电视监控系统培训教材

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典型的电视监控系统主要由前端设备和后端设备这两大部分组成，其中后端设备可进一步分为中心控制设备和分控制设备。前、后端设备有多种构成方式，它们之间的联系（也可称作传输系统）可通过电缆、光纤或微波等多种方式来实现。如图1-1所示，电视监控系统由摄像机部分（有时还有麦克）、传输部分、控制部分以及显示和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。 1. 1 主要设备 1. 1. 1 摄像部分     摄像部分是电视监控系统的前沿部分，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、简化传输系统及控制与显示系统，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；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。因此，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的第一级的输出（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部分、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。 除了上述的有关讨论之外，对于摄像部分来说，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。这些也将在后面的有关章节中讨论。 1. 1. 2 传输部分     传输部分就是系统的图像信号通路。一般来说，传输部分单指的是传输图像信号。但是，由于某些系统中除图像外，还要传输声音信号，同时，由于需要有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。 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、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等等。这就要求传输系统在衰减方面、引入噪声方面、幅频特性和相频特性方面有良好的性能。 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，也有采用射频传输方式或光纤传输方式。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。 1. 1. 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。总控制台中主要的功能有：视频信号放大与分配、图像信号的较正与补偿、图像信号的切换、图像信号（或包括声音信号）的记录、摄像机及其辅助部件（如镜头、云台、防护罩等）的控制（遥控）等等。在上述的各部分中，对图像质量影响最大的是放大与与分配、较正与补偿、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较正与补偿部分。但对某些距离较远，或由于传输方式的要求等原因，校正与补偿是非常重要的。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，衰减是不同的，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与补偿。 经过校正与补偿的图像信号，再经过分配和放大，进入视频切换部分，然后送到监视器上。总控制台的另一个重要方面是能对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行遥控，以完成对被监视的场所全面、详细的监视或跟踪监视。总控制台上设有的录像机，可以随时把发生情况的被监视场所的图像记录下来，以便事后备查或作为重要依据。目前，有些控制台上高设有一台或两台“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，这样就可以对某些非常重要的被监视场所的图像连续记录，而不必使用大量的录像带。还有的总控制台上设有“多画面分割器”，如四画面、九画面、十六画面等等。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个、九个、十六个摄像机送来的各个被监视场所的画面，并用一台常规录像机或长延时录像机进行记录。上述这些功能的设置，要根据系统的要求而定，不一定都采用。        目前生产的总控制台，在控制功能上，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、秒都显示出来，并把被监视场所的地址、名称显示出来。在录像机上可以记录，这样对以后的备查提供了方便。       总控制台对摄像机及其辅助设备（如镜头、云台、防护罩等）的控制一般采用总线方式，把控制信号送给各摄像机附近的“终端解码箱”，在终端解码箱上将总控制台送来的编码控制信号解出，成为控制动作的命令信号，再去控制摄像机及其辅助设备的各种动作（如镜头的变倍、云台的转动等）。在某些摄像机距离控制中心很近的情况下，为节省开支，也可采用由控制台直接送出控制动作的命令信号——即“开、关”信号。总之，根据系统构成的情况及要求，可以综合考虑，以完成对总控制台的设计要求或订购要求。 1. 1. 4 显示部分        显示部分一般由几台或多台监视器（或带视频输入的普通电视机）组成。它的功能是将传送过来的图像一一显示出来。在电视监视系统中，特别是在由多台摄像机组成的电视监控系统中，一般都不是一台监视器对应一台摄像机进行显示，而是几台摄像机的图像信号用一台监视器轮流切换显示。这样做一是可以节省设备，减少空间的占用；二是没有必要一一对应显示。因为被监视场所的情况不可能同时发生意外情况，所以平时只要隔一定的时间（比如几秒、十几秒或几十秒）显示一下即可。当某个被监视的场所发生情况时，可以通过切换器将这一路信号切换到某一台监视器上一直显示，并通过控制台对其遥控跟踪记录。所以，在一般的系统中通常都采用四比一、八比一、甚至十六比一的摄像机对监视器的比例数设置监视器的数量。目前，常用的摄像机对监视器的比例数为四比一，即四台摄像机对应一台监视轮流显示，当摄像机的台数很多时，再采用八比一或十六比一的设置方案。另外，由于 “画面分割器”的应用，在有些摄像机台数很多的系统中，用画面分割器把几台摄像机送来的图像信号同时显示在一台监视器上，也就是在一台较大屏幕的监视器上，把屏幕分成几个面积相等的小画面，每个画面显示一个摄像机送来的画面。这样可以大大节省监视器，并且操作人员观看起来也比较方便。但是，这种方案不宜在一台监视器上同时显示太多的分割画面，否则会使某些细节难以看清楚，影响监控的效果。个人认为，四分割或九分割较为合适。        为了节省开支，对于非特殊要求的电视监控系统，监视器可采用有视频输入端子的普通电视机，而不必采用造价较高的专用监视器。监视器（或电视机）的屏幕尺寸宜采用14英寸至18英寸之间的，如果采用了“画面分割器”，可选用较大屏幕的监视器。 放置监视器的位置应适合操作者观看的距离、角度和高度。一般是在总控制台的后方，设置专用的监视架子，把监视器摆放在架子上。     监视器的选择，应满足系统总的功能和总的技术指标的要求，特别是应满足长时间连续工作的要求。由于监视器或电视机已有成型的产品，大家都很熟悉，在此不作详述。 系统设计： 1. 2 中小型电视监控系统        通常的电视监控系统规模都不大，功能也相对简单，但其适用的范围非常广。所监视的对象也不仅仅限于想到的人、商品、货物或车辆，有些应用系统还涉及到对诸如天然气罐、高油墨瓜炉的监视，另有些应用系统则需要对工厂的烟囱及排污管道进行曲监视。电视监控系统可以自成体系，也可以与防盗报警系统或出入口控制系统组合，构成综合保安监控系统。一般来说，典型中小型电视监控系统的摄像监视点数不超过32点，造价大都在几万~几十万元。 1. 2. 1 简单的定点监控系统         最简单的定点监控系统就是在监视现场安置定点摄像机（摄像机配接定焦镜头），通过同轴电缆将视频信号传输到监控室内的监视器。例如，在小型工厂的大门口安置一台摄像机，并通过同轴电缆将视频信号传送到厂办公室内的监视器（或电视机）上，管理人员就可以看到哪些人上班迟到或早退，离厂时是否携带了厂内的物品。若是再配置一台录像机，还可以把监视的画面记录下来，供日后检索查证。      这种简单的定点监控系统适用于多种应用场合。当摄像机的数量较多时，可通过多路切换器、画面分割器或系统主机进行监视。以某著名外企总部为例，该总部曾多次丢失高档笔记本电脑，后来在其各楼层的所有12个出口都安装了定点摄像机，并配备了3台四画面分割器和24小时实时录像机，有效地杜绝了上述失盗现象。      某招待所也是采用了这种简单的定点监控系统。这是在1~6层客房通道的两端各安装一台定点黑白摄像机，加上大门口、门厅、后门、停车场等4个监视点共计16台摄像机，再配置一台16画面分割器、一台29英寸大屏幕彩电和一台24小时录像机便构成了完整的监控系统。 当监视的点数增加时会使系统规模变大，但如果没有其他附加设备及要求，这类监控系统仍可归属于简单的定点系统，以某超市的闭路电视监控系统为例，由于该超市的营业面积较大（上下两层总计约16000㎡），货架较多，总共安装了48台定点黑白摄像机。这48台摄像机的信号被分成了3组，分别接到了对应的16画面分割器、17英寸黑白监视器和24小时录像机（该超市的实际工程中另外增加了防盗报警系统和公共广播/背景音乐系统，此处从略）。图1-2示出了该超市电视监控系统的构成。 图1-2该超市电视监控系统的构成 1. 2. 2 简单的全方位监控系统          全方位监控系统是将前述定点监控系统中的定焦镜头换成电动变焦镜头，并增加可上下左右运动的全方位云台（云台内部有两个电动机），使每个监视点的摄像机可以进行上下左右的扫视，其所配镜头的焦距也可在一定范围内变化（监视场景可拉远或推进）。很显然，云台及电动镜头的动作需要由控制器或与系统主机配合的解码器来控制。        最简单的全方位监控系统与最简单的定点监控系统相比，在前端增加了一个全方位云台及电动变焦镜头，在控制室增加了一台控制器，如SP3801，另外从前端到控制室还需多布设一条多芯（10芯或12芯）控制电缆。以某小型制衣厂的监控系统为例，在其制衣车间安装了两台全方位摄像机，在厂长办公室内配置了一台普通电视机、一台切换器和两台控制器，当厂长需要了解车间情况时，只需通过切换器选定某一台摄像机的画面，并通过操作控制器使摄像机对整个监控现场进行扫视，也可以对某个局部进行定点监视。           在实际应用中，并不一定使每一个监视点都按全方位来配置，通常仅是在整个监控系统中的某几个特殊的监视点才配备全方位设备。