初学者园地之中心控制设备（一）
第四章 中心控制部分
中心控制部分是整个监控系统的核心，系统的各项功能均由控制部分的各种设备实现。中心控制设备接收传输设备传送的视频、音频、数据、报警等各种信号，对接收的信号进行各种方式的控制、操作、处理、整合以实现系统所需要的功能并使的信号的格式符合重现设备的要求。
第一节、四画面分割器
四画面分割器是一种专业的视频处理设备。它可以将四个画面压缩组合后显示在同一个画面上。其优点是节省多个其它的视频设备，直观性强。
考察画面分割器的质量和档次的标准是：
㈠显示图像是否为实时图像，包括录像的重放。
㈡每幅小画面的图像信息量的多少。
㈢时基较正性能是否良好。
㈣亮度、色度、灰度级别。
㈤录像回放功能。
㈥字符设定、调整功能。
㈦其它诸如报警、操作、时间日期发生等功能。
㈧尺寸、外观等物理特性。
㈨工作电压、功耗等电器特性。
画面分割原理是这样的：外来的图像信号经模拟/数字转换器（A/D）转换为数字信号后，分别在水平和垂直方向上按照2：1的比率压缩、取样、存储。存储器内的各路样点信号在同一时钟的驱动下顺序输出，再经数字/模拟转换器（D/A）转换成一路的模拟信号进行显示。
画面分割器除具有分割图像显示外，还可通过操作设定视频图像的顺序切换、单画面显示、分割显示等。较高档次的画面分割器可使录像机录制的分割图像进行单画面的放大回放。
第二节、多画面处理器
这里所讲的多画面处理器是另外一种高级的视频图像处理设备。在港台称之为画框处理器（Frame Processor），欧美地区称之为数字多工处理器（Digital Multiplexer）。由于采用的是场切换或帧切换技术，因此也可以称之为帧场切换处理器。
一帧图像是由两场扫描组成，因此帧切换的时间间隔为40ms，场切换的时间间隔为20ms。
在实际应用中，帧场切换器必须与录像机配合使用，它可以将各监控点传来的多路视频信号以帧/场间隔进行切换并用一台录像机进行记录。回放时通过帧场切换器进行多画面或单画面的回放。录制的单帧图像是与实际监视相同的未压缩画面，对细节分析十分有利。但是由于是切换式录像，存在丢帧/场现象，因此同一监视点记录的图像在回放时会产生卡通效应。
在帧场切换器中经常会提到单工与双工类型。所谓双工处理从电路结构上看，其一部分电路要处理送往录像机的视频信号，另一路要处理送往监视器的视频信号。但是对于双工的定义，各个厂家定义不同，我们习惯于美国公司的定义方式，即能够在记录或重放录像带的同时可以监看多路图像分割显示。这样的双工处理器可实现两台录像机同时放像和录像而互不影响，同时在录像的同时不影响观看分割图像。
可以讲，帧场切换器的性能和档次要高于四画面分割器，但是其录像的丢帧现象却给安防记录带来不便。因此欧美国家的一些厂家采用了一种基于视频图像移动监测技术的“动态时间分配”输出方式，通过对画面的活动情况进行连续分析，并根据画面的活动状况确定优先处理的摄像机，使该路图像获得更多的录像时间。这样就能有效降低活动画面的丢帧数量，使录制的图像接近于实时。
帧切换器一般有4路、8路、9路、16路等，场切换器一般有4路和8路。
帧场切换器除为我们带来强大的录像功能外，还具有多项画面处理和其它操作功能，如画中画显示、单画面显示、多画面任意组合分割显示、图像数码变焦放大、视频信号丢失检测、时间发生、图像通道名称标题编辑以及报警处理功能等。
第三节、视频／音频切换器
视频和音频切换器电路基本一样，由于视频处理比音频处理要复杂得多，因此以视频切换器为例讲述其工作原理。
我们知道，原始的监控系统是没有切换器的，是一台摄像机接驳一台录像机或监视器。即使现在，在需要的场合如柜员制系统中仍有使用。但当通道数量增多，如成百上千并且无需逐一不间断监视时，一对一实现势必造成监视器、录像机增多，从造价、监控室布局等方面形成浪费、臃肿的状态。同时现代多功能监控系统需要的多种联动功能也无法实现。所以视频/音频切换器应运而生。
经过多年的探索和努力，切换器从简单的琴键开关式、继电器切换式发展到大规模模拟开关集成电路切换式。
