电视监控系统综述

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电视监控成为安防系统的核心技术已是不争的事实，既是电视技术自身的进步所致，也是安防系统作用与功能的提升和应用领域拓展的必然。电视技术的飞速发展一方面使经典的系统达到了一个很高的水平，系统模式更加成熟、产品性能极大地提高、环境适应性越来越宽、价格却越来越低。另一方面又产生了许多新的概念、新的系统模式、新的产品和应用方式，现代电视监控初露端倪。

电视监控技术的特点
1.电视技术本身是一种主动的探测手段、它不同于一般光强探测的方式（物理量探测），是一种直接对目标的探测（目前还不是自动的探测），信息量大、准确性高。同时、又是实时动态监控的最佳手段，综观全局、一目了然。因此、是实现安防系统三要素（探测、系统监控、周界和出入管理）的主要技术。
2.它是其它技术系统有效的辅助手段、如防入侵报警系统的复核手段。在早期的安防系统中，电视监控的作用就是报警复核，由于成本高，只能在高安全要求的部位采用。现在已是各种技术系统（报警、特征识别、建筑环境监控等）普遍采用的辅助技术。它实时、真实、直观的信息又是指挥系统决策的主要依据。
3.记录信息的完整和真实性，信息的记录和存贮是安防系统的基本功能要求，电视监控系统所记录的信息是安防系统中最完整和真实的内容，是可以作为证据和为事后的调查提供依据的东西，这是其它技术系统作不到的。它不仅可以记录事件发生时的状态，还可以记录事件发展的过程和处置的结果。
4.可以和安防系统外的技术系统实现资源共享，成为其它自动化系统的一部分，如消防、楼宇管理。安防系统中可以与其它建筑自动化系统实现充分资源共享的只有电视监控；出入口系统可以和其它管理系统实现资源共享，但由于安全要求上的巨大差别，共享程度有限，而且效果也不太好。
5.电视监控是安防系统技术、功能集成的核心。集成是建筑智能化的基本要求，安防系统也是如此。通常、实现系统集成的最佳途径是：以一个子系统为核心进行功能的扩展，实现与其它子系统的功能联动、形成统一的控制平台（操作界面）。当前安防系统中最通用、也是最合理的集成方式就是：以电视监控系统的中心设备（如视频矩阵）为核心，实现与其它子系统的功能联动（图像切换、启动联动装置），并建立一个综合的人机交互界面（GUI）。以其它系统为核心，也可以实现系统的技术、功能集成，但图像处理的开销使它们都不如前者合理、经济。
6.电视监控是对日常业务工作影响最小的安全系统。安防系统的运行是与正常的业务工作交织在一起的，处理不当会互相干扰，如报警系统的布／撤防、出入管理的身份识别对日常业务的影响。电视监控系统由于其工作的特点，是一种对日常业务影响最小的系统。
采集图像信息及被动的工作方式决定了电视监控技术的上述特点。也决定了电视监控技术在安防系统中的重要地位。

电视监控的基本模式
电视监控是应用电视的一种形式，区别于广播电视系统的根本之处是：它是一个图像信息采集系统。因此，将分布广泛、数量巨大的图像集中起来（到监控中心），进行观察、记录和处理是主要的工作方式。按系统的拓扑结构，电视监控的基本模式分集总式和分布式两种：

