淺談智能樓宇閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)方案

摘要：為了進一步滿足社會經(jīng)濟發(fā)展與人們文明生活的高標準要求，創(chuàng)造一個安全、舒適、溫馨、高效的辦公與生活環(huán)境，并隨著視頻軟、硬壓縮技術的發(fā)展和網(wǎng)絡技術的日漸成熟的今天。建立一個由計算機系統(tǒng)管理的一體化集成系統(tǒng)，提供一個投資合理、又擁有高效、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化樓宇監(jiān)控系統(tǒng)已引起了各方面的高度重視。 
　　　智能樓宇是一項系統(tǒng)工程，而且是一個復雜的大系統(tǒng)，因此，它的建設就應該遵循系統(tǒng)工程的基本程序。根據(jù)智能樓宇技術目前發(fā)展的狀況，我們利用系統(tǒng)工程的方法智能樓宇系統(tǒng)工程建立的五大步驟，它包括：系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)設計、詳細設計和產(chǎn)品選型、工程施工和運行維護管理。總之，由于智能樓宇技術的復雜性、發(fā)展性和外部條件的可變性，用直觀的傳統(tǒng)方法和單憑個人的經(jīng)驗來組織管理一個大規(guī)模復雜的智能大廈系統(tǒng)工程已經(jīng)不行了，為了保證系統(tǒng)的整體性就需要用現(xiàn)代信息系統(tǒng)和系統(tǒng)工程的方法來統(tǒng)盤地考慮這一問題，從而編制出系統(tǒng)研制全過程的模型，把智能樓宇建設的全過程，嚴密地聯(lián)結成一個整體全面地考慮和改善整個過程，以便實現(xiàn)綜合最優(yōu)化。 

一、智能樓宇閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)設計原則： 
　　項目方案設計遵循技術先進、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本的原則。并綜合考慮施工、維護及操作因素，將為今后的發(fā)展、擴建、改造等因素留有擴充的余地。本系統(tǒng)設計內容是系統(tǒng)的、完整的、全面的；設計方案具有科學性、合理性、可操作性。 
二、智能樓宇閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)功能和特點： 
　　本著系統(tǒng)既要先進、實用、成熟、可靠，又要做到系統(tǒng)開放性、可擴展性好，兼顧投資合理、效益最佳的目的。閉路電視監(jiān)控對現(xiàn)場設備進行集中監(jiān)視、控制和管理，使這些設備得以安全、可靠、高效地運行，最大限度地發(fā)揮智能管理的作用，創(chuàng)造安全、健康、舒適宜人和能提高工作效率的優(yōu)良環(huán)境，節(jié)約能源，并減少維護人員。根據(jù)項目的環(huán)境需要，并接合功能需求建立項目閉路電視監(jiān)控。 
　　CGTV主要任務是對建筑物內重要部位的事態(tài)、人流等動態(tài)狀況進行宏觀監(jiān)視、控制。以便對各種異常情況進行實時取證、復核，達到及時處理目的。MPEG-4是超低碼率運動圖像和語言的壓縮標準，它不僅是針對一定比特率下的視頻、音頻編碼，更加注重多媒體系統(tǒng)的交互性和靈活性。MPEG4標準的占用帶寬可調，占用帶寬與圖像的清晰度成正比。以目前的技術，一般占用帶寬大致在幾百K左右。總之，本閉路電視監(jiān)控是一個使本項目高度自動化、高效率的幽雅舒適、便利快捷、高度安全的環(huán)境空間。 
三、智能樓宇閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)方案設計： 
　　根據(jù)設計原則、設計規(guī)范和依據(jù)及國際、國內標準，并根據(jù)用戶的需求，以及所提供的圖紙及相關資料，并接合項目的實際情況及未來的發(fā)展趨勢，對該項目的閉路電視監(jiān)控進行方案設計。 
　　3.1智能樓宇閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)構成及原理： 
　　閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)分別由前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)4個部分構成。還具有對圖像信號的分配切換、存儲、處理、還原等功能。  
