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1、第1章 概 论,【本章导读】本章首先探讨视频监控系统在社会公共安全防范体系及技术安全防护体系中的地位，并介绍国外视频监控系统的现状（含架构）、前景及我国视频监控系统的规范，还粗略地从技术上阐述广播电视与视频监控系统的关系，从而进一步探讨视频监控系统的数字化进程，使大家对视频监控系统有一个初步的认识，为下一步的学习打下基础。,1.1 视频监控系统概述,由于历史、宗教、意识形态、经济差异等多种错综复杂的因素，当今社会伴随财富、人口增长的同时，恐怖与刑事犯罪日趋猖狂；随着高新技术的发展，恐怖、犯罪的手段日渐现代化、智能化。这已经成为国际性的社会问题。为此，各国政府根据其国力现状，纷纷强化社会公共安全
2、防范体系的建设与巩固（从近几年来安防会的空前盛况即可看出）。另一方面，随着房地产业的空前火爆，以别墅、高档小区为代表的智能建筑的热销，牵引包括视频监控、门禁系统、楼宇可视对讲系统在内的楼宇智能安防设备的强烈需求。同时，由于数字化、网络化的高速发展，在其信息化改造与建设中，各行各业从各自的生产、管理、教育与人、物、信息流动等角度出发，充分认识到包括视频监控在内的安防设备的重要性，纷纷开始对包括视频监控系统在内的网络进行改造与建设。因此，有理由相信，未来社会对安防设备及其从业人员的需求会更加强烈，同时也提出了更高的要求，这也是此课程的意义所在。,1.1.1 视频监控在技术防范体系中的地位,技术防范
3、是社会公共安全防范体系的重要组成部分之一，由于其防范效果最佳，越来越受到各国的高度重视。技术防范的范围涉及入侵报警、电子巡更、视频监控、出/入口控制、楼宇可视对讲等多种领域，而视频监控系统又是技术安全防范体系的重要组成部分，它与入侵报警系统、门禁系统共同构成现代综合安全防范技术系统的三大要素。特别是近些年来，视频监控系统在安防领域中的地位和作用日渐突出，作为报警复核、动态监控、过程控制和信息记录的有效手段：图像视频信号本身具有可视、可记录及信息量大等特点，并能提供“眼见为实”的证据（这一点在法制社会的今天显得尤其重要）。 近年来，电视技术与计算机技术（如多媒体技术、人工智能技术、信息处理技术、
4、流媒体技术、卫星通信技术等高新技术）逐渐以嵌入式手段融入安全防范体系中，其发展的势头非常迅猛。例如，在国际大型机场的安全防范系统中，安全检查系统从20世纪90年代初已经装备微放射量X射线检测仪、三维图像彩色分辨仪，强化对可塑爆炸物、毒品的微量元素吸取的检测技术。在这些检测设备附近均装有手动/脚踢紧急报警装置。当安检人员检测到可疑物品时，马上将报警信号送到保安监控中心；与此同时，检测装置附近的摄像机将按预先编制好的程序自动摄取现场图像，以向监控中心提供实时图像、声音及其相关数据显示。,1.1.2 电视技术推动视频监控技术进步,电视技术与视频监控技术是一对“孪生兄弟”，前者广泛运用在广播电视领域，
5、后者工作在安全防护系统中。一般说来，视频行业的新技术都先应用于前者，然后再“嫁接”给后者。例如，电视技术在20世纪初出现以来，便处于不断发展的状态中，从黑白电视到彩色电视，从模拟电视到数字电视，从一般清晰度电视到高清晰度电视（HDTV），每个阶段都伴随着时代发展的最新技术。而作为电视技术在非广播电视领域的重要分支视频监控系统得到同样飞速的发展。例如，当光电导摄像管式摄像机刚能把在演播室拍摄的电视图像经电波传播时，就已用于安全监控领域。现在，当电视台初步推广基于网络的非线性编辑及新闻网络编播系统时，同样基于网络的视频监控系统就迈出追赶的步伐：安检人员用鼠标单击PC桌面控制按钮，便可迅速对整个视频
6、监控系统进行全面的监视与控制。这样，无论本系统前端或由网络传输的远端各分系统，均能进行监视与控制。同时，整个视频监控系统监视的所有清晰图像、可辨的声音、报警数据均能实时、有效地记录在计算机的数字式硬盘录像机（DVR）中，为将来必要的查询备用。 视频监控系统是安防体系中防范能力极强的一个综合系统，它能够利用遥控摄像机及其电动镜头、云台及红外灯等辅助设备，在监控中心直接观察被监控场所的各种情况，以便及时发现和处理异常情况。整个系统包括摄像、传输、显示和控制等4个部分，涉及到电学、光学和机械学等相关学科。 综上所述，电视技术的发展同时牵引着视频监控技术前进的步伐，由于现行视频监控系统的图像质量仍然停