集总式系统－最经典又最常用的系统模式
它的基本特征是：所有的图像信号都传送到一个中心点，连接到一个中心设备上（典型的是视频矩阵控制器）。通过它对图像信号切换和分配，实现各种显示方式，并将图像信号传送至其它需要共享图像资源的地点，它的网络结构是标准的星形结构。
目前，大多数电视监控系统采用这种模式，无论系统规模的大小（大至千路、小到几路）。系统中的信息流是基带视频信号，所以人们认为它是模拟系统的代表方式。其实以视频服务器或网络数字视频矩阵为中心，也可以构成数字化的集总式系统，但这种方式表现不出数字视频的特点和优势。多级星形结构也是集总式系统的一种形式，适用于分级管理的场合，这种结构实现系统图像资源的充分共享比较困难。集总式系统的主要特点是：
1. 系统（监控中心）拥有最完整的资源，它不仅可同时获得系统的全部图像信号，而且拥有系统最大的带宽（等于总路数乘上每路的视频带宽），所以、可以充分地实现系统和设备的技术能力，得到较高的技术指标。
2. 最佳的观察效果，系统可以实时地选择任何图像来观看，以现行电视制式显示图像都是符合们的观看习惯的。目前，系统显示图像的效果数字系统还达不到。
3. 最小的系统开销。远距离传输和传输过程中的干扰是模拟系统的弱势之处，一是带宽的限制，二是干扰引起的图像劣化的不可修复。但是对许多局域性的系统，这两个问题对图像质量的影响不太，模拟的集总式系统仍是获得高质量图像开销最低的方式。
4. 技术成熟、产品配套完整，相关的技术标准齐备，用户可有多种选择。
中心控制设备是集总式系统的核心，也是系统可靠性的要点，出现故障，会导致全系统失效；系统的可扩展性差也是它的不足之处。

分布式系统－系统结构的发展方向
它的基本基本特征是：系统图像资源的分布管理和统一调用（资源共享）。在模拟条件下，采用图像与控制、数据双网，可以构成分布式系统，但这种方式比之集总式系统并没有优势而言。以数字视频和网络技术为基础构成的分布式系统最能显示出效率（节省资源）、灵活、易扩展、充分资源共享及高图像质量方面的优势。前端控制（节点）设备是分布式的核心，它既是区域内前端设备的控制和管理设备，又是构成LAN或INTRANET的节点设备。这个网络上的任一节点（前端控制设备和中心监控室）都可以得到系统的全部图像信息，对其它节点（区域内）的前端设备进行功能遥控。
分布式电视监控系统的节点设备有视频服务器、视频网关和数字录像设备(DVR)等，系统的拓扑结构可以是星形或环形。采用网络（WEB）摄像机可以构成分布式监控系统或网络式监控系统，这时每个前端摄像机都是一个独立的节点。分布式系统的优势：
1.数字视频的优点是图像信息在多次传输、记录和处理过程中，不降低图像的质量。同时、便于分布地控制和存贮，又能作到集中的管理和统一地控制。
2.便于实现远程监控，可以利用公共信息网络，作到系统的自主生成。对于城域或城际范围的监控这是最合理和开销最低的方式。
3.图像信息分／集方式的监控、存贮，检索方便，保密性强。
4. 系统的可扩展性和可升级性好。
但它还有一些亟待提高的问题：主要是中心监控室不能同时获得系统全部的实时图像。图像质量（分辨能力、连续性）还达不到模拟系统的水平。再有，产品尚不完全成熟、接口关系不统一、没有形成基本的标准和统一、科学的评价方法也是影响其应用的重要原因。
显然，把两种基本模式结合起来，这就是所谓的数／模混合方式，利用模拟方式的实时性、高分辨和局域范围内的低开销，结合数字方式在图像记录、远程传输和网络管理方面的优势。针对具体环境条件，可以更灵活地构筑电视监控系统。

电视监控系统的设计要点
从技术环节上看：电视监控系统由前端器材、传输设备和中心控制室设备三部分组成。前端设备以摄像机为核心，实现图像信息的采集，它决定系统的基本图像质量和观察效果。建立一个中心控制室是安防系统通用的、已被大家接受的工作方式，无论采用什么系统模式。中心室设备主要完成图像显示、记录和系统控制，它的选择取决于系统模式，也决定了系统的传输方式或网络结构。电视监控系统的设计就是围绕这三个环节，按以下几个层面进行。

系统结构
系统设计的第一步。确定系统模式；选择系统控制设备、前端控制设备（网络节点设备）；确定系统网络结构、线缆及传输设备；完成电视监控系统的基本构架。

系统的集成方式与其它系统的关系
根据电视监控在安防系统中的作用和功能要求，确定与其它子系统的集成方式；明确图像与其它信息（报警等）的相互关系（自动切换、记录）和联动机构的触发方式；确定各子系统间接口方式和设备；确定与其它系统（建筑环境管理等）的关系和接口；确定安防系统的统一管理、操作（人机交互）界面。完成这一步骤的标志是画出系统图和设备连线图。

