闭路电视监控系统浅析

天津城市建设管理职业技术学院毕业设

计说明书

闭路电视监控系统

作者：王博学

系别：能源机电系

专业：楼宇智能化工程技术

学号： 11ly01025

指导老师：张希林

２０１４年４月

目录

内容摘要…………………………………………………….....

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一、概述.....................................................................................

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二、系统组成.............................................................................

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（一）前端设备.........................................................................错误！未定义书签。

（二）传输部分.........................................................................错误！未定义书签。

（三）后端设备.........................................................................

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三、系统设计.............................................................................错误！未定义书签。

（一）前段.................................................................................错误！未定义书签。

（二）镜头的选择 (5)

（三）后端设备 (6)

四、结束总结 (13)

五、参考文

献 (14)

六、致谢语 (15)

摘要

闭路电视监控系统是安全技术防范体系中的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能力极强的综合系统，它可以通过遥控摄像机及其辅助设备（镜头、云台等）直接观看被监视场所的一切情况，可以把被监视场所的情况一目了然。同时，电视监控系统还可以与防盗报警系统等其它安全技术防范体系联动运行，使其防范能力更加强大。

闭路监控系统能在人们无法直接观察的场合，却能实时、形象、真实地反映被监视控制对象的画面，并已成为人们在现代化管理中监控的一种极为有效的观察工具。由于它具有只需一人在控制中心操作就可观察许多区域，甚至远距离区域的独特功能，被认为是保安工作之必须手段。

闭路电视监控系统（CCTV）能提供某些重要区域近距离的观察、监视和控制。系统符合国家有关技术规范。一般在系统应设置电视摄像机，以实现全方位监控。系统的主要设备应配置电视监视器、时滞录像机和画面处理器等，使用户能调看任意一个画面和遥控操作任意一台有遥控功能摄像机的云台和变焦功能。

闭路电视监控系统目前被广泛应用于国民经济的各个行业，属于安全防范系统的重要组成部分，应用范围广、技术成熟。随着数字化技术的发展，闭路监控系统也出现了一些新的产品和新的发展趋势，本文是对闭路监控系统设计的浅析。

