第1章 典型電視監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成
典型的電視監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端設(shè)備和后端設(shè)備這兩大部分組成，其中后端設(shè)備可進(jìn)一步分為中心控制設(shè)備和分控制設(shè)備。前、后端設(shè)備有多種構(gòu)成方式，它們之間的聯(lián)系（也可稱作傳輸系統(tǒng)）可通過電纜、光纖或微波等多種方式來實現(xiàn)。如圖1-1所示，電視監(jiān)控系統(tǒng)由攝像機(jī)部分（有時還有麥克）、傳輸部分、控制部分以及顯示和記錄部分四大塊組成。在每一部分中，又含有更加具體的設(shè)備或部件。
圖1-1 電視監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成
1. 1 主要設(shè)備
1. 1. 1 攝像部分
攝像部分是電視監(jiān)控系統(tǒng)的前沿部分，是整個系統(tǒng)的“眼睛”。它布置在被監(jiān)視場所的某一位置上，使其視場角能覆蓋整個被監(jiān)視的各個部位。有時，被監(jiān)視場所面積較大，為了節(jié)省攝像機(jī)所用的數(shù)量、簡化傳輸系統(tǒng)及控制與顯示系統(tǒng)，在攝像機(jī)上加裝電動的（可遙控的）可變焦距（變倍）鏡頭，使攝像機(jī)所能觀察的距離更遠(yuǎn)、更清楚；有時還把攝像機(jī)安裝在電動云臺上，通過控制臺的控制，可以使云臺帶動攝像機(jī)進(jìn)行水平和垂直方向的轉(zhuǎn)動，從而使攝像機(jī)能覆蓋的角度、面積更大?？傊?，攝像機(jī)就像整個系統(tǒng)的眼睛一樣，把它監(jiān)視的內(nèi)容變?yōu)閳D像信號，傳送給控制中心的監(jiān)視器上。由于攝像部分是系統(tǒng)的最前端，并且被監(jiān)視場所的情況是由它變成圖像信號傳送到控制中心的監(jiān)視器上，所以從整個系統(tǒng)來講，攝像部分是系統(tǒng)的原始信號源。因此，攝像部分的好壞以及它產(chǎn)生的圖像信號的質(zhì)量將影響著整個系統(tǒng)的質(zhì)量。從系統(tǒng)噪聲計算理論的角度來講，影響系統(tǒng)噪聲的最大因素是系統(tǒng)中的第一級的輸出（在這里即為攝像機(jī)的圖像信號輸出）信號信噪比的情況。所以，認(rèn)真選擇和處理攝像部分是至關(guān)重要的。如果攝像機(jī)輸出的圖像信號經(jīng)過傳輸部分、控制部分之后到達(dá)監(jiān)視器上，那么到達(dá)監(jiān)視器上的圖像信號信噪比將下降，這是由于傳輸及控制部分的線路、放大器、切換器、等又引入了噪聲的緣故。
除了上述的有關(guān)討論之外，對于攝像部分來說，在某些情況下，特別是在室外應(yīng)用的情況下，為了防塵、防雨、抗高低溫、抗腐蝕等，對攝像機(jī)及其鏡頭還應(yīng)加裝專門的防護(hù)罩，甚至對云臺也要有相應(yīng)的防護(hù)措施。這些也將在后面的有關(guān)章節(jié)中討論。
1. 1. 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，傳輸部分單指的是傳輸圖像信號。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(jī)、鏡頭、云臺、防護(hù)罩等進(jìn)行控制，因而在傳輸系統(tǒng)中還包含有控制信號的傳輸，所以我們這里所講的傳輸部分，通常是指所有要傳輸?shù)男盘栃纬傻膫鬏斚到y(tǒng)的總和。
如前所述，傳輸部分主要傳輸?shù)膬?nèi)容是圖像信號。因此重點研究圖像信號的傳輸方式及傳輸中有關(guān)問題是非常重要的。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(jī)輸出的圖像信號）的清晰度和灰度等級沒有明顯下降等等。這就要求傳輸系統(tǒng)在衰減方面、引入噪聲方面、幅頻特性和相頻特性方面有良好的性能。
在傳輸方式上，目前電視監(jiān)控系統(tǒng)多半采用視頻基帶傳輸方式。如果在攝像機(jī)距離控制中心較遠(yuǎn)的情況下，也有采用射頻傳輸方式或光纖傳輸方式。對以上這些不同的傳輸方式，所使用的傳輸部件及傳輸線路都有較大的不同。
1. 1. 3 控制部分
