第五章电视监控系统 - 安全防范技术原理设备与工程系统

第五章电视监控系统

5.1 概述

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图像、声音内容同时传送到监控中心，使被监控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等其他安全技术防范体系联动运行，使防范能力更加强大。特别是近几年来，多媒体技术的发展以及计算机图像文件处理技术的发展，使电视监控系统在实现视频报警、自动跟踪、实时处理等方面更有了长足发展，从而使电视监控系统在整个安全技术防范体系中具有举足轻重的地位。电视监控系统的另一特点是它可以把被监视场所的图像及声音全部或部分地记录下来，这样就为日后对某些事件的处理提供了方便条件及重要依据。最近几年“画面分割器”及“长延时录像机”的出现，更为用一盘或几盘普通记录长度（如一小时）的录像带、实现对多个被监视画面长达几天时间的连续记录，从而为日后对曾出现过的一些情况进行分析，提供依据等都有极大方便。硬盘录像装置和可读/写光盘的出现，也为图像信号的记录与重放提供了更新型的设备。总之，电视监控系统已成为安全技术防范体系中不可或缺的重要部分。

在本章中，将详细地、具体地、全面地介绍和论述电视监控系统的组成、传输方式以及其他相关问题。

5.2 电视监控系统的基本组成

如图5-1所示，电视监控系统由摄像（有时还有麦克）、传输、控制以及显示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。

图5-1 电视监控系统的基本组成

例如：摄像部分包含有摄像机、镜头（定焦距或可变焦镜头）、防护罩、云台等。又如控制台中包含有图像切换、动作控制等等。这些都将在后面的有关章节中详细论述。下面，我们将各部分的主要作用及要求逐一加以介绍。

5.2.1 摄像部分

摄像部分是电视监控系统的前端部分，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以及简化传输、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；同时，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。既如此，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、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其信噪比将下降。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。整个电视监控系统的信噪比可用下面的方法进行近似计算：

(1) 首先确定摄像机输出端的信噪比S0/N0，这可以从摄像机给出的性能指标中查到；

(2) 然后确定传输系统的噪声系数NF1，这可以用下述两种方法求出：

1) 用噪声发生器法直接对传输系统进行测量，以得到传输系统的噪声系数。其测试方框图如图5-2所示。所测得的噪声系数可以从测试设备的刻度上读出。这种方法一般只适合传输系统中没有任何放大部件的情况。

图5-2 噪声发生器法测试方框图

2) 如果传输系统中加有放大器等部件，就应分别求出第一级与第二级放大器等部件的噪声系数（一般可从所用放大部件的性能指标中查得），然后将它们相加，以求出整个传输系统的噪声系数。以上两种方式下的噪声系数设定为NF1。

(3) 求出控制台从信号输入端至监视器输入端的噪声系数NF2（可以用控制台中第一级放大器的噪声系数代替），再用下式求出整个系统的信噪比：

S/N=S0/N0-NF1-NF2 (5-1)

式中各项均以分贝表示。

为了方便读者，根据公安部有关的行业标准及规定，给出如下指标供参考（列于表中）。

(1) 在摄像机的标准照度下，整个系统的技术指标和图像质量应满足表5-１的要求。

表5-1

项目	指标值
视频信号输出幅度	1VP-P±3dB
黑白电视水平清晰度	≥350线
彩色电视水平清晰度	≥300线
灰度等级	≥8级
信噪比	≥40dB

(2) 在环境条件恶劣的情况下，整个系统的技术指标和图像质量应满足表5-２的要求。

表5-2

项目	指标值
视频信号输出幅度	1Vp-p±6dB
黑白电视水平清晰度	≥300线
彩色电视水平清晰度	≥250线
灰度等级	≥7级
信噪比	≥36dB

(3) 在摄像机系统正常工作的条件下，电视监控系统的图像质量应不低于表5-3的４级要求。

表5-3

图像等级	图像损伤主观评价
5	不察觉
4	可察觉，但令人可以接受
3	有明显察觉，令人较难接受
2	较严重，令人难以接受
1	极严重，不能观看

上面表中给出的技术指标和图像质量要求，仅是最低标准，即在有条件或要求系统有较高指标的情况下，都应尽量高于表中的要求。另外，表中所给出的指标要求是对整个系统的要求，因而对于摄像部分来说，其指标应高于整个系统的指标，才能达到整个系统的要求。其中，摄像部分信噪比的指标要求可以根据整个系统的要求参照前面所讲述的计算方法进行计算，清晰度及灰度等级的要求可根据整个系统构成的情况，适当提高要求即可。这里还指出的是，清晰度和灰度等级的指标与传输部分以及控制台中的视频切换、视频分配等部件的关系很大。也就是说，传输部分及视频切换、视频分配部件的好坏，将在很大程度上直接影响清晰度和灰度等级，所以上述部分必须搞好。