从输入输出的切换方式分类有矩阵式切换器、顺序切换器、分组切换器。顺序切换器功能简单，已经成为监控系统中的一种附属设备，而不再作为系统主控制器使用。分组切换器的多项功能已经在矩阵切换器中得到应用，所以使用的场合较少。现在最为常见的是矩阵式切换器。
矩阵是一个数学名词，下面给出了一个n列、m行的矩阵。其中元素用a来代表。
1 2 . . . . . . n
1 a11 a12 . . . . . . a1n
2 a21 a22 . . . . . . a2n
3 a31 a32 . . . . . . a3n
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
m am1 am2 . . . . . . amn
从这个矩阵可以看出，矩阵中的每一种元素均代表一种状态。我们把行作为矩阵式切换器的输入，那么矩阵中行的数量m就代表摄像机的数量或系统输入通道数量；把列作为矩阵式切换器的输出，那么矩阵中列的数量n 就是监视器的数量。因此矩阵中每一种状态代表系统的输入、输出状态。如a32代表第三路摄像机图像在第二个监视器上显示，依次类推。因此所有通道的图像都可以在任何一个监视器上显示；同理所有监视器都能显示任何一个通道的图像，而相互不影响。这就是矩阵式切换器的巨大优势，有时也可以讲具有这样的高级图象切换功能的才是矩阵切换器。基于此功能，矩阵切换器对于图象的切换就不仅仅是原始的手动定点切换，而增加了更多的如序列切换、分组切换、群组切换、图象巡游等功能，有的矩阵厂家干脆称为“万能切换”。同时输出口的增多，又可以增加分控显示的数量，满足了现代监控系统的需要。
视频/音频切换器的电路大同小异，只是矩阵电路规模不同。一般分为输入、切换、输出电路。在输入电路中主要解决视频图像信号的阻抗匹配和放大。输出电路同样解决的是阻抗匹配和放大问题。在矩阵电路中，除必须的模拟开关集成电路或专用视频矩阵切换集成电路外，多用微处理器通过软件程序进行控制，数据信息的交换在数据总线上进行，各对应选择地址将在地址总线上进行通讯。在当前的矩阵切换器中绝大多数都采用了模块化设计，除了必须的CPU控制卡外，分别有视频输入卡、视频切换输出卡、云台镜头控制的通讯卡、报警接口卡、与计算机通讯的通讯卡等。模块化的设计对于系统的扩容、维护都极为方便。
现阶段的控制器对前端的操作都使用标准计算机通讯编码，另外报警等功能的联动使得控制器中还应有编码电路和报警信息接收电路。这部分电路根据报警处理方式的不同和编码的特殊性而具体分析。总的来说，切换器接收到报警信息（包括报警通道的号码和报警类型等）后，将其置入数据总线，CPU按软件程序的设定进行响应，在地址总线上输出对应通道的地址码，使矩阵电路将对应通道的图像显示于主监视器上，完成报警后图像自动切换功能。
键盘动作一般来说是这样实现的：键盘的每一个键都有自己的键值，CPU按软件程序中的约定随时对键盘进行扫描或者在按键动作时向CPU发出响应请求由CPU进行瞬时响应。当按下某键后，CPU得到该键的键值，并进行相应的标准编码，编码过程可以在切换器中进行，也可在键盘中直接完成。动作命令经编码后从线缆传至前端解码器，得到了动作的遥控实现。若属对视频或报警的操作，则切换器将该编码通过数据总线送入CPU处理，得到对应动作的地址码或通讯数据，来使其它电路及矩阵电路响应。有的控制器键盘并不是随时对键盘进行扫描，而是当键盘发出控制命令时，CPU卡接收分析加以响应的。
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第四节、报警处理器
报警处理器是将所有前端报警信号收集，将发生报警通道的信号进行处理并输出多个开关量控制灯光、录像机等设备的自动启动，同时输出报警通道编码并传送至主控器（切换器）。
报警处理器按处理方式的不同分为总线式和多线式。