控制部分是整個系統(tǒng)的“心臟”和“大腦”，是實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的指揮中心?？刂撇糠种饕煽偪刂婆_（有些系統(tǒng)還設(shè)有副控制臺）組成?？偪刂婆_中主要的功能有：視頻信號放大與分配、圖像信號的較正與補(bǔ)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(jī)及其輔助部件（如鏡頭、云臺、防護(hù)罩等）的控制（遙控）等等。在上述的各部分中，對圖像質(zhì)量影響最大的是放大與與分配、較正與補(bǔ)償、圖像信號的切換三部分。在某些攝像機(jī)距離控制中心很近、或?qū)φ麄€系統(tǒng)指標(biāo)要求不高的情況下，在總控制臺中往往不設(shè)較正與補(bǔ)償部分。但對某些距離較遠(yuǎn)，或由于傳輸方式的要求等原因，校正與補(bǔ)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（由于不同頻率成分到達(dá)總控制臺時，衰減是不同的，因而造成圖像信號不同頻率成分的幅度不同，此稱為幅頻特性）、相頻特性（不同頻率的圖像信號通過傳輸部分后產(chǎn)生的相移不同，此稱為相頻特性）無法絕對保證指標(biāo)的要求，所以在控制臺上要對傳輸過來的圖像信號進(jìn)行幅頻和相頻的校正與補(bǔ)償。 經(jīng)過校正與補(bǔ)償?shù)膱D像信號，再經(jīng)過分配和放大，進(jìn)入視頻切換部分，然后送到監(jiān)視器上?？偪刂婆_的另一個重要方面是能對攝像機(jī)、鏡頭、云臺、防護(hù)罩等進(jìn)行遙控，以完成對被監(jiān)視的場所全面、詳細(xì)的監(jiān)視或跟蹤監(jiān)視?？偪刂婆_上設(shè)有的錄像機(jī)，可以隨時把發(fā)生情況的被監(jiān)視場所的圖像記錄下來，以便事后備查或作為重要依據(jù)。目前，有些控制臺上高設(shè)有一臺或兩臺“長延時錄像機(jī)”，這種錄像機(jī)可用一盤60分鐘帶長的錄像帶記錄長達(dá)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。還有的總控制臺上設(shè)有“多畫面分割器”，如四畫面、九畫面、十六畫面等等。也就是說，通過這個設(shè)備，可以在一臺監(jiān)視器上同時顯示出四個、九個、十六個攝像機(jī)送來的各個被監(jiān)視場所的畫面，并用一臺常規(guī)錄像機(jī)或長延時錄像機(jī)進(jìn)行記錄。上述這些功能的設(shè)置，要根據(jù)系統(tǒng)的要求而定，不一定都采用。
目前生產(chǎn)的總控制臺，在控制功能上，控制攝像機(jī)的臺數(shù)上往往都做成積木式的?？梢愿鶕?jù)要求進(jìn)行組合。另外，在總控制臺上還設(shè)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(jī)上可以記錄，這樣對以后的備查提供了方便。
總控制臺對攝像機(jī)及其輔助設(shè)備（如鏡頭、云臺、防護(hù)罩等）的控制一般采用總線方式，把控制信號送給各攝像機(jī)附近的“終端解碼箱”，在終端解碼箱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(jī)及其輔助設(shè)備的各種動作（如鏡頭的變倍、云臺的轉(zhuǎn)動等）。在某些攝像機(jī)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動作的命令信號¬¬——即“開、關(guān)”信號。總之，根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成的情況及要求，可以綜合考慮，以完成對總控制臺的設(shè)計要求或訂購要求。
1. 1. 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(jī)）組成。它的功能是將傳送過來的圖像一一顯示出來。在電視監(jiān)視系統(tǒng)中，特別是在由多臺攝像機(jī)組成的電視監(jiān)控系統(tǒng)中，一般都不是一臺監(jiān)視器對應(yīng)一臺攝像機(jī)進(jìn)行顯示，而是幾臺攝像機(jī)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(shè)備，減少空間的占用；二是沒有必要一一對應(yīng)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的時間（比如幾秒、十幾秒或幾十秒）顯示一下即可。當(dāng)某個被監(jiān)視的場所發(fā)生情況時，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。所以，在一般的系統(tǒng)中通常都采用四比一、八比一、甚至十六比一的攝像機(jī)對監(jiān)視器的比例數(shù)設(shè)置監(jiān)視器的數(shù)量。目前，常用的攝像機(jī)對監(jiān)視器的比例數(shù)為四比一，即四臺攝像機(jī)對應(yīng)一臺監(jiān)視輪流顯示，當(dāng)攝像機(jī)的臺數(shù)很多時，再采用八比一或十六比一的設(shè)置方案。另外，由于 “畫面分割器”的應(yīng)用，在有些攝像機(jī)臺數(shù)很多的系統(tǒng)中，用畫面分割器把幾臺攝像機(jī)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(jī)送來的畫面。這樣可以大大節(jié)省監(jiān)視器，并且操作人員觀看起來也比較方便。但是，這種方案不宜在一臺監(jiān)視器上同時顯示太多的分割畫面，否則會使某些細(xì)節(jié)難以看清楚，影響監(jiān)控的效果。個人認(rèn)為，四分割或九分割較為合適。
