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​视频监控终端组成

业主卡 2019-09-05 20人围观 ,发现0个评论

视频监控终端组成

视频监控终端设备的主要任务是,把前端摄像机输出的图像信号送到监视器,供控制中心管理人员现场监视。另外,管理人员根据监视情况,通过控制中心,把控制信号传递到前端的解码器,再由解码器输出模拟信号控制云台和摄像机,以便对现场进行监视及人工技术处理。

图2-41视频监控终端的组成框图

图2-41视频监控终端的组成框图

视频监控终端主要由视频分配器、视频放大器、画面分割器(或视频矩阵切换器和画面切换器)、硬盘录像机(或磁带录像机)、显示器和监视器(或电视墙)以及报警处理器等组成,其组成框图如图2-41所示。

1.视频分配器

分配器的任务是将单路信号在没有信号损失的情况下分成多路相同的信号,供给多个用户使用。

视频监控系统常用分配器可分为AV分配器、VGA视频分配器及一些专用分配器(如长距离分图2-41视频监控终端的组成框图配器)。

(1)普通视频分配器

当系统中某一路图像需要供给多个设备(如监视器、矩阵切换器、录像机)使用时,就需要对视频信号进行等量分配,类似有线电视的分配器。图2-42所示为一进二出视频分配器连接图。

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分配器输出的每一路视频信号仍与输入的信号完全相同,即保留原来的视频带宽(61MHz)、电压幅度值1V(p-p)和特性阻抗(75Ω)。

普通视频分配器一般为无源设备。

(2)VGA信号分配器及延长器

VGA信号分配器是专门分配VGA信号和转换信号接口形式的设备,它可将一路信号分配给4台显示器,如图2-43a所示,从而显示4组相同的画面。图2-43b所示为只接两路显示的VGA分配器接线框图。

VGA分配器传送的距离一般在5m以内。

在视频监控中,经常遇到管理中心以外还需建立一个分控中心,而且两地的距离比较远,显然VGA分配器的传输距离受到一定的限制。通常是办法是,采用VGA延长器代替VGA分配器,如图2-44a所示。将硬盘录像机出来的VGA视频信号接到VGA延长器上,将延长器的普通端口接到本地显示器上,将延长端口接到远端的显示器上。VGA延长器配置框图如图2-44b所示。

图2-43VGA信号分配器及其接线图

a)VGA分配器b)接线图

图2-43VGA信号分配器及其接线图 a)VGA分配器b)接线图

图2-44 VGA延长器及其配置框图 a)VGA延长器b)VGA延长器配置框图

图2-44 VGA延长器及其配置框图

a)VGA延长器b)VGA延长器配置框图

2.视频放大器

视频信号经过同轴电缆长距离传输后会造成一定的衰减,视频信号高频分量部分的衰减尤为严重。根据SYV-75-5型的同轴电缆传输特性,通常视频信号传输距离在400m左右(若线径更小的同轴电缆,则其传输距离还要短),超过这一距离后,图像质量明显下降。因此,当进行长距离视频信号传输时,必须采用视频放大器,如图2-45所示。经放大补偿的视频信号,其传输距离可由几百米有效扩展到数千米,它是视频同轴电缆的配套产品。

视频放大器常见的类型有单路视频输入/单路视频输出、单路视频输入/多路视频输出、多路视频输入/多路视频输出。

视频放大器通常采用末端补偿方式,应将其安装在传输同轴电缆的末端,即安装在矩阵切换设备、画面分割器及记录、显示等设备之前。

图2-45视频放大器

图2-45视频放大器

3.视频切换器

在多路摄像机组成的视频监控系统中,如果不要求在同一时段内实施全部画面的监控,也就不必使摄像机与监视器在数量上一一对应,即一台摄像机用一台显示器,而可采用按一定的时序,让监控画面轮流在一台监视器上显示的方法。负责这一功能的设备称为视频切换器。图2-46所示为2路视频切换器及其连接图。

在多路视频信号被送到监控中心、进入视频切换器后,管理人员根据需要,即可选择将任一路视频信号送到监视器上显示。

图2-462路视频切换器及其连接图

图2-462路视频切换器及其连接图

a)2路视频切换器b)2路视频切换器连接图视频切换器的输入路数有2、4、6、8、12、16路;输出端有单路、双路或多路。有的切换器还可以同步切换音频信号。当监控现场安装有监听探头时,在视频切换过程中,音频也被同步切换,用以监听现场的声音。

切换器有手动切换、自动切换两种工作方式。手动方式是由监控人员调看任意一路视频信号。自动方式是可通过预设,使多路摄像机的输入信号经过时序切换开关后送出,轮流显示各个摄像机的图像,这样可以节省监视器的数目和线路,也便于值班人员集中监视。对于时序的顺序和显示的时间间隔,在一定范围内可由管理人员设定。