除此之外，对于摄像部分，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。

5.2.2 传输部分

传输部分就是电视监控系统的图像信号通路。一般来说，传输部分单指的是传输图象信号。但是，由于某些系统中除图像外，还要传输声音信号，同时，由于需要在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。因此，在以后有关传输部分的讨论中，在重点介绍图像信号传输的基础上，还将对声音信号及控制信号的传输问题加以讨论和研究。

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的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、明显的失真（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。这就要求传输系统在衰减、引入噪声、幅频特性和相频特性方面都有良好的性能。

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，也有或必须采用射频传输或光纤传输方式。或者采用微波传输、网上传输等。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。总之，虽然从表面上看，传输部分好象只是一些线路，但实际上这部分的好坏也是影响整个系统质量的重要组成部分。

5.2.3 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。总控制台的主要功能有：视频信号放大与分配、图像信号的校正与补偿、图像信号的切换、图像信号（或包括声音信号）的显示记录、摄像机及其辅助部件（如镜头、云台、防护罩等）的控制（遥控）等。在上述的各部分中，对图像质量影响最大的是放大与分配、校正与补偿、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校正与补偿部分。但对某些距离较远，或由于传输方式的要求等原因，校正与补偿是非常必要的。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不同，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和补偿再经过分配或放大，进入视频切换部分，然后送到监视器。总控制台的另一个重要功能是对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行遥控，以完成对被监视场所全面、详细监视或跟踪监视。总控制台设有的录像机，可以随时把发生情况的被监视场所的图像记录下来，做为重要依据以便事后备查。目前，有些控制台上设有一台或两台“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，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。还有的总控制台设有“多画面分割器”，如四画面、九画面、十六画面等。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、九、十六台摄像机送来的各个被监视场所的图像画面，并用一台常规录像机或长延时录像机进行记录。近两年，硬盘录像装置以及将矩阵切换、多画面处理、硬盘录像等合为一体的控制主机的出现，为中心控制设备增添了新的家族。上述这些功能的设置，要根据系统的要求而定，不一定所有系统都采用。

目前生产的总控制台，在控制功能、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、秒都时时显示出来，并把被监视场所的地址、名称显示出来，在录像机或硬盘录像机上可以记录，这样为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”（解码器），将总控制台送来的编码控制信号解出，成为控制动作的电压信号，再去控制摄像机及其附助设备的各种动作（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，根据系统构成情况及要求，可以综合考虑以完成对总控制台的设计或订购要求。

5.2.4 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。在电视监控系统中，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；二是也没必要一一对应显示。因为被监视场所的情况不可能同时都发生意外情况，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并记录。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设置监视器的数量。目前，常用的摄像机对监视器的比例为四比一，即四台摄像机对应一台监视器轮流显示，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，如果太多，则会使某些细节难以看清楚，影响监控效果。笔者认为，四分割或九分割较为合适。为了节省开支，非特殊要求或要求不高的电视监控系统，监视器也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，设置专用的监视器架子，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。值得指出的是,普通电视机当作监视器使用时，一般不适宜长时间连续使用。

5.3 常见的组成方式

电视监控系统常见的组成方式如图5-3所示。它由摄像机及其辅助设备（如镜头、云台等）、终端解码箱、视频传输线路及控制信号总线、控制台及监视器组成。这种常用的组成方式，在功能上是只通过摄像机获取被监视场所的图像信号，而对声音信号不予拾取。在信号传输方面采用视频基带传输方式。这种方式适合大多数距离近、范围小的电视监控系统。它的特点是设计、安装和调试都比较简单易行，且系统的质量高、稳定可靠。同时，这种系统的设备和部件几乎全部是定型产品，所以在选购设备以及保证质量方面都是切实可行的。