一、概述

闭路电视监控系统作为安全防范系统的重要组成部分，具有事前预警，事后防范的功能，通过与周界防范系统和门禁等安防系统的联动，可获取更好的效果。

因为闭路电视监控系统的重要性，被广泛应用于银行、高速公路、机场、小区、大厦、学校、医院、家庭等场所。本文侧重于小区和大厦闭路电视监控系统的建设。

二、系统组成

闭路监控系统一般由三部分组成：前端设备、传输部分、后端设备（包括控制设备和现实设备）。

(一). 前端设备

?前端设备主要包括摄像机、镜头、防护罩、支架、立柱、云台、解码器（也可以归入后端）、变压器、后备电源（也可以归入后端）等。

?前端设备的合理选型会直接影响到系统的效果，尤其是摄像机的合理配置，要能够因地制宜。在后文有详述。

(二). 传输部分

?传输部分主要包括视频线、音频线、控制线和电源线。

?视频线可以选用同轴电缆（距离在1000米以内）或光缆（距离超过1000米），如选用同轴电缆，距离超过350米（大约值），还需要增加视频放

大器；如选用光缆，前端设备增加光发射机，后端设备增加光接收机。

(三). 后端设备

?后端设备主要包括矩阵、画面处理器、硬盘录像机、普通录像机、监视器、显示器、云台控制器、大型不间断电源，电视墙、操作台等设备。

?后端画面处理设备可以任选矩阵、画面处理器、硬盘录像机，也可以混排，区别在后文有详述。显示设备最少需要电视墙，也可以电视墙结合显示器，目

前出现了新的显示趋势，就是采用DLP拼接大屏。

三、系统设计

本文将根据闭路电视监控系统的组成来讨论如何设计。

(一)前端

1. 摄像机的选择

CCD摄像机大致可分为下列几大类：

a. 依成像色彩划分

依成像色彩划分为：

?彩色摄像机：适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。

?黑白摄像机：是用于光线不足地区及夜间无法安装照明设备的地区，在仅监视景物的位置或移动时，可选用分辨率通常高于彩色摄像机的黑白摄像机。

?现在的闭路监控系统逐渐用彩色代替黑白摄像机，尤其是在数字化系统中，笔者建议如果资金充足的话，彩色的系统整体效果好，有利于宣传和图像识别。

b. 依摄像机分辨率划分

按照摄像机的分辨率划分为：

?影像像素在25万像素（pixel）左右、彩色分辨率为330线、黑白分辨率400线左右的低档型；

?影像像素在25万~38万之间、彩色分辨率为420线、黑白分辨率在500线上下的中档型；及

?影像在38万点以上、彩色分辨率大于或等于480线、黑白分辨率，600线以上的高分辨率。

?在闭路监控系统中，大多数系统选用420线以上的摄像机，如果需要清晰的无闪烁的画面质量，建议采用480线以上的摄像机。

c. 依摄像机灵敏度划分

按照摄像机的灵敏度划分为：

?普通型：正常工作所需照度为1~31x；

?月光型：正常工作所需照度为0.1x左右；

?星光型：正常工作所需照度为0.01x以下；及

?红外照明型：原则上可以为零照度，采用红外光源成像。

(二) 镜头的选择

a. 镜头的种类

镜头按照应用场合分为：

?广角镜头：视角90度以上，观察范围较大近处图像有变形；

?标准镜头：视角30度左右，使用范围较广；

?长焦镜头：视角20度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米；

?变焦镜头：镜头焦距连续可变，焦距可以从广角变到长焦，焦距越长则成像越大；及

?针孔镜头：用于隐蔽观察，经常被安装在如天花板或墙壁等地方。

一般来说，选用标准镜头，特别场合根据实际情况选用其他镜头，在配置云台的摄像机多配置变焦镜头，在电梯内采用针孔镜头。

b. 被摄物体的大小、距离与焦距的关系

c. 相对孔径

d. 镜头的焦距

定焦距：焦距固定不变，可分为有光圈和无光圈两种。

变焦距：焦距可以根据需要进行调整，使被摄物体的图像放大或缩小。

e. 先配镜头原则

为了获得预期的摄像效果，在选配镜头时，应着重注意六个基本要素：

f.摄像机护罩

防护罩是监控系统中重要的组件。它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：

?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灰并有一定的安全防护作用，如防盗、防破坏等

?室外用防护罩

g. 云台

云台是安装、固定摄像机的支撑设备，它分为固定和电动云台两种：

?固定云台适用于监视范围不大的情况，在固定云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰的角度，达到最好的工作姿态后只要锁定调整机构就可以

了；及

?电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。电动云台高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精

确地运行定位。

(三) 后端设备

1. 画面处理系统

在有多个摄像机组成的电视监控系统中，通常采用视频切换器使多路图像在一台监视器上轮流显示。但有时为了让监控人员能同时看到所有监控点的情况，往往采用多画面分割器使得多路图像同时显示在一台监视器上。这样，既减少了监视器的数量，又能使监控人员一目了然地监视各个部位的情况。常用的画面分割器为四画面、九画面和十六画面。

1.1主要性能：

?全压缩图像，数字化处理的彩色/黑白画面分割器；

?四路(或九、十六路)视频输入并带有四路(或九、十六路)的环接输出；

?内置可调校时间的顺序切换器和独立的切换输出。根据摄像机的编号对全屏画面按顺序切换显示，敏路画面的显示时间可由用户自己进行优化编程调整；

?高解像度以及实时更新率。画面指标为512×512象素，更新率为25-30场/秒；

?录像带重放时可实现1/4(或1/9、1/16)画面到全屏画面变焦(还原为实时全屏画面)；

?与标准的SUPER-VHS录像机兼容(有的还具有S-VHS接口)；

?有报警输入/输出接口，可与报警系统联动。八个字符的摄像机名称。用户可自己编程设定给每个摄像机最多达八个字符的名称；

?报警画面叠加、视频信号丢失指标。

?设置屏幕菜单编程/调用。编程简单、操作容易，人-机界面友好；

?电子保险锁。用户可自行设定密码，被允许的操作者才能进行系统的操作。

1.2画面处理器在闭路监控系统的后端中有着非常重要的作用和地位：

画面处理器一般具有一个主端口，用来接大的监视器（比如21”），一个定点监视端口，用来接小的监视器（比如14”）；大部分的画面处理器都具有环通的功能，可将所有输入的信号通过环通再输出，便于分别单路监视和录像；画面处理器还具有移动侦测和报警联动功能，实际上就是一个小矩阵。正是有着这些优点，在需要电视墙监视的场所就需要画面处理器，如图1和图2所示。

在采用矩阵的后端录像系统中，矩阵只能输出信号，不能监视（只能通过第三方的电脑显示1路）和录像，而且输出端口不能够同时连接显示器和录像机，只能二选其一，即使通过视频分配器可以同时连接录像机和显示器，数量也是很大的，不经济，故在矩阵的输出端再连接一台或多台画面处理器则可以有效的处理这个问题；

在采用硬盘录像的系统中，人眼在短距离不能同时监视3台以上的显示器，所以一定要通过电视墙才能够实现监视功能，而一般的硬盘录像机不具备直接连接监视器的功能，故也需要画面处理器，然后通过画面处理器配合监视器实现监视功能。

