【正文】 四章介紹典型視頻監(jiān)控系統(tǒng)包含的主要設(shè)備，重點(diǎn)介紹各設(shè)備的功能和參數(shù)。第六章針對(duì)兗礦集團(tuán)鮑店礦視頻系統(tǒng)方案，介紹項(xiàng)目實(shí)施的意義和要求，系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)的安裝。2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) CCD技術(shù) CCD（Charge Coupled Device ，電荷耦合器件）是一種新型的固體成像器件，它是在大規(guī)模硅集成電路工藝基礎(chǔ)上研制而成的模擬集成電路芯片，是由MOS技術(shù)的延伸而產(chǎn)生的一種半導(dǎo)體器件。所以CCD首先是一種微型圖像傳感器，其次，它還可以用于模擬信號(hào)處理、數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)等技術(shù)領(lǐng)域。光敏元排列為一行的稱(chēng)為線(xiàn)陣CCD，而面陣CCD器件象元排列為一平面，它包含若干行和列的結(jié)合。 圖21線(xiàn)陣CCD原理性結(jié)構(gòu) 主要部件有:(1) 像敏和電荷存儲(chǔ)單元：在信號(hào)柵電壓作用下，各單元感受光照，產(chǎn)生光生電荷并存儲(chǔ)。(2) CCD讀出寄存器：在轉(zhuǎn)移柵電壓作用下，各存儲(chǔ)單元在一行周期內(nèi)存儲(chǔ)的電荷全部送入讀出寄存器，讀出寄存器受時(shí)鐘信號(hào)控制，依次將存儲(chǔ)電荷轉(zhuǎn)移到輸出端輸出，產(chǎn)生視頻圖像信號(hào)。 在線(xiàn)陣CCD里，像感和存儲(chǔ)單元呈線(xiàn)狀排列，可以攝取和讀出一維圖像信號(hào)，如果加上光機(jī)掃描，可攝取緩變或固定的二維圖像，因此常用于實(shí)物或圖形尺寸的精確檢測(cè)、圖像傳真和航空攝像等。（1） 行轉(zhuǎn)移型（LT方式）：這種方式的選行時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜，且由于光敏區(qū)和轉(zhuǎn)移區(qū)共用，很難防止圖像模糊，因而不實(shí)用。這種方式的光敏區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)占有相同大小的芯片面積，但時(shí)鐘電路簡(jiǎn)單。（3） 行間轉(zhuǎn)移型（ILT方式）：如圖22b所示。[13] （a） FT方式 (b) ILT方式 圖22 面陣攝像器件的構(gòu)成方式 CCD攝像機(jī)及主要技術(shù)參數(shù) CCD的一個(gè)主要應(yīng)用就是CCD攝像機(jī)，被攝物體的圖像經(jīng)過(guò)鏡頭聚焦至CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強(qiáng)弱積累相應(yīng)比例的電荷，各個(gè)像素積累的電荷在視頻時(shí)序的控制下，逐點(diǎn)外移，經(jīng)濾波、放大處理后，形成視頻信號(hào)輸出。 CCD芯片就像人的視網(wǎng)膜，是攝像頭的核心。因?yàn)樾酒a(chǎn)時(shí)產(chǎn)生不同等級(jí)，各廠(chǎng)家獲得途徑不同等原因，造成CCD采集效果也大不相同。以下就對(duì)CCD相機(jī)的參數(shù)做簡(jiǎn)單介紹： 1. CCD的尺寸 CCD芯片已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種尺寸，目前采用的芯片大多數(shù)為1/3”和1/4”。 1英寸——，對(duì)角線(xiàn)16mm。 1/2英寸——，對(duì)角線(xiàn)8mm。 1/4英寸——，對(duì)角線(xiàn)4mm。常用的黑白攝像機(jī)的分辨率一般為380600，彩色為380480，其數(shù)值越大成像越清晰。 頻帶越寬，圖像越清晰，線(xiàn)數(shù)值相對(duì)越大。照度的單位是勒克斯（LUX），數(shù)值越小，表示需要的光線(xiàn)越少，攝像頭也越靈敏。 4. 電子快門(mén) 電子快門(mén)控制攝像機(jī)CCD的累積時(shí)間，當(dāng)電子快門(mén)關(guān)閉時(shí)，對(duì)NTSC攝像機(jī)，其CCD累積時(shí)間為1/60秒；對(duì)于PAL攝像機(jī)，則為1/50秒。