进行方案设计。 
　　3.1智能楼宇闭路电视监控系统构成及原理： 
　　闭路电视监控系统分别由前端系统、传输系统、控制系统、显示系统4个部分构成。还具有对图像信号的分配切换、存储、处理、还原等功能。  
　　3.2用户需求分析及前端分布： 
　　根据用户需求，充分考虑了本系统高度的可靠性、先进性、灵活性、可扩充性、易管理性及性能价格比高等优点，并根据所提供的图纸及相关料资，以及相关产品的性能等因素，本项目前端分布情况，具体信息点统计表见表1。 
　　3.3设备选型及配置： 3.3.1前端系统：3.3.1.1摄像机的选择： 
　　摄像部分的主体是摄像机，其功能为观察、收集信息。摄像机的性能及其安装方式是决定系统质量的重要因素。光导管摄像机目前已被淘汰，由电荷耦合器件简称CCD摄像机所取代。其主要性能及技术参数要求如下： 
　　色彩：摄像机有黑白和彩色两种，通常黑白摄像机的水平清晰度比彩色摄像机高，且黑白摄像机比彩色摄像机灵敏，更适用于光线不足的地方和夜间灯光较暗的场所。黑白摄像机的价格比彩色便宜。但彩色的图像容易分辨衣物与场景的颜色，便于及时获取、区分现场的实时信息。
清晰度：有水平清晰度和垂直清晰度两种。摄像机的清晰度一般是用水平清晰度表示。水平清晰度表示人眼对电视图像水平细节清晰度的量度，用电视线TVL表示。目前选用黑白摄像机的水平清晰度一般应要求大于500线，彩色摄像机的水平清晰度一般应要求大于400线。
　　照度：单位被照面积上接受到的光通量称为照度。Lux(载克斯)是标称光亮度(流明)的光束均匀射在1m2面积上时的照度。目前一般选用黑白摄像机的最低照度，当相对孔径为F／1.4时，最低照度要求选用小于0.1Lux；选用彩色摄像机的最低照度，当相对孔径为F／1.4时，最低照度要求选用小于0.2Lux。
　　同步：要求摄像机具有电源同步、外同步信号接口。对电源同步而言，使所有的摄像机由监控中心的交流同相电源供电，使摄像机场同步信号与市电的相位锁定，以达到摄像机同步信号相位一致的同步方式。对外同步而言，要求配置一台同步信号发生器来实现强迫同步，电视系统扫描用的行频、场频、帧频信号，复合消隐信号与外设信号发生器提供的同步信号同步的工作方式。系统只有在同步的情况下，图像进行时序切换时就不会出现滚动现象，录、放像质量才能提高。
　　电源：摄像机电源一般有交流220V，交流24V，直流12V。可根据现场情况选择摄像机电源，但推荐采用安全低电压。
　　自动增益控制(ACC)：在低亮度的情况下，自动增益功能可以提高图像信号的强度以获得清晰的图像。目前，市场上CCD摄像机的最低照度都是在这种条件下的参数。
　　自动白平衡：当彩色摄像机的白平衡正常时，才能真实地还原被摄物体的色彩。彩色摄像机的自动白平衡就是实现其自动调整。
　　电子亮度控制：有些CCD摄像机可以根据射入光线的亮度，利用电子快门来调节CCD图像传感器的曝光时间，从而在光线变化较大时可以不用自动光圈镜头。使用电子亮度控制时，被摄景物的景深要比使用自动光圈镜头时要小。
　　逆光补偿：在只能逆光安装的情况下，采用普通摄像机时，被摄物体的图像会发黑，应选用具有逆光补偿的摄像机才能获得较为清晰的图像。
　　3.3.1.2智能楼宇闭路电视监控系统镜头选择：
　　镜头按功能和操作分类：摄取静态目标的摄像机，可选用固定焦距镜头，当有视角变化要求的动态目标摄像场合，可选用变焦距镜头。镜头焦距的选择要根据视场大小和镜头到监视目标的距离而定。 F=A×L／B 、式中：F：焦距，mm；A：像场、宽，mm； L：镜头到监视目标的距离；
　　B：视场高(L、B采用相同的度量单位)。