图5-3 常见的电视监控系统组成方式

在这种系统中，如果增加声音信号的拾取，或与防盗报警系统联动，也非常方便。只要在原系统上加装声音拾取及防盗报警系统即可。（要图5-3及旁边的小图中，已将监听报警系统画在图中了）。

5.4 特别要求的组成方式

在上一节我们介绍了电视监控系统常见的组成方式。但在某些有特殊要求的系统中，组成的形式则是多种多样的。这些有特殊要求的系统一般可分为如下几种情况和形式：

5.4.1 带有声音拾取的电视监控系统

在这样的系统中，可以把被监视场所的图像及声音内容一起传送至控制中心，在监视图像的同时，还监听声音。在该系统组成上，一般采用声音及图像分别传送。也有的采用将声音信号调频至6.5MHZ上，与图像信号一起传送，到控制中心后再将声音信号解调出来。

5.4.2 与防盗报警系统联动运行

这是一种防范功能很强的系统。在控制台上，设有防盗报警的联动接口。在有防盗报警信号时，控制台上发出警报并启动录像机自动开始对有警报的被监视场所进行录像。同时，控制中心的控制人员根据警报来操纵控制台进行跟踪监视，并把情况向有关部门报告并采取有效措施。在这样的系统中，一般是电视监控作为系统的一部分，防盗报警作为系统的另一部分，并在控制中心通过控制台将两部分合在一起进行联动运行。如图5-3中右侧所示。目前，国内许多厂家生产的控制台都设有防盗报警接口，因而系统的构成是比较容易的。

5.4.3 能自动跟踪和锁定的电视监控系统

在某些防范要求特别严格的场合中，需要对入侵目标进行自动跟踪和锁定。也就是说，某一重要的被监视场所，一旦出现入侵目标，系统本身能进行判定并使摄像机始终对准入侵目标，使目标不在屏幕上消失。即便目标已离开该摄像机所能监视的范围，其他摄像机或报警装置仍能接续跟踪和锁定。在这个过程中，控制中心将及时发出警报，并按预先制定的程序启动各种防范措施及防范手段将目标抓获。

目前最先进的这种系统，采用了“数字式电视监控系统”。“数字式电视监控系统”的核心是多媒体计算机及其配套的其他设施。这种系统的基本工作原理及工作方式是将发现入侵目标的图像及声音信号变为计算机文件，从中提取目标信号，再反馈给摄像机及电动云台，以控制摄像机及云台进行跟踪锁定。同时，还将自动启动与该摄像机附近其他关联的摄像机或报警装置，以便进行接续跟踪和锁定。在此过程中，控制台将发出警报并提示应采取的防范措施和手段，甚至有些防范措施和手段是自动进行的。有关自动跟踪和锁定的电视监控系统在本书有关章节中还将有所讨论。

5.4.4 远距离多路信号的电视监控系统

在某些情况下，被监视场所可能距离控制中心很远（几公里以上）。在这种情况下，图像信号及其他信号的传输就成为系统组成的一个主要问题。在这种情况下，系统的组成根据要求和实际情况在传输方式上有如下几种可能：

(1) 采用视频基带传输方式

(2) 采用射频传输方式

(3) 采用光纤传输方式

(4) 采用无线发射传送方式（微波传送方式）

(5) 采用无线发射并移动式传输方式

(6) 采用“远端切换”的视频基带传输方式

(7) 采用“平衡式”视频传输方式

(8) 采用电话电缆传输方式

(9) 其他可行的传输方式

以上不同的传输方式，不仅在传输线路（或传输通道）上大大不同，控制中心里控制台上安装的设备也将大大不同。这些情况将在后面的有关章节中详细加以讨论和研究。

5.5 超远距离报警图像传送的组成方式

在目前组成的超远距离（十几公里、几十公里、上百公里以上）的报警网络中，传送的报警信号一般是开关信号或编码报警信号。传输线多采用已有的电话线路。这样构成的报警网路，虽然可以解决某一级公安保卫部门对所辖范围较大地区的各重要防范部门报警信号的联网要求，但是，由于传输线路（电话线）的限制，当公安部门接到报警信号后，却无法实时看到报警单位案发现场的图像情况。这对于依据案发现场情况立即制定正确对策、快速反应并实施破案是非常不利的。一般来说，在发生案情后，指挥员和侦察员都本能地迫切希望立即看到案发现场的情况。所以，公安部门如能在尚未亲临现场之前，就能即刻通过现代化手段看到案发现场的图像，则是迫切希望实现的目标。这一目标也正是从事电视监控系统工程的科技人员努力争取实现的目标。那么，能否在现有传输系统（电话线路）的基础上，在报警的同时，将案发现场的实况图像传送至公安部门，则是本节研究解决的课题。

