1、城市轨道交通通信技术城市轨道交通闭路电视监控系统的组成CONTENTS目 录01020304摄像机显示部分传输部分控制部分 城市轨道交通闭路电视监控系统的组成1 摄像机摄像机的结构摄像机的安装1 摄像机1.摄像机的结构摄像机是一种视频输入设备，视频系统所采用的摄像机分为一体化摄像机和固定摄像机两大类。摄像机主要由摄像头、数字信号处理芯片、云台、防护罩等部分组成。（1）摄像头。按功能的不同，摄像头可分为定焦距镜头（焦距不变，只改变光圈大小）、广角镜头（扩大监控范围）和电动变焦镜头（可通过旋转云台和电动变焦改变拍摄方向与目标，常用的电动变焦镜头有6倍、8倍和10倍等规格）。按输出模式的不同，摄像头
2、可分为以下3种：模拟摄像头。模拟摄像头多数采用CCD感光器件，如图6-2所示。此类摄像头输出的是模拟视频信号，故可通过视频电缆直接将模拟视频信号传送至视频监视器，并显示所摄图像。当模拟摄像头要与个人计算机（personal computer,PC）配合工作时，需要在PC内插入视频捕捉卡或外置视频捕捉器进行A/D转换。1 摄像机1.摄像机的结构数字摄像头。数字摄像头多数采用CMOS感光器件，如图6-3所示。数字摄像头将模拟摄像头和视频捕捉单元结合在一起，输出经压缩编码的数字视频信号。数字摄像头的输出可通过USB接口直接插入PC，并由该PC显示所摄图像，或通过该PC进入IP网络由远端的PC显示所摄
3、图像。1 摄像机1.摄像机的结构网络摄像头。网络摄像头多数采用CCD感光器件，如图6-4所示。网络摄像头类似于数字摄像头，不同点在于数字摄像头的输出可直接连接PC的USB接口，而网络摄像头的输出则直接连接计算机局域网(local area network，LAN)的以太网接口。1 摄像机1.摄像机的结构（2）数字信号处理芯片。数字信号处理芯片仅用于数字或网络摄像头，它可对模拟视频信号进行压缩编码。（3）云台。云台是承载一体化摄像机进行水平和垂直方向（左/右、上/下）转动的装置，常用的有供室内或室外使用的平台、不同承重的平台和具有几种控制方式的平台。1 摄像机1.摄像机的结构（4）防护罩（见图6
4、-5）。防护罩分为室内防护罩和室外防护罩。室内防护罩结构简单、价格低，并具有防尘、防盗、防破坏等防护作用。室外防护罩具有降温、加温、防雨、防雪等防护功能，无论何种恶劣天气，防护罩内的摄像机均能保证正常工作。1 摄像机2.摄像机的安装根据车站的使用要求，车站的监视区域可以划分为站厅和站台区。根据站厅大小及监视要求可以设置多个一体化可变摄像机，用于监视售票亭、售票机、闸机出入口和自动扶梯出入口附近的客流情况。在每个站台，按照站台的长度设置24台固定焦距摄像机，实现对全站台区域的监视。只有合理地布置摄像机，才能使摄像机所监视的范围覆盖整个被监视场所。如图6-6所示为在站台上安装两台摄像机的情况。图6
5、-7为长春轨道交通2号线电梯处摄像机的安装情况。图6-8为长春轨道交通2号线闸机处摄像机的安装情况。1 摄像机2.摄像机的安装1 摄像机2.摄像机的安装2 控制部分闭路电视监控系统分为模拟闭路电视监控系统（简称模拟CCTV）和网络闭路电视监控系统（简称网络CCTV）。控制部分是整个闭路电视监控系统的核心，模拟CCTV的控制功能主要由硬件来完成，网络CCTV的控制功能主要由软件来完成。主控制台副控制台远端解码器2 控制部分主控制台也称主机，其主要功能为：视频信号的放大与分配、图像信号的校正和补偿、视频网络控制、图像信号的切换和分割、图像信号的记录、摄像机及其辅助部件的控制。主控制台的设备组成如图