　　选择镜头焦距时，必须考虑摄像机图像敏感器画面的尺寸，有213"、1／2"、1／3"、1／4"4种型式。这4种模式都具有垂直X水平尺寸为3*4的方位比，而4种模式摄像机对应于某一个镜头，则下一个模式正好与它上一个模式摄像机相差一个镜头焦距的档次。如专1／2”摄像机使用16mm镜头的视角范围正好与1／3"摄像机使用12mm焦距的镜头相同。以此类推。
　　对景深大、视场范围广的监视区域及需要监视变化的动态场景，一般对应采用带全景云台的摄像机，并配置6倍以上的电动变焦距带自动光圈镜头。
　　使用电荷耦合器件(CCD)时，一般均应选择自动光圈镜头。对于室内照度恒定或变化很小时可选择手动可变光圈镜头，电梯轿箱内的摄像机镜头应根据轿箱体积的大小选用水平视场角大于70度的广角镜头。
　　随着小型化需要，镜头尺寸需缩小，除通常摄像机镜头的标准C接口外，引入了Cs接口。由于cs接口比C接口短5mm。减小了镜头与敏感件的间距，故cs接口系统体积小、轻，且Cs接口镜头价格较便宜。Cs接口摄像机可配用cs接口镜头。也可使用C接口镜头再加上引入5mm隔条环。而C接口摄像机只能配用C接口镜头，不能使用Cs接口的镜头。
　　摄像机镜头应从光源方向对准监视目标，避免逆光。镜头的焦距和摄像机靶面的大小决定了视角，焦距越小，视野越大。焦距越大，视野越小。若要考虑清晰度，可采用电动变焦距镜头，根据需要随时调整。
　　通光量：镜头的通光量是用镜头的焦距和通光孔径的比值(光圈)来衡量的，一般用F表示。在光线变化不大的场合。光圈调到合适的大小后不必改动。用手动光圈镜头即可。在光圈线变化大的场合，如在室外，一般均需要自动光圈镜头。
　　3.3.2智能楼宇闭路电视监控系统传输系统：
　　监视现场和控制中心总有一定距离，从监视现场到控制中心需要图像信号传输图像信号，同时从控制中心的控制信号要传送到现场。所以传输系统包括视频信号和控制信号传输两部分。
　　(1)视频信号传输。一般采用同轴电缆传输视频基带信号。也可采用光缆传送电视信号以及用平衡电缆对也就是利用电话电缆传送。由于电缆对外界的静电场和电磁波有屏蔽作用，可减少串扰，传输损失也较小。但当电缆作为长距离传送媒体时。会发生对地不平衡低频地电流的影响，有时也会有高频干扰。信号传输带宽为50Hz-4MHz，当传输距离在200m以内时，用同轴电缆传送，其衰减的影响一般可不予考虑；当传输距离大于200m时，电缆衰减量较大，为了能把整个带宽内不同频率的信号进行传输，必须使用电缆补偿放大器。某些场合，布线非常困难时，可以采用无线传输如微波定向传输，但它要占用频率资源。需经无线电管理委员会核准。
　　(2)控制信号传输。对于CCTV，常用的控制方式有直接控制、编码控制、同轴视控。目前直接控制由于线缆过多，很少采用。编码控制是将全部控制命令数字化(调制)后再传输，到控制设备后再解调，还原成直接控制量，可节约线缆。这种方式传输距离长，目前工程中采用较多。同轴视控就是控制信号与视频信号共用一条同轴电缆，利用频率分割或视频信号消隐期传输控制信号的方式传输，但价格较贵。
　　(3)管槽敷设。为防止电磁干扰和外电源及变频电梯等干扰，电缆应敷设在接地良好的金属管或金属桥架，同时保护线缆。
　　3.3.3控制系统：3.3.3.1模拟控制系统：
　　(1)视频矩阵切换器。对多路视频输入信号和多路视频输出信号进行切换和控制，可以通过电子开关，组成切换矩阵，使任一路输入可切换至任一路输出。设计时应满足必要的视频输入／输出容量，并易扩展。一个CCTV系统除主控键盘外，还可根据需要设置分控键盘。
　　(2)双工多画面视频处理器。能把多路视频信号合成一幅图像，达到在一台监视器上同时观看多路摄像机信号。常用的16画面分割器。又称为多画面视频处理器，双工的另一个用途是用一台录像机同时录制多路视频信号，并具有单路回放的功能，即能选择同时录下的多路视频信号的任意一路在监视器上回放。