时序选择方式可划分如下。

。顺序方式:所有的摄像机图像按指定的顺序依次进行显示。

。旁通方式:只选几路信号,未选中的信号跳过不显示。

。停驻方式:只监看某一个摄像机的画面,与报警设备联动,当某一个摄像机监视的场所发生报警时,可停驻在该摄像机的画面上

视频切换器连接简单,操作方便,但在同一个时间段内不能看到多幅画面。如果要在一台监视器上同时观看多个画面,就需要用画面分割器。

视频切换器适用于小型视频监控系统。

4.视频矩阵切换器

视频矩阵切换系统是视频监控系统常用的视频切换设备之一。视频矩阵切换器实物图如图2-47所示。

矩阵的概念引用高数中线性代数的概念,一般指在多路输人的情况下有多路的输出选择,形成的矩阵结构,即每一路输出都可与不同的输入信号“短接”,每路输出只能接通某一路输入,但某一路输入都可(同时)接通不同的输出。矩阵切换示意图如图2-48所示。

图2-47视频矩阵切换器实物图

图2-47视频矩阵切换器实物图

图2-48矩阵切换示意图

图2-48矩阵切换示意图

输出1=输入1,输出2=输入2,而输出3=输出4=输入3,或者说,每一路输出可

“独立”地在输入中进行选择,而不必关心其他通道的输出情况,既可以与其他输出不同,也可以相同。

例如,8选4是指有4个独立的输出,每个输出可在8个输入中任选,或者说有4个独立的8选1,只是8个输入是相同的。

经常与此混淆的是分配的概念,比如8选1分4,是指在8个输入中选择出1个输出,并将其分配成4个相同的输出,虽然外观上看有4个输出,但这4个输出是相同的,而不是独立的。一般习惯中,将形成AM×N的结构称为矩阵,而将M×l的结构称为切换器或选择器,其实不过N=1而已,我们在讨论时都当做矩阵对待。

矩阵切换器的功能是在多路信号输入的情况下,可独立地根据需要选择多路(包括1路)信号进行输出,以完成信号的选择。

image.png图2-49矩阵切换器的连接框图

图2-49矩阵切换器的连接框图

此外,矩阵一般还有以下功能:

。有LED显示器,用于显示编程内容、操作工作状态。

。设有控制键盘,利用控制键盘的操作杆可控制云台水平和垂直方向运转以及镜头聚焦、变倍、光圈调整。

。有一定权限设置,每一个操作者都能按权限分区操作。

图2-50四画面分割器接线图

图2-50四画面分割器接线图

选用时需注意,视频输入的路数应大于实际所需要的路数,同时带有RS-232和RS-485通信接口,可任意接驳键盘主控机、键盘分控机及多媒体主控机、多媒体分控机。

视频监控系统一般采用AV切换矩阵,对矩阵的要求也比较特别,如带有云台控制、报警等功能。矩阵切换器的连接框图如图2-49所示。

常用的矩阵切换器有AV矩阵切换器、RGB矩阵切换器和VGA矩阵切换器。一般对矩阵的输入数量没有限制。目前的

大型矩阵可以做到1024路,而矩阵的输出数

量一般是4的倍数,例如4输出、8输出等。

5.画面分割器

原则上,录一个信号的方式是1对1,也就是用一个录影机录取单一摄影机摄取的画面,每秒录30个画面,不经任何压缩,解析度越高越好(通常是S-VHS)。但如果需要同时监控很多场所,用一对一方式就会使系统庞大、设备数量多、耗材以及使人力管理上费用大幅提高。为解决上述问题,画面分割器应运而生。画面分割器最大程度的简化系统,提高系统运转效率。一般用一台监视器显示多路摄像机图像或一台录像机记录多台摄像机信号。

四画面分割器接线图如图2-50所示。

画面分割器是在视频信号的行、场时间轴上进

行图像压缩,同时进行数字化处理,经像素压缩法将每个单一画面压缩成全屏的1/4画面大小,这样全屏就能容纳4路的视频信号,实现一台监视器可

显示4个不同的小画面。

图2-51a所示为画面分割器实物图。图2-51b所示为最常用的四画面分割器原理框图。

由图可见,画面分割器的核心是单片机。摄像机送入(也可以是VCD或DVD)的视频信号,经缓冲、A-D转换,并按电视帧为单位(也有以电视场为单位)进行切割。

图2-51画面分割器

图2-51画面分割器

a)实物图b)原理框图

画面分割器有的还带有内置顺序切换器的功能,可将各摄像机输入的全屏画面按顺序和时间间隔轮流输出,显示在监视器上(如同前面谈到的矩阵切换主机轮流切换画面那样),同时录像机按顺序和时间间隔(间隔时间可调)进行记录,并进行字符和当前时间的叠加。

画面分割器通常有两个混合输出端口。其中一个为监视器接口,监视器可以同时显示4个画面,也可以单独显示一个画面;另一个混合输出端口的信号输出接到硬盘录像机。输出的信息与另一个的接口完全相同。

四画面分割器一般还设置有4路报警输入及联动功能。联动的目的是,当连接在报警输人口的某一路探测器发生报警时,此时监控系统出现这样一个局面,即无论画面分割器处于何种显示状态,都将自动切换到报警画面,并全屏显示;画面分割器内的蜂鸣器发出鸣叫声;录像机自动转入报警记录;现场灯光被打开。