6、6-9所示。1.主控制台2 控制部分（1）视频切换器。视频切换器也称视频矩阵器或视频交换设备。一般情况下，视频监控网络中的监视器数量远少于摄像头数量，加上监视器可以选择查看网络中任意一个摄像头输出的图像，就需要配置视频切换器来对所监控的图像进行有选择性的显示。图6-10为8入4出矩阵切换方式，由图可见矩阵切换方式是由多条视频输入子线与多条视频输出母线构成的，所有子母线的交叉点均可由开关控制其通断。因此，每一条视频母线都是一个“N选1”的开关排，母线上的每一个交叉点即一个开关。在图中，第3行第6列处交叉点闭合，则可将第6路视频输入信号切换到第3路输出端口上。在上述切换方式中，同一条母线上的各个交
7、叉点可以按一定的顺序依次闭合（图像轮巡功能），但不可同时闭合。1.主控制台2 控制部分用户可根据所配置的摄像头和监视器的数量选择视频切换器的容量与集线比。视频切换设备可以通过本地或远端键盘操作产生的控制信号调看本地或远端的图像。1.主控制台2 控制部分（2）视频网络控制器与控制键盘。视频网络控制器可以与一个或多个控制键盘相连接。在有多个控制键盘相连接的情况下，可根据控制键盘的权限选择输出优先级最高控制键盘的控制信号，并通过控制视频矩阵设备输出图像；控制一体化摄像机的动作；控制画面分割器的分割画面数及控制录像机的录/放像等。控制键盘由键盘和操作杆组成，其中键盘用于视频切换、录/放像等操作，操作杆
8、用于控制云台动作。控制键盘具有RS485接口或用于网络视频监控的计算机网络接口。（3）视频分配器。视频分配器将一路视频输入信号转换为多路（1路、2路、4路、8路）视频输出信号，而要求输出信号频响、电平、阻抗不变，故视频分配器中需要有视频放大器。另外，为了使各路输出互相隔离，在每路的输出端加入缓冲电路。视频分配器的应用如图6-11所示。1.主控制台2 控制部分（4）画面分割器。画面分割器的作用是在一台监视器上同时显示1个、4个、9个、16个窗口的监控画面。（5）自动顺序切换器。自动顺序切换器可对多幅图像进行轮巡，即可对全部摄像头或预置分组的摄像头所摄图像进行顺序显示。若视频切换设备本身带有自动顺
9、序切换图像的功能，则该设备可省略。1.主控制台2 控制部分（6）摄像机。摄像机一般采用多通道（如8通道、16通道）硬盘录像设备，模拟视频信号被数字化（压缩编码）后才能接入硬盘录像设备。（7）时间/日期发生器、字符叠加器。时间/日期发生器可以将时间/日期叠加在视频信号中，因而用户在监视器屏幕上可同时看到图像及当时的时间/日期。特别是在发生事件后的录像回放中，可以确定事件发生的时间，为事件的处理提供依据。字符叠加器将反映图像场景特征信息或摄像头标题的字符叠加在视频信号中，因而用户在监视器的屏幕上可以看到诸如“一号车站”“二号车站”“一号变站”“二号变电站”等字符提示。在实际应用中，通常将视频分配器
10、、时间/日期发生器、字符叠加器在物理上合成一个设备。1.主控制台2 控制部分设在一个或多个监控分点的副控制台只是一个附带监视器的操作键盘，采用RS485总线或网线连接主控制台，和主控台操作键盘的功能相同，可以对整个系统进行各种控制和操作。2.副控制台2 控制部分远端解码器属闭路电视监控系统的前端设备，一般安装在配有云台和电动镜头的前端摄像机附近。有时为了防止室外恶劣环境对设备的侵蚀，远端解码器也可安装在离摄像机不远的室内。由控制台操作键盘产生的控制摄像机及其辅助设备（如云台等，也包括视频切换、音频切换与录/放像等设备）的编码控制信号，采用RS485总线方式传输，即以总线方式将控制信号送至摄像机