总线式是指所有前端探头的信号均由一根双绞线传输，各探头有自己的地址，处理器将传来的信号进行分析，得到报警探头的地址码，再按多线方式进行响应。总线式报警处理设备多、结构较复杂，尤其是前端需有解码器对探头信号进行变换，同时对地址码进行设置。处理器中也要有相应的信号变换和识别电路。总线制的优点是可大大节省电缆，降低费用，并给施工带来方便。十分适用于前端探头较多并且较为集中的情况。
多线式处理方式就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的对应通道输入端相连。多线式方式仍为现今报警处理的主导方式。
报警处理器电路可分为信号输入、信号识别、响应输出等部分。信号输入部分的作用是将各种报警信号变成微处理器或逻辑电路能够处理的电平信号；信号识别电路将信号进行分析，确定报警与否，同时将该报警信息按设定的方式提取对应的地址；响应输出部分电路的作用是将得到的地址信息转换成与切换器对应的编码信息并送入切换器，同时对报警信息进行响应触发报警输出电路，如警报声音、继电器输出等。
报警处理器可以作为单一的控制设备使用，也可以与切换器等其它设备共同组成综合性监控系统。
第五节、多媒体控制设备
多媒体监控系统是集中了多媒体计算机技术，尤其是数字图像处理及图像传输的最新技术的新一代监控系统。它融音视频处理、系统信息管理、系统控制及网络通信于一体，代表了监控系统的发展潮流，且被越来越多的闭路电视监控系统所选用。
对于简单的多媒体系统来说，仅仅是在原来的监控系统中添加多媒体计算机和相应的控制软件以及图像采集卡，仍然保留原系统中的控制器。计算机与系统控制器之间通过RS-232串行通信口实现控制。系统控制软件的界面类似于系统控制键盘（模拟键盘），或根据矩阵控制器的协议将控制命令编辑在多媒体显示/操作界面中，当用鼠标点击模拟键盘或控制界面的相应按键时，系统控制软件即可根据控制协议将控制指令通过RS-232通信口送入系统主控制器完成控制操作。系统的前端解码器仍然靠RS485通信口与主控制器连接。这种多媒体实际上只是为用户提供了一个更为友好的人机操作界面，并增加了一些信息管理、电子地图等功能，同时计算机的使用也为将来的功能扩展提供方便。通常这种多媒体控制方式称为图形用户界面（Graphic User Interface，简称GUI）
而真正意义的多媒体监控系统是指系统的主控制器由高性能的工控机取代，并且将主控端的全部设备（如视频矩阵切换卡、音频矩阵切换卡、远程通信卡、数字化视频处理卡、汉字叠加卡、网络通信卡等）都以功能卡的形式装进工控机的机箱中，因而系统的集成度更加完善、稳定性进一步提高。当整个监控系统中各分控端也是由多媒体计算机承担时，如果这些计算机已经联网，则各个分控计算机与系统主机的通信可以直接根据TCP/IP协议经由网络传输，实现对整个监控系统的控制。
一、多媒体监控系统所具备的功能：
㈠对安装者、系统管理员、各级操作员可分别授予不同的权限，以适应安全保密的要求，防止系统被非法使用。
㈡授权安装者可使用软件对整个系统进行任意设置。
㈢系统软件窗口具有很强的系统编程设置功能，具有了工程应用中二次开发能力。
㈣可使用电子地图了解监控区域的全貌，同时使用鼠标器点击监控点后的图像、声音自动弹出，操作更加直观、方便。
㈤真正意义的多媒体系统在图像处理中还加入了多画面分割显示功能，取代了由帧场切换器或四画面分割器实现的原有功能。
㈥图像观察尺寸可以在一定要求下由用户自行设定。
㈦具有短时间的压缩或未压缩的数字录像功能，十分利于报警后录像的要求。
㈧操作的界面集成于显示器的屏幕上，操作灵活。
㈨采用工控机的多媒体监控系统还加入了视频报警功能。
二、多媒体监控系统的特点：
㈠安全性
多媒体监控系统提高了对灾害和突发事件的防御能力，它不受各种人为因素的干扰，按部就班地按照预先设定的程序完成每一步工作；电子地图的引入使监控布局更加合理、直观，能最大限度地避免遗漏；视频报警功能使布防更加灵活，报警更为可靠。
㈡灵活性
模块化的设计大大降低了施工难度，给维护也带来极大的便利。因此从系统配置、工程安装调试到系统扩容都更为灵活。
㈢信息化