1.3画面处理器设备连接示意图如图1所示：

图1 四画面处理器连接示意图

十六画面处理器设备连接示意图如图2所示：

图2 十六画面处理器连接示意图

1.4硬盘录像系统

硬盘录像机的基本功能是将模拟的音视频信号转变为JPGE MPEG数字信号存储在硬盘（HDD）上，并提供与录制、播放和管理节目相对应的功能。

其突出特性体现在以下几个方面：

?实现了模拟节目的数字化高保真存储能够将广为传播和个人收集的模拟音视频节目以先进的数字化方式录制和存储，一次录制，反复多次播放也不会使

质量有任何下降；

?全面的输入输出接口：提供了天线/电视电缆、AV端子、S端子输入接口和AV端子、S端子输出接口。

?多种可选图像录制等级：对于同一个节目源，提供了高、中、低三个图象质量录制等级。

?大容量长时间节目存储，可扩展性强用户可选用20GB、40GB或更大容量的硬盘用于节目存储；

?具有先进的时移（Timeshifting）功能：当不得不中断收看电视节目时，用户只需按下Timeshifting键，从中断收看时刻开始的节目都将被自动保存

起来，用户在处理完事务后还可以从中断的位置起继续收看节目，而不会有

任何停顿感；

?完善的预约录制/播放节目功能：用户可以自由的设定开始录制/播放节目的起始时刻、时间长度等选项。

?强大的网络信息家电中心：用户通过网络通讯接口，使用DVR度身定制的网络浏览器，配备相应的网络资源，将可以享用丰富的网络在线信息；

?提供便捷的管理已录制节目的方法

?提供随心所欲的播放方式：由于硬盘快速、随机存储的特点，欣赏录制好的和正在录制的节目时，都可以用比当前DVD播放机更多种、更灵活的方式进

行特技播放，快速播放时图像更加平滑，慢速播放时具有更高的细节分辨率。

典型的硬盘录像机连接如图3所示：

因为一般的小区和大厦的监控系统摄像机多在100只左右，故一般会使用6-9台16路硬盘录像机，但鉴于显示器不是全部用来显示图像的还要显示很多操作按钮和菜单，同时显示器显示的图像偏小，只有近距离才有好的监视效果；同时人的肉眼无法同时监视3台以上的显示器，就算可以看到也不能同时监视所有的画面。所以一般采用硬盘录像的闭路监控系统多采用画面处理器通过环通再接到监视墙上，具有很好的效果，如图4所示。

硬盘录像机配合画面处理的监控系统组成示意图如图4所示：

图4 硬盘录像机结合画面处理的监控系统示意图

1.5矩阵

矩阵是视频切换和控制的系统设备，具有强大的功能。

一般矩阵系统具有如下特性：

?预组装系统；

?菜单综合设置；

?键盘口令输入；

?优先级操作；

?系统可划分；

?并行／成组切换；

?通用的巡视／显示序列；

?自动调用巡视序列和触点设防表；

?屏幕显示（摄像机号和标题、日期/时间格式可调整、监视器号及其状）；

?系统可分级、多级控制：摄像机现场控制：控制恒速或变速云台；

?自动报警调用；

?内部视频丢失检测：同步检测；

?可编程报警联系表；

?五种不同的报警显示方式；

?三种报警状态消除方式；

?报警状态输出；

?所有编程数据的备用电池保护；

?8个RS-232通讯口。

典型采用矩阵的闭路监控系统如图5所示：

图5 典型矩阵系统连接图

根据笔者多年的设计经验，认为矩阵系统具有以下优缺点：

?多进少出：优点是减轻了后端的监视、录像压力，降低后端的成本。如果后端减少的资金不足以抵扣矩阵设备的话，则此优势无存；缺点是不能实时监视

和实时录像，输入越多输出越少这个问题越突出，在需要实时的系统不实用；

?可以接多达上千路的报警设备

?可实现报警联动功能：因为矩阵可以接多路报警设备也可以联动多路设备，故功能非常强大，适合大规模的室外报警、联动场合。

?通过键盘可将任何一路摄像机画面调到任何一个监视器上，同时通过编程可以实现按时间、按顺序在同一个显示器上显示不同的画面；

基于以上的分析，在小区和大厦建设闭路监控系统时，大部分摄像机需要实时监视和录像，不适合采用矩阵系统，就算采用输入与输出一样的矩阵则成本太昂贵，足可以买到相应的硬盘录像机，随着电子技术的发展，硬盘录像机越来越便宜，故笔者建议，最好采用如图3所示的硬盘录像机结合画面处理器的方式设计闭路监控系统。