例如，在前述的某招待所的定点监控系统中，也可考虑将监视停车场情况的定点摄像机改为全方位摄像机（更换电动变焦镜头并增加全方位云台），再在控制室内增加一台控制器，这样就可以把对停车场的监视范围扩大了，既可以对整个停车场进行扫视，也可以对某个局部进行监视。特别是当推进镜头时，还可以看清车牌号码。图1-3为在定点监控系统中增加一个全方位监视点的系统结构。 图1-3 在定点监控系统中增加一个全方位监视点的系统结构 1. 2. 3 低成本全方位监控系统     在本系统中（如图1-4所示），用分控键盘SP8050替代云台镜头控制器，这样系统的连接线就显得比较简单。SP8050还能遥控控制切换器（SP2000系列）及画面分割器。切换器还有报警功能，当有报警时，能自动地把报警的现场摄像机切换出来，并记录。在成本方面，要低于使用系统主机/矩阵切换器的系统。 1. 2. 4 具有小型主机的监控系统      多大的系统才需配用系统主机并没有严格的限制。一般来说，当监控系统中的全方位摄像机数量达到3~4台以上时，就可考虑使用小型系统主机。虽然用多台单路控制器或一台多路（如4路或6路）控制器也可以实现全方位摄像机的控制，但这样所需的控制线缆数量较多（每一路至少要一根10芯电缆），而且线缆的长度将过长（长线电阻造成的电压降可能会导致云台及电动镜头动作迟缓甚至不动作），整个系统也会显得零乱。     一般来说，使用系统主机会增加整个监控系统的造价，这是因为系统主机的造价要比普通切换器高，而与之配套的前端解码器的价格也比普通单路控制器高。但从布线考虑，各解码器与系统主机之间是采用总线方式连接的，因此系统中线缆的数量不多（只需要一根两芯通信电缆）。另外，集成式的系统主机大都有报警探测器接口，可以方便地将防盗报警系统与电视监控系统整合于一体。当有探测器报警时，该主机还可自动地将主监视器画面切换到发生警情的现场摄像机所拍摄的画面。图1-5示出了采用系统主机的小型电视监空系统的结构。 图1-5  采用系统主机的小型电视监空系统的结构 1. 2. 5 具有声音监听的监控系统      电视监控系统中还常常需要对现场声音进行监听（例如：银行柜员制监控系统），因此从系统结构上看，整个电视监控系统由图像和声音两个部分组成。由于增加了声音信号的采集及传输，从某种意义上说，系统的规模相当于比纯定点图像监控系统增加了一倍，而且在传输过程中还应保证图像与声音信号的同步。      对于简单的一对一结构（摄像机——录像机——监视器），只要增加监听头及音频传输线，即可将视音频信号一同显示、监听并记录。对于切换监控的系统来说，则需要配置视音频同步切换器，它可以从多路输入的视音频信号中切换并输出已选中的视频及对应的音频信号。 1. 3 大中型电视监控系统      大中型电视监控系统的监视点数增多，除了包含有大量的全方位监视点外，还常常与防盗报警系统集成为一体。由于汇集在中心控制室的视音频信号多，往往需要多种视音频设备进行组合，很多系统还需要多个分控制中心（或分控点），因此系统相对庞大。 1. 3. 1 大中型电视监控系统释义      从原理上说，大中型电视监控系统与前述的中小型电视监控系统是一样的。这里所谓的“大中型”可有两层含义：一是指系统的规模大，如前端摄像机的数量及中心控制端设备的数量都很多，中心控制室的场面也很庞大，往往还要有一面庞大的监视器墙，能同时显示出大小不等的十几个甚至几十个实时监控现场的画面，另外还在很多相关部门设有分控系统，有时还会与防盗报警系统或门禁刷卡系统联动；二是系统的复杂程度高，作业难度大，传输条件恶劣，使得十几个点的监控系统比普通超市或写字楼中的同十个甚至上百个点的监控系统的施工与调试还难。 1. 3. 2 多主机多级电视监控系统     常规的电视监控系统一般只有一台主机，即使是大中型系统，也不外乎是增加摄像机的数量和增加分控系统的数量。但是对某些特殊应用的场合，这种单台主机加若干台分控器的实现方法是不能满足用户需要的。以某大型工厂的监控系统为例，用户要求在其每一个相对独立的厂区都安装一套闭路电视监控系统，各厂区内有独立的监控室，管理人员可以对本系统进行任意操作控制。而整个工厂还要建立一个大型监控系统，将各厂区的子系统组合在一起，并设立大型电视监控中心，在该中心可以任意调看一厂区中某一个摄像机的图像，并对该摄像机的云台及电动变焦镜头进行控制。这就提出了由各厂区的多台主机共同组成大型电视监控系统的要求。     由于各主机的内部结构和工作原理是一样的，因此，相对于普通的矩阵主机来说，这种多主机系统的各个主机都增加了地址标识码，可以被上一级主机选调，各摄像机的图像则经过二级或三级切换被选调到主中心控制室的监视器上。 电视监控系统的前端设备     电视监控系统的前端设备通常由摄像机、手动或电动镜头、云台、防护罩、监听器、报警探测器和多功能解码器等部件组成，它们各司其职，并通过有线、无线或光纤传输媒介与中心控制系统的各种设备建立相应的联系（传输视/音频信号及控制、报警信号）。在实际的电视监控系统中，这些前端设备不一定同时使用，但实现监控现场图像采集的摄像机和镜头是必不可少的。 2. 1 摄像机        摄像机是获取监视现场图像的前端设备，它以面阵CCD图像传感器为核心部件，外加同步信号产生电路、视频信号处理电路及电源等。近年来，新型的低成本MOS图像传感器有了较快速的发展，基于MOS图像传感器的摄像机已开始被应用于对图像质量要求不高的可视电话或会议电视系统中。由于MOS图像传感器的分辨率和低照度等到主要指标暂时还比不上CCD图像传感器，因此，在电视监控系统中使用摄像机仍为CCD摄像机。        摄像机具有黑白和彩色之分，由于黑白摄像机具有高分辨率、低照度等优点，特别是它可以在红外光照下成像，因此在电视监控系统中，黑白CCD摄像机仍具有较高的市场占有率。顺便指出，在各商家列出的闭路电视监控器材清单中的摄像机通常都是不带镜头的（一体化摄像机除外），因此在实际应用中，应根据监控现场的实际环境及用户要求，为摄像机配合适的镜头（详见本章第2-2节）。 2. 1. 1 黑白CCD摄像机的主要参数     在电视监控系统中选择摄像机，一般要看几个主要的参数，即分辨率、最低照度和信噪比等，另外还要考虑摄像机的附带功能及价格和今后服务等因素。以下对摄像机的几个主要参数作一介绍。     A、 CCD尺寸及像素数          CCD尺寸指的是CCD图像传感器感光面的对角线尺寸，早期的CCD尺寸比较大，为lin、2/3in和1/2in等几种，因而近年来用于电视监控摄像机的CCD尺寸以1/3in为主流。 像素数指的是摄像机CCD传感器的最大像素数，有些给出了水平及垂直方向的像素数，如500H*582V，有些则组出了前两者的乘积值，如30万像素。对于一定尺寸的CCD芯片，像素数越多则意味着每一像素单元的面积越小，因而由该芯片构成的摄像机的分辨率也就越高。例如，在电视监控摄像机中使用的CCD传感器的像素有的已达到48万像素。    B、分辨率         分辨率是衡量摄像机优劣的一个重要参数，它指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器（应比摄像机的分辨率高）上能够看到的最多线数。当超过这一线数时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相间的线条。 工业监视用摄像机的分辨率通常在380~460线之间，广播级摄像机的分辨率则可达到700线左右。 C、 低照度         低照度指的是当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。测定此参数时，还应特别注明镜头的最大相对孔径。例如，使用F1. 2的镜头，当被景物的光亮度值低到0. 04lx时，摄像机输出的视频信号幅值为最大幅值的50%，即达到350mV（标准视频信号最大幅起来 700mV），则称此摄像机的最低照度为0. 04lx/F1. 2。被摄景物的光亮度值再低，摄像要输出的视频信号的幅值就达不到350mV了，反映在监视器的屏幕上，将是一屏很难分辨出层次的、灰暗的图像。 D、信噪比及伽玛校正系数       信噪比也是摄像机的一个主要参数。其基本定义是信号对于噪声的比值乘以20log，一般摄像机给出的信噪比值均是在AGC（自动增益控制）关闭时的值，因为当AGC接通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应提高。CCD摄像机的信噪比的典型值一般为45~55dB。测量信噪比参数时，应使用视频杂波测量仪直接连接于摄像机的视频输出端子上。 伽玛校正系数前面提到的γ值，其典型值为γ=0. 45。现行摄像机大都采用了固定的γ值。 2. 1. 2 黑白CCD摄像机的附带功能        除了上述介绍的基本参数外，各品牌的摄像机大都还有一些附带的功能，如自动光圈接口、电子快门、自动增益控制、逆光补偿、线锁定同步及外同步等，下面简要介绍一下。      A、电动光圈接口         目前在市场上见到的标准CCD摄像机大都带有驱动自动光圈镜头的接口，其中有些只提供一种驱动方式（通常为视频驱动方式），也就是说，它只能配接VD型的自动光圈镜头，有些则可同时提供两种驱动方式（视频驱动和直流驱动）供用户选择，因此，它可以配接任何自动光圈镜头。这里，视频驱动（Video Driver，简称VD）方式是指摄像机将视频信号电平输出到自动光圈镜头的内部，再由其内部的驱动电路输出控制电压，使镜头光圈调整电动机转动；直流驱动（DC Driver，简称DD）方式则是指摄像机内部增加了镜头光圈电动机的驱动电路，可以直接输出直流控制电压到镜头内的光圈电动机并使其转动，因此，具有直流驱动接口的摄像机的成本就稍许高一些（因为增加了一部分电路），但所选配的自动光圈镜头则因其内部不含有驱动电路而体积稍小一些，价格也就低一些。     不同品牌及型号的摄像机所带自动光圈接口的位置及形式是不完全一样。一般摄像机的自动光圈接口设置在机身的后面板上，但也有一些则设在机身的侧面。图2-1示出几种不同形式的自动光圈的接口，其中阴式方四孔接口最为常见，但不同摄像机对其各针脚的定义又不完全相同。一般视频驱动自动光圈接口使用3个针，即电源、视频、接地；而直流驱动自动光圈接口使用4个针，即阻尼正、阻尼负、驱动正、驱动负。若同时具有两种光圈驱动方式，则具体将该接口定义为VD还是DD驱动方式，须由另外的拨动开关来选择（如JETCOM公司的JC系列摄像机），也有的由摄像机盖板内视频处理板上不同的插座位置来选择，并在出厂前设定一种方式（如NATURE的NV-434CA摄像机），还有的干脆在摄像机机身侧面及后面板上直接设定两个不同的自动光圈接口（如JVC的TX-S240E摄像机）。 （1）          （2）                （3） （1）阴式方四孔型（2）阴式圆四孔型（3）接线端子型 图2-1摄像机的自动光圈接口 B、电子快门          电子快门（Electronic Shutter）是比照照相机的机械快门功能提出一个术语，它相当于控制CCD图像传感器的感光时间。