5.5.1 用窄带电视传送报警图像

当人们要求观看案发现场图像时，当然希望最好是看到像通常电视节目那样的标准动态实时图像。用技术术语来说，就是每秒钟传送25帧图像信号、每帧图像由625行扫描线组成。但是，该图像频带宽度达6MHZ以上，电话线路是无法传送的。若想用电话线路传送图像，就必须把图像的频带变窄（即频带压缩），以适应电话线路能传送的带宽要求。我们通常把能用电话线路传送的电视信号称为窄带电视。为使大家了解窄带电视，我们先简介一下频带压缩的原理。根据电视原理可知，视频信号的频带可近似地用该信号的最高频率表示，即

f_max=kn²f_v. (5-2)

上式中k为kell系数，一般取值为0.7；ｎ为扫描行数，它取决于电视系统的扫描制式。例如，我国的电视系统扫描制式为625行。fv为帧数，我国电视系统的制式为每秒传送25帧；为电视光栅的宽、高比，现有的电视一般为4:3。但对于特殊的监视系统及窄带电视而言，其比值可根据需要选取。β是垂直回归系数，它表示回扫时间与垂直扫描周期之比值，其值为0.5～0.1；是水平回扫系数，其值为0.7～0.2。

根据式（5-2）所给出的结果可以看出，在光栅宽、高比及回扫系数一定的情况下，视频带宽与扫描行数及帧频频率有关。下面分别对此进行分析。

1．通过减少扫描行数来降低信号带宽的方法

在广播电视中，为了满足人们对所传送图像的真实感，必须传送一定标准的连续活动图像。即采取水平扫描行数为625行、每秒传25帧图像（即帧频为25HZ）。同时为不增加频带宽度以及克服图像的闪烁感，还采用了隔行扫描的传送方式，即一帧图像由两场组成（一个奇数场、一个偶数场），每场为312.5行。为了压缩频带，根据式（5-２）所示，当扫描行数ｎ减小时，其频带宽度fmax也必然减小，从而实现频带的压缩。

但是，行数减小之后，将明显降低图像的像素数目，即降低了图像的清晰度。并且，减少扫描行数的办法，将使现有的摄像机、监视器等设备都要相应的改变制式（不能兼容），所以，用减少扫描行数的办法虽然能实现频带压缩的目的，但具体实施中是很困难的。

2．用降低帧频的办法压缩频带

对于诸如可视电话系统、电视监控系统等特殊的电视系统来说，在很多情况下，并不都需要象广播电视那样传送标准的动态图像。譬如，当某部门发出报警信号后，即使能把图像传送至公安部门的报警中心，大多数已是案发后的现场图像。这个现场图像从观察案情的角度上讲，已是一个静止的图像画面（因为这时大多数情况下作案分子已不在现场）。因而，也可以说这个案发现场的图像已如同一幅照片。当然，为了全面了解案发现场的情况，可以从各个角度（或按要求）传送这个相对静止的案发后现场图像，但也正如象从各个角度对现场拍照一样。总之，这些图像画面可以当作是传送静止图像一样。既如此，就可以用降低帧频的办法来压缩频带、实现用窄带电视传送图像。根据式（5-２）所示，帧频f_v的减少，其频带必然减小。以上的分析即为频带压缩的基本原理。

采取减少帧频的方式，虽然不能象广播电视那样传送标准的动态图像，但降低帧频后所传送的图像其清晰度没有下降；现有的摄像机、监视器等设备也不必改动制式。因此，采用降低帧频的办法来实现频带的压缩是一种现实可行的办法。事实上，只要适当选择减少后的帧频频率，既能达到频带压缩的要求，又能传送一定速率的动态图像（如同慢动作的图像画面），这完全可以满足诸如报警图像、可视电话图像一类的图像传送要求。

适当压缩频带后的电视信号（窄带电视），是可以经由电话线路传送的（具体实现时还需采用其他一些相关技术）。虽然这种窄带电视所传送的图像不如广播电视那样具有标准动态的实时性，但对于报警图像的传送，是完全够用的。