當(dāng)電子快門(mén)速度增加時(shí)，在每個(gè)視頻場(chǎng)允許的時(shí)間內(nèi)，聚焦在CCD上的光減少，結(jié)果將降低攝像機(jī)的靈敏度，然而，較高的快門(mén)速度對(duì)于觀(guān)察運(yùn)動(dòng)圖像會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“停頓動(dòng)作”效應(yīng)，這將大大地增加攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)分辨率。使攝影系統(tǒng)能在不同的光照條件下得到準(zhǔn)確的色彩還原。 6. 同步 內(nèi)同步：用攝像機(jī)內(nèi)同步信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生的同步信號(hào)來(lái)完成操作。 電源同步（線(xiàn)性鎖定，line lock）：用攝像機(jī)AC電源完成垂直推動(dòng)同步。為此，需利用攝像機(jī)的自動(dòng)增益控制（AGC）電路去探測(cè)視頻信號(hào)的電平，適時(shí)地開(kāi)關(guān)AGC，從而使攝像機(jī)能夠在較大的光照范圍內(nèi)工作，此即動(dòng)態(tài)范圍，即在低照度時(shí)自動(dòng)增加攝像機(jī)的靈敏度，從而提高圖像信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)獲得清晰的圖像。 當(dāng)背景光補(bǔ)償為開(kāi)啟時(shí)，攝像機(jī)僅對(duì)整個(gè)視場(chǎng)的一個(gè)子區(qū)域求平均來(lái)確定其AGC工作點(diǎn)，此時(shí)如果前景目標(biāo)位于該子區(qū)域內(nèi)時(shí)，則前景目標(biāo)的可視性有望改善。光譜響應(yīng)特性表示CCD對(duì)于各種單色光能的相對(duì)相應(yīng)能力，其中響應(yīng)度最大的波長(zhǎng)稱(chēng)為峰值響應(yīng)波長(zhǎng)。由于大多數(shù)CCD的象元都是PN結(jié)光電二極管結(jié)構(gòu)，因此對(duì)藍(lán)光的響應(yīng)度都比較高。傳輸介質(zhì)的選擇在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中也是重要的一環(huán)。他們不同的特性對(duì)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)通信質(zhì)量和通信速度有較大影響！這些特性有： 物理特性。包括信號(hào)形式、調(diào)制技術(shù)、傳輸速度及頻帶寬度等內(nèi)容； 連通性。網(wǎng)上各點(diǎn)間的最大距離； 抗干擾性。以元件、安裝和維護(hù)的價(jià)格為基礎(chǔ)；網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)從開(kāi)始的銅電纜，到同軸電纜，到雙絞線(xiàn)，到光纖，多種特性都有明顯的提高。但是光纖也在迅猛的發(fā)展中，遠(yuǎn)距離傳輸中優(yōu)勢(shì)明顯。內(nèi)導(dǎo)體由一層絕緣體包裹，位于外導(dǎo)體的中軸上，它或是單股實(shí)心線(xiàn)或是絞合線(xiàn)（通常是銅制的）。同軸電纜的最外層是能夠起保護(hù)作用的塑料外皮，即外部保護(hù)層。這種屏蔽，一方面能防止外部環(huán)境造成的干擾，另一方面能阻止內(nèi)層導(dǎo)體的輻射能量干擾其他導(dǎo)線(xiàn)。在長(zhǎng)途傳輸模擬信號(hào)過(guò)程中，大約每隔幾千米就需要使用放大器，頻率越高，放大器的間距就越小。與雙絞線(xiàn)相比，同軸電纜抗干擾能力強(qiáng)，能夠應(yīng)用于頻率更高、數(shù)據(jù)傳輸速率更快的情況。雖然目前同軸電纜大量被光纖取代，但它仍廣泛應(yīng)用于有線(xiàn)電視和某些局域網(wǎng)中。50?電纜用于基帶數(shù)字信號(hào)傳輸，即基帶同軸電纜。這種電纜主要用于局域網(wǎng)?；鶐S電纜可支持?jǐn)?shù)百臺(tái)設(shè)備的連接，而寬帶同軸電纜可支持?jǐn)?shù)千臺(tái)設(shè)備的連接。同軸電纜的造價(jià)在雙絞線(xiàn)和光纜之間，使用與維護(hù)方便。