11、附近的解码器。在远端解码器中，若控制信号的地址编码与解码器的地址编码（ID号由610位二进制拨码开关预置解码器的地址)一致，则该解码器将控制台送来的编码控制信号解出，成为控制摄像机及其他受控设备（如视频切换矩阵、录/放像设备等）的控制信号。解码器与主机之间的编码通信无统一标准，故编码器与主机需要配套使用。实际使用的多协议解码器通常有一个选择通信协议（所配合主机）的拨码开关和一个设定自身地址（ID）码的拨码开关。两者正确设定后，该解码器即可接入系统中运行。3.远端解码器3 传输部分闭路电视监控系统的前端设备与中心端（主机）设备通过传输系统进行通信。该系统一方面将前端摄像头、监听头、报警探测器或数
12、据传感器捕捉到的音频信号及各种探测数据传送到中心端，另一方面将中心端的各种控制指令传送到前端多功能解码器。因此，闭路电视监控系统的传输应该是双向的。因上下行宽带不对称，故上下行传输一般使用不同的传输介质来实现。例如，上行用同轴电缆传送视频信号，下行用屏蔽双绞线传送控制信号。在摄像机距离控制部分较近的情况下，宜采用视频基带传输方式；在摄像机距离控制部分较远的情况下，可采用射频传输方式或光纤传输方式。城市轨道交通监控系统往往借助已有的通信传输线路或IP网络来传输控制中心与各车站之间的各种闭路电视监控信号。3 传输部分0103050204电缆直接传输音频、通信与控制电缆基于E1通道的传输光纤传输视频
13、电缆3 传输部分1.电缆直接传输电缆直接传输是闭路电视监控系统中最基本的传输方式。在局域性质的闭路电视监控系统中，从前端设备到主机的距离通常小于1 000 m，故从前端设备到主机一般都通过电缆直接传输。（1）摄像头与主机之间采用视频同轴电缆连接。（2）音频头与主机之间采用屏蔽双绞线连接。（3）报警探测器需要的电源为+12 V、输出开路或短路的开关信号。报警探测器与主机之间采用非屏蔽4线连接，其中2线用于上行传送信号、2线用于下行传送电源。3 传输部分1.电缆直接传输（4）前端解码器与主机之间采用非屏蔽2线连接，但推荐采用屏蔽2线连接。（5）前端解码器与云台、电动镜头之间采用较短的多芯电缆连接，
14、其中全方位云台需6芯，电动可变镜头需4芯。以上前端设备与主机之间均采用点对点方式进行连接。为节约前端与主机间的线缆，也可采用总线(RS485)方式连接，即与摄像机连接的前端解码器及与报警探测器/数据传感器连接的前端编码器与主机之间采用总线方式进行连接。3 传输部分2.视频电缆视频电缆选用75 的同轴电缆，常用型号为SYV-75-3和SYV-755的细缆，对视频信号无中继传输距离为300500 m。当传输距离更长时，可选用型号为SYV-75-7、SYV-75-9或SYV-75-12的粗缆。在实际使用中，粗缆的无中继传输距离可达到1 000 m以上。当摄像头的输出阻抗、同轴电缆的特性阻抗和监视器输
15、入阻抗不完全匹配时，会在同轴电缆中造成反射波与入射波合成的驻波，使得同轴电缆在长距离传输时，图像会出现重影、波纹与跳动。不同线径的同轴电缆对视频信号的衰耗程度不同，线径越大，衰耗越小。3 传输部分3.音频、通信与控制电缆（1）音频电缆。音频电缆通常选用2芯屏蔽线，在非干扰短距离条件下也可选用非屏蔽双绞线。在一般应用场合下，屏蔽层只做电磁屏蔽，不传送信号电流，故仅在主机侧接地。音频电缆也可用于传送信号电流，如立体声传输的公共地回路。音频电缆与设备的连接通常采用RCA连接器、卡侬连接器或杰克插头/座。（2）通信电缆。通信电缆指的是连接解（编）码器与主机之间的电缆，用来传输RS422/485低速电路