由于监视器屏幕的宽高比为4:3,因此为使分割后的小画面仍然保持4:3状态,画面分割器在对画面分割后,应必须满足在水平方向和垂直方向上,小画面的数量相等,即2×2(4个画面)、3×3(9个画面)、4×4(16个画面),如图2-52所示。而不能是2×3或2×4。如图2-53所示,屏幕上的小画面水平方向要么被压缩,要么被拉长,图像明显失真。这里有个问题,如果监控点是8个画面,就可用两个四画面分割器,或采用一个九画面分割器,余下一个窗口可作为备用。

图2-52正确的宽高比画面组合

图2-52正确的宽高比画面组合

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图2-53不合理的宽高比组合

值得一提的是,上述所谓画面分割实质上是“多路图像组合器”,它使多路的视频信号得以在一个屏幕上显示。另一种画面分割器与之正好相反,它是把一路的视频信号分割后送到大屏幕上,由图2-54所示的大屏幕分割图可以看出,一个完整的画面被分割为4块,也就是一幅完整的画面由4个画面组成。

图2-54大屏幕分割图

图2-54大屏幕分割图

常见画面分割器有四画面分割器、九画面分割器和十六画面分割器。视频监控系统多半采用四画面分割器。

多数画面分割器具备以下所述的全部或部分功能。

1)除同时多画面显示图像外,还可以显示单幅画面。

2)通常有两个视频输出端子,一路输出供硬盘录像机使用;另一路输出,供监视器使用。

3)可以显示当前时间、摄像机号及位号。

4)具有双工性能,回放时既可放送四分割画面,又可只播放单一画面。由于图像经过压缩,细节大为减少,所以当播放单一画面时,需采取电子放大才能满屏播放,但画质相对粗糙,因此画面分割器分割的数量越多,单一画面回放时画面就越显得粗糙。

5)蜂鸣器与警报输入联动。

6)影像移动自动侦测(Motion Detection)与报警探测器报警系统联动。

7)快速放像功能、静止画面功能和单声道音频输出功能。

8)图像丢失报警功能,但保留最后画面。

9)具备RS-232接口与计算机的连接功能。

6.控制键盘

图2-55图像系统控制键盘

图2-55图像系统控制键盘

控制键盘是视频监控系统重要的人机对话设备。在图2-55所示的图像系统控制键盘上,设有多个数字键及功能键,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。有的控制键盘上还设有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。控制键盘另一个重要设施是操纵杆,利用人工上、下、左、右转动,可非常方便地控制摄像机的焦距、光圈和采像取向。

二个系统通常只设一个主控键盘,但可以分设若干个分控键盘。分控键盘可设置在各主管人员的办公室,用于非本地视频监控的控制。

控制键盘通常设有用户密码管理,必须输入正确密码才能对键盘进行操作。与软键盘相比,控制键盘具有功能直观、操作方便的特点,在小型视频监控中运用较多。

控制键盘是通过两芯、3芯或4芯屏蔽线以

RS-485通信方式与主机(矩阵控制器或硬盘录像

机)相连的。在不配系统主机的小型视频监控系统中,如果前端摄像机配有云台及电动镜头,就可直接用云台控制键盘进行控制。云台控制键盘连接图如图2-56所示。

图2-56云台控制键盘连接图

图2-56云台控制键盘连接图

7.录像机

视频监控系统用于记录、存储的设备常见的有磁带录像机(VCR)、硬盘录像机(DVR)。

硬盘录像机根据其操作系统不同,分为PC式硬盘录像机、类PC硬盘录像机和嵌人式硬盘录像机。其中磁带式录像机由于检索困难,维护费用高,录像带重复使用差,所以已呈退市之势,后面就不再作介绍。

硬盘录像机与传统的模拟录像机相比具有较大优越性,具体表现在,录像时间长,最长录像时间取决于连接的存储设备的容量,一般可达几百小时;支持的视音频通道数多,可同时进行几路、十几路、甚至几十路同时录像;记录图像质量不会随时间的推移而变差;功能更为丰富。因此已成为视频监控的主流产品。本书重点介绍硬盘录像机。

(1)PC式硬盘录像机

PC式硬盘录像机又称为工控机、插卡机,一般基于Windows操作系统,文件系统一般采用NTFS或FAT32。其外形如图2-57所示。通常是在计算机内插有一块或几块视频采集卡,它是介于摄像机与PC硬盘录像机之间的一个A-D转换和图像压缩设备。

采集卡的工作流程是,视频信号首先经低通滤波器滤波,之后按照应用系统对图像分辨率的要求,对视频信号进行采样/保持,和对连续的视频信号在时间上进行间隔采样,由时间上连续的模拟信号变为离散的模拟信号,进而将这些音、视频转换为数字化的信息流,但这些数据流是不能直接进行传送和存储的,因为未经压缩的图形、视频和音频数据会占据非常多的存储容量。

例如,用PAL制式采集的视频信号在一般清晰度情况下要求为25帧/s;352×288像素/

帧;彩色图像每像素占用空间24bit;则该数据流速度为352×288×25×24bit/s=

60825kbit/s。显然这样庞大的数据流对大多数传输线路来说是无法承受的,而且也是无法存储的。下一步就是将这些视频、音频数据流进行压缩。压缩编码标准主要有JPEG/M-

JPEG、H.261/H.263、H.264和MPEG-4等标准。JPEG标准主要是用在静止图像的压缩。

M-JPEG是将JPEG改进后用到运动图像上,在压缩比不高时有较好的图像重现质量,但占用存储空间大;在压缩比高的情况下,图像重现质量差。H.261/H.263标准是专门为用于图像质量要求不高的视频会议和可视电话。