5.5.5 用可视电话传送报警图像

可视电话是一种窄带电视。采用可视电话并构成系统来传送报警图像信号，是一种利用现有、已商品化的设备，并使用电话线路传送图像信号的简便易行的好办法。

众所周知，虽然目前在我国可视电话还远远没有普及应用，但在许多特殊场合却早已投入使用。而且，可视电话的技术比较成熟，产品价格也不高。目前，国内有些厂家已生产出能使用电话线路每５秒钟传送一帧全屏幕标准象素的彩色图像的可视电话。还有的厂家已研制出每秒传送５帧以上标准彩色图像的可视电话，将其作为报警图像信号的传送，将会大大提高图像传送的质量和传送的实时性。

采用可视电话传送报警图像的具体方案是，将可视电话上的摄像机，换成报警图像信号，并通过可视电话本身的宽、窄带转换功能，用电话线路进行传送。而在接收端，从可视电话的监视器上看到的图像即为报警图像。这种方案构成的原理框图如图5-4。

图中，在报警单位的电视监控系统中，可将视频切换主机输出端的其中一路输出接至可视电话上，以代替可视电话上的原摄像机。这样，无论本单位哪一个监视点出现了警情，都可以立即将这一路图像信号通过主机切换至可视电话上，以发出报警图像信号。同时为了备查，可同时进行录像。在公安部门的接警中心，可视电话上的输入端之前安装一个切换器。切换器的输入是来自各部门的报警线路，哪一个单位报警，就将该部门的报警图像信号切换至可视电话的输入端上，从而立即观看报警单位案发现场的图像。

图5-4 用可视电话构成报警图像的传送与接收

为了预防可能有几个单位同时发生警情，公安部门的接警中心也可设置多台可视电话。这样即使同时有几个警情发生，也照样可对各案发现场进行观看。在公安部门的接警中心，为了更加清楚方便地观看报警图像，可将原有可视电话上的监视器换成尺寸大一些、质量更高一些的监视器，或向可视电话生产厂家订购这种专用的可视电话监视器。

此外，如果将上述系统，采用ISDN网（窄带的综合业务数字网，俗称一线通）进行传送，将会使传输速率有较大提高，使传送的图像效果更好。

5.5.3 用多媒体技术传送和接收报警图像

随着多媒体技术的发展以及多媒体计算机的应用，计算机借助于多媒体组件进行图像、声音的处理和传送已成为现实。因此，在超远距离的报警网络中，也可以采用多媒体技术实现传送报警图像。具体实施方案是这样的：发生警情的单位将案发现场的图像信号送入多媒体计算中的视霸卡上，视霸卡和计算机将图像的模拟信号转换为经过压缩编码的数字式图像信号，并通过调制解调器用电话线路传送至公安部门接警中心的多媒体计算机上处理，再将图像信号还原显示在监视器上。这种传送方式的原理框图如图5-5所示。

由图5-5可知，这种传送方式的基本构成同图5-4的构成在表面上看好象是相似的，但是由于图5-5的构成方案是采用多媒体计算机，因而，对图像处理的灵活性和处理的能力要远强于图5-4所示的传送方案。这主要是因为经多媒体计算机处理的图像在选取小于全屏画面的情况下，可以在保证一定清晰度的同时，将传输速率大大提高，甚至接近标准动态图像的实时性。图像的尺寸可以灵活变化以满足不同情况的需求，譬如当需要提高报警图像中某一部分的清晰度并提高传送速率时，可以减小图像的尺寸；当需要观看全景时，可以加大图像尺寸而降低传送速率。此外，当采用的多媒体计算机对图像处理的能力很强时，对已接收到的报警图像还可以进行再处理。如提高局部或全屏画面的清晰度、放大或缩小图像的尺寸、对某些重要的图像细节进行标定、存贮等。这种系统的构成方式，也可采用ISDN网进行传送，从而提高传输速率和改善所传送图像的质量。

图5-5 用多媒体计算机传送和接收报警图像

多媒体技术传送图像与可视电话传送图像相比，其缺点是在目前情况下，价格较高，且可供选择的成型产品（包括软件）还不多。

在以上的讨论中，最突出的一个特点是利用现有的电话线路进行图像传送。这为降低传输系统的成本，实现远距离传送报警图像提供了有利条件。从理论上讲，这种传输图像的方案，所能实现的传输距离可以相当远，且当采用多媒体技术时，公安部门的接警中心还可以用编码控制信号对报警单位的摄像机、镜头、云台等实现远距离遥控操作。