16、数据。通信电缆通常选用普通的2芯护套线，在强干扰远距离情况下，也可选用如RVVP-2/0.15或RVVP-2/0.3的2芯屏蔽线。通信电缆一般不需要单独的连接器，通常将线头接在电路板接线座上用螺丝钉固定。但也有些在主机端使用DB9型连接器或RJ-11型连接器。3 传输部分3.音频、通信与控制电缆（3）控制电缆。控制电缆通常指连接解码器与控制云台及电动可变镜头之间的多芯电缆。由于控制电缆仅提供交流24 V平台驱动电压和直流612 V的电动镜头电压，而且在一般情况下距离很短，故无须使用屏蔽线。常用的控制电缆大多采用6芯或10芯电缆，如RVV-6/0.2、RVV-10/0.12等。其中的6芯电缆分别
17、接云台的上、下、左、右、自动、公共6个接线端子；10芯电缆除了接云台外，余下4芯分别接电动镜头的变倍、聚焦、光圈和公共4个接头端子。3 传输部分4.光纤传输多路波分复用器价格昂贵，在闭路电视监控系统中最常使用的是价格便宜的2路波分复用器。2路波分复用器将波长为850 nm的光信号与波长为1 300 nm的光信号同时在一根光纤中传输而互不干扰。利用该复用技术，可以在同一根光纤中方便地传送上行视频信号和下行控制信号。3 传输部分5.基于E1通道的传输E1通道是指传输速率为2.048 Mbit/s的PCM一次群数字通道，是公用传输网或专用传输网长距离通信系统（PCM、SDH、数字微波、HDSL）的基
18、本传输单元。因此，在闭路电视监控系统中可以方便地借助公网或专网的E1通道来实现远程组网，使音（视）频信号与控制信号能够远程传输，从而形成一个跨区域的广域电视监控系统。近年来，E1通道多数由SDH光纤环网提供，当然也可以采用基于其他技术或媒介的传输系统。图6-12为基于E1通道的闭路电视监控系统的实现原理。由图6-12可见，传输系统由E1（PCM一次群）终端设备和E1接口架组成。E1接口架完成模拟音（视）频的压缩编码，并将音（视）频数字信号和低速电路数据复用到PCM一次群帧的各时隙中，或从PCM一次群帧的各时隙中解复用，解码为音（视）频模拟信号和低速电路数据。3 传输部分5.基于E1通道的传输4
19、 显示部分01监视器02大屏显示系统4 显示部分1.监视器监视器用于显示由各监控点摄像机送来的视频信号，是视频监控系统中不可缺少的设备。对于只有几个摄像机的小系统，有时只需要一个监视器，采用自动轮巡或分割多窗口显示，也可由人工选择画面。对于具有数十个或上百个监控点的大型视频监控系统而言，通常需要数个或数十个监视器。在大型视频监控系统的控制中心大厅中还配置有由多个监视器或拼接屏（大屏）组成的电视墙。监视器按照显示原理的不同可分为阴极射线管（cathoderay tube，CRT）显示器、数字光处理（digital light processing，DLP）显示器、液晶显示器（liquid cry
20、stal display，LCD）和等离子显示器（plasma display panel，PDP）。网络视频监控系统出现以后，监视器已不再是视频监控系统的必备设备，操作人员可直接利用PC的显示器浏览所选择的摄像画面。图6-13为长春轨道交通3号线闭路电视监控系统的画面。4 显示部分1.监视器4 显示部分1.监视器CRT显示器因价格低廉目前还在大量使用，但已日趋淘汰。DLP显示器仅用作拼接屏的显示单元。下面主要介绍液晶显示器和等离子显示器。（1）液晶显示器（见图6-14）。液晶显示器使用的显示器件为LCD，采用薄膜晶体管（thin film transistor，TFT）工艺。其自身显示方式为