目前流行的视频采集卡是视频采集和压缩同步进行,也就是通过特殊芯片进行硬件实时数据压缩处理,通常称之为硬压缩。不具备实时硬件压缩功能的卡,则可通过软件和CPU的运算对视频信号进行压缩处理,这种处理方式通常称之为软压缩。

视频采集/处理卡在具有模数转换功能的同时,还具有对视频图像进行分析和处理的功能。

一般的视频采集卡采用帧内压缩算法,把数字化的视频存储成AVI文件,高档一些的视频采集卡可直接把采集到的数字视频数据实时压缩成MPEG-1格式的文件。

视频采集卡按其连接类型来划分,可以分为外置式采集卡和内置式PCI接口视频采集卡。这两种产品各有优缺点。内置式PCI接口采集卡不占用外部桌面空间,而且不需外接电源。内置式视频卡的弱点是安装采集卡时必须要拆开机箱才可以进行安装,且在安装软件时容易和其他计算机设备发生冲突。外接式采集卡的主要优点是,安装简单,且在外置采集卡盒面板上有各种运行状态指示灯,操作直观。主要缺点是,它还需要外接专门的电源和占用计算机上的一个资源口,且价格较高。

按照用途可将视频采集卡划分为广播级、专业级、民用级。它们的主要区别是采集的图像指标性能不同。

PC式硬盘录像机硬件可由人员自行组装,因此可根据实际需要对硬件进行扩充。PC式硬盘录像机往往附带的功能多,兼容性好,接口齐全,单机路数最高可达64路,维修方便,界面直观。

在PC式硬盘录像机中,由于运行软件的很多

功能是监控系统不需要的,这些功能不但影响运行速度,而且是引起监控系统不稳定的主要原因之一(如死机),所以当采用PC式硬盘录像机时,切忌使用非法的软件或上网下载资料。

PC式硬盘录像机工作原理框图如图2-57所示。

图2-58所示为显示器显示的四画面效果。

图2-57PC式硬盘录像机应用框图

图2-57PC式硬盘录像机应用框图

图2-58显示器显示监控画面

图2-58显示器显示监控画面

(2)嵌入式硬盘录像机

嵌入式硬盘录像机(又称一体化硬盘录像机)及其接口如图2-59所示。与PC式硬盘录像机不同,它已完全脱离PC平台,有自己的操作系统,常用的有PSOS、Linux、VxWorks等,采用的文件系统则有较多种类,如MS-DOS兼容文件系统、UNIX兼容文件系统、Win-

dows兼容文件系统,还有各种专用的文件系统等。

图2-59嵌入式硬盘录像机及其接口

图2-59嵌入式硬盘录像机及其接口

嵌入式硬盘录像机接口说明如表2-5所示。

表2-5嵌入式硬盘录像机接口说明

表2-5嵌入式硬盘录像机接口说明

续表

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嵌入式硬盘录像机的功能基本上与PC相似,两款相比,各有长短。

嵌人式实际上是把视频卡以芯片的模式集成在机器里面,配上专门的操纵系统,所以嵌人式录像机不再赋有计算机的其他功能,避免了操作人员将其他不良软件携入,具有较好抗病毒性,因此嵌人式硬盘录像机运行的稳定性较高。嵌入式录像机也可以采用键盘和鼠标操作,操作直观方便。由于嵌入式硬盘录像机软、硬件是一次性开发集成的,所以其扩展性低,附带的功能也较少。

嵌入式硬盘录像机工作原理图如图2-60所示。

图2-60嵌入式硬盘录像机工作原理图

图2-60嵌入式硬盘录像机工作原理图

(3)硬盘录像机的主要技术参数硬盘录像机的主要技术参数如表2-6所示。

表2-6硬盘录像机的主要技术参数

表2-6硬盘录像机的主要技术参数

续表

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知识拓展:H.264数据压缩编码的优点

H.264最大的优势是具有很高的数据压缩比率,在同等图像质量的条件下,H.264的压缩比是MPEG-2的两倍以上,是MPEG-4的1.5~2倍。举个例子,原始文件的大小如果为88GB,那么在采用MPEG-2压缩标准压缩后就变成3.5GB,压缩比为25:1,而采用H.264压缩标准压缩后变为879MB,从88GB到879MB,H.264的压缩比达到惊人的102:1。

H.264为什么会有这么高的压缩比呢?低码率(Low Bit Rate)起了重要的作用,与MPEG-2和MPEG-4ASP等压缩技术相比,H.264压缩技术将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。尤其值得一提的是,H.264在具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像。

1)低码流(Low Bit Rate)。与MPEG2和MPEG-4ASP等压缩技术相比,在同等图像质量下,采用H.264技术压缩后的数据量只有MPEG-2的1/8、MPEG-4的1/3。显然,采用H.264的压缩技术将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。

2)高质量的图像。H.264能提供连续、流畅的高质量图像。

3)容错能力强。H.264提供了纠正在不稳定网络环境下容易发生丢包等错误的必要工具。

4)网络适应性强。H.264提供了网络抽象层(Network Abstraction Layer),使得H.264的文件能容易地在不同网络上进行传输(例如互联网、CDMA、GPRS、WCDMA、CD-MA2000等)。