由于CCD感光的实质是信号电荷的积累，则感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，输出信号电流的幅值也就越大。通过调整光生信号电荷的积累时间（即调整时钟脉冲的宽度），即可实现控制CCD感光时间的功能。                      C、自动增益控制          摄像机输出的视频信号必须达到电视传输规定的标准电平，即。为了能在不同的景物照度条件下都能输出的标准视频信号，必须使放大器的增益能够在较大的范围内进行调节。这种增益调节通常都是通过检测视频信号的平均电平而自动完成的，实现此功能的电路称为自动增益控制电路，简称AGC电路。具有AGC功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高，但此时的噪点也会比较明显。这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。 D、背光补偿           背光补偿（Back – light Compensation）也称作逆光补偿或逆光补正，它可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。 当引入背光补偿功能时，摄像机仅对整个视场的一个子区域（如从第80行 ~ 200行的中心区域）进行检测，通过求此区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低，AGC放大器会有较高的增益，使输出视频信号的幅值提高，从而使监视器上的主体画面明朗。此时的背景画面会更加明亮，但其与主体画面的主观亮度差会大大降低，整个视场的可视性得到改善。 E、 线锁定同步         线锁定同步（LINE  LOCK）是一种利用交流电源来锁定摄像机场同步脉冲的一种同步方式。当图像出现因交流电源造成的网波干扰时，将此开关拨到线锁定同步（LL）的位置，就可消除交流电源的干扰。 2. 1. 3 摄像机的使用     摄像机的使用很简单，通常只要正确安装镜头、连通信号电缆，接通电源即可工作。但在实际使用中，如果不能正确地安装镜头并调整摄像机及镜头的状态，则可能达不到预期使用效果。以下简要介绍摄像机的正确使用方法。      A、安装镜头           摄像机必须配接镜头才可使用，一般应根据应用现场的实际情况来选配合适的镜头，如定焦镜头或变焦镜头、手动光圈镜头或自动光圈镜头、标准镜头或广角镜头或长焦镜头等。另外还应注意镜头与摄像机的接口，是C型接口还是CS型接口（这一点要切记，否则用C型镜头直接往CS接口摄像机上旋入时极有可能损坏摄像机的CCD芯片）。        安装镜头时，首先去掉摄像机及镜头的保护盖，然后将镜头轻轻旋入摄像机的镜头接口并使之到位。对于自动光圈镜头，还应将镜头的控制线连接到摄像机的自动光圈接口上，对于电动两可变镜头或三可变镜头，只要旋转镜头到位，则暂时不需校正其平衡状态（只有在后焦聚调整完毕后才需要最后校正其平衡状态）。 B、调整镜头光圈与对焦           关闭摄像机上电子快门及逆光补偿等开关，将摄像机对准欲监视的场景，调整镜头的光圈与对焦环，使监视器上的图像最佳。如果是在光照度变化比较大的场合使用摄像机，最好配接自动光圈镜头并作摄像机的电子快门开关置于OFF。如果选用了手动光圈则应将摄像机的电子快门开关置于ON，并在应用现场最为明亮（环境光照度最大）时，将镜头光圈尽可能开大并仍使图像为最佳（不能使图像过于发白而过载），镜头即调整完毕。装好防护罩并上好支架即可。由于光圈较大，景深范围相对较小，对焦距时应尽可能照顾到整个监视现场的清晰度。当现场照度降低时，电子快门将自动调整为慢速，配合较大的光圈，仍可使图像满意。 在以上调整过程中，若不注意在光线明亮时将镜头的光圈尽可能开大，而是关得比较小，则摄像机的电子快门会自动调在低速上，因此仍可以在监视器上形成较好的图像；但当光线变暗时，由于镜头的光圈比较小，而电子快门也已经处于最慢（1/50s）了，此时的成像就可能是昏暗一片了。 C、后焦距的调整           后焦距也称背焦距，指的是当安装上标准镜头（标准C/CS接口镜头）时，能使被摄景物的成像恰好成在CCD图像传感器的靶面上，一般摄像机在出厂时，对后焦距都做了适当的调整，因此，在配接定焦镜头的应用场合，一般都不需要调整摄像机的后焦。      在有些应用场合，可能出现当镜头对焦环调整到极限位置时仍不能使图像清晰，此时首先必须确认镜头的接口是否正确。如果确认无误，就需要对摄像机的后焦距进行调整。根据经验，在绝大多数摄像机配接电动变焦镜头的应用场合，往往都需要对摄像机的后焦距进行调整。 后焦距调整的步骤如下： a、将镜头正确安装到摄像机上。 b、将镜头光圈尽可能开到最大（目的是缩小景深范围，以准确找到成像焦点）。 c、通过变焦距调整（Zoom  In）将镜头推至望远（Tele）状态，拍摄10m以外的一个物体的特写，再通过调整聚焦（Focus）将特写图像调清晰。 d、进行与上一步相反的变焦距调整（Zoom  Out）将镜头拉回至广角（Wide）状态，此时画面变为包含上述特写物体的全景图像，但此时不能再作聚焦调整（注意：如果此时的图像变模糊也不能调整聚焦），而是准备下一步的后焦调整。 e、将摄像机前端用于固定后焦调节环的内六角螺钉旋松，并旋转后焦调节环（对没有后焦调节环的摄像机则直接旋转镜头而带动其内置的后焦环），直至画面最清晰为止，然后暂时旋紧内六角螺钉。 f、重新推镜头到望远状态，看看刚才拍摄的特写物体是否仍然清晰，如不清晰再重复上述第a、b、c步骤。 g、通常只需一两个回合就可完成后焦距调整了。 h、旋紧内六角螺钉，将光圈调整到适当的位置。 2. 2 镜头    镜头是电视监控系统中必不可少的部件，镜头与CCD摄像机配合，可以将远距离目标成像在摄像机的CCD靶面上。    镜头的种类繁多，从焦距上分类，可分为短焦距、中焦距、和焦距和变焦距镜头；从视场的大小分类，可分为广角、标准、远摄镜头；从结构上分类，还可分为固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头、自动光圈定焦镜头、手动变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头、电动三可变镜头（指光圈、焦距、聚焦这三者均可变）等类型。由于镜头选择得合适与否，直接关系到摄像质量的优劣，因此，在实际应用中必须合理选择镜头。 2. 2. 1 镜头的参数     镜头的光学特性包括成像尺寸、焦距、相对孔径和视场角等几个参数，一般在镜头所附的说明书中都有注明，以下分别介绍。 A、成像尺寸      镜头一般可分为25. 4mm（lin）、16. 9mm（2/3in）、12. 7mm（1/2in）、8.47mm（1/3in）和6.35mm（1/4in）等几种规格，它们分别对应着不同的成像尺寸，选用镜头时，应使镜头的成像尺寸与摄像机的靶面尺寸大小相吻合。表2-1列出了几种常见CCD芯片的靶面尺寸，表中单位为mm。 标称芯片尺寸 CCD感光靶面尺寸 25. 4 1＇＇ 16. 9 2/3＇＇ 12. 7 1/2＇＇ 8. 47 1/3＇＇ 6. 35 1/4＇＇ 对角线 16 11 8 6 4. 5 垂直 9. 6 6. 6 4. 8 3. 6 2. 7 水平 12. 7 8. 8 6. 4 4. 8 3. 6 表2-1 几种常见CCD芯片的靶面尺寸 由表2-1可知，12. 7mm（1/2in）的镜头应配12. 7mm（1/2in）靶面的摄像机，当镜头的成像尺寸比摄像机靶面的尺寸大时，不会影响成像，但实际成像的视场角要比该镜头的标称视场角小（参见图2-2），而当镜头的成像尺寸比摄像机靶面的尺寸小时，就会影响成像，表现为成像的画面四周被镜筒遮挡，在画面的4个角上出现黑角（参见图2-2）。 (1)                         (2) (1)镜头成像尺寸比CCD靶面尺寸大     (2)镜头成像尺寸比CCD靶面尺寸小 图2-2 镜头成像尺寸与CCD靶面尺寸的关系 B、焦距     在实际应用中，经常会有用户提出该摄像机能看清多么远的物体或该摄像机能看清多么宽的场景等问题，这实际上由所选用的镜头的焦距来决定，因为焦距决定了摄取图像的大小，用不同焦距的镜头对同一位置的某物体摄像时，配长焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就大，反之，配短焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就小。当然，被摄物体成像的清晰度还与所选用的CCD摄像机的分辨率及监视器的分辨率有关。 理论上，任何一种镜头均可拍摄很远的物体，并在CCD靶面上成一很小的像，但受CCD单元（像素）物理尺寸的限制，当成像小到小于CCD传感器的一个像素大小时，便不再能形成被摄物体的像，即使成像有几个像素大小，该像也难以辨识为何物。 当已知被摄物体的大小及该物体到镜头距离，则可根据下两式估算所选取配镜头的焦距： f=hD/H f=vD/V 式中，D为镜头中心到被摄物体的距离；H和V分别为被摄物体的水平尺寸和垂直尺寸；v为靶面成像的高度；h为靶面成像的水平宽度。 成像场景的大小与成像物体的显示尺寸是互相矛盾的，举个例子来说，用同一支摄像机对同一个停车场进行监视，选用短焦距镜头可以对整个停车场的全景进行监视并看到出入口外的车辆进出，但却不能看清该辆车的牌照号码（该车在监视器屏幕上仅占据了很小的面积）；而选用长焦距镜头虽可以看清该辆车的牌照号码（该车占据了屏幕上的大部分面积），却又不能监视到整个停车场的全貌。因此当需要既监视全景以要看清局部时，一般应考虑配用电动两可变或电动三可变镜头。当然，在选定了镜头的前提下，选用高分辨率的摄像机及监视器则可以在被监视物体成像尺寸较小时也能看清局部细节。 C、相对孔径      为了控制通过镜头的光通量大小，在镜头的后部均设置了光阑（俗称光圈）。假定光阑的有效孔径为d，由于光线折射的关系，镜头实际的有效孔径为D，D与焦距f之比定义为相对孔径A，即 A=D/f 镜头的相对孔径决定于被摄像的照度，像的照度E与镜头的相对孔径平方成正比，一般习惯上用相对孔径的倒数来表示镜头光阑的大小，即 F=f/D 式中，F一般称为光栏F数，标注在镜头光栏调整圈上，其标值为1. 4、2、2. 8、4、5. 6、8、11、16、22等序列值，每两个相邻数值中，后一个数值是前一个数值的倍。由于像面照度与光栏的平方成正比，所以光栏每变化一档，像面亮度就变化一倍。F值越小，光栏越大，到达摄像机靶面的光通量就越大。 D、视场角    镜头有一个确定的视野，镜头对这个视野的高度和宽度的张角称为视场角。