　　3.2用戶需求分析及前端分布： 
　　根據(jù)用戶需求，充分考慮了本系統(tǒng)高度的可靠性、先進性、靈活性、可擴充性、易管理性及性能價格比高等優(yōu)點，并根據(jù)所提供的圖紙及相關料資，以及相關產(chǎn)品的性能等因素，本項目前端分布情況，具體信息點統(tǒng)計表見表1。 
　　3.3設備選型及配置： 3.3.1前端系統(tǒng)：3.3.1.1攝像機的選擇： 
　　攝像部分的主體是攝像機，其功能為觀察、收集信息。攝像機的性能及其安裝方式是決定系統(tǒng)質量的重要因素。光導管攝像機目前已被淘汰，由電荷耦合器件簡稱CCD攝像機所取代。其主要性能及技術參數(shù)要求如下： 
　　色彩：攝像機有黑白和彩色兩種，通常黑白攝像機的水平清晰度比彩色攝像機高，且黑白攝像機比彩色攝像機靈敏，更適用于光線不足的地方和夜間燈光較暗的場所。黑白攝像機的價格比彩色便宜。但彩色的圖像容易分辨衣物與場景的顏色，便于及時獲取、區(qū)分現(xiàn)場的實時信息。
清晰度：有水平清晰度和垂直清晰度兩種。攝像機的清晰度一般是用水平清晰度表示。水平清晰度表示人眼對電視圖像水平細節(jié)清晰度的量度，用電視線TVL表示。目前選用黑白攝像機的水平清晰度一般應要求大于500線，彩色攝像機的水平清晰度一般應要求大于400線。
　　照度：單位被照面積上接受到的光通量稱為照度。Lux(載克斯)是標稱光亮度(流明)的光束均勻射在1m2面積上時的照度。目前一般選用黑白攝像機的最低照度，當相對孔徑為F／1.4時，最低照度要求選用小于0.1Lux；選用彩色攝像機的最低照度，當相對孔徑為F／1.4時，最低照度要求選用小于0.2Lux。
　　同步：要求攝像機具有電源同步、外同步信號接口。對電源同步而言，使所有的攝像機由監(jiān)控中心的交流同相電源供電，使攝像機場同步信號與市電的相位鎖定，以達到攝像機同步信號相位一致的同步方式。對外同步而言，要求配置一臺同步信號發(fā)生器來實現(xiàn)強迫同步，電視系統(tǒng)掃描用的行頻、場頻、幀頻信號，復合消隱信號與外設信號發(fā)生器提供的同步信號同步的工作方式。系統(tǒng)只有在同步的情況下，圖像進行時序切換時就不會出現(xiàn)滾動現(xiàn)象，錄、放像質量才能提高。
　　電源：攝像機電源一般有交流220V，交流24V，直流12V�？筛鶕�(jù)現(xiàn)場情況選擇攝像機電源，但推薦采用安全低電壓。
　　自動增益控制(ACC)：在低亮度的情況下，自動增益功能可以提高圖像信號的強度以獲得清晰的圖像。目前，市場上CCD攝像機的最低照度都是在這種條件下的參數(shù)。
　　自動白平衡：當彩色攝像機的白平衡正常時，才能真實地還原被攝物體的色彩。彩色攝像機的自動白平衡就是實現(xiàn)其自動調整。
　　電子亮度控制：有些CCD攝像機可以根據(jù)射入光線的亮度，利用電子快門來調節(jié)CCD圖像傳感器的曝光時間，從而在光線變化較大時可以不用自動光圈鏡頭。使用電子亮度控制時，被攝景物的景深要比使用自動光圈鏡頭時要小。
　　逆光補償：在只能逆光安裝的情況下，采用普通攝像機時，被攝物體的圖像會發(fā)黑，應選用具有逆光補償?shù)臄z像機才能獲得較為清晰的圖像。
　　3.3.1.2智能樓宇閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)鏡頭選擇：
　　鏡頭按功能和操作分類：攝取靜態(tài)目標的攝像機，可選用固定焦距鏡頭，當有視角變化要求的動態(tài)目標攝像場合，可選用變焦距鏡頭。鏡頭焦距的選擇要根據(jù)視場大小和鏡頭到監(jiān)視目標的距離而定。 F=A×L／B 、式中：F：焦距，mm；A：像場、寬，mm； L：鏡頭到監(jiān)視目標的距離；
　　B：視場高(L、B采用相同的度量單位)。
　　選擇鏡頭焦距時，必須考慮攝像機圖像敏感器畫面的尺寸，有213"、1／2"、1／3"、1／4"4種型式。這4種模式都具有垂直X水平尺寸為3*4的方位比，而4種模式攝像機對應于某一個鏡頭，則下一個模式正好與它上一個模式攝像機相差一個鏡頭焦距的檔次。如專1／2”攝像機使用16mm鏡頭的視角范圍正好與1／3"攝像機使用12mm焦距的鏡頭相同。以此類推。
　　對景深大、視場范圍廣的監(jiān)視區(qū)域及需要監(jiān)視變化的動態(tài)場景，一般對應采用帶全景云臺的攝像機，并配置6倍以上的電動變焦距帶自動光圈鏡頭。