(4)硬盘录像机的选用与配置

1)硬盘录像机的选用。

前面对PC硬盘录像机和嵌入式硬盘录像机进行了对比,可见这两种设备各有优缺点。

有几点比较突出。

从使用、管理和维护的角度看,嵌入式硬盘录像机使用简单,设备运行稳定,日常一般免维护,反之,PC硬盘录像机操作相对复杂,需要有较高素质的操作及管理人员。从设备扩充性能看,PC硬盘录像机要优于嵌入式录像机,如监控输入路数增减十分方便,而嵌入式硬盘录像机如果要增加输入路数,就非得增加一台设备不可。

上述选择主要基于硬盘录像机的自身特点。实际上,在选用中还必须根据视频输入的路数、录像的存储时间、配套的外围设备(如报警联动)来选择机型,否则会造成功能闲置或不足。

2)硬盘的配置。

PC嵌入式硬盘录像机机动性比较好,它可以根据用户的需求改变硬件。在录像保存时间上同样表现出它的优势,即可根据录像保留时间和配置硬盘的大小。

计算办法如下。

一般情况下,一路视频信号以每小时大概需要80~120MB的图像文件计,设某监控点,有6台摄像机连续记录,每天24h,一个月30天,产生的图像文件为120×6×24×30MB=518.4GB因此要采用3个200GB硬盘。

如果采用移动侦测录像的话,当没有出现移动目标时,录像机是不录像的(存储一副静态画面即可),从这一点上考虑,还可以节省许多硬盘空间。

值得一提的是,摄像机采集的图像质量还与记录的信息量有关,如信噪比很低噪点很多的时候,将会翻倍占用硬盘的空间。此外,硬盘录像机的性能也会影响录像占用的硬盘空间,这些都是在配置硬盘时必须充分加以考虑。

8.显示器

显示器是主机的终端设备,人们戏称它是计算机的“面孔”,人机对话的“窗口”。显示器分电真空管显示器(简称CRT显示器)和液晶显示器(简称LCD显示器)。

(1)CRT彩色显示器

CRT彩色显示器又称阴极射线管显示器,是电-光转换装置,目前CRT显示器仍然是安防市场的主流设备。

根据显色不同,可分为单色显示器和彩色显示器。在安防视频监控中一般不使用单色显示器,这里不作介绍。

CRT彩色显示器主要由场扫描电路、行扫描电路、视频放大、显像管附属电路、显示器及电源电路等组成。

CRT彩色显示器的工作原理与家用电视机基本相同。传统显示器的显像管,是一个大型的真空管,管径内装有3支用于发射R、G、B电子束的电子枪,显像管的正面则是显示屏(荧光屏)。电子枪发射出来的电子束在行、场扫描电路的作用下作水平和垂直方向运动。由于电子束被视频信号所调制,其分量大小与视频信号(像素)相关,所以当这些电子束打到荧光屏上时,荧光屏的荧光粉受强弱不等电子束的轰击,表现为明暗(彩色)不

同且有规律的排列,从而完成一幅完整的画面。

视频放大及显像管附属电路主要是用于对视频信息进行补偿、放大。

CRT彩色显示器的电源电路,就是提供显示器稳定电源供应的设备。

显示器内的接口电路只能识别表示高低电平的IVO码串行视频信号,而主机内部数据总线的信号是并行信号,要完成主机控制下在屏幕显示相应的字符和图像这一任务的设备就是显卡。显示卡把主机的二进制输出的数字信息变为显示器能够处理的视频信号,同时再加入行、场同步信号(即R、G、B、和H、V)。这样,由显示卡送过来的数据经过处理,再由显示器中的行、场偏转线圈、显像管荧光屏显示出图像或者文本。

可见显示器与电视机有所不同,但带有VGA插口的两用电视机在市面上已屡见不鲜。

CRT彩色显示器根据显像管的结构可分为球面显像管、柱面显像管,普平显像管和纯平面显像管。纯平显像管已是市场的主流产品。

(2)LCD显示器

大家知道物质有固态、液态、气态3种形态。液晶则是介于固体与液体之间的一种状态。液体分子的排列是不具有任何规律性的,但是如果这些分子呈长形或是扁形,它们的分子指向就可能具有某种规律性。分子方向没有任何有规律性的液体称为液体,而具有方向性的液体则称为液态晶体,简称液晶(Liquid Crystal Display,LCD)。

LCD显示器和CRT一样,是显示器家族的一种。它由两块相隔5um的璃板构成,液晶灌入两个平板玻璃之间。因为液晶材料本身并不发光,所以在液晶背面设有一块背光板。背光板由荧光物质组成,提供均匀的背景光源。对于液晶显示器来说,亮度往往与其背景光源有关。玻璃板与液晶材料之间装有透明的电极,电极分为行和列,在行与列的交叉点上,通过改变电压即可改变液晶排列状态,同时也改变了它自身的透光度,作用类似于一个小光阀。当LCD显示器工作时,LCD电极被施与工作电压,液晶分子随之产生扭曲(相当光阀开启或关闭),由背光板发出来的光,得以有规则的折射,然后通过滤色过滤,最后,在置于液晶前面的显示屏显示出图像或符号。17in 液晶显示器如图2-61所示。