视场角与镜头的焦距f及摄像机靶面尺寸（水平尺寸h及垂直尺寸v）的大小有关，镜头的水平视场角ah及垂直视场角av可分别由下式来计算，即 ah=2arctg（h/2f） av=2arctg（v/2f） 由以上两式可知，镜头的焦距f越短，其视场角越大，或者，摄像机靶面尺寸h或v越大，其视场角也越大。如果所选择的镜头的视场角太小，可能会因出现监视死角而漏监；而若所选择的镜头的视场角太大，又可能造成被监视的主体画面尺寸太小，难以辨认，且画面边缘出现畸变。因此，只有根据具体的应用环境选择视场角合适的镜头，才能保证既不出现监视死角，又能使被监视的主体画面尽可能大而清晰。 表2-2列出了几种常用镜头的水平视场角，表中的参数是以日本精工系列镜头为参考给出的。 焦距/mm 镜头尺寸/in 2. 8 3. 5 4. 0 4. 8 6. 0 8. 0 12. 0 16. 0 25. 0 1/3 86. 3 67. 4 62. 0 52. 2 42. 3 32. 6 22. 1 17. 1 10. 6 1/2  94. 6  69. 4 57. 1 42. 6 29.7 22. 6 14. 2 2/3      59. 2  30. 8 19. 4 1         27. 8 表2-2 列出了几种常用镜头的水平视场角 图2-3为不同焦距镜头所对应的视场角示意图（设所用镜头均配接1/2in靶面CCD摄像机）。 图2-3 不同焦距镜头所对应的视场角     在实际应用中，经常听到有用户提出诸如某摄像机能够“看多远”之类的问题，比如100m、500m甚至1km远外的物体还能否在监视器上清晰地显示出来。有了前面关于镜头的成像尺寸、焦距及视场角等概念后，这个问题就不难解释了，即“看多远”问题与许多因素有关。比如说，用某定焦镜头可以看清100m远处的钞票的面值。一般来说，镜头焦距越长，“看”得就越远，但同时视场角却变小，结果观看的范围变窄了。举个简单的例子，若用标准镜头刚好看清远处某人的基本特征（是男或是女），则换用长焦距镜头则可能看清其面部特征（是否有痣或疤），但却无法看见该人穿的是什么裤子和鞋（这部分已经“涨”出了画面），而换用广角镜头则只可能看到画面中有人（连男女都分辨不出），但却可看清该人在整个监视场景中的所处的位置，周围还有什么别的人物或参照物。因此，关于“看多远”的较为科学的说法应该是“在屏幕上成的像大小可对应于实际观测距离处多高或多宽的景物”。例如，用8mm镜头观测10m远处的景物，如果该处有10个人站成一排则刚好可横向充满整个监视器屏幕。 E、接口     镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种。图2-4画出了这两种镜头的接口部位示意图。其中上半部为CS型镜头，下半部为C型镜头。在电视监控系统中常用的镜头是C型安装镜头（in32牙螺纹座），这是一种国际公认的标准。这种镜头安装部位的口径是25. 4mm（in），从镜头安装基准面到焦点的距离是17. 526 mm。大多数摄像机的镜头接口则做成CS型，因此将C型镜头安装到CS接口的摄像机时需增配一个5 mm厚的接圈，而将CS镜头安装到CS接口的摄像机时就不需接圈。 图2-4 C型安装和CS型安装镜头    在实际应用中，如果误对CS型镜头加装接圈后安装到CS接口摄像机上，会因为镜头的成像面不能落到摄像机的CCD靶面上而不能得到清晰的图像，而如果对C型镜头不加接圈就直接接到CS接口摄像机上，则可能使镜头的后镜面碰到CCD的靶面的保护玻璃，造成CCD摄像机的损坏，这一点在实用中需特别注意。 2. 2. 2镜头的种类     镜头的种类有许多种，每一种镜头都有其特点。根据功能与结构的不同，这些镜头的价格相差非常大，如电动变焦镜头要比普通定焦镜头的价格高约10倍，因此，只有正确了解各种镜头的特性，才能更加灵活地选择镜头。 A、固定光圈定焦镜头     固定光圈定焦镜头是相对较为简单的一种镜头，该镜头上只有一个可手动调整的对焦调整环（环上标有若干距离参考值），左右旋转该环可使成在 CCD靶面上的像最为清晰，此时在监视器屏幕上得到图像也最为清晰。     由于是固定光圈镜头，因此在镜头上没有光圈调整环，也就是说该镜头的光圈是不可调整的，因而进入镜头的光通量是不能通过简单地改变镜头因素而改变，而只能通过改变被摄现场的光照度来调整，如增减被摄现场的照明灯光等。这种镜头一般应用于光照度比较均匀的场合，如室内全天以灯光照明为主的场合，在其他场合则需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用（当然，目前市面上绝大多数的CCD摄像机均带有自动电子快门功能），通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。 B、手动光圈定焦镜头     手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环，其光圈调整范围一般可从F1. 2或F1. 4到全关闭，能很方便地适应被摄现场的光照度，然而由于光圈的调整是通过手动人为地进行的，一旦摄像机安装完毕，位置固定下来，再频繁地调整光圈就不那么容易了，因此，这种镜头一般也是应用于光照度比较均匀的场合，而在其他场合则也需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用，如早晚与中午、晴天与阴天等光照度变化比较大的场合，通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。 C、自动光圈定焦镜头      自动光圈定焦镜头在结构上有了比较大的改变，它相当于在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加一个由齿轮啮合传动的微型电动机，并从其驱动电路上引出3芯或4芯线传送给自动光圈镜头，至使镜头内的微型电动机相应做正向或反向转动，从而高速光圈的大小。自动光圈镜头又分为含放大器（视频驱动型）与不含放大器（直流驱动型）两种规格。 D、手动变焦镜头       顾名思义，手动变焦镜头的焦距是可变的，它有一个焦距调整环，可以在一定范围内调整镜头的焦距，其变比一般为2~3倍，焦距一般在3. 6~8 mm。在实际工程应用中，通过手动调节镜头的变焦环，可以方便地选择监视现场的视场角，如：可选择对整个房间的监视或是选择对房间内某个局部区域的监视。当对于监视现场的环境情况不十分了解时，采用这种镜头显然是非常重要的了。 对于大多数电视监控系统工程来说，当摄像机安装位置固定下来后，再频繁地手动变焦是很不方便的，因此，工程完工后，手动变焦镜头的焦距一般很少再去调整，而仅仅起到定焦镜头的作用。因而手动变焦镜头一般用在要求较为严格而用定焦镜头又不易满足要求的场合。但这种镜头却受到工程人员的青睐，因为在施工调试过程中使用这种镜头，通过在一定范围的焦距调节，一般总可以找到一个可使用户满意的观测范围（不用反复更换不同焦距的镜头），这一点在外地施工中尤为显得方便。 E、自动光圈电动变焦镜头     此种镜头与前述的自动光圈定焦镜头相比另外增加了两个微型电动机，其中一个电动机与镜头的变焦环啮合，当其受控而转动时可改变镜头的焦距（Zoom）；另一个电动机与镜头的对焦环啮合，当其受控而转动时可完成镜头的对焦（Focus）。由于该镜头增加了两个可遥控调整的功能，因而此种镜头也称作电动两可变镜头。      自动光圈电动变焦镜头一般引出两组多芯线，其中一组为自动光圈控制线，其原理和接法与前述的自动光圈定焦镜头的控制线完全相同；另一组为控制镜头变焦及对焦的控制线，一般与云台镜头控制器及解码器相连。当操作远程控制室内云台镜头控制器及解码器的变焦或对焦按钮时，将会在此变焦或对焦的控制线上施加一个或正或负的直流电压，该电压加在相应的微型电动机上，使镜头完成变焦及对焦调整功能。图2-5为该镜头控制线的接线图。 红（RED） Vcc（+） 黑（BLACK） Vcc（－） 白（WHITE） 视频信号 绿（GREEN） 未用 屏蔽（SHIELD） 地 Near Far 绿（GREEN） + － 黑（BLACK） － + Tele Wide 黄（YELLOW） + － 红（RED） － +         图2-5自动光圈电动变焦镜头控制线的接线图 F、电动三可变镜头      此种镜头与前述电动两可变镜头结构相差不多，只是将对光圈调整电动机的控制由自动控制方式改为由控制器来手动控制，因此它也包含了3个微型电动机，引出一组6芯控制线与云台镜头控制器及解码器相连。常见的有6倍、10倍和12倍等几种规格。图2-6为该镜头控制线的接线图。 Close Open 白（WHITE） + － 棕（BROWN） － + 需要说明的是，变焦镜头的“倍率”与焦距是两个不同的概念，有些人往往混淆两者的含义，认为倍率越高则看得越远。其实，倍率是变焦镜头的最长焦距与最短焦距之比，是一个相对值。例如，同样是6倍镜头，市面上常见的就有6~36mm、7~42 mm、8~48 mm和8. 5~51 mm等多种不同厂家的不同品种，其中8. 5~51 mm镜头的远视特性显然比6~36mm镜头的远视特性要好，但它的近视（广角）特性却不如6~36mm镜头好。 Near Far 绿（GREEN） + － 黑（BLACK） － + Tele Wide 黄（YELLOW） + － 红（RED） － + 图2-6电动三可变镜头控制线的接线图 2. 3 云台与防护罩     云台是承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置。云台内装两个电动机。这两个电动机一个负责水平方向的转动，另一个负责垂直方向的转动。水平转动的角度一般为350˚，垂直转动则有±45˚、±35˚、±75˚等等。水平及垂直转动的角度大小可通过限位开关进行调整。云台的分类大致如下： 2. 3. 1 室内用云台及室外用云台    室内用云台承重小，没有防雨装置。室外用云台承重大，有防雨装置。有些高档的室外云台除有防雨装置外，还有防冻加温装置。 2. 3. 2 承重     为适应安装不同的摄像机及防护罩，云台的承重应是不同的。应根据选用的摄像机及防护罩的总重量来选用合适承重的云台。室内云台的承重量较小，云台的体积和自重也较小。室外用云台因为肯定要在它的上面安装带有防护罩（往往还是全天候防护罩）的摄像机，所以承重量都较大。它的体积和自重也较大。 目前出厂的室内云台承重量大约1. 5kg~7kg左右，室外用云台承重量大约为7kg~50kg左右。还有些云台是微型云台，比如与摄像机一起安装在半球型防护罩内或全天候防护罩内的云台。 2. 3. 3 控制方式     一般的云台均属于有线控制的电动云台。控制线的输入端有五个，其中一个为电源的公共端，另外四个分为上、下、左、右控制端。如果将电源的一端接在公共端上，电源的另一端接在“上”时，则云台带动摄像机头向上转，其余类推。     还有的云台内装继电器等控制电路，这样的云台往往有六个控制输入端。一个是电源的公共端，另四个是上、下、左、右端，还有一个则是自动转动端。