计算机和网络建设的发展为多媒体监控系统提供了一个以计算机为中心的监控平台，为今后网络信息化的建设奠定了坚实的基础。
㈣智能化
以多媒体计算机为控制中心，通过系统软件实现控制界面的可视化及控制环境的多媒体化，可方便地实现灵活机动智能化控制。各部分有机地组合，由计算机统一分析、统计、处理，完成预定的每一步操作，真正实现临危不乱。
㈤现代化
多媒体技术的应用不仅使安防理论上升到一个新的高度，而且从系统的结构、技术的实现到通信接口技术的应用无不体现了最现代化技术的实际应用。
三、多媒体监控系统控制部分的组成：
㈠图形用户界面（GUI）
在GUI监控系统中，除了原有的主控制器（包括视频切换、音频切换、报警处理各个单元）外，增加了多媒体计算机、图像捕捉设备以及控制软件。多媒体运行的软件环境多以Microsoft Windows软件作为操作平台。
图像、声音采集卡是多媒体系统中不可缺少的专业设备。图像卡主要用于在屏幕上开窗口以显示切换器输出的活动视频图像，并进行冻结、实时采集、存储；声卡则用于对输入的音频信号通过有源音箱还原监听。一旦音视频信号以文件形式被采集到计算机中，就可以用计算机对其进行各种处理。
㈡多媒体监控系统
这里以工控机为核心，包括远程通信卡、视频矩阵切换卡、音频矩阵切换卡、数字化视频处理卡等。除了组成部分与功能的不同外，其它的软件运行环境、硬件配置等与普通多媒体系统相同。
第六节、其它设备
视频处理产品很多，如时间日期发生器、字符（中、英文）发生器、视频分配器、线缆补偿器、时基校正器、视频存在丢失检测器、云台镜头控制器以及高速数字图像传输系统等，由于有的技术原理十分复杂，有的在实际中不常应用，有的属于较低档产品，因此其工作原理在这里不作专门讨论。现就一些主要设备的功用作一下介绍。
一、时间、日期发生器：
该设备可产生与实际相吻合的时间和日期，并能通过简单操作进行调整，再通过内部视频、字符叠加电路将产生的时间、日期字样显示到屏幕上。这样，使用时间日期发生器后，图像就有了时间记录，方便了档案存储和查询。
二、字符叠加器：
这个设备与时间日期发生器一样，可产生英语或汉语字符显示在图像上，使用户观看一目了然。汉字字符有两种实现形式。一种是固定的，需要将所需汉字固化在存储器中，这种方式简单、价格低、实现容易，但不能修改，一旦前端设备由于需要作位置变动时，字符的修改就需要专业的厂家或原厂家实施，过程麻烦、时间长，现在已经逐渐被淘汰。另一种是动态字符叠加器，可以与PC机相连，由用户使用字符设置软件进行字符的动态设置，字符的内容、显示方式等都可以由用户设定，这种方式操作灵活、易于扩充、修改方便，是当前字符叠加器的主流。
三、视频分配器：
由于系统中某路图像可能需要供多个处理设备，如监视器、矩阵切换器、多工器、录象机等，根据视频信号的特点，必须加入视频分配器对视频信号进行分配。其作用是对分配后视频信号进行阻抗匹配、放大、同步调整等，避免视频信号衰减、阻抗不配引起的图像质量下降。
四、时基校正器：
电视图像信号在电－磁和磁－电的变化过程以及传输过程中会产生特殊的相位畸变，引起单位时间内的图像信号不能在单位时间内转化或恢复，我们称其为时基误差。严重时会使图像出现错误的色调和同步丢失，造成信号滚动、跳动、闪烁等现象。
时基校正器是一种校正时基误差的专用设备。这种设备可将信号重新排列整齐，即给信号不同的延时，使提前的部分多延时一些，滞后的部分少延时一些，所以时基校正器是一个延时量可控的延时设备。
现在应用的时基校正器多是数字式，校正范围宽。其校正方法是对重放信号进行脉码调制（PCM），将其变为数字信号，然后存入与该信号同步的时钟存储器中，同时由基准同步信号产生的读出时钟又连续地从存储器中取出数字信号，由于读出速度是均匀的，所以信号的排列是整齐的。将读出的信号再进行数字/模拟转换输出，从而保证了图像信号的传输质量。
五、云台、镜头控制器：
该设备适用于规模较小，无解码器的前端使用。一般都采用多线制控制，其原理也极其简单，只是将云台和镜头的工作所需电压产生，通过线缆传至前端与对应动作连接即可。操作则使用按键或一般的琴键开关即可实现。