1.6 显示与记录设备

显示与记录设备安装在控制室内，主要有监视器、录像机和一些视频处理设备。

现在有一种电视监控系统把云台、变焦镜头和摄像机封装在一起组成一体化摄像机。

a. 图像监视器

图像监视器主要分为黑白和彩色两大类。黑白监视器的中心分辨率通常可达800线以上，彩色监视器的分辨率一般为330线以上。图像监视器视频信号的带宽一般在7~8MHz 范围内。根据笔者建议采用彩色系统，最好采用哪些高清晰无闪烁的监视器，效果非常理想。

b. 录像机

录像机主要有硬盘录像方式和传统模拟录像方式，硬盘录像机的详细描述见3.3.2，本处主要描述普通录像机。

录像机是闭路电视监视系统中的记录和重放装置，它要求可以记录的时间非常长，目前大部分监视系统专用的录像机都可以录24H～960H的录像。

闭路电视监视系统中专用录像机是间歇式视频录像机，它有多种时间间隔录像模式，在一盘1/2英寸VHS/E180的盒带上，最长可以录制长达960H的录像。录像机内设有字符信号发生器，可在图像信号上打出月/日/年/星期/时/分/秒/录像模式，还能在图像上示出摄像机与报警器的编号与报警方式。

1.7如何建设闭路监控系统

在论述了系统构成和系统设计之后，到底如何为小区和大厦设计合理的闭路监控系统呢。笔者根据自己的经验现在给予一些建议。

a. 前端设备

推荐采用彩色摄像机，在电梯内设计半球或针孔型摄像机，在楼道或大堂内设计半球摄像机（当然要根据环境选择颜色）或飞碟型摄像机（隐蔽性较好）。

在照度地的地方，要选择低照度或者采用红外线的摄像机。

推荐采用480线及以上的摄像机，随着技术的进步，目前市面上出现了很多的570线以上的摄像机，监视效果将非常好。

一般来说摄像机要考虑后备电源和视频放大器，这个问题一定要注意。

b. 传输部分

一般，视频线采用SYV 75-5的同轴电缆即可，控制线选用RVVP 2×1.0mm的双绞屏蔽线（或者Belden 8723），电源采用RVV 2×1.0mm的电源线即可。如果距离稍远视频线可以加大直径。

c. 后端设备

建议后端采用16路硬盘录像机加16路画面处理器的方式（如果硬盘录像机自带模拟输出，支持画面处理功能，则可节省画面处理器），所有摄像机先接入画面处理器，再通过画面处理器的环通功能接到硬盘录像机，监视器接在画面处理器上。

设计总结

在这个小区的智能化工程设计中，，本着科学、经济、兼容和可靠的原则对小区的5个系统进行了设计，在对工程现场和开发商进行充分的调研后对用户需求做了详细的研究，在他们需求的的基础上对设备进行选定，并对系统的布线方式做了确定，在个别系统中针对不同的需求进行有针对性的设计。设计后发现还有一些系统上的漏洞，比如总线布线时容易造成整体系统瘫痪的情况，针对这个问题，我们也进行了针对性的改进。

参考文献

GB/T 50314-2000 《智能建筑设计标准》

GB50339-2003 《智能建筑工程质量验收规范》

GB4943-95 《信息技术设备包括电气设备的安全》GB50198-94 《民用闭路监视电视系统工程技术规范》《安全技术防范产品管理办法》

GA／77-94 《入侵报警工程设计规范》

GB 10408.1-89 入侵探测器通用技术条件

GB 10408.2-89 超声波入侵探测器

GB 10408.3-89 微波入侵探测器

GB 10408.4-89 主动红外入侵探测器

GB 10408.5-89 被动红外入侵探测器

GB 10408.6-89 微波和被动红外复合入侵探测器

GB 10409-89 防盗保险柜

GB 12662-90 爆炸物销毁器技术条件

GB 12663-90 防盗报警控制器通用技术条件

致谢

本论文在张希林导师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范，朴实无法、平易近人的人格魅力对本人影响深远。在写论文的过程中，遇到了很多的问题，在老师的耐心指导下，问题都得以解决。所以在此，再次对老师道一声：老师，谢谢您！

时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋渐进，毕业论文的完成也随之进入了尾声。在此我向天津城市建设管理职业技术学院学校路与智能化工程专业的所有老师表示衷心的感谢，谢谢你们三年的辛勤栽培，谢谢你们在教学的同时更多的是传授我们做人的道理，谢谢三年里面你们孜孜不倦的教诲！

三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这三年来我遇到了如此多的良师益友，无论在学习上、生活上，还是工作上，都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在一个充满温馨的环境中度过三年的大学生活。感恩之情难以用言语量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。