当电源的一端接在公共端，电源另一端接在“自动”端，云台将带摄像机头按一定的转动速度进行上、下、左、右的自动转动。 在电源供电电压方面，目前常见的有交流24V和220V两种。云台的耗电功率，一般是承重量小的功耗小，承重量大的功耗大。     目前，还有直流6V供电的室内用小型云台，可在其内部安装电池，并用红外遥控器进行遥控。目前大多数云台仍采用有线摇控方式。云台的安装位置距控制中心较近，且数量不多时，一般从控制台直接输出控制信号进行控制。而当云台的安装位置距离控制中心较远且数量较多时，往往采用总线方式传送编码的控制信号并通过终端解码器解出控制信号再去控制云台的转动。 在选用云台时，最好选用在云台固定不动的位置上安装有控制输入端及视频输入输出端接口的云台，并且在固定部位与转动部位之间（即与摄像机之间）有用软螺旋线形成的摄像机及镜头的控制输入线和视频输出线的连线。这样的云台安装使用后不会因长期使用导致转动部分的连线损坏。特别是室外用的云台更应如此。     防护罩是使摄像机在有灰尘、雨水、高低温等情况下正常使用的防护装置。防护罩一般分为两类。一类是室内用防护罩，这种防护罩结构简单，价格便宜。其主要功能是防止摄像机落尘并有一定的安全防护作用，如防盗、防破坏等。室外防护罩一般为全天候防护罩，即无论刮风、下雨、下雪、高温、低温等恶劣情况，都能使安装在防护罩内的摄像机正常工作。因而这种防护罩具有降温、加温、防雨、防雪等功能。同是，为了在雨雪天气仍能使摄像机正常摄取图像，一般在全天候防护罩的玻璃窗前安装有可控制的雨刷。    目前较好的全天候防护罩是采用半导体器件加温和降温的防护罩。这种防护罩内装有半导体元件，即可自动加温，也可自动降温，并且功耗较小。 2. 4 解码器     在具体的闭路电视监控系统工程中，解码器是属于前端设备的，它一般安装在配有云台及电动镜头的摄像机附近，有多芯控制电缆直接与云台及电动镜头相联，另有通信线（通常为两芯护套线或两芯屏蔽线）与监控室内的系统主机相联。    SP8060系列解码器不能单独使用，而必须与SP8000、SP8200、SP8300矩阵控制系统和SP8050配合使用。 同一系统中有很多解码器，所以每个解码器上都有一个拨码开关，它决定了该解码器在该系统中的编号（即ID号），在使用解码器时首先必须对拨码开关进行设置。在设置时，必须跟系统中的摄像机编号一致。如不一致，会出现操作混乱，例如：当摄像机的信号连接到SP8000系列主机第一视频输入口，即CAM1，而相对应的解码器的编号应设为1。否则，操作解码器时，很可能在监视器上看不见云台的转动和镜头的动作，甚至可能认为此解码器有故障。     SP8060、SP8060O解码器具有自检功能，即不需远端主机的控制，直接在解码器上操作拨码开关，此测试云台及电动镜头的工作是否正常来判断连线是否正确，同时镜头电压可在6V、8V、10V、12V之间进行选择，以适应不同的镜头电源。 SP8060系列解码器的通讯指示灯，当通讯正确时，指示灯闪亮，这样，就很容易判断此解码器与系统主机连线是否正确。图2-7示出了解码器的原理框图。图2-8示出了解码器的接线示意图。 图2-7 解码器的原理框图 当云台、镜头与解码器连接使用时，必须根据云台、镜头的工作电源来选择解码器的端子，满足要求。否则很容易造成云台、镜头的损坏。 图2-8  解码器的接线示意图 SP8060、SP8060O解码器还具有回传数据信号的功能，因而在实际应用中可以将各类报警探头等前端设备直接接于监控现场的解码器上。报警探头发出的报警信号可在前端解码器内编码后经由RS-485通信总线回传到中心控制端的系统主机，这样在实际工程施工中即可省去从前端监控现场到中心控制端的报警连线，从而大大减小施工难度及复杂程度，也减少了工程线缆的用量及成本。 系统主机是大中型电视监控系统的核心设备，它通常是将系统控制单元与视频矩阵切换器集成为一体，简称系统主机，而系统主机的核心部件则为微处理器（CPU）。常用的微处理器有Inter公司的8031、89C51、华邦公司的78E58。 系统主机的主要任务是实现多路视/音频信号的选择切换（输出到指定的监视器或录像机）并在视频信号上叠加时间、日期、视频输入号及标题、监视状态等重要信息在监视器上显示，并通过通信线对指定地址的前端设备（云台、电动镜头、雨刷、照明灯或摄像机电源等）进行各种控制。 工作中，微处理通过扫描通信端口是否由控制面板、主控键盘、副控键盘、报警接口箱、多媒体传来的控制指令，还会扫描主机本身报警接口板是否有报警输出。当控制面板或控制键盘上有键被按下时，微处理器可正确判断该按键的功能含义，并向相应控制电路发出控制指令信号。例如，向视频矩阵切换器中的多路模拟开关芯片发出8-4-2-1选通码使其选通指定通道摄像机的视频信号输入，同时在该路视频信号上叠加字符，然后将该路输入信号在指定的输出口输出、显示。如系统主机同时含有内置（或外挂）音频矩阵切换器，则同样的控制码还可将选定摄像机外所对应的监听头的声音信号一并选不定，并送到与上述视频输出通道编号相同的音频矩阵输出端口，使视频信号与音频信号同步切换。如果控制键盘发出的是对于前端设备的控制指令（含有地址码信息），则该指令经编码后通过双绞线传送到远端指定地址的解码器。解码器经过通信接口芯片收到系统主机传来的控制指令后对其进行解码，解出主控端的命令，使解码器内的相应继电器吸合，输出相应的控制信号（电压量或开关量）至指定的外接设备，使外接设备做与主控端指令相符合的动作。这些受控的外接设备包括云台、电动三可变镜头、室外防护罩的雨刮器及除霜器、摄像机的电源、红外灯或其他可控制设备。系统主机主要型号有SP8000、SP8200、SP8300系列。 报警接口箱、多媒体将报警信号控制指令通过RS-485通讯线回传到系统主机，因此系统主机在扫描通信端口时不仅要判断是否有分控键盘的控制指令，还要判断是否有报警接口箱送来的报警信息，如有则联动该现场图像的切换。并把报警信息传送给多媒体。 3. 1 SP8000、SP8200系列   该系列有OSD Con Screen Display 菜单设置，通控制面板或键盘的编程锁可发进入菜单，在菜单中可以进行下列设置：系统设置，监视器设置、摄像机设置、键盘设置、报警设置、权限设置。它们的结构及功能如下： 3. 1. 1 系统设置 时间日期：进入此项可设置年、月、日、时、分、秒。 程序切换：就是预先设置好摄像机切换队列，在队列中摄像机号，停留时间、预置号，辅助功能可设置，。同时整个系统可以设置32个队列，每个队列可设置32个摄像机。这样就可以通过键盘直接在某一监视器上调年任意队列。 同步切换：将一组摄像机画面顺序切地换到一组连续的监视器上显示。 群组切换：将一组同步队列摄像机画面顺序地切换到一组同步队列的监视器上显示。这功能实际上就是调用多个同步切换。 语言设置：支持中文、英文两种语言。这两种语言可进行选择。 系统复位：使整个系统重新回到出厂状态。进行后用户设置的数据将全部丢失。 3. 1. 2 监视器设置 选择摄像机标题、系统时间日期、当前状态信息是否要在该监视器上显示。 3. 1. 3 摄像机设置 系统可通过标准区位码选择字符来输入摄像机的标题。系统内置二级16x16点阵的汉字库及图标。 3. 1. 4 键盘设置 键盘密码：整个系统可带16个键盘，而每个键盘操作的权力等级均可设置，总共有16级，高优先级的键盘优先于低优先级键盘操作。密码由用户通过自己的键盘输入密码，用户必须要记住此密码。因键盘登录主机时，必须要输入密码，如密码不对，不能登录。如果密码忘记了，可以进入菜单项进行查看。 设置记录：进入此项可查询最近32次进入菜单的操作员以及时间日期。 3. 1. 5 报警设置 自动设防：可以设置哪一个报警点在什么时间自动布上防，在什么时间自动撤防。时间是按24小时制计算。 报警输出：将多个报警控测器与多个摄像机、监视器进行关联设置，当发现报警时，系统主机就会把关联的摄像机画面切换到关联的监视器上，启动与摄像机相对应的解码器的辅助功能。 设防状态：查看报警探测器在什么时候设防和撤防，不能设置。 报警记录：记录了最近发生的32个报警事件，包括报警点号码、报警发生的时间日期。 3. 1. 6权限 键盘/监视器权限：通过设置，可以权限哪些键盘，只能访问哪些监视器，也就是有些操作用户不能看某监视器的图像。 键盘/摄像机权限：就是键盘不能调看己被它权限的摄像机，同时也不能操作相对应的前端设备（如解码器）。 键盘/摄像机控制权限：键盘能调调看己被它权限的摄像机图像，但不能操作相对应的前端设备（如解码器）。 监视器/摄像机权限：监视器只能观看允许它看到的摄像机画面。如果建立了这种权限关系，键盘就不能把摄像机调用到那个监视器上。 键盘/警点权限：就是键盘不能设、撤防于己被它权限的报警探测器。 3. 2 控制部分     由图3-1可见，系统主机的控制部分主要由微处理器CPU1、CPU2及周边设备组成，其中微处理器CPU1是系统的核心，它不断地对主控制键盘、通讯接口及报警控制单元进行扫描，查询本地及远端控制键盘是否有键按下。如果有键按下，CPU1会正确解释该按键的含义，并发出指令控制相应设备的动作；CPU1与CPU2通过双口RAM不断地交换数据，CPU1把要显示的时间、日期及字符交给CPU2去完成，CPU2根据要求从字符图形存储器读出字符送到视频输出模块去显示。如果报警控制电路接收到报警信号，CPU则根据报警探测器的端口号将对应于该端口号的摄像机画面切换到主输出监视器其他指定的监视器上，同时将报警信号送到其他外设。 图3-1 集成监系统的工作原理 3. 3 视音频矩阵切换部分     由图可见，视频信号经驱动电路，提高带负载能力后，直接输入到矩阵交叉的电子开关，控制部分根据控制面板或键盘的指令输出选通码到矩阵交叉电子开关，使其选通指定通道摄像机的视频信号输入到指定的输出口。 矩阵交叉电子开关是视音频矩阵切换部分的核心部件，是由16个输入口、8个输出口及控制部分组成，型号为MT8816，任意一个输入口的信号可输出到任意一个输出口上。图3-2示出了“8入4出”矩阵切换方式示意图。 图3-2 “8入4出”矩阵切换方式示意图 由图3-2可以看出，矩阵切换方式是由多条视频输入子线与多条视频输出母线构成的，所有子母线的交点均可由开关控制。因此，每一条视频母线都是一个“N选1”的开关排，母线上的每一个交叉点就是一个开关。当某一子母交叉点接通时，该交叉点对应着的视频输入信号（由子线输入）就被切换到视频母线的输出端。视图中第3行第6列处的交叉点闭合，则可把第6路视频输入信号切换到第3路输出端口上。上述切换方式中，同一母线上的各子母交叉点可以按一定的次序依次闭合，但不能同时闭合。因而上述切换方式可以将任意一路或多路输入视频信号以一定的次序输出在任意一路输出端口上。 由于图3-2中的各交叉点排成了一个8*4的矩阵（一般为M*N矩阵），故此种切换器被形象地称为矩阵切换器。 3. 4 通信部分      系统主机与分控键盘、解码器、报警接口箱等之间的通信采用RS-485通讯方式。 RS—485通信方式是目前国内厂家应用比较多的一种编码通信方式。