5.6 上网传输与远程图像通信技术

随着互联网及某些专用网络的出现，特别是多媒体通信技术与分布式多媒体处理技术的发展，为图像信号的远程传送与通信提供了广阔的发展天地。

5.6.1 数字式分布收发方式的图像信号的网上传输

这种方式是将网内每个点上的摄像机的图像信号，以及对镜头、云台、防护罩上的雨刷和其他设备的控制信号，由“综合适配器”（这种适配器具有A/D与D/A转换、图像信号的编码压缩、信息格式的转换与统一、各种控制电压的输出以及网络接口功能）将各种信息量变为可在网上传送的数字式信号，从而可在公用网或专用网上进行远距离传输与调用。授权的用户不仅可以调用各点摄像机的图像信号，还可以控制其镜头、云台的动作等。这种方式适合前端摄像机的布局很分散、摄像机之间的距离相距甚远、各摄像机所处的位置距离网上用户很远且又无人值守的场合中。

由于这种传输方式的系统造价高、传输的图像像素较低、实时性较差，所以除特殊需求外，对一般用户，尚属概念上的一种传输方式。除非建立专用网络，采用高速宽带的光纤组网，才能获得较为理想的效果。目前，若用公用网进行这种系统的构成，较为适用的是ATM网。但系统中使用的设备（例如综合适配器或光端机）及光纤线路的造价都很高，施工难度大，特别是入网费及网络租用费都很高，所以，在目前阶段真正采用这种方式的还很少。有关在楼宇综合布线上采用适配器方式传送的图像信号，不属于我们这里讨论的远程传送的范畴。

5.6.2 局域网与广域网相结合的传输方式

这种传输方式是将常规构成的电视监控系统（包括已建成的这类系统）通过监控中心，将模拟信号变为数字信号并作为信息的出口，将图像信号在各种网络上进行远程传送。从这个意义上讲，可以把常规构成的这个电视监控系统看作是一个“局域网”，在这个“局域网”内，可以根据前端各点摄像机至控制中心的距离，采用多种传输方式进行图像及控制信号的传送（例如近距离可以采用视频基带方式传送，而较大距离采用射频有线传送，更远些的距离可以采用光纤或微波传送，也可以在某些特殊情况下，某些点采用数字式传输方式），但以模拟方式的图像信号及其传输方式为主，以数字式为辅，或完全不采用数字式传输方式。其原因是，一个部门的电视监控系统，范围不会太大，间距也不会太远，模拟式图像信号及其传输方式不仅造价低，所传送的图像质量高，而且完全是动态实时的标准图像。同时，由于当前绝大多数摄像机的输出信号仍为模拟信号的方式，因而在没有必要的情况下，硬把它变为数字信号传送，不仅会增加系统造价，还会因在A/D转换的量化过程中产生的量化噪声而降低图像的信噪比，使图像质量下降。此外，数字式图像的传输，往往或是降低了每帧图像像素的数量（从而使其清晰度下降），或是在满足每帧图像像素数量的要求下而降低了传输速率（从而达不到标准动态实时要求）。所以，这种增加系统造价，又降低系统质量，且在小范围内根本无此必要的数字化传输方式，完全是一种事倍功半的做法。换句话说，将模拟信号变为数字信号只是为了在某些情况下（例如远距离网上传输、或进行压缩编码以便减少存储空间等），数字信号比模拟信号更容易处理而采用的一种技术手段，并不是目的。所以，采用什么形式的信号传输，要具体问题具体分析，而不是固定某一种模式。综上所述，我们认为在一个范围和距离都不大的系统内，在目前的设备与技术水平情况下，还是以模拟信号为主进行传输并构成上述概念上的“局域网”是一种比较好的方案。在这个“局域网”的控制中心，再将模拟信号变为数字信号，以供授权的用户网上使用。这样的系统构成，在“局域网”内，控制中心可得到高质量实时传输的图像并且操作和控制都很方便。更可以让授权用户远距离网上调用所需图像并对前端也能实施控制。