　　使用電荷耦合器件(CCD)時，一般均應選擇自動光圈鏡頭。對于室內照度恒定或變化很小時可選擇手動可變光圈鏡頭，電梯轎箱內的攝像機鏡頭應根據(jù)轎箱體積的大小選用水平視場角大于70度的廣角鏡頭。
　　隨著小型化需要，鏡頭尺寸需縮小，除通常攝像機鏡頭的標準C接口外，引入了Cs接口。由于cs接口比C接口短5mm。減小了鏡頭與敏感件的間距，故cs接口系統(tǒng)體積小、輕，且Cs接口鏡頭價格較便宜。Cs接口攝像機可配用cs接口鏡頭。也可使用C接口鏡頭再加上引入5mm隔條環(huán)。而C接口攝像機只能配用C接口鏡頭，不能使用Cs接口的鏡頭。
　　攝像機鏡頭應從光源方向對準監(jiān)視目標，避免逆光。鏡頭的焦距和攝像機靶面的大小決定了視角，焦距越小，視野越大。焦距越大，視野越小。若要考慮清晰度，可采用電動變焦距鏡頭，根據(jù)需要隨時調整。
　　通光量：鏡頭的通光量是用鏡頭的焦距和通光孔徑的比值(光圈)來衡量的，一般用F表示。在光線變化不大的場合。光圈調到合適的大小后不必改動。用手動光圈鏡頭即可。在光圈線變化大的場合，如在室外，一般均需要自動光圈鏡頭。
　　3.3.2智能樓宇閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)：
　　監(jiān)視現(xiàn)場和控制中心總有一定距離，從監(jiān)視現(xiàn)場到控制中心需要圖像信號傳輸圖像信號，同時從控制中心的控制信號要傳送到現(xiàn)場。所以傳輸系統(tǒng)包括視頻信號和控制信號傳輸兩部分。
　　(1)視頻信號傳輸。一般采用同軸電纜傳輸視頻基帶信號。也可采用光纜傳送電視信號以及用平衡電纜對也就是利用電話電纜傳送。由于電纜對外界的靜電場和電磁波有屏蔽作用，可減少串擾，傳輸損失也較小。但當電纜作為長距離傳送媒體時。會發(fā)生對地不平衡低頻地電流的影響，有時也會有高頻干擾。信號傳輸帶寬為50Hz-4MHz，當傳輸距離在200m以內時，用同軸電纜傳送，其衰減的影響一般可不予考慮；當傳輸距離大于200m時，電纜衰減量較大，為了能把整個帶寬內不同頻率的信號進行傳輸，必須使用電纜補償放大器。某些場合，布線非常困難時，可以采用無線傳輸如微波定向傳輸，但它要占用頻率資源。需經(jīng)無線電管理委員會核準。
　　(2)控制信號傳輸。對于CCTV，常用的控制方式有直接控制、編碼控制、同軸視控。目前直接控制由于線纜過多，很少采用。編碼控制是將全部控制命令數(shù)字化(調制)后再傳輸，到控制設備后再解調，還原成直接控制量，可節(jié)約線纜。這種方式傳輸距離長，目前工程中采用較多。同軸視控就是控制信號與視頻信號共用一條同軸電纜，利用頻率分割或視頻信號消隱期傳輸控制信號的方式傳輸，但價格較貴。
　　(3)管槽敷設。為防止電磁干擾和外電源及變頻電梯等干擾，電纜應敷設在接地良好的金屬管或金屬橋架，同時保護線纜。
　　3.3.3控制系統(tǒng)：3.3.3.1模擬控制系統(tǒng)：
　　(1)視頻矩陣切換器。對多路視頻輸入信號和多路視頻輸出信號進行切換和控制，可以通過電子開關，組成切換矩陣，使任一路輸入可切換至任一路輸出。設計時應滿足必要的視頻輸入／輸出容量，并易擴展。一個CCTV系統(tǒng)除主控鍵盤外，還可根據(jù)需要設置分控鍵盤。
　　(2)雙工多畫面視頻處理器。能把多路視頻信號合成一幅圖像，達到在一臺監(jiān)視器上同時觀看多路攝像機信號。常用的16畫面分割器。又稱為多畫面視頻處理器，雙工的另一個用途是用一臺錄像機同時錄制多路視頻信號，并具有單路回放的功能，即能選擇同時錄下的多路視頻信號的任意一路在監(jiān)視器上回放。
　　(3)多畫面分割器。將多個畫面通過視頻數(shù)字處理合并成分割狀的一個畫面，就出現(xiàn)了多畫面分割器�，F(xiàn)有4畫面分割器、9畫面分割器、16畫面分割器。這樣用一臺監(jiān)視器，一臺錄像機上能同時監(jiān)看、記錄4、9、16個畫面，多畫面分割器通常分為3類：
　　(4)單工畫面處理器。單純監(jiān)看一個畫面，記錄分割畫面。雙工畫面處理器：在監(jiān)視單畫面、分割畫面同時�？梢赃M行記錄。全雙工畫面處理器：在監(jiān)視、記錄的同時，可以進行記錄信號回放。
　　(5)視頻分配器。一路視頻信號可同時分配成多路視頻輸出。
　　3.3.3.2數(shù)字化圖像監(jiān)控系統(tǒng)
　　以同軸電纜傳輸視頻信號。稱之為傳統(tǒng)的模擬信號傳輸方式，這種方式傳輸，在較短距離內(如200m左右)視頻信號的衰減不大，如果超過200m，則必須對視頻信號進行補償放大。常規(guī)的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)較適合在一座建筑物或較小的地域范圍內使用。