　　(3)多画面分割器。将多个画面通过视频数字处理合并成分割状的一个画面，就出现了多画面分割器。现有4画面分割器、9画面分割器、16画面分割器。这样用一台监视器，一台录像机上能同时监看、记录4、9、16个画面，多画面分割器通常分为3类：
　　(4)单工画面处理器。单纯监看一个画面，记录分割画面。双工画面处理器：在监视单画面、分割画面同时。可以进行记录。全双工画面处理器：在监视、记录的同时，可以进行记录信号回放。
　　(5)视频分配器。一路视频信号可同时分配成多路视频输出。
　　3.3.3.2数字化图像监控系统
　　以同轴电缆传输视频信号。称之为传统的模拟信号传输方式，这种方式传输，在较短距离内(如200m左右)视频信号的衰减不大，如果超过200m，则必须对视频信号进行补偿放大。常规的闭路电视监控系统较适合在一座建筑物或较小的地域范围内使用。
　　数字化监控系统是将计算机网络技术、多媒体技术与闭路电视技术相结合，适用于远距离传输多路视、音频信号。实际上就是将模拟信号进行数字化，并对其压缩编码，通过计算机网络及数字多媒体技术来传输视频图像。
　　数字化监控系统将计算机网络技术、多媒体技术与图像监控技术有机结合在一起，能高清晰、同步地传输图像信号，是一项全新的安保电视系统，它已成为现代化楼宇管理的有力工具。
　　数字化图像监控系统可实现远程图像监控，把分散在各地的监控点通过计算机网络有机联系在一起并利用了多媒体技术，增强了整体安全和图像监控的自动化管理能力。
　　目前，不少公司的产品均使用了特殊的压缩方法，采用了动态存储技术，从而保证了图像的质量。数据压缩和图像、声音的复合全部由硬件完成，在一个系统上可实现16路的实时监控。16路信号可同时存储，而且视频图像的不丢帧，动态存储技术保证了监控端图像的连续性和高清晰度。
　　3.3.3.3智能楼宇闭路电视监控系统数字硬盘录像系统：
　　数字监控硬盘录像系统的功能。数字硬盘录像是当今安保电视系统领域最新型的、性能最卓越的数字化图像记录设备，它将监控系统中所有的摄像机摄取的画面进行实时数字压缩并录制存档，可以根据任意检索要求对所记录的图像进行随机检索。由于采用了数字记录技术，能大大增强录制图像的抗衰减、抗干扰能力，因此无论经过多少次的检索或录像回放都不会影响播放图像的清晰度，而传统的模拟方式记录的录像带在经过若干次检索及回放后。图像质量将会有一定的衰减并引起信号信噪比的下降。当需要对已存储的图像进行复制时，数字记录的图像不存在复制劣化的问题，而模拟方式记录的图像每经过一次复制就要劣化一次。
　　数字硬盘录像系统是集计算机网络化、多媒体智能化与监控电视为一体，以数字化的方式和全新的理念构造出的新一代监控图像硬盘录像系统。系统在实现本地数字图像监控管理的同时，又能实现监控图像画面的远程传送。加强了整体安全管理。在系统中，所有图像数据均以数字形式保存，这与传统的模拟信号系统相比较，打印出的照片具有更高的清晰度和逼真感，数据的传输更可靠，速度更快。系统以模块化设计为基础，各个模块包括：信号采集模块、监控模块、图像录制模块、远程访问模块和中央控制模块。整个系统维护简便。易于安装。
　　3.3.4显示系统 (1)显示与记录。显示与记录设备一般均安装在安保控制室。主要由黑白／彩色监视器、录像机及视频处理设备组成。
　　黑白／彩色专用监视器。实现对摄像机视频信号再现图像的设备，一般要求黑白监视器的水平清晰度应大于600线，彩色监视器的清晰度应大于350线。
　　(2)录像机。它是监视系统的记录和重放装置，一般采用时滞录像机，用普通180min的录像带可以录24h以上，甚至可达480h，960h，并可用控制信号自动操作录像机的遥控功能。对于与安全报警系统联动的摄录像系统，宜单独配置相应的时滞录像机，目前已可采用数码光盘记录、计算机硬盘录像。

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