21、数字方式。平板显示器或电视机除了配有数字视频接口（如HDMI、DVI等）以外，通常还配有模拟视频接口（如AV接口、S-Video接口等），模拟信号在其内部经A/D转换为数字显示驱动信号。液晶显示器的分辨率属于高清电视级别，40 in（1 in=2.54 cm）以上的液晶显示器的像素大都为1 9201 080（HDTV的最高分辨率）。液晶显示器的主要缺陷是视觉太窄。液晶显示器的最佳观看角度为正面，当从侧面观看液晶显示器时，图像会变暗，色彩会漂移。4 显示部分1.监视器（2）等离子显示器（见图6-15）。等离子显示器的优点是图像清晰逼真、高亮度、宽视觉、刷新速度快、光效高、屏幕薄、工作温度范围宽和
22、易于制成大屏幕，其缺点是工艺要求高、制作成本高、耗电。4 显示部分1.监视器PDP是一种利用惰性气体放电发光的显示器件。其基本发光元件为等离子管。将大量的等离子管规律地排列形成屏幕。等离子管的发光原理与日光灯一样，每个等离子管内都充有氖、氙等混合惰性气体，当等离子管两极加上高压时，气体放电发出紫外光。该紫外光照射到涂在管壁上的三种类型的荧光材料上，分别发出红、绿、蓝3种基色。每组3个等离子管即形成一个三基色像素，数百万个三基色像素规律地排列，即形成等离子显示器的屏幕。4 显示部分2.大屏显示系统如图6-16所示，大屏显示系统将控制中心各调度员所调用的画面显示在一个共享的大屏幕上。大屏显示系统能
23、将各种图形以窗口的形式进行缩放、移动和叠加，用以实现单屏显示、跨屏显示、分区显示和整屏显示，使多个调度员通过各自的控制键盘共享一个大屏进行工作。特别是在处理紧急事件时，利用大屏可以同时显示事故现场中多台摄像机拍摄到的画面。（1）拼接屏。大屏显示系统中的大屏由多个高分辨率的单屏（5080 in显示单元）拼接而成，故也称拼接屏。目前主要有DLP拼接屏、LCD拼接屏和PDP拼接屏3种主流拼接屏。DLP拼接屏和LCD拼接屏是目前大屏显示系统最为常用的。LCD拼接屏是目前拼接屏市场的主流产品，其成本低、图像质量好、系统扩大简单，但无法消除拼缝；DLP拼接屏成本高、图像质量好，可以基本消除拼缝。4 显示部
24、分2.大屏显示系统（2）大屏显示系统的主要设备。输入接口。大屏显示系统的输入接口为计算机网络接口、VGA信号（RGB)接口、复合视频信号（AV）接口、数字视频接口（DVI-D、HDMI）。其中的计算机网络接口支持H.264和MPEG-2/4压缩编码标准的分组视频流。大屏显示系统将来自综合监控系统接口（如闭路电视监控、视频会议、投影仪、电视机顶盒、ATS等输出信息）的视频信号显示在大屏上。4 显示部分2.大屏显示系统 视频矩阵。视频矩阵分为VGA信号矩阵和AV信号(模拟视频信号)矩阵，两种矩阵从众多的输入信号中选择出上大屏的视频信号。解码器。来自计算机网络接口的IP视频流（H.264或MPEG2
25、/4压缩编码）经以太网交换机选择出需要显示的IP视频流。该视频流通过软件或硬件解码器后，形成VGA信号或AV信号。解码后的视频信号可经视频矩阵或不经视频矩阵送至大屏拼接控制器。大屏拼接控制器。大屏拼接控制器的主要功能是将一个完整的图像信号划分成W块后，分配给W个视频显示单元，使多个单屏拼接成一个超大屏幕的动态图像显示屏，实现多个信号源在一个逻辑屏幕上的开窗、移动、无级缩放等方式的显示。4 显示部分2.大屏显示系统大屏拼接控制器一般配置有专用的控制PC，用以实现对大屏拼接显示内容和显示方式的控制。大屏拼接控制器提供多种显示和窗口模式，可以实现窗口漫游、叠加、缩放，画外画平铺，画中画，窗口透视等功能；允许预先设置和存储多种模式（预案），用户还可以自定义预存模式。内置信号处理器。大屏的每个显示单元都配备有内置信号处理器。外置的大屏拼接控制器与内置信号处理器配合使用且互为备份，当其中任意一套出现故障时，大屏仍可正常显示，保证了大屏显示系统的高可靠性。当前，城市轨道交通控制中心的控制大厅中均配置有隶属于ISCS的大屏显示墙。感谢观看