　　數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)是將計算機網(wǎng)絡技術、多媒體技術與閉路電視技術相結合，適用于遠距離傳輸多路視、音頻信號。實際上就是將模擬信號進行數(shù)字化，并對其壓縮編碼，通過計算機網(wǎng)絡及數(shù)字多媒體技術來傳輸視頻圖像。
　　數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)將計算機網(wǎng)絡技術、多媒體技術與圖像監(jiān)控技術有機結合在一起，能高清晰、同步地傳輸圖像信號，是一項全新的安保電視系統(tǒng)，它已成為現(xiàn)代化樓宇管理的有力工具。
　　數(shù)字化圖像監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)遠程圖像監(jiān)控，把分散在各地的監(jiān)控點通過計算機網(wǎng)絡有機聯(lián)系在一起并利用了多媒體技術，增強了整體安全和圖像監(jiān)控的自動化管理能力。
　　目前，不少公司的產(chǎn)品均使用了特殊的壓縮方法，采用了動態(tài)存儲技術，從而保證了圖像的質量。數(shù)據(jù)壓縮和圖像、聲音的復合全部由硬件完成，在一個系統(tǒng)上可實現(xiàn)16路的實時監(jiān)控。16路信號可同時存儲，而且視頻圖像的不丟幀，動態(tài)存儲技術保證了監(jiān)控端圖像的連續(xù)性和高清晰度。
　　3.3.3.3智能樓宇閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字硬盤錄像系統(tǒng)：
　　數(shù)字監(jiān)控硬盤錄像系統(tǒng)的功能。數(shù)字硬盤錄像是當今安保電視系統(tǒng)領域最新型的、性能最卓越的數(shù)字化圖像記錄設備，它將監(jiān)控系統(tǒng)中所有的攝像機攝取的畫面進行實時數(shù)字壓縮并錄制存檔，可以根據(jù)任意檢索要求對所記錄的圖像進行隨機檢索。由于采用了數(shù)字記錄技術，能大大增強錄制圖像的抗衰減、抗干擾能力，因此無論經(jīng)過多少次的檢索或錄像回放都不會影響播放圖像的清晰度，而傳統(tǒng)的模擬方式記錄的錄像帶在經(jīng)過若干次檢索及回放后。圖像質量將會有一定的衰減并引起信號信噪比的下降。當需要對已存儲的圖像進行復制時，數(shù)字記錄的圖像不存在復制劣化的問題，而模擬方式記錄的圖像每經(jīng)過一次復制就要劣化一次。
　　數(shù)字硬盤錄像系統(tǒng)是集計算機網(wǎng)絡化、多媒體智能化與監(jiān)控電視為一體，以數(shù)字化的方式和全新的理念構造出的新一代監(jiān)控圖像硬盤錄像系統(tǒng)。系統(tǒng)在實現(xiàn)本地數(shù)字圖像監(jiān)控管理的同時，又能實現(xiàn)監(jiān)控圖像畫面的遠程傳送。加強了整體安全管理。在系統(tǒng)中，所有圖像數(shù)據(jù)均以數(shù)字形式保存，這與傳統(tǒng)的模擬信號系統(tǒng)相比較，打印出的照片具有更高的清晰度和逼真感，數(shù)據(jù)的傳輸更可靠，速度更快。系統(tǒng)以模塊化設計為基礎，各個模塊包括：信號采集模塊、監(jiān)控模塊、圖像錄制模塊、遠程訪問模塊和中央控制模塊。整個系統(tǒng)維護簡便。易于安裝。
　　3.3.4顯示系統(tǒng) (1)顯示與記錄。顯示與記錄設備一般均安裝在安�？刂剖�。主要由黑白／彩色監(jiān)視器、錄像機及視頻處理設備組成。
　　黑白／彩色專用監(jiān)視器。實現(xiàn)對攝像機視頻信號再現(xiàn)圖像的設備，一般要求黑白監(jiān)視器的水平清晰度應大于600線，彩色監(jiān)視器的清晰度應大于350線。
　　(2)錄像機。它是監(jiān)視系統(tǒng)的記錄和重放裝置，一般采用時滯錄像機，用普通180min的錄像帶可以錄24h以上，甚至可達480h，960h，并可用控制信號自動操作錄像機的遙控功能。對于與安全報警系統(tǒng)聯(lián)動的攝錄像系統(tǒng)，宜單獨配置相應的時滯錄像機，目前已可采用數(shù)碼光盤記錄、計算機硬盤錄像。

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