图2-6117in液晶显示器

图2-6117in液晶显示器

LCD显示器的许多优势是很明显的,主要有:

。体积小、能耗低,这是CRT显示器无法比拟的。一般一台15in LCD显示器的耗电量也就相当于17in纯平CRT显示器的1/3。

。彩色CRT通常有3个电子枪,射出的电子束必须精确聚集,否则就会出现聚焦不良、图像模糊的现象。而LCD则不存在聚焦问题,因为每个液晶单元与每个像素相对应,液晶处于开或关的状态,反应的也就是像素的状态。

·LCD工作时采用的是点阵驱动的方式(也称为数字驱动方式),液晶单元要么处于开、要么关闭这两个状态,因此它没有CRT显示器因为电子扫描频率而伴生的光栅闪烁问题。

·LCD完全没有辐射,所以长时间观看LCD显示器与CRT显示器相比,对人眼的伤害要小很多。

不过,LCD显示器的液晶单元也会出现些小问题,如液晶单元出现“短路”,表现为亮点,或者“开路”表现为黑点,通常称它们为坏点,由于“坏点”的面积很微小,所以对于一个画面的影响还是很有限的。

由于技术的限制,液晶的透光不可能为零,因此在背光灯发光的模式下,液晶板不可能完全的黑屏。与CRT显示器相比,LCD显示器在色彩、饱和度、亮度、可视角度(侧面观看时图像变暗、彩色偏色)、使用寿命、响应时间(指液晶单元从一种分子排列状态转变成另外一种分子排列状态所需要的时间,即屏幕由暗转亮或由亮转暗过程的速度)上还是有差距的。

此外,CRT与LCD某些技术定义也存在一定区别,主要有:

·CRT往往使用电视线来定义其清晰度,而LCD则通过像素数的数量来定义其分辨率。。CRT显示器的清晰度主要由通道带宽、显像管聚焦等因素决定,而后者则取决LCD显示屏的像素数。

9.监视器

监视器是视频监控系统的终端设备,其作用是将前端摄像机拍摄的画面再现出来。监视器的配置,涉及监视器本身的技术指标、屏幕尺寸、监视器数量与摄像机的配比等方面。下面介绍这几个方面。

(1)CRT彩色监视器

由于监视系统的前端(摄像机)清晰度比较高(通常大于400线),监视器监视的图像画面又多数处于静态(动态的色彩要求相对低),并且是连续工作(24h,全年无休),所以监视器在功能上虽然比电视机简单(少了高频头和中放

电路),但在性能上却比电视机要求更高,其主要区别反映在图像清晰度、色彩还原度及整机稳定度方面。此外,由于监视器工作环境的特殊性,如金属机柜的漏磁等均会使电子枪电子束产生附加偏转,影响色纯度和电子枪

R、G、B3束电子束的运动轨迹精度,造成色纯不良,所以监视器还必须采用金属外壳加以屏蔽,减少外界磁

场对电子束偏转的影响。CRT彩色监视器如图2-62所示。

图2-62CRT彩色监视器

图2-62CRT彩色监视器

(2)LCD彩色监视器

在小型视频监控系统中,当只有数路的监控点时,配上分割器,把几路的画面集合到一个屏幕上,就组成一个理想的监视系统。但由于造价的原因,用LCD组合电视墙的例子并不多见。

(3)监视器的分类与主要技术指标

1)监视器的分类。

①从使用功能上分可分为黑白监视器与彩色监视器、带音频与不带音频监视器、专用监视器与收/监两用监视器(接收机)。

2②从监视器的屏幕尺寸上分有9in、14in、17in、18in、20in、2lin、25in、29in、34in等CRT监视器,还有34in、72in等投影式监视器。

此外,还有便携式微型监视器及电视墙监视器等。

③从性能及质量级别上分有广播级监视器、专业级监视器、普通级监视器。其中以广播级监视器的性能最高。

④从扫描方式划分有隔行扫描和逐行扫描两种监视器。

隔行扫描是指将一幅图像分成两场进行扫描,第一场(奇数场)扫描1、3、5等奇数行,第二场(偶数场)扫描2、4、6等偶数行,两场合起来构成一幅完整的图像(即二锁)。因此对于PAL制而言,每秒扫描50场,场频为50Hz,而锁频为25Hz;对NTSC而言,场频为60Hz,而帧频为30H2。虽然在人的视觉上屏幕重现的是连续的图像,但由于奇数场与偶数场切换时间有先后之分,行与行之间并不是同时再现,所以造成闪烁现象,使人观看时容易疲劳,损伤眼睛。

逐行扫描则指其扫描行按次序一行接一行进行扫描。隔行扫描监视器有图像质量差、清晰度低和图像闪烁严重等缺点。为了消除隔行扫描的缺陷,逐行扫描监视器将模拟视频信号转换为数字信号,通过数字彩色解码,借助数字信号存储和控制技术实现一行或一场信号的重复使用(即低速读入、高速读出)的50Hz逐行扫描方式。还有一种办法是提高倾频,实现60Hz、75Hz乃至85Hz的逐行扫描方式。