设备目标
根据防护功能的要求，具体提出电视监控系统的设计目标。它是可以实际操作（测量）的量化指标，从系统采集、记录图像信息的完整性和有效性。系统的设计目标主要有：
1.图像完整性：从空间和时间两个角度评价，反映摄像机视场对监控部位和过程的覆盖；
2.图像的鉴别等级：表示图像的信息量和实用价值。
这两个设计目标反映系统在安全防护方面的实际效果，主要与系统摄像机的部局、选型、镜头的匹配等有关。

中心监控室图像的显示和记录
是系统设计应考虑的要点，与安防系统的运行和管理方式有关，直接影响电视监控系统的实际效果。显示方式有：重点部位的固定监视、一般部位的组合监视（多画面、时序）和报警联动的切换显示。记录方式主要有：集中记录和分布记录方式或全部图像、重点图像连续的实时记录、由报警触发的图像记录（包括报警前记录）及多画面的组合记录（拼接、帧切换等）。

设备匹配
主要是前端设备（摄像机和配套设备）的选择和匹配，以适应现场的环境（气侯、照度、供电、干扰及建筑基础），并且最合理、最经济地实现系统的设计目标。

电视监控系统的评价
评价技术，包括相关的标准和科学的评价方法，是规范系统设计和控制工程质量的基础条件之一，核心是建立一个全面、客观的指标体系。电视监控系统的评价是多方面的，如系统的功能、适用性、环境适应性、经济性等。系统的设计目标是评价的主要依据，但对系统图像质量的基本评价也十分重要。由于数字视频技术和设备的出现，导致了许多基本概念的差异和改变，也导致了评价方法和评价结果的差异，这是必须搞清的。下面对几个主要的概念予以说明：

电视制式
现行电视的制式是由扫描方式和彩色信息的叠加方式来描述的。扫描是对图像的分解，用行频、帧（场）频来表示，它基本上决定了图像的垂直分辨率；而水平分辩率是由图像水平方向上可以分辩的黑白相间条子的数量（TVL）来表示，与图像器件的像素量、信道的带宽及扫描的聚集性能有关。数字视频则不然，它是由图像格式（像素的点阵）和亮度、色度信号的取样比来表示，图像格式基本上决定了图像的（水平、垂直）分辩能力。

图像连续性
模拟电视的连续性是由它的制式（帧频）决定的，从信源一直到显示是不变的。有些监视器的所谓50/100帧方式，只是通过插值来改善视觉效果，信息量并无增加。而数字视频的连续性是由其帧率来决定的、由于设备的数据处理速度或传输信道的数据率的限制，它是会改变的，通常是不会优于模拟系统的。

视频带宽与数据率
视频信号的带宽（频率范围）反映图像描述细节的程度，而视频信道的通频带是信道的基本特性之一，是限制了图像水平分辩率的主要因素。数字视频表示图像细节的能力与每帧图像的数据量有关，传输链路的数据率（有时也用带宽）是表示链路特性的主要指标，它限制图像的帧率，影响图像的连续性。

信噪比
模拟电视信号的信噪比是图像信号（峰值）与噪声信号（有效值）的比。噪声是由光电器件的量子效应、电子器件的热噪声和传输过程中外来的干扰所致。数字视频有一个相类似的指标──峰值信噪比（PSRN），它是反映系统在量化和编码过程造成图像信号能量分布的变化。

主观评价
图像技术最基本的评价方法，模拟系统的主观测试是VIDEO到VIDEO的比较。基准图像与比较图像之间在时间和空间上是完全对应的。通过主观观察，评价由于传输或变换（光电、电磁）所引起的图像的损伤程度。数字视频主观评价的基准图像和比较图像是不对应的，评价的着眼点是图像中由于编、解码所产生的不良产物。

综上所述，数字技术是电视监控发展的必然趋势，但现行电视系统在许多方面仍有一定的优势。电视系统从经典向现代过渡将是一个两者相结合、相融合的逐步演变的过程。

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