CN1206862C - 一种远程视频图像监控系统 - Google Patents

Abstract

一种远程视频图像监控系统，由摄像机、图像发射器、图像接收器和监控设备组成。摄像机输出的电视信号在发射器内经隔直处理后分别送入CPU的两个运放，转化为差分信号，经放大、限幅等处理后输出，经多芯双绞屏蔽线传输至监控中心的接收机。双绞线的信号在传输中所受干扰相同，由于是差分信号，信号间差值不变，消除了各种干扰带来的图像失真。在接收器把差分信号匹配后分别输入CPU运放的同相端和反相端，变回单端视频信号，经适当RC滞后补偿改善频宽、放大改善驱动能力后隔直输出到控制室。为了增加传输距离，在图像发射器和图像接收器之间设立中继站。

Description

一种远程视频图像监控系统

技术领域

本发明涉及一种视频图像监控系统，主要用于监控远程传输的视频图像。

背景技术

目前所使用的监控传输方法常见有以下几种方式：

1、光缆传输方式

这种方式的主要优点是：(1)传输距离长，由于光缆在传输过程中的损耗很低，一般单模光纤每公里的衰减只有视频同轴电缆的1％左右，因而，模拟光纤多路电视传输系统可以实现20KM无中继传输；(2)传输容量大，一般来说，一根光纤可以同时传输几十路视频信号，如果采用多芯光纤，则容量可以成倍增长；(3)传输质量高，利用光纤传输，由于无需加中继放大器，因而没有噪声和非线性失真，加上光纤系统的抗干扰性能强，从而保证了传输信号的质量；(4)保密性能好，由于光纤多路电视传输系统的保密性好，传输信号不易被窃取，因此适用于保密系统中使用，同时，光纤传输不受电磁干扰，还适合于有强电磁干扰和电磁辐射的环境中；(5)敷设方便，由于光缆具有细而轻、拐弯半径小、抗腐蚀、不怕潮、温度系数小、不怕雷电等优点，所以为光缆的敷设工程带来了很大的方便。尽管光缆具有以上这些明显的优点，但在一般的视频监控工程中还是很少采用的，这是因为其也存在着一些特有的问题，比如：成本很高，不仅是因为光缆本身的成本高，而且还来自于与之匹配的光端机的成本很高。另外，在光缆传输系统中还需要很多的附加设备，如，光合波器、光分波器、电子式光开关、光衰减器、光隔离器等等，造成整个系统的设备配置十分复杂，技术难度就相对高得多了。此外，光缆的接口技术目前也是一个很大制约因素。所以，光缆传输方式比较适合做主干线路的传输载体，尤其是适合长距离的大系统的主干系统中使用，对于一般的视频监控系统没有什么意义的。

2、射频传输方式

在视频监控系统中，当传输距离很远又需要同时传输多路图像的时候，有时也采用射频方式，其基本原理是：将视频信号经调制器调制到某一射频频道上进行传送。它的优点是：(1)传输距离可以很远；(2)传输过程中某些指标失真很小，适合远距离传输彩色信号；(3)一条传输线(75Ω的同轴电缆)可以传送多路射频图像信号。它的缺点是：需要增加调制器、混合器、线路宽带放大器、解调器等传输设备，而这些设备会带来不同程度的信号失真，并且产生交扰调制和相互调制等干扰信号，同时，当远端的摄像机不在同一方向的时候，也需要多条传输线将各路射频信号传送至某一相对集中的地点，再经混合器混合后用一条电缆线传送到控制中心，这样会大大增加造价。另外，在某些地区或地段，如果广播电视信号较强，还可能会与广播电视信号或有线电视的信号产生相互干扰，因此在政策上，会受到国家有关部门的干预和限制。

3、利用电话线的传输方式

前几年，国内外已经有了利用电话线进行图像的远程传输方式，它的优点是不受时空限制，只要有一条电话线均可以进行图像的传输，如，在此基础上发展起来的可视电话。但它的缺点也是显而易见的，因为电话线的带宽很窄，图像经数字化压缩处理后，无法获得实时的传输效果，其传输的速率一般最快的也就不会超过15帧/秒，如经INTERNET网络传输，则速率往往实际上只有5-6帧/秒，表现在画面上卡通现象和马赛克现象会比较严重，因此无法满足一般的监控要求的。在某些特殊的领域内，电话线传输方式有其一定的使用价值的。