逐行扫描技术将输入信号通过A/D转换变成数字视频信号,再通过解码和数字图像处理电路对行、场扫描进行处理,通道带宽、清晰度、噪声都得到改善,同时消除了行间隔线和行间闪烁,而帧频的提高(如60~85Hz)则减轻或消除了大面积的图像闪烁现象。

2)监视器的主要技术指标。

①清晰度(分辨率)。清晰度即指“中心水平清晰度(或分辨率)”。按我国标准最高清晰度以800线为上限。在视频监控系统中,根据GB50198-1994《民用闭路监视电视系统工程技术规范》的标准,对清晰度(分辨率)的最低要求是:黑白监视器水平清晰度应≥400线;彩色监视器应≥270线。

此外,监视器的清晰度(分辨率)不同于计算机显示器的分辨率。计算机显示器的分辨率通常以像素为指标给出(如1024×768像素等)。这是因为两者的工作方式及分辨率的计算方法不同,二者不能混淆。

②灰度等级。这是衡量监视器能分辨亮、暗层次的一个技术指标。最高为9级。一般要求≥8级。

③通频带(通带宽度)。这是衡量监视器信号通道频率特性的技术指标。因为视频信号的频带范围是6MHz,所以要求监视器的通频带应≥6MHz。

除上述3个主要的技术指标之外,对监视器还有亮度、对比度、信噪比、色调及色饱和度和几何失真等方面的技术指标与要求。

(4)监视器的选用

监视器的选择总原则是,符合系统技术要求及长时间连续工作。

若系统前端采用黑白摄像机的,则应选用黑白监视器;若系统前端采用彩色摄像机的,则应选用彩色监视器;若摄像机为彩转黑的,则也可选择黑白监视器。

监视器屏幕尺寸的选择原则如下。

·监视4个画面,监视器屏幕不宜小于18in。·监视9个画面,监视器屏幕不宜小于25in。·监视16个画面,监视器屏幕不宜小于29in。

对抗干扰性能选择,应选用金属外壳(主要是薄钢板类外壳)的监视器,因为它具有较好的屏蔽性能(特别是在其外壳接地之后),一是它不易受空间磁场干扰;二是其机内的

电磁场,不会辐射干扰系统的其他设备。

另外,关注一下监视器是否采用隔离变压器。因为监视器电源若采用隔离变压器,则可较好把电源的一、二次进行隔离。如果有隔离变压器的隔离,在电网与监视器内部电路之间就不构成闭合回路,可克服“地环路”引入的50Hz交流干扰。

在一些要求不高的场合,可采用带视频(AV)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。

(5)摄像机与监视器的配比关系

我们知道,一个小区视频监控防范系统往往需要配置多台的摄像机,那么是否必要一台摄像机对应一台监视器呢?由多台摄像机组成的视频监控系统,一般不是一台监视器对应一合摄像机显示的,而是几台摄像机的图像信号,用一台监视器轮流切换或同时显示在同一屏幕上。这样处理,一是为节省设备,减少占有空间;二是现实中没有必要一一对应显示。因为被监视场所同时发生意外情况的概率极低,所以监视器平时只需间隔一定的时间(比如几秒、十几秒或几十秒)显示一次即可。

当被监视场所发生情况时,可以通过切换器将这一路信号切换到监视器的主画面上,并给予保持,同时跟踪记录。因此,系统中摄像机与监视器的配比通常都为4:1(4台摄像机配一台监视器)、9:1(9台摄像机配一台监视器),甚至16:1(16台摄像机配一台监视器)。

采用画面分割器,大大节省了监视器的数量,但不宜在一台监视器上同时显示太多的分割制画面,否则画面太小,影响监视效果。在视频监控系统中,摄像机与监视器的比例数为4:1居多,效果比较好。

(6)彩色监视器与计算机显示器的区别

1)输入信号不同。彩色监视器输入AV模拟视频信号,计算机显示器输入R、G、B三原色的VGA信号。

2)分辨率不同。普通彩色监视器的分辨率一般是420线或480线,而计算机显示器至少是800×600像素的分辨率。

3)辐射程度不同。彩色监视器一般没有防辐射处理,而计算机显示器必须有辐射检测认证,或采用液晶显示器(根本就没有辐射)。

4)刷新频率不同。普通彩色监视器的刷新频率应在50Hz以下,一般的计算机显示器的刷新频率轻松达到75Hz。

(7)电视机与监视器的区别

监视器在功能上要比电视机简单,但在性能上却要求比电视机要求高,其主要区别反映在3个“度”上。

1)图像清晰度。由于传统电视机接收的是电视台发射出来的射频信号,这一信号对应的视频图像带宽通常小于6MHz,所以电视机的清晰度通常小于400线。而监视器具有较高的图像清晰度,故专业监视器在通道电路上比起传统电视机而言应具备带宽补偿和提升电路,使之通频带更宽,图像清晰度更高。

2)色彩还原度。如果说清晰度主要是由视频通道的幅频特性决定的话,那么色彩还原度则主要由监视器中有红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色的色度信号和亮度信号的相位所决定。由于监视器所观察的通常为静态图像,所以对监视器色彩还原度的要求比电视机更富,专业监视器的视放通道在亮度、色度处理和R、G、B处理上应具备精确的补偿电路和