使用的芯片主要是MAXIM公司的MAX1487以及TI公司（Texas Instruments）的SN75176、SN65KBC184和SN75LBC184等。 实际上，MAXIM公司的RS-485通信IC系列包括有多个系列的几十种芯片，例如有+5V供电和+3V供电系列以及可逻辑选择全双工/半双工系列等。由于MAX487和MAX1487允许在通信总线上并接128片同样芯片，使得该主机最多可以挂接128个解码器，满足了一般中型监控系统的需要。 RS-485通信芯片可以有全双工通信或半双工通信两种工作方式，其中全双工通信需要4根通信线（两对双绞线）。MAX487和MAX1487均为半双工通信方式，可以在同一对双绞线上分时完成双向通信（芯片要么处于发送数据状态，要么处于接收芯片状态）。该芯片采用单一5V电源供电，可接受 –7 ~ +12V信号输入电平。图3-3示出MAX487和MAX1487的结构及典型工作电路。 图3-3  MAX487和MAX1487的结构及典型工作电路 RS—485接收器的单位输入阻抗为12kΩ,总线上最多可以带32个芯片，而MAX487和MAX1487采用了1/4单位负载，即48KΩ，因此总线上的最大负载数量增加为原来的4倍，达128个芯片。 表3-1与表3-2分别列出了MAX487与MAX1487芯片的发射与接收真值表，由此表可以看出，只有RE为高电平“1”及DE为低电平“0”这两个条件同时满足时，器件才关闭，此时器件消耗电流仅为0.1μA。 表3-1  发射真值表 输入 输出 RE DE DI Z（B） Y（A） × 1 1 0 1 × 1 0 1 0 0 0 × 高阻 高阻 1 0 × 关闭 关闭 表3-2  接收真值表 输入 输出 RE DE A-B R0 0 0 ≥＋0. 2V 1 0 0 ≤－0. 2V 0 0 0 输入开路 1 1 0 × 关闭 RS—485通信的标准通信长度约为1.2km，如增加双绞线的线径，则通信长度还可延长。实际应用中，用RVV-2/1.0的两芯护套线作通信线，其通信长度可达2km以上。但是，当RS—485通信线的长度再长时，一般就需要使用中继器了，它可以将RS—485通信控制信号进行放大、整形后再继续传输。在某些应用场合，使用光隔离型的中继器还可以将前端设备与中心端设备的“地”隔离开，避免因前端与中心端的地电位不同而造成的干扰。 图3-4  MAX487和MAX1487的典型网络应用 图3-4示出了MAX487和MAX1487的典型网络应用，整个网络上最多可以并接128个同样的芯片。需要注意的是，为减小反射，线路两终端要接上120Ω的匹配电阻。      在实际电视监控工程调试过程中，有时可能会出现系统控制“时有时无”的现象，表现为受控的云台或电动镜头有时可正常动作，有时则不能（或延时）动作，或是动作之后停不住，这些现象大都是因监控系统的RS—485通信不良所造成。其原因可解释为：由于系统通信不良，当在中心端持续按住控制键盘上的控制按钮或操纵杆使系统主机连续地发出控制指令码时，前端解码器不一定全部即刻收到，但随后也可能会收到一个正确的控制指令码，于是解码器解出该码的含义，使云台或电动镜头动作；但是当中心端的控制操作完成后，前端解码器又不能马上收到停止动作的指令，因此继续刚才的动作，直到偶尔又收到一个停止操作的控制指令码后才停止动作。 要找出上述故障的原因可以有几种方法：在确认接线无误、线路无误的情况下，首先检查解码器上的RS—485通信终端匹配电阻（最远端为120Ω端接，其余不接，实际工程中也遇到过全不接终端电阻的效果最好）。或者用万用表测量单个通信芯片的端脚直流电阻R0及整个系统的通信端口直流电阻R2，并与理论计算值进行比较（R2=R0/n，其中n为整个系统中所并接的解码器的数量），如果差异过大则可认定是通信芯片的问题，并通过逐点排除找到有问题的芯片。如果通信线路有很多支路，可以断开支路来判断通信故障的大概范围。 3. 5 控制键盘    控制键盘是集成监控系统中必不可少的设备，对于摄像机画面的选择切换、对于云台及电动镜头的全方位控制、对于室外防护罩的雨刷及辅助照明灯的控制等必须通过对控制键盘的操作来实现。 SP8000、SP8300系列都自带控制键盘（直接装于面板上），SP8200主机的控制键盘是外置的，它通过通信线与系统主机相连。 在控制键盘上一般有很多数字键及功能键，其中数字键用于选择摄像机输入及监视器输出，功能键则用于对选定的前端设备进行各种控制操作，面板键盘、主控键盘允许对系统进行编程设置。在控制键盘上通常还设有LED显示屏或液晶显示屏，用于显示控制指令或系统内各监视点的工作状态。 一个系统只有一个主控键盘，但可以有若干分控键盘，其中分控键盘往往是放置于各主管领导的办公室内，用于对整个电视监控系统进行远端控制操作。 SP8050、SP8055控制键盘实际上也是一个单片机应用系统，内含单片机、程序存储器、控制数据编码器、数据收发器及状态显示驱动器等。它通过通信线向系统主机发送指令。控制键盘都是通过两芯、三芯或四芯屏蔽线以RS-485通信方式与主机相连。     在不配系统主机的小型电视监控系统中，如果前端摄像机配有云台及电动镜头，或者在室外应用中配有带雨刷的室外防护罩，或者系统还要求控制监视现场的照明灯等辅助设备，就必须配有操纵云台、电动镜头动作及辅助设备开关启闭的控制器，如图4-1所示。这种控制器一般受面板按键的控制，输出交流电压（对云台）或直流电压（对电动镜头）到云台或电动镜头的控制电压输入端，使云台或电动镜头作相应动作。在某些应用场合，系统中可能只用了水平或全方位云台，因而控制器仅需对云台进行控制，而在其他应用场合，系统中可能同时用到了云台及电动镜头，或者还用到了某些辅助设备，因而控制器既要对云台进行控制，也要对电动镜头进行控制，还需要对辅助设备进行控制。 图4-1具有云台、电动镜头及控制器的小型系统 为了降低系统成本，监控系统中的控制器一般都是由简单逻辑去控制电磁继电器或固体继电器而输出上述控制电压。也有的设备利用晶闸管的导通来输出控制电压。 4. 1 云台控制器   云台控制器按控制路数则可分为单路控制器SP3801和多路控制器SP3804两种（多路控制器实际上是将多个单路控制器做在一起，由开关选路，共用控制键），图4-2示出了单路全方位云台控制器原理图。 图4-2  单路全方位云台控制器原理图 在图4-2中，SB1为自锁按钮开关，用于云台自动扫描或手动控制扫描的切换，SB2、SB3为非自动锁按钮开关，交流电压的一端直接接到控制器的输出端口2（公共端）。当SB1处于常态（未被按下）时，继电器K不吸合，交流电压的另一端（称为扫描端或自动端）通过继电器K的常闭点加到SB2、SB3的一端，此时，按下SB2或SB3的按钮，便可将这一交流电压输出到控制器的输出端口3或4，使水平云台做向左或向右方向的旋转。 当自动扫描按钮SB1被按下时，继电器K吸合工作，交流电压的扫描端通过继电器K的吸合触点加到控制器的输出端口1，使水平云台做自动扫描运动。此时，SB2或SB3按钮的通路被继电器K切断，不再起作用。图4-3示出了单路全方位云台控制器原理图。 图4-3  单路全方位云台控制器原理图 SB4、SB5两个控制按钮，它们不经过继电器而直接与交流电压输入端相连，因此，无论是自动方式还是手动方式下（即无论SB1是否按下），按下SB4或SB3按钮即可使云台在垂直方向上做向上或向下的转动。 若要对多个云台进行控制，可以在单路控制器的基础上增加多个用于云台选通的继电器及选通按钮，而控制键可以共用。图4-4示出了4路全方位云台控制器原理图。 在4-4中，SB1-1~SB1-4为云台选通开关（互锁），K1-1~K1-4为相应的四触点继电器，SB2-1~SB2-4为自动/手动开关（自锁），K2-1~K1-4为相应的三触点继电器，SB3、SB4控制云台上下运动，SB5、SB6控制云台左右运动。当开关SB2-1~SB2-4的任一个或多个同进被按下时，可以使K2-1~K2-4中相应的继电器触点闭合，使连接于相应端口上的云台做自动扫描运动。而当开关SB1-1~SB1-4的任一个被按下时，K1-1~K1-4中相应的继电器吸合，可以选通相应的输出控制端口，此时通过对SB3、SB4、SB5或SB6的操作就可以使连接到该控制端口上的云台做相应运动。另外，由图4-4还可以看出，如果某个端口外接的云台在作自动扫描（相应的自锁开关SB2闭合），那么，即使通过按钮SB1-1~SB1-4选中了该输出端口，通过SB5、SB6对云台的向左、向右手控也不能实现，而只有将该云台的自动扫描方式断开（使相应的自锁开关SB2断开）才可以对该云台的向左、向右实现手动控制。 由以上分析可以看出，控制器的基本控制原理就是在其输出端口的相应针脚上输出驱动云台电动机运转的控制电压，而具体要在哪一个针脚上输出这一控制电压则完全取决于操作者在控制器面板上对何种按钮进行了操作，控制器根据控制按钮的状态来控制相应继电器的导通，将交流控制电压送到相应输出端口的相应针脚。 4. 2 云台镜头防护罩多功能控制器     云台镜头多功能控制器主要用到对云台、电动三可变镜头、防护罩的雨刷以及射灯、红外灯等其他受控制设备的控制。该控制器对云台控制的原理及电路结构与前述的云台控制器完全一样，在此基础上，另外增加了对电动三可变镜头以及防护罩等其他受控设备的控制功能及相应电路，因此电路结构比单一功能的云台控制复杂些。     由于电动三可变镜头内部的微型电动机均为小功率直流电动机，因此，控制器要完成对电动三可变镜头的控制，只能输出小功率的直流电压，这就要求控制器内部具有稳压的直流电源，这一电源通常为直流6~12V。在实用中，为了能更精确地对镜头调焦或在小范围内调整镜头光圈，一般希望电动镜头的电动机转速慢些，也就是要控制器输出到电动镜头的直流控制电压稍小些；也有的时候，为了快速跟踪活动目标（如在很短的时间内将摄像机镜头由广角取景推到主体目标的局部特写景），就要求控制器输出的直流控制电压稍大一些，因此，大多数云台镜头控制器的镜头控制输出端通常都设计可变电压输出，即通过对控制器面板上电压调节旋钮的调节，使镜头控制输出端的控制电压在直流6~12V之间连续变化。     除了具有上述云台镜头控制的功能外，还包括对室外防护罩的喷水清洗、雨刷以及射灯、红外灯等辅助照明设备的控制功能（防护罩的加热及通风一般由其内置的温控电路自动控制）。这部分电路的原理实际上与云台控制的原理类似，即在控制器的后面板上增加一个辅助控制端子，当对前面板上的辅助控制按钮进行操作时，可以将220V或24V的交流电压输出到辅助控制端子上，从而启动喷水装置、雨刷器或辅助照明灯等。需要说明的是，对一般控制器来说，辅助控制输出端口的输出电压一般与云台的控制电压相同。例如，220V的控制器要求外接云台及其他辅助设备均为交流220V的。因此，如果云台及各外接辅助设备的要求的驱动电压不相同，需通过加装变压器进行电压转换。另外，一般控制器的辅助控制输出端口各针脚结构与电特性完全相同，在实际使用时，不必严格按控制面板上的文字标注接线，只要使外接设备与面板按钮通过自行定义统一起来即可。 功能更强一些的控制器还可以接收各类传感器发来的报警信号并控制警号、射灯及自动录像的启动。 