7、留在PAL制式的1 625行/50场、画面宽高比为43与169的普通水平，因此其清晰度受到现有制式的限制。随着数字电视及全数字高清晰度电视的普及，在不久的将来，高清晰度电视技术将迅速融入，监控系统的图像清晰度相对于现有的图像清晰度可提高4倍。那时，当摄像机在宽视场范围内监视高速公路路况时，就不会再因监控画面中的肇事车辆牌号不清楚而束手无策了。,1.1.3 视频监控系统的应用现状与数字化进程,1欧美视频监控系统的应用 安全防范设备在美国的应用非常广泛，其层次也很高，有很多值得借鉴的地方。根据联邦调查局（FBI）公开统计报告中的相关资料证实，在美国，几乎每半分钟便产生一起恶性案件，而盗窃等与财产有
8、关的案件每3秒便有一起。因此，视频监控系统作为预防犯罪的有力武器，在美国得到了广泛的应用，几乎所有的银行、商店、加油站、美术馆、图书馆、ATM机、机场、公交/地铁站、写字楼、停车场、宾馆、医院、学校等，都安装有视频监控系统。在欧洲，无论是高楼大厦，还是路口车站，甚至地下铁道、站台等地方也都设置了视频监控系统。金融街、金融市场、政府重要部门等也引进了视频监控设备，夜间警戒是以视频监控为中心，把高精度小型摄像机安装在路灯上，实行24小时持续监控，监视信号直接传到警察局通信指挥中心。据抽样调查，在公共场所普及这种安全措施后，犯罪率减少了50%，特别是2005年在英国发生的地铁爆炸案件中，视频监控系统
9、准确、有效地将恐怖分子的面貌与犯罪行动记录下来，为此案的侦破起到了重要作用。,2我国视频监控系统的现状与规范,我国的视频监控系统起步也很早，20世纪50年代起，就在重要的部门秘密安装与使用了视频监控系统。至20世纪80年代后期，陆续制定了相关系列安全技术防范标准，如入侵探测器通用技术条件（GB10408.11989）、视频入侵报警器（GB152071994）、报警图像信号有线传输装置（GB/T751994）、文物系统博物馆安全防范工程设计规范（GB/T165711996）、银行营业场所安全防范工程设计规范（GB/T166761996）等安全防范工程规范。不过就总体而言，我国的视频监控系统尚处于
10、比较低级的阶段。为此，中国安全防范产品行业协会于2000年制定了中国安全防范产品行业“十五”发展规划（20012005），力争在“十五”期间加快高科技安防产业的发展。中国安全防范产品行业“十五”发展规划总共分8个专题，并详细阐述了各专题的主要任务和目标、当前主要问题、技术发展方向与课题、产业化与名优产品、主要措施等5个方面。其中专题6即为视频监控防范系统，该专题的主要任务中明确指出要“发展自动跟踪和锁定系统、远距离多路报警图像传输信号系统（包括窄带视频传送报警图像系统、可视电话传送）和多媒体技术传送及接收图像系统，提高监控产品质量。研制有自主知识产权的系统产品，开拓应用领域，提高国内产品的市场
11、占有率”。 国家质量技术监督局和公安部在2000年6月联合颁布的安全技术防范产品管理办法的出台，也会对我国的视频监控系统规范化进程起到良好的监督、促进作用。,3视频监控系统的现状与前瞻,首先说明一点，由于一般的视频监控系统自成体系且大都采用闭路结构，所以，视频监控系统以前又被称为闭路电视监控系统（CCTV）。不过，由于此系统主要针对视频信号、数据进行处理与控制，对音频信号的处理与控制相对较少，且对图像的质量要求相对高于广播电视；另一方面，也可以通过无线微波传输模拟视/音频及控制信号；也存在经过无线网桥传输数字视/音频及控制信号的局部开路视频监控系统。因此，再将其称为CCTV是不恰当的，准确的名