一對(duì)線(xiàn)可以作為一條通信線(xiàn)路，各個(gè)線(xiàn)對(duì)螺旋排列的目的是為了使各線(xiàn)對(duì)之間的電磁干擾最小。局域網(wǎng)中所使用的雙絞線(xiàn)分為兩類(lèi)： 非屏蔽雙絞線(xiàn)（UDP,Unshielded Twisted Pair） 屏蔽雙絞線(xiàn)由外部保護(hù)層、屏蔽層與多對(duì)雙絞線(xiàn)組成。 美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）規(guī)定了五種質(zhì)量級(jí)別的雙絞線(xiàn)，其中1類(lèi)線(xiàn)的檔次最低，5類(lèi)線(xiàn)的檔次最高： 其傳輸頻率為100MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)100Mbit/s，主要用于10BASET和100BASET網(wǎng)絡(luò)。雙絞線(xiàn)用做遠(yuǎn)程中繼線(xiàn)時(shí)，最大距離可達(dá)15km；用于10Mbit/s局域網(wǎng)時(shí)，與集線(xiàn)器的距離最大為100m。 1970年，康寧公司率先研制出了世界上第一根衰減低于20dB/km的石英玻璃光纖（這個(gè)20dB/km的數(shù)據(jù)，當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是光纖可用于通信的閾值），而當(dāng)時(shí)已有的玻璃光纖的衰減高達(dá)1000dB/km以上，因衰減太高, 不能用于通信。這樣，光源和傳輸介質(zhì)問(wèn)題的解決有望，從此拉開(kāi)了光纖研制和光纖通信研究的序幕，開(kāi)始了現(xiàn)代光纖通信的發(fā)展。 1996年，我國(guó)發(fā)布并實(shí)施了數(shù)據(jù)光纖通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 816—1996《大芯徑大數(shù)值孔徑多模光纖》,該標(biāo)準(zhǔn)是WRI（武漢郵電科學(xué)研究院）起草的。從此我國(guó)的光纖市場(chǎng)也迅速發(fā)展并呈現(xiàn)出欣欣向榮的景象。但光通信系統(tǒng)中常常將 Optical Fibe（光纖）又簡(jiǎn)化為 Fiber。位于光纖最內(nèi)層的纖芯是一種橫截面積很?。ㄖ睆郊s為50～100μm）、質(zhì)地脆、易斷裂的光導(dǎo)纖維，制造這種纖維的材料可以是玻璃也可以是塑料。纖芯的外層裹有一個(gè)包層，它由折射率比纖芯小的材料制成。在光纖的最外層則是起保護(hù)作用的外套，即外部保護(hù)層，它能使內(nèi)層纖芯和包層免受外部溫度以及彎曲、拉伸等操作帶來(lái)的不良影響。光纜的結(jié)構(gòu)如圖27所示。 以下主要對(duì)單模光纖和多模光纖做些介紹： 多模光纖有多種傳播路徑，多模光纖的帶寬為50MHz～500MHz/Km，單模光纖的帶寬為2000MHz/Km，光纖波長(zhǎng)有850nm，1310nm等。nm波長(zhǎng)區(qū)為單模光纖通信方式；1310單模光纖只有單一的傳播路徑，一般用于長(zhǎng)距離傳輸。采用多模傳輸方式時(shí)，多束光線(xiàn)從光源出發(fā)，在纖芯總以不同的光路進(jìn)行傳播。在多模突變光纖中，纖芯的折射率和包層的折射率分別是一個(gè)恒定常數(shù)，而且前者的折射率大于后者的折射率。若光線(xiàn)到達(dá)交界處時(shí)其入射角小于全反射角，光線(xiàn)將發(fā)生折射進(jìn)入包層而損失掉。值得一提的是，在那部分發(fā)生全反射的光線(xiàn)中，入射角較小的光線(xiàn)要經(jīng)歷更多的全反射和更長(zhǎng)的路途才能到達(dá)目的地。圖25 多模突變光纖數(shù)據(jù)傳輸示意圖在多模漸變光線(xiàn)種，纖芯的折射率由中心向外按一定規(guī)律逐漸減小，直至與包層交界處減為最小。由于在這種光纖中以曲線(xiàn)路徑傳播的光線(xiàn)每經(jīng)過(guò)一段距離就會(huì)相交，所以只要接受裝置的位置安排得當(dāng)，就可以還原出質(zhì)量較好的數(shù)據(jù)信號(hào)。這種光纖的纖芯半徑已經(jīng)降低到波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)，其中只存在一條軸向光線(xiàn)才能通過(guò)的傳播路徑。如圖210所示。 