目前，已在某些银行系统中，省级行与下属各地、市分行及分行下属的支行、分理处构成这样的系统，使用效果很好。图5-6为这样系统构成的例子。

5.6.3 多媒体通信与分布式多媒体系统

随着信息高速公路概念的建立，以及多媒体技术的发展，特别是高速、宽带网的实现，一种全新概念的图像通信技术正在迅速地发展,这就是多媒体通信技术与分布式多媒体系统。这种系统不同与目前的互联网，其系统构成的方式以及所采用的节点交换设备（这里称为多点控制单元——MCU）等也不同于目前的“分组交换”通信系统。多媒体通信更适合图像与声音信息的远程传送及交互式通信。所以，这种多媒体通信系统将会成为今后信息高速公路最主要的发展方向。下面分两个方面进行介绍。

图5-6 网络传送图像示意图

1．视频会议系统

(1) 系统的结构与功能

视频会议系统是一种远程、多用户的图像与声音的交互式传送与通信系统。该系统可以实现多用户之间的同步且实时的会议内容传送、两点之间或多点之间的交互通信等。其系统结构如图5-7所示。

图中，视频会议系统终端的主要功能是：完成音频、视频信号的采集、编辑处理及显示输出；音频、视频数字信号的压缩编码与解码；再将符合标准的压缩码流经线路接口送到信道，或从信道上将标准的压缩码流经线路接口送到终端。另外，终端还要形成通信的各种控制信息：包括同步控制和指示信号、前端摄像机的控制协议、定义帧结构、呼叫规程及多个终端的呼叫规程、加密标准、传送，密钥及密钥的管理标准等。

图5-7 视频会议系统结构图

多点控制单元MCU（MULITPOINT CONTROL UNIT）是这个系统的关键设备。它的主要功能是对视频,语言及数据信号进行切换，也就是相当于节点交换设备。例如它会把送到MCU的某会场发言者的图像和声音信号切换到所有会场，或根据会议管理者的要求将会议内容(图像与声音)分组切换或定点、定向切换，或将两个会议终端之间互连并单独进行会议通信等。MCU的组成结构见图5-8。

图5-8 MCU结构原理图

(2) 视频会议系统的标准

国际电信联盟电信标准化部门（ITU）在20世纪80年代就成立了一个小组，专门研究视频会议系统的构成及其有关标准。其中最著名的标准是H·320系列和T·120系列建议。H系列的建议和标准是专门针对交互式电视会议业务制定的，而T系列是针对其他媒体的管理功能做出的规定，两种协议的结合将使多媒体会议的通信有更完善的依据。由于H·320系列和T·120系列的内容很多，因此建议感兴趣的读者可以参考有关的专门资料。

(3) 视频会议系统在安全技术防范系统中的应用

视频会议系统虽然在名称上似乎只是为远程多点用户召开会议所使用，但从其系统的结构上看，实际上它是一种广域的远程图像和声音通信系统.并且由于它优良的系统结构，极强的通信处理功能，故可扩展应用到各种图像与声音的远程通信系统中。在当今安全技术防范的飞速发展与需要当中，得到了广泛的应用。例如，有些省级银行与下属各地、市、县所属的分行、支行之间的安全技术防范的联网中，就采用了这种模式构成系统；在海关的物流监控中，也采用了类似的系统。随着我国高速、宽带网的建设和发展，相信用不了多久，这种系统将会得到越来越广泛的应用。

图5-9 交互式电视系统与多媒体网络系统的互联

2．分布式多媒体和交互式电视技术

交互式电视技术和分布式多媒体技术有很多相同之处，他们都是基于网络概念组成的系统。将两者有机的结合起来，并使它们互联，就构成了交互式电视和多媒体网络系统。在这样的系统中，通常采用局域网与广域网互联，构成大的系统。局域网中，以视频服务器为核心，在将其接入广域网时，采用路由器/桥接器（目前更标准的名称应为“信息超高速公路网间连接器”）。这里所称的“视频服务器”不仅仅是一个信息源，（包括其自身具有的信息与下载网络上的信息），还是一个具有管理、检索、交换和快速传输等功能的设备。而“信息超高速公路网间连接器”，则以交换与连接的功能为主。在这种系统的构成中，核心问题是要求具有可行的网络通信协议。系统的构成如图5-9所示。

综上所述，一旦“信息超高速公路网”建立并广泛应用后，也就是在远程图像与声音的实时、同步传输具备了雄厚的物质基础后，安全技术防范领域，将会呈现更为广阔的发展空间。

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