图4-5 多功能控制器的原理图。 图4-5 多功能控制器的原理图     由图4-5可见，驱动电动镜头的控制电压是直流量，且其幅值连续可调（经电位器RP），因此，通过调整RP就可发控制电动镜头中的电动机转速，进而改变镜头的变倍、聚焦或开闭光圈速度。 云台、警号、射灯及自动录像的启动即可以通过外接传感器的输出（常开触点闭合）来控制，也可由面板按钮直接控制。图4-6为单路云台镜头多功能控制器的前、后面板示意图。 在闭路电视监控系统中，还常常用到许多相关的视频处理设备。例如，将微弱视频信号进行放大的视频放大器、将一路视频信号均匀分配为多路视频信号的视频分配器以及能够在视频画面上叠加时间日期及字符识别信息的时间日期发生器及字符叠加器等等。以下对这些设备作一简单介绍。 5. 1 视频放大器      视频信号经同轴电缆做长距离传输后会造成一定的衰减，特别是高频部分衰减尤为严重。一般用SYV-75-5的同轴电缆传输视频信号的最远距离为400m左右，用SYV-75-3电缆为300m左右。虽超过这一距离后（如400m）仍可看到较为稳定的图像，但图像的边缘部分已变得模糊。因此，当进行长距离视频信号传输时，必须经过中间放大。     视频放大器与普通放大器的区别主要是带宽不同，理论上的视频信号下限频率为0Hz，标称上限频率高达6MHz。实际视频放大器一般都做在100~10000000Hz，且要求通带平坦。SP6111放大器的带宽达20MHz，增益为20dB左右，可用于克服同轴电缆在远距离传输时对视频信号所造成的衰减。 由于在长距离传输时，视频信号的高频成分损耗最大，所以在对视频信号进行均匀放大的同时，还特别要对其高频部分进行补偿。否则，在监视器屏幕看到的视频图像的轮廓部分将变得模糊不清，如果图像内容有细密的竖条，则这些竖条会变成灰蒙蒙的一片。图5-1示出了视频信号带宽与图像清晰度的关系。 （1）原始图像（2）信号波形（3）高频衰减后的信号波形（4）劣化后的图像 图5-1 视频信号带宽与图像清晰度的关系 5. 2 视频分配器     视频分配器可以将一路视频信号均匀分配为多路视频信号，以供给多台监视器或录像机等后续视频设备同时使用，如图5-2所示。经分配器输出的每一路视频信号仍保证与输入的信号格式相同，即6MHz视频带宽、1V（峰-峰值）电压、75输出阻抗，其中信号电压0. 7V、同步头电压0. 3V。它不能以简单的并联方式来分配，因为简单的并联会改变结点处的特性阻抗，但信号仍会衰减6dB。 SP6214视频分配器是指对单一的视频信号进行分配，输出与输入相同的四路视频信号。图5-3为单路1分4视频分配器的原理框图。 图5-2 视频分配器的应用 图5-3 单路1分4视频分配器原理框图 由图5-3可见，输入的视频信号经4个缓冲器的参数是一致的，因此可以保证各个输出端口的视频信号彼此独立且信号格式完全一致。 5. 3 视频切换器     SP2000系列视音频切换器是由微电脑编程控制，可以从多路视、音频信号源中选出2路视、音频信号送往监视器显示或送往录像机去记录，视、音频同步切换。可以与SP8050键盘组成系统。SP8050键盘控制切换器自动、手动切换，还可以受控于SP3804的手动控制。SP2000系列视、音频切换器具有报警功能，只有报警探测器触发报警，切换器就在A通道输出报警现场的摄像机画面和启动录像机进行录像。对于实时性要求不高的电视监控器系统来说，视频切换器应该是首选的设备。 SP2000系列视、音频切换器由集成电路构成的，视、音频切换电路都是并联使用，且视频源与音频源要一一对应，在同一个控制脉冲作用下进行切换。原理框图5-6如下所示： 图5-6  SP2000系列原理框图     工作流程是这样的，当控制面板有按键被按下时，CPU可以正确判断该按键的功能含义，并向相应的控制电路发出控制指令信号。例如，向模拟电子开关芯片发出选通码使其选通指定通道摄像机的视频信号、音频信号输入，同时将该路输入信号在指定的输出口输出。CPU还不断地查询报警部分，当检测到报警探测器发生报警时，同样CPU向电子开关发出选通码把报警现场的摄像机画面在A通道上输出供观察，同时还启动报警的辅助功能，进行录像。 报警部分：CPU部分时时刻刻查询报警，当有报警时，CPU响应报警。 控制面板：由按键和指示灯组成，指示灯的指示能反应切换器当时的工作状况，通过编程按键能完成切换器的所有功能。例如：按键“A/B”用于选择当前受控的输出端口；按键“AUTO”用于运行自动切换。按键“PROG”编程自动切换，可以选择任意一摄像机及停留时间于一队列中进行切换。按键“RAM”用于报警编程。另外，还要说明一点，当某些功能按键被按下时间长一点，就会有不同的功能。 CPU部分：是由单片机AT89C51及相应的外围之器件构成，是切换器的核心部位，是各种指令的处理中心，也是各种功能的控制中心。电子开关部分：SP2000系列切换器8路以下，用的电子开关是CD4051，8选1，8路以上是CD4067，16选1的电子开关。电子开关的状态控制端由CPU部分控制的。 5. 4 时间、日期及字符叠加器    时间、日期及字符叠加器是一种在电视监控系统中广泛应用的设备，它可以将时间日期信息及摄像机标识信息（通常是摄像机所摄取的画面的地理位置）混入视频信号中，因而用户在监视器的屏幕上不仅可以看到摄像机的画面，还可以看到叠加在画面上的时间日期信息及摄像机标识字符，这些字符经视频设备记录后可以与图像内容一起保存起来，为日后的复查提供极大的方便。 SP6311、SP6344时间日期发生器主要产生时间日期信息，并以字符形式叠加在外来的视频图像上。由于它提供了视频画面内容发生的时间（如某年某月某日某时某分某秒），因此为录像画面的日后查证特别是对有关案件的侦破提供了重要的帮助。原理框图如图5-7所示。 图5-7  SP63XX原理框图    SP6311、SP6344时间日期住处的产生由集成电路DS1387完成，产生时钟住处数据送往CPU，同时，CPU还接收控制面板的指令，把需要叠加什么字符的信息一起送显示处理电路，经叠加电路叠加在视频信号。同步分离电路主要产生行，场同步信号送显示处理电路，去产生字符行起始位置、水平宽度及场起始位置，垂直宽度。SP63XX系列字符发生器通过OSD（On Screen Display）菜单进行各项设置。 主要内容如下： 字符：此项用来选择所需叠加的字符。CPU内置了常用字符160个左右，用户可以通过按键调用里面的字符叠加。 时间日期：可以更改年、月、日、时、分秒，一个因电路有一个99年的日历芯片自动调节每月的天数，包括闰年，同时也没有千年虫的问题。 显示方式：可以选择不需在屏幕上叠加什么汉字，只叠加时间、日期，方便了用户的使用。 显示位置：字符的位置，只要用户喜欢，可调在屏幕上的任意位置。 5. 5 报警接口箱     报警箱接入报警探头，并将报警信号通过RS-485通讯线回传给系统主机。当主机扫描到报警探头发生了报警时，联动该现场图像的切换，显示在监示器上，同时将报警信号送到其他外设。原理框图如图5-8所示。 图5-8  SP8092报警接口箱原理框图 报警处理中心单元时时刻刻地监控每一路报警探头送来的报警信号，并把报警信号与预先设定的基准值进行比较，以判别报警探头是否触发了报警，如有了报警信号，报警处理中心把报警信息通RS-485通讯线传送给系统主机，由系统主机完成报警场面的调看，并控制外设备，如录像机的录像、灯光打开、响警号等。 选择器：由电子开关组成，受报警处理中心单元控制，选择探头信号与比较器进行比较。 比较器：把外来的探头信号与自身的基准信号进行比较，如有不正常，把报警的探头信号送报警处理中心处理。 报警处理中心：由CPU组成，是报警接口箱的核心部位，它搜集报警信息，并把报警信息送给系统主机，同时控制显示单元，显示相应的报警探头和报警输出。 显示单元：方便地显示出哪一路报警探头在报警，以便能及时地处理报警。 报警输出：主要启动联动开关，录像机，警号等设备。 报警接口箱的运用： 我们的报警接口箱是由16防区组成的一个报警单元，即一台报警接口箱只能接16个防区的探头。如果有更多的探头，可以通过叠加的方式扩大防区数，为了区分不同的报警单元，我们可以通过设置不同的地址来进行。如图5-9所示： 图5-9 设置不同的报警单元 探头与摄像机的对应关系：     有的系统主机探头与摄像机是一一对应的，即第一路报警探头对应第一号摄像机，第二路报警探头对应第二号摄像机，依此类推。而我们的系统主机可以通过菜单设置，将多个探头与多个摄像机建立对应关系。例如，某房间有一个摄像机，但有红外线探头、门磁开关及紧急按钮等3个不同类型的报警装置，将这些报警装置与该摄像机建立对应关系后，无论是哪一个报警装置发生报警，都会使系统主机将报警现场的该摄像机画面切换到主监视器上便于观看，或进行录像。又例如，某房间只有一个报警探头，却有两个不同位置的摄像机，如建立对应关系后，发生报警时，系统主机就会将两个摄像机画面轮流切换到主监示器上或录像。 连接： 报警接口箱在实际的应用当中，必须与我们的系统主机配套使用，单独是不能使用的。布防，撤防都在系统主机中进行。报警接口箱与系统主机之间的连接是通过RS-485通讯线。 报警接口箱与探头的连接，报警探头输出一般是开关量，连接如图5-10所示： 图5-10 报警接口箱与探头的连接 如果报警探头平时是常开的如K1，接线时应该把2. 2K电阻和探头线并接在报警输入端口上，相反，如果报警探头平时是常闭的话，如K2，接线时，应该把2. 2K电阻与探警探头线串联起来，接入报警输入端口上。 报警接口箱单独不能进行操作，具体操作应在系统主机中，具体内容参见主机说明书。      电视监控系统的前端设备与中心端设备通过传输系统建立联系，该系统一方面将前端摄像机、监听头、报警探测器或数据传感器捕获的视音频信号及各种控测数据传往中心端；另一方面将中心端的各种控制指令传往前端多功能解码器等受控对象。因此，传输系统应该是双方向的。在大多数的情况下，传输系统都是通过不同的单方向传输介质来实现的，例如，用同轴电缆传输按多工（Multiplexing）方式处理的视音频及控制信号。最新的传输概念则是借用己有的通信传输线路或借助计算机网络来传输电视监控信号，在这种情况下，往往要用到专用的信号格式转换、传输或接入设备。 6. 1直接电缆传输     直接电缆传输是最基本的传输方式。在局域性质的闭路电视监控系统中，由前端设备到中心控制室的距离通常都是在1km以内，因而从前端设备到中心控制室之间一般都是直接通过电缆连接，其中由摄像机输出的视频信号采用同轴电缆连接，由监听头输出的音频信号采用2芯屏蔽线连接，由报警探测器输出的是开路或短路的开关量信号，可通过普通（非屏蔽）2芯线连接（报警探测器还需+12V的电源，因此一般用4芯线，其中电源2芯、信号2芯，但在特殊应用场合也可以将电源地线与触点的一端相连，因而用3芯线即可），而由中心控制主机发出的控制指令则通过2芯屏蔽双绞线与前端解码器连接。