4、视频基带传输方式

这是目前采用较多的一种方法，主要采用视频同轴线缆。这种传输方式的优点是：传输系统简单，在一定范围内失真小，附加噪声低(也就是系统的信噪比高)，不必增加调制器、解调器等设备。但这种方式也存在明显的缺点：(1)造价比较高，以传输一路视频图像信号为例，如果使用75Ω-5的视频同轴线缆，则每米至少为1.20元左右，另外为了解决视频信号在传输过程中的衰减问题，需要在每隔300-400M之间安装信号放大器，由此增加的成本每米约1.00元，两者相加，仅传输一路视频信号则需要2.2元；(2)可扩展性较差，因为一根视频同轴线缆只能传输一路视频图像信号，并且是点对点直接连接的，未来如要增加摄像机或变动摄像机的位置将会是十分困难的；(3)在长距离的传输中，稳定可靠性将会面临极大的挑战。如某一路图像信号的传输距离是2公里，则在该路视频同轴线缆上将会有至少5个信号放大器，只要其中的一个信号放大器出现故障，那么将会导致该路图像质量的严重下降甚至瘫痪；(4)维护保养比较困难，在长距离的传输过程中，视频同轴线缆必然会有接头出现，或者未来一旦出现线路损坏，也会产生新的接头，而视频同轴线缆的连接是比较麻烦的，处理不好就会影响屏蔽效果，这给维护保养上带来了比较大的困难；(5)这种方法一根视频电缆只能传输一路视频信号，由于其线径较粗，所以当有多根电缆一起布放时，会增加施工的难度。这种方法在摄像机与控制中心距离不远的情况下是可以采用的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种远程视频图像监控系统，解决了普通视频电缆无法解决的远距离传输信号严重失真和在复杂工业环境下的电磁干扰问题。本系统机性能稳定，特别是大大降低了工程综合造价，具有广泛的实用前景。

为实现上述目的，本发明提供的远程视频图像监控系统由摄像机、图像发射器、图像接收器和监控设备组成。图像发射器和图像接收器采用中央处理器(CPU)进行信号处理，相互间用双绞线传输信号。具体地说，摄像机输出的电视信号在发射器内经隔直处理后分别送入CPU的两个运放，转化为一正一负的差分信号(平衡信号)，经放大、限幅等处理后输出，经普通双绞线传输至监控中心的接收机。双绞线的信号在传输中所受干扰相同，由于是差分信号，信号间差值不变，消除了各种干扰带来的图像失真。在接收器把差分信号匹配后分别输入CPU运放的同相端和反相端，合成变回单端视频信号(非平衡信号)，经适当RC滞后补偿改善频宽、放大改善驱动能力后隔直输出到控制室。在线路设计时只要在整个小区里设置若干个汇接点，由控制室向各个汇接点用多股双绞线放出，再由汇接点连接到各个监控点上，采用一台或多台摄像机。当采用多台摄像机时可以用多芯双绞屏蔽线传输信号。

为了增加传输距离，在图像发射器和图像接收器之间设立中继站。

本发明所用的发射器及接收器的价格比远距离电缆的价格要低得多，所以该方式非常适合远距离视频传输的方式。而且工程施工、维护保养也非常方便简单。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图2为本发明传输系统框图。

图3为本发明实施例的视频发射器电原理图。

图4为本发明实施例的视频接收器电原理图。

具体实施方式

为能更清楚地理解本发明的技术特征，下面以实施例并结合附图作详细描述。需要说明的是，下面所述的具体实施例只是用来说明本发明而已，并不限制本发明的保护范围。

实施例

请参阅图1和图2。本发明由摄像机1将视频信号输入至图像发射器2。摄像机可以是各种型号，本例采用的是索尼摄像机，共采用4台。采集到的视频信号为全电视信号(非平衡信号)，用8芯双绞屏蔽线同时将4路摄像机信号输入到发射器2内。

请结合参阅图3，为本发明的发射器2的电原理图。发射器2的机芯采用中央处理器(CPU)对视频信号进行处理。本例采用的CPU为LM61811N系列，具体型号可以是LM6181IM或LM6181IN，本例采用LM6181IM。图像经前端摄像机采集后转化为视频信号，输出通过同轴电缆后送至发射器输入端，信号经过电解电容C₃₁隔直后，经电容C₃₂限幅，一端直接接入芯片2脚(运放1同相输入端)，另一端经匹配电阻R₃₁后接入6脚(运放2同相输入端)，该信号同在CPU内经放大、限幅等处理后由9脚和13脚输出，信号分别经过两个电阻R₃₂、R₃₃与运放构成负反馈，最后经过两个电容C₃₃、C₃₄隔直输出，此时信号已转为差分信号，经普通双绞线如五类线(图1中的3)传输至监控中心的接收机4。双绞线3的信号在传输中所受干扰相同，由于是差分信号，信号间差值不变，消除了各种干扰带来的图像失真。

请结合参阅图4，为本发明的接收器4电原理图。接收器4采用与发射器2相同的CPU为机芯。双绞线3传输的差分信号从发射器输出端通过双绞线传至接收器输入端，两路信号分别经过两个电解电容C₄₁、C₄₂隔直及两个电阻R₄₁、R₄₂匹配后，差分信号1输入芯片2脚(运放1同相输入端)，差分信号2输入6脚(运放2同相输入端)，两个运放的反相端与一个可变的容阻滞后补偿器相连，用来消除不同距离中产生的波阻抗，电容粗调、电阻微调。最后经过运放1合成信号，经电阻R₄₃匹配后，经电容C₄₃隔直后，与经电容C₄₄接屏蔽地的信号共同形成视频信号输出到控制台中的视频切换器5。