為了節(jié)省開支，對于非特殊要求的電視監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)視器可采用有視頻輸入端子的普通電視機(jī)，而不必采用造價較高的專用監(jiān)視器。監(jiān)視器（或電視機(jī)）的屏幕尺寸宜采用14英寸至18英寸之間的，如果采用了“畫面分割器”，可選用較大屏幕的監(jiān)視器。
放置監(jiān)視器的位置應(yīng)適合操作者觀看的距離、角度和高度。一般是在總控制臺的后方，設(shè)置專用的監(jiān)視架子，把監(jiān)視器擺放在架子上。
監(jiān)視器的選擇，應(yīng)滿足系統(tǒng)總的功能和總的技術(shù)指標(biāo)的要求，特別是應(yīng)滿足長時間連續(xù)工作的要求。由于監(jiān)視器或電視機(jī)已有成型的產(chǎn)品，大家都很熟悉，在此不作詳述。
1. 2 中小型電視監(jiān)控系統(tǒng)
通常的電視監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模都不大，功能也相對簡單，但其適用的范圍非常廣。所監(jiān)視的對象也不僅僅限于想到的人、商品、貨物或車輛，有些應(yīng)用系統(tǒng)還涉及到對諸如天然氣罐、高油墨瓜爐的監(jiān)視，另有些應(yīng)用系統(tǒng)則需要對工廠的煙囪及排污管道進(jìn)行曲監(jiān)視。電視監(jiān)控系統(tǒng)可以自成體系，也可以與防盜報警系統(tǒng)或出入口控制系統(tǒng)組合，構(gòu)成綜合保安監(jiān)控系統(tǒng)。一般來說，典型中小型電視監(jiān)控系統(tǒng)的攝像監(jiān)視點數(shù)不超過32點，造價大都在幾萬~幾十萬元。
1. 2. 1 簡單的定點監(jiān)控系統(tǒng)
最簡單的定點監(jiān)控系統(tǒng)就是在監(jiān)視現(xiàn)場安置定點攝像機(jī)（攝像機(jī)配接定焦鏡頭），通過同軸電纜將視頻信號傳輸?shù)奖O(jiān)控室內(nèi)的監(jiān)視器。例如，在小型工廠的大門口安置一臺攝像機(jī)，并通過同軸電纜將視頻信號傳送到廠辦公室內(nèi)的監(jiān)視器（或電視機(jī)）上，管理人員就可以看到哪些人上班遲到或早退，離廠時是否攜帶了廠內(nèi)的物品。若是再配置一臺錄像機(jī)，還可以把監(jiān)視的畫面記錄下來，供日后檢索查證。
這種簡單的定點監(jiān)控系統(tǒng)適用于多種應(yīng)用場合。當(dāng)攝像機(jī)的數(shù)量較多時，可通過多路切換器、畫面分割器或系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行監(jiān)視。以某著名外企總部為例，該總部曾多次丟失高檔筆記本電腦，后來在其各樓層的所有12個出口都安裝了定點攝像機(jī)，并配備了3臺四畫面分割器和24小時實時錄像機(jī)，有效地杜絕了上述失盜現(xiàn)象。
某招待所也是采用了這種簡單的定點監(jiān)控系統(tǒng)。這是在1~6層客房通道的兩端各安裝一臺定點黑白攝像機(jī)，加上大門口、門廳、后門、停車場等4個監(jiān)視點共計16臺攝像機(jī)，再配置一臺16畫面分割器、一臺29英寸大屏幕彩電和一臺24小時錄像機(jī)便構(gòu)成了完整的監(jiān)控系統(tǒng)。
當(dāng)監(jiān)視的點數(shù)增加時會使系統(tǒng)規(guī)模變大，但如果沒有其他附加設(shè)備及要求，這類監(jiān)控系統(tǒng)仍可歸屬于簡單的定點系統(tǒng)，以某超市的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)為例，由于該超市的營業(yè)面積較大（上下兩層總計約16000㎡），貨架較多，總共安裝了48臺定點黑白攝像機(jī)。這48臺攝像機(jī)的信號被分成了3組，分別接到了對應(yīng)的16畫面分割器、17英寸黑白監(jiān)視器和24小時錄像機(jī)（該超市的實際工程中另外增加了防盜報警系統(tǒng)和公共廣播/背景音樂系統(tǒng)，此處從略）。圖1-2示出了該超市電視監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成。