延迟电路,以确保亮/色信号和R、G、B信号的相位同步。

3)整机稳定度。监视器在构成闭路监控系统时,通常需要每天24h、每年365天连续无间断的通电使用(而电视机通常每天仅工作几小时),并且某些监视器的应用环境可能较为恶劣,这就要求监视器的可靠性和稳定性更高。与电视机相比而言,在设计上,监视器的电流、功耗、温度及抗电磁干扰和抗电冲击的能力和裕度以及平均无故障使用时间均要远大于电视机,同时监视器还必须使用全屏蔽金属外壳以确保电磁兼容和抗干扰性能。在元器件的选型上,监视器使用的元器件的耐压、电流、温度、湿度等各方面特性都要高于电视机使用的元器件。而在安装、调试尤其是元器件和整机老化的工艺要求上,为确保整机的稳定性,对监视器的要求也更高:电视机制造时整机老化通常是在流水线上常温通电8h左右,而监视器的整机老化则需要在高温、高湿密闭环境的老化流水线上通电老化24h以上。由上面的分析可见,如果使用电视机作为监控系统的终端监视器,那么除了可能感觉到图像较为模糊(清晰度较低、色彩还原度较差)之外,电视机使用的元器件也不适合无间断连续使用的要求。若强行使用电视机作为监视器,轻则易于产生故障,重则可能会由于电视机的工作温度过高而引起意外事故。

(8)CRT监视器与LCD监视器的区别

使用阴极射线显像管(CRT)的彩色监视器和使用液晶显示屏(LCD)的彩色监视器在图像重现原理上是有区别的。前者采用磁偏转驱动实现行场扫描的方式(也称为模拟驱动方式),而后者采用点阵驱动的方式(也称为数字驱动方式)。因而前者往往使用电视线来定义其清晰度,而后者则通过像素数来定义其分辨率。

CRT监视器的清晰度主要由监视器的通道带宽和显像管的点距和会聚误差决定,而后者则由所使用LCD屏的像素数决定。CRT监视器具有价格低廉、亮度高、视角宽、使用寿命较高的优点,而LCD监视器则有体积小(平板形)、重量轻、图像无闪动和无辐射的优点。LCD监视器的主要缺点是造价高、视角窄(侧面观看时图像变暗、彩色飘移甚者出现反色)、使用寿命短(通常LCD屏幕在烧机5000h之后其亮度下降为正常亮度的60%以下,但CRT的平均寿命可达30000h以上)等。

应该肯定的是,价格、视角和使用寿命是影响LCD监视器普及的3大瓶颈。当然,LCD作为平板显示器的一个最为成熟的前沿产品,已越来越受到国内外有关厂家的重视,其技术正在不断地进步。目前新采用的面内切换技术的薄膜晶体(TFT)工艺的LCD屏的水平视角已可达到160°,垂直视角已可达到140°。与此同时,LCD屏的价格正随着产品的逐步普及和产量的逐步上升而逐渐下降,LCD屏的使用寿命也正随着LCD背光源及液晶材料技术的不断进步而得到提高。

10.电视墙的组成

当视频监控系统的监控点比较多时,虽然采用了画面分割器,但已超过监视器画面尺寸的容许度,这时候就应当考虑使用“电视墙”。这也是当今较大小区视频监控系统常用的办法。

所谓的电视墙,指的是用多台(几台、十几台甚至几十台)监视器组合一个监视平面体。电视墙的监视器数量一般是这样确定的,即摄像机与监视器数量配比为4:1,也就是4台摄像机应配一台监视器。若有24台摄像机,则配6台监视器及6台四画面分割器;若摄像机只有22台,则监视器和画面分割器的数量不变,余下的两个画面(黑屏)只是空置而已,不会影响系统的使用,还可为以后系统扩充预留空间。

在监控系统中,每路前端设备(如摄像机)等输出的图像信号中的场同步信号如果存在相位差,那么当矩阵控制器切换各路图像信号时,监视器便会出现一段时间的不同步现象,相位差越大,不同步的时间就越长。因此建议在构建电视墙监控系统时,应尽量选用带有外同步(GEN-LOOK)输入的前端设备,并且所有的前端设备均使用外同步方式,即各路图像信号的同步都受同一同步信号的控制。

11.报警处理器

报警处理器是将所有前端报警信号收集起来,并对发生报警通道的信号进行处理,同时输出多个开关量,以控制灯光、录像机等设备的联动。报警处理器按处理方式不同,可分为总线式和多线式。

1)总线式。由一对双绞线负责传输前端各探头的信号,同时每个探头配有解码器和自已相应的地址码;处理器则有对应的识别电路用来处理各探测器的信息,然后根据探测器的地址码做出相应的响应。总线式的优点是可大大节省电缆,降低费用,并给施工带来方便,适用于前端探头多且集中的情况。缺点是设备多,调试相对复杂。

2)多线式。处理方式是各个探头互不干扰地将信号线和电源线汇集至控制室,并分别将探头信号线与报警处理器对应通道的输入端相连。多线式仍为现今报警处理的主导方向。

报警处理器既可作为单一的控制设备使用,又可与切换器等其他设备共同组成综合性监控系统。


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