表21 單模光纖與多模光纖的比較項(xiàng)目單模光纖多模光纖芯徑細(xì)：約10μm較粗：50～100μm傳輸帶寬很寬：約100GHz較窄：約1GHz與光源耦合較難簡(jiǎn)單精度較高較低適合場(chǎng)合長(zhǎng)距離、大容量、高速、多波長(zhǎng)系統(tǒng)中短距離、中小容量、多波長(zhǎng)系統(tǒng)應(yīng)用電信干線(xiàn)傳輸以太網(wǎng)，F(xiàn)DDI （1）通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)。采用這樣的帶寬，只需一秒鐘左右，即可將人類(lèi)古今中外全部文字資料傳送完畢。 （3）抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳,電通信不能解決各種電磁干擾問(wèn)題，唯有光纖通信不受各種電磁干擾。 （5）材料來(lái)源豐富,環(huán)境保護(hù)好，有利于節(jié)約有色金屬銅。 （7）光纜適應(yīng)性強(qiáng),壽命長(zhǎng)。 （9）光纖的切斷和接續(xù)需要一定的工具、設(shè)備和技術(shù)。 (11)光纖光纜的彎曲半徑不能過(guò)?。?cm）(12)有供電困難問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)視頻傳輸由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成，每對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)有相同的頻率，可以傳輸彩色和黑白視頻信號(hào)，并可以有聲音通道。另外由于無(wú)線(xiàn)傳輸具有一定的穿透性，不需要布視頻電纜等特點(diǎn)，也常用于電視監(jiān)控系統(tǒng)（一般常用于公安、鐵路、醫(yī)院等場(chǎng)所）。無(wú)線(xiàn)接入的下行速度要高于上行速度，可達(dá)到400kbit/s或更高，實(shí)際速度根據(jù)調(diào)制解調(diào)器速率而定。LMDS使用G波段，由于頻率高，所以集線(xiàn)站和網(wǎng)絡(luò)中心的轉(zhuǎn)發(fā)器傳輸數(shù)據(jù)。雖然LMDS不是一個(gè)完全餓交換式網(wǎng)絡(luò)，但是它可以建立虛擬的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。它將1GHz的帶寬分出850MHz用于下行通信，其余的150MHz用于上行通信。其基本原理是去除多余數(shù)據(jù)，以數(shù)學(xué)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，這一過(guò)程實(shí)際上就是將二維像素陣列變換為一個(gè)在統(tǒng)計(jì)上無(wú)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。圖像數(shù)據(jù)的冗余主要表現(xiàn)為：圖像中相鄰像素間的相關(guān)性引起的空間冗余；圖像序列中不同幀之間存在相關(guān)性引起的時(shí)間冗余；不同彩色平面或頻譜帶的相關(guān)性引起的頻譜冗余。由于圖像數(shù)據(jù)量的龐大,在存儲(chǔ)、傳輸、處理時(shí)非常困難,因此圖像數(shù)據(jù)的壓縮就顯得非常重要。ITUT的中文名稱(chēng)是國(guó)際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組(ITUT for ITU Telemunication Standardization Sector), 它是國(guó)際電信聯(lián)盟管理下的專(zhuān)門(mén)制定遠(yuǎn)程通信相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的組織。（JVT）共同制定的新數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，又是ISO/IEC的MPEG4高級(jí)視頻編碼（Advanced Video Coding，AVC），而且它將成為MPEG4標(biāo)準(zhǔn)的第10部分。MP3目前已經(jīng)成為廣泛流傳的的音頻壓縮技術(shù)。一是壓縮比還不夠大，在多路監(jiān)控情況下，錄像所要求的磁盤(pán)空間過(guò)大。