对于传输线来讲，如果信号输出阻抗与传输线的特性阻抗不匹配，会有部分能量反射，可能引起反射躁声、毛刺、串扰、地跳等影响。本发明的电路中，由于同轴电缆阻抗为75Ω，所以发射器的输入与接收器端的输出都采用75Ω电阻匹配；而发射器的输出端和接收器的输入端，其匹配电阻则由下式计算求出：

$Z_0=\frac{87}{\sqrt{e_r+1.41}}\ln \left(\frac{5.98h}{0.8w+t}\right)$

式中：h介质厚度；t铜线厚度；e_r介电常数；w线宽。

本例所述的视频图像监控系统中发射器及接收器的主要技术如下：

1、视频发射器

最大输入电平：  2V_P-P全电视信号

标准输入电平：  1V_P-P全电视信号

输入阻抗：      75Ω不平衡

平衡输出电平：  0～4V_P-P可调

不平衡输出电平：0～1V_P-P

平衡输出电阻：  120Ω

不平衡输出电阻：75Ω

频响：          10Hz～11HzW±3dB

前置放大：      2MHz时1.2dB

                3MHz时2.0dB

                4MHz时2.6dB

                5MHz时9.0±1dB

信噪比：        ＞54dB

电源：          AC180～250V50Hz

尺寸：          298×196×67mm

功耗：          ≤3.5W

工作环境温度：  -10℃以下～+50℃

工作环境湿度：  ≤70％

2、视频接收器

最大输入电平：  4V_P-P全电视信号

标准输入电平：  2V_P-P全电视信号

输入阻抗：      60～160Ω可调

输出电平：      1V_P-P可调±6dB

频响：          10Hz～5MHz±3dB

黑白电视信号：  2000米5.0MHz

                2500米2.5MHz

彩色电视信号：  1500m(高频预加重)

钳位：          平均值

频率补偿：      低频1kHz～0.5MHz，0～20dB

                中频0.5MHz～2MHz，0～40dB

                高频2MHz～5MHz，0～60dB

尺寸：          298×190×67mm

工作环境温度：  -10～+50℃

工作环境湿度：  ≤70％

本例提供的视频图像监控系统在1.5KM的距离内无需中继放大，超过1.5KM的距离只要适当加粗线径即可，传输距离超过2KM时则加装一个中继器。

根据以上所述，本发明具有以下几个方面的优势：

1、大大降低了线路成本。同样以传输一路视频图像信号为例，据测算，每米的线路成本为1.05元左右，比视频同轴线缆节省一倍以上。

2、可扩展性比较强。采用双绞屏蔽线的传输方式，在线路设计时只要在整个小区里设置若干个汇接点，由控制室向各个汇接点用多股双绞线放出，再由汇接点连接到各个监控点上，这样未来摄像机位置的增加或改变会变得十分简便，也为未来系统的发展预留了足够的空间，保证了未来监控系统与整个工业园区建设的相互协调。

3、比较稳定可靠。在1.5KM的距离内无需中继放大，超过1.5KM不足2KM内，只要适当加粗线径，超过2KM则加装一个图像传输器，但这个图像传输器不同于视频信号放大器，稳定可靠性比较强，而且在3KM内只需要加装一个，因此出现故障的几率就大为降低了。

Claims (7)

1、一种远程视频图像监控系统，在该系统中摄像机的视频信号输入至图像发射器，再从图像发射器传输至图像接收器，并由图像接收器送至主控室，其特征在于：

图像发射器和图像接收器采用中央处理器对视频信号进行处理，图像发射器和图像接收器之间信号传输介质为一对双绞线；

视频信号输入图像发射器内经电容隔直处理后分别送入中央处理器的两个运放，转化为差分信号，经放大、限幅处理后输出。

2、如权利要求1所述的远程视频图像监控系统，其特征在于，由图像发射器输入到图像接收器的差分信号，经匹配后分别输入中央处理器内运放的同相端和反相端，重新转换为视频信号，通过RC滞后补偿改善频宽和放大驱动能力后隔直输出。

3、如权利要求1所述的远程视频图像监控系统，其特征在于，所述摄像机为一台或多台。

4、如权利要求1所述的远程视频图像监控系统，其特征在于，所述中央处理器为LM61811N系列。

5、如权利要求1所述的远程视频图像监控系统，其特征在于，所述双绞线为多芯双绞屏蔽线。

6、如权利要求1所述的远程视频图像监控系统，其特征在于，所述图像发射器和图像接收器之间能够连接中继器。

7、如权利要求1所述的远程视频图像监控系统，其特征在于，所述图像发射器的输出端和图像接收器的输入端具有匹配电阻，该匹配电阻则由下式计算求出：

$Z_0=\frac{87}{\sqrt{e_r+1.41}}\ln \left(\frac{5.98h}{0.8w+t}\right)$

式中：h为介质厚度；t为铜线厚度；e_r为介电常数；w为线宽。

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