图6-1示出了从前端到中心端所需的各种电缆，其中视、音频信号电缆为一对一连接，报警传感或其他数据传感一般采用一对一连直接进入系统主机，而对于有些系统，报警传感器也可以一对一地连接到前端解码器或报警接口箱并通过解码器或报警接口箱的通信总线连接到系统主机（如SP8092可以接入16个报警开关量信号，SP8060或SP8060O可以接入1个报警开关量信号），这种连接方式取决于系统主机的报警信号响应方式，它显然可以有效节省汇总在中心控制室的线缆的数量。而传输控制指令的通信线采用总线式连接，即各解码器或报警接口箱就近接入通信总线，只需一根通信线在中心控制室汇总即可。另外，由前端解码器到云台及电动镜头之间还需采用较短的多芯电缆连接，其中全方位云台及电动镜头的多芯控制电缆（如10芯电缆）需要从前端一直引到中心控制室内的云台镜头控制器上。由图6-1可见，在中心控制室处汇总的线缆数量还是相当多的。 图6-1 从前端到中心端所需的各种电缆 6. 1. 1 视频电缆及连接器     视频电缆选用75Ω的同轴电缆，通常使用的电缆型号为SYV—75—3和SYV—75—5。它们对视频信号的无中继传输距离一般为300~500m，当传输距离更长时，可相应选用SYV—75—7、SYV—75—9或SYV—75—12的粗同轴电缆（在实际工程中，粗缆的无中继传输距离可达1km以上），当然也可考虑使用视频放大器。一般来说，传输距离越长则信号的衰减越大，频率越高则信号的衰减也越大，但线径粗则信号衰减越小。当长距离无中继传输时，由于视频信号的高频成分被过多的衰减而使图像变模糊（表现为图像中物体边缘不清晰，分辨率下降），而当视频信号的同频头被衰减得不足以被监视器等视频设备捕捉到，图像便不能稳定地显示了。         视频信号实际所能传输的距离与同轴电缆的质量及所用的摄像机及监视器均有关。当摄像机输出电阻、同轴电缆特性阻抗、监视器输入电阻这3个量不能完全匹配时，就会在同轴电缆中造成回波反射（驻波反射），因而长距离传输时会使图像出现重影及波纹，甚至使图像跳动（因同步头被衰减或回波反射都可能使图像产生跳动！）。因此，在实际工程中，尽可能一根电缆一贯到底，中间不留接头，因为中间接头很容易改变接点处的特必阻抗，还会引入插入损耗。以某一电视监控系统的布线为例，其仓库周界边线长应达400m，由几个远端摄像机到主控室的距离达到了800~1100m的范围（因防火因素，线缆不能从仓库中心穿过，只能沿围墙布设），本工程事先定制了SYV—75—7和SYV—75—9两种超长电缆（配上线滚轴），实际施工时是开着汽车沿周界进行布线（同时以总线方式布设了通信控制电缆及电源线），每一根都直接引到了主控室，没有使用视频放大器，也得到了较好的图像质量。 视频同轴电缆的结构如图6-2所示，其中外导体用铜丝编织而成。不同质量的视频电缆其编织层的密度（所用的细铜丝的根数）是不一样的，如80编、96编、120编，有的电缆编数少，但在编织层外增加了一层铝箔。在电路中，其外导体接地，内导体（铜芯线）接信号端，内、外导体之间填充有绝缘介质，这样，传输的电磁能便被限制在内、外导体之间了，避免了辐射损耗和外界杂散信号的干扰。 图6-2  视频同轴电缆的结构      当导线中有电流通过时，会使导线发热，说明导线消耗了有功功率，它具有一定电阻；又由于导线间绝缘不完全而存在漏电流，即导线之间处处有一定电导；当导线中有电流流过时，导线周围就会有磁场产生，所以导线还有一定的电感；导线与导线间的电位差将使其形成电场，使得导线间存在一定的电容。上述这些分布在电路布线及其结构中的参数统称为“分布参数”，它使得线路中任一点都呈现出己定的阻抗，这个阻抗即被称为特性阻抗。因此，特性阻抗的大小完全取决于电缆的结构。 根据电波在传输线中的传播规律：当传输线终端负载阻抗等于特性阻抗时，传输线传播的能量将全部被负载吸收，此时电源输出的功率最大，即阻抗匹配状态。广播电视标准规定传输线缆的特性阻抗及设备终端阻抗为75Ω。       电缆的线径越粗则衰减越小，越适合于长距离传输。但在实际应用中可能会遇到这样的情况，即：虽然在长距离传输中（如超过500m）直接使用电缆连接也可以得到稳定的图像，但因高频衰减会使图像的细节损失过多，分辨率下降，画面有些朦胧感。另外，高频损失还会影响到彩色的重现。在这种情况下就需要使用视频放大器，并通过放大器的高频补偿功能增强图像的轮廓（细节），使图像变得清晰、明快。     另外，选用粗同轴电缆并配用视频放大器虽然可能有效延长视频信号的传输距离，但是当传输距离远远超过1km时，单纯地靠增加视频放大器的数量便不那么奏效了。这是因为随着距离的增加及放大器数量的增多，视频信号经多次放大后，其叠加的噪声也同样经过了多次放大，而噪声叠加的结果使得噪声电平与视频信号电平几乎处在了同一个数量级上，此时，人们在监视器屏幕上看到的视频图像可能是在一片杂乱的背景噪声（噪点）中，甚至被背景噪声（噪点）所淹没。在这种情况下，只好采用光纤传输或微波传输。 视频电缆与设备的连接通常为BNC连接器（俗称Q9接头及座），个别设备也有选用RCA连接器（即莲花插头及座），还有些系统选用射频传输常用的F头（有螺纹可旋紧）。当接头与座的规格不一致时，可以用转换器进行转换，如BNC→RCA转换器或RCA→BNC转换器。顺便指出，在大中型电子配件市场上，无论是不同规格的转换还是“公”↔“母”头的转换，几乎所有形式的转换器都可以找到。 6. 1. 2 音频、通信及控制电缆     音频、通信及控制电缆都是非同轴电缆，其中音频及通信电缆为2芯线而控制电缆为10芯线。显然，它们传输的信号内容不同，但电缆的类型却可以是相同的。特别是：音频及通信电缆通常可选为同样的2芯屏蔽电缆。在非干扰环境下，也可选为非屏蔽双绞线，如在综合布线中常用的5类双绞线（4对8芯）。 A、音频电缆及连接器     音频电缆通常选用2芯屏蔽线，虽然普通2芯线也可以传输音频，但长距离传输时易引入干扰噪声。在一般应用场合下，屏蔽层仅用于防止干扰，并于中心控制室内的系统主机处单端接地，但在某些应用场合，也可用于信号传输，如用于立体声传输时的公共地线（2芯线分别对应于立体声的两个声道）。常用的音频电缆有RVVP—2/0. 3或RVVP—2/0. 5。 很多工程单位在承接诸如超市或宾馆、写字楼等电视监控工程项目的同时可能还会兼做公共广播（背景音乐）工程，也需要布设音频电缆。但公共广播系统的声音传输方式采用的是高压（120V）定压方式传输，其音频电缆采用总线式布线，因此这与监控系统中用于将监听头的音频信号传到中控室的点对点式布线方式截然不同。由于采用了高压小电源传输，因此采用非屏蔽的2芯电缆即可，如RVV—2/0. 5等。 音频电缆与设备的连接通常为RCA连接器，专业音频设备通常采用卡侬连接器，个别设备也有选用普通6. 5mm或3. 5mm的杰克插头/座的。公共广播系统的音频电缆则一般不需要专门的连接器，而是直接将电缆连接到音箱或功放设备的接线柱上。 B、通信电缆    通信电缆指的是接于系统主与解码器之间的2芯电缆，可以选用普通的2芯护套线，但一般来说，带有屏蔽层的比绞两芯线抗干扰性能要好些，更适合于强干扰环境下的远距离传输。可选用的通信线如RVVP—2/0. 15或RVVP—2/0. 3等。 选择通信电缆的基本原则是距离越长，线径越粗。例如：RS—485通信规定的基本通信距离是1200m，但在实际工程中选用RVV—2/1. 5的护套线，可以将通信扩展到2000m以上。当通信线过长时，需使用RS-485通信中继器。将控制信号放大整形。否则，长距离通信控制指令便不能被解码器稳定地接收或根本不能接收。详细内容见4. 3系统主机通信部分。 C、控制电缆        控制电缆通常指的是用于控制云台及电动3可变镜头的多芯电缆，它一端连接于控制器或解码器的云台、电动镜头控制接线端，另一端则直接接到云台、电动镜头的相应端子上。由于控制电缆提供的是直流或交流电压，而且一般距离很短（有时还不支1m），基本上不存在干扰问题，因此不需要使用屏蔽线。常用的控制电缆大多采用6芯电缆或10芯电缆，如RVV—6/0. 2、RVV—10/0. 12等。其中6芯电缆分别接于云台的上、下、左、右、自动、公共6个接线端。10芯电缆除了接云台的6个接线端外还包括电动镜头的变倍、聚焦、光圈、公共4个接线端。         在电视监控系统中，从摄像机到解码器的空间距离比较短（通常都是在几米范围内），因此从解码器到云台及电动镜头之间的控制电缆一般不作特别要求；而由控制器到云台及电动镜头的距离少则几十米，多则几百米，在这样的监控系统中，对控制电缆就需有一定的要求，即线径要粗。这是因为导线的直流电阻与导线的截面积平方成反比，而控制信号经长距离导线传输时会因其导线电阻（几~几十欧姆甚至更高）而产生压降，线径越细或传输距离越长则导线电阻越大，控制信号压降越大，以至于控制信号到达云台或电动镜头时不能驱动负载电动机动作。这种现象对于低电压控制信号尤为明显，如对于交流24V驱动的云台及直流6~12V驱动的电动镜头，可能会出现云台经常被“卡”住而起动不了（特别是在大转矩情况下），电动镜头动作极慢或干脆不动作。其原因如图6-3所示。由图可见，由于控制电流I会在导线电阻R上产生压降，因此控制器输出电压减去该压降后才是加在云台或电动镜头上的实际电压（注意：100mA的电流在10Ω电阻上就可产生1V的压降！）。因此，控制信号的长距离传输必须用粗线径的导线，如选用RVV—10/0. 5或RVV—10/0. 75等。 图6-3  导线电阻产生压降 6. 1. 3 电源线       电视监控系统中的电源线一般都是单独布设，在监控室安置总开关，以对整个监控系统直接控制。一般情况下，电源是线是按交流220V布线，在摄像机端再经适配器转换成直流12V，这样做的好处是可以采用总线式布线且不需很粗的线，当然在防火安全方面要符合规范（穿钢管或阻燃PVC管），并与信号线离开一定距离。        有些小系统也可采用12V直接供电的方式，即在监控室内用一个大功率的直流稳压电源对整个系统供电。在这种情况下，电源线就需要选用线径较粗的线，且距离不能太长，否则就不能使系统正常工作。这是因为供电电源的功率一定时，电压越低则电流越大，而大电源在较小的线路电阻上也能产生较大的压降（参见图6-3），使摄像机电源端口的实际电压值达不到要求的值。在这种情况下，摄像机的图像要么抖动、无彩色，要么干脆无图像，此时在摄像机加载（即不断开摄像机电源）的前提下测量一下其电源端口处的电压值就可以发现问题所在（此时的电压值可能只有10V左右）。很多工程公司在初次进行采用直流12V电源直接供电的电视监控制系统的调试时都遇到过类似的问题。在这种情况下，如果不方便改为交流220V供电，而且也不方便改为交流220V供电，而且不方便更换粗线时，就需要采用可调直流电源将供电电压提升到13~14V，以保障摄像机端口处的工作电压达到12V。但是应该说明的是，这种做法并不是规范的做法，而仅仅是一种补救措施。特别是，当各摄像机距中心控制室的距离差别较大时，可能会损坏近处原己正常工作的摄像机，因为该摄像机到控制室的电源线的长度较短（导线电阻较小），不会产生太多的压降，而这种做法会使其电源端口电压升高到13~14V。遇到这种情况，只能采用多个电源分别供电，即近距离用标准电压供电、远距离用稍高的电压供电。