12、称应该是视频监控系统。按其结构与控制特点，视频监控系统又分为传统视频监控系统、多媒体视频监控系统、基于网络的视频监控系统，后者还有基于局域网与广域网之分。而基于广域网的监控系统的典型为远程数字视频监控，它以流媒体传输模式由以太网络、SDH和HFC等网络进行多媒体数字信号传输，广泛应用在远程电视、电话会议、教学及医疗等领域中。,（1）图像摄取,近几十年来，视频监控系统的迅速发展，得益于图像信号的采集（生成）和传送这两项关键技术的突破。早期的图像采集由光电导摄像管式的摄像机来实现，体积大而笨重，多应用于宽敞的电视演播室内，而以LSIC（大规模集成电路）技术为基础的CCD摄像器件适合于大批量生产，宜
13、于质量和成本控制，因而一经问世即成为摄像器件的主流。除了人所共知的一些优点外，CCD摄像机的低价格和长寿命改变了摄像机和视频监控系统以往那种价格昂贵、难于维修的缺憾，对视频监控系统的普及起到了极大的推动作用。CCD摄像机目前已处于成熟期，灵敏度、图像分辨率、图像还原性等指标均已达到很高的水平。大多数摄像机都具有电源锁相、电子快门、背光补偿等基本功能，新型摄像机还大都采用了DSP（数字信号处理）技术，进一步提高了整体性能。彩色摄像机具有鲜明的色彩，图像视觉效果良好，而且其分辨率并不比黑白摄像机低，因而在视频监控系统中的应用率不断提高。虽然在红外夜视情况下，彩色摄像机尚不能与黑白摄像机相比，但彩色
14、-黑白日夜两用型摄像机的问世则弥补了彩色摄像机在这方面的不足。另外，摄像器件成像面（CCD的感光靶面）的小型化，由较早的1 in、2/3 in到1/2 in、1/3 in，直至全新的1/4 in型，并没有使图像分辨率和灵敏度下降，并且使其体积小、重量轻、低价格、高可靠性的特点更加突出。将来，各种非光学的摄像机，如采用碲镉汞材料的前视红外焦平面技术的热成像摄像机将从军事领域移植过来，应用在高档的、特殊的视频监控系统中，它以探测目标与背景的温差成像，不受烟雾、黑暗等恶劣环境的影响，还不像红外灯那样暴露自己，特别适宜应用在特殊要求及带有消防分系统的视频监控系统等领域中。,（2）图像传输,由于大多数视
15、频接收设备仍采用模拟方式，且模拟信号在近距传输时是最具实时性、最经济的，因此，视频基带信号仍为传统的输出方式；现在生产的彩色摄像机已拥有亮色分离（Y/C）输出功能；用于桌面视频会议、可视电话的DSP摄像机也已有并口型/USB出口型，可直接接入计算机的并口/USB接口。虽暂时未规范输出接口，但由于DSP技术广泛应用于摄像机中，由DSP处理的信号完全用某种格式的数字信号形式输出，而且广播/电视设备已经用到串行数字接口和IEEE1394标准接口，所以，拥有数字视频输出接口的视频监控用摄像机将不是梦想。 事实上，以恰当方式实现远程、低失真的视频信号传送，是保证视频监控系统基本质量、应用范围的关键。一直
16、以来，采用同轴电缆的基带信号传输是基本的应用方式，它具有简单可靠、附加设备少的特点，但同时又是限制视频监控应用范围的技术障碍。而模拟方式的传输要保证宽带信号具有高的S/N（信噪比）和低失真是十分困难的，为增加传输距离所采取的补偿又会引入新的失真（这一点对于宽带视频信号尤为突出）。 光纤传输技术是通信领域划时代的革命性技术，一经出现便很快被应用在视频传输领域中。采用光纤传送视频信号，使无中继传输距离从同轴电缆的几百米提高到几十千米，还拥有极高的图像质量，使多路传输和双向传输变得十分容易，为扩展视频监控的应用范围和控制距离起到关键作用，也为远程（网络教学、高速公路等）、大型视频监控系统（住宅小区、
17、大型建筑等）的建设与管理打下坚实的物质基础。然而在目前视频监控系统中，光纤传输的应用层次还比较浅，大多数系统都是采用IM方式的视频基带信号传输，光纤仅起到代替同轴电缆的作用，作为一个新的宽带、低损耗介质，光纤通信技术的真正优势和潜力并未充分地体现与发挥，其原因主要是由于模拟视频信号传输的方式及视频监控系统的结构特点所致。我们相信，随着光纤双向、频分、波分复用技术的成熟，色散位移光纤和色散平坦光纤、光纤放大器的实用化，光纤传输的无中继距离和传输容量将会有更大的提高。掺饵光纤放大器（EDFA）不仅能提高增益、增加无中继距离，还具有宽带增益，对多路光载波传输不会引起串路标串扰，配合波分复用技术又可实现高密度的通信，将会成为最新的光纤通信系统的发展方向之一。,