由于MPEG1最大清晰度僅為352 X 288，考慮到容量、模擬數(shù)字量化損失等其它因素，回放清晰度不高；三是對(duì)傳輸圖像的帶寬有一定的要求，不適合網(wǎng)絡(luò)傳輸，尤其是在常用的低帶寬網(wǎng)絡(luò)上無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多路視頻傳送；四是MPEG1的錄像幀數(shù)固定為每秒25幀，不能丟幀錄像，使用靈活性較差。MPEG 2 標(biāo)準(zhǔn)的分辨率為 720 48030(NTSC)或 720 576 25(PAL) ，傳輸率在 3～10bit/ s，～60Mbps 甚至更高的編碼范圍。MPEG 2 的圖像質(zhì)量最好 ，但占用的帶寬很大 ，不適合遠(yuǎn)程傳輸。 同時(shí)，由于MPEG2的出色性能表現(xiàn)，已能適用于HDTV（高清數(shù)字電視），使得原打算為HDTV設(shè)計(jì)的MPEG3，還沒(méi)出世就被拋棄了。除了做為DVD的指定標(biāo)準(zhǔn)外，MPEG2還可用于為廣播，有線(xiàn)電視網(wǎng)，電纜網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星直播(DirectBroadcastSatellite)提供廣播級(jí)的數(shù)字視頻。 [8] 4MPEG 1壓縮率高，編碼產(chǎn)生文件小，但圖像質(zhì)量差； MPEG 2 圖像質(zhì)量高 ，但占用空間大，MPEG 4 很好地結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，于 1999 年底定案。這種編碼是一種基于內(nèi)容的數(shù)據(jù)壓縮方式，以前的壓縮算法只是去掉幀內(nèi)和幀間的冗余，MPEG4則要求對(duì)圖像和視頻作更多的分析，甚至是理解。背景對(duì)象采用壓縮比較高、損失比較大的辦法進(jìn)行編碼，運(yùn)動(dòng)物體對(duì)象采用壓縮比較低、損失較小的辦法，這樣就在壓縮效率和解碼圖像質(zhì)量間得到較好的平衡。MPEG 4 對(duì)可移動(dòng)的視頻編碼速率為 5～64kb/ s，特別適合于網(wǎng)上遠(yuǎn)程傳輸 ，而對(duì)影視應(yīng)用的最高速率可達(dá) 2Mb/ s，畫(huà)面質(zhì)量接近于DVD。MPEG4是第一個(gè)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)(不再只是觀(guān)看，允許你加入其中，即有交互性)的動(dòng)態(tài)圖像標(biāo)準(zhǔn)；它的另一個(gè)特點(diǎn)是其綜合性；從根源上說(shuō)，MPEG4試圖將自然物體與人造物體相溶合(視覺(jué)效果意義上的)。MPEG 4 更多定義的是一種格式、一種架構(gòu) ，而不是一種具體的算法 ，它是一個(gè)開(kāi)放、靈活、可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)形式 ，可隨時(shí)加入新的、有效的算法模板 ，并可根據(jù)不同的應(yīng)用要求現(xiàn)成配置解碼器。這是最早的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，由國(guó)際電信聯(lián)盟ITU（前稱(chēng)國(guó)際電報(bào)電話(huà)咨詢(xún)委員會(huì)CCITT）于1990 年12 月制定，它首創(chuàng)的基于運(yùn)動(dòng)估計(jì)與補(bǔ)償?shù)膸g壓縮模式比起基于幀內(nèi)壓縮的JPEG 具有更高的壓縮比。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)草案對(duì)以后同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。是ITU 1995年提出的，完善于1996年。但做了一些改善和改變，以提高性能和糾錯(cuò)能力。 ＋，它提供了12個(gè)新的可協(xié)商模式和其他特征，進(jìn)一步提高了壓縮編碼性能。另外，＋，加上12個(gè)新增的可選模式，不僅提高了編碼性能，而且增強(qiáng)了應(yīng)用的靈活性。在同等圖像質(zhì)量的條件下，～2倍。：與其它現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相比，在