（通信与信息系统专业论文）智能建筑安全防范系统的研究与实现.pdf

中南大学硕士学位论文摘要 摘要 安全防范技术作为一门相对年轻的学科，在对维护社会公共安 全方面显示了巨大的作用。随着社会的发展，人们对自身所处环境 的安全性越来越关心，对安全防范的需求也愈加迫切。在智能建筑 中，如何利用现代控制技术、网络技术、多媒体应用技术、计算机 信息管理技术构筑新一代的安全防范系统是人们关注的热点之一。 本文根据现代安全防范系统的发展趋势及实际需要开发了具有 集成化、网络化、智能化特点的安全防范系统。设计了视频监控系 统软件模块结构模型、安防系统集成软件结构模型。通过对w i n d o w s 环境中视频捕获技术的研究实现视频信息的捕获与回放；研究基于 口网络视频信息的组播技术，采用d i v x ( d i g i t a lv i d e oe x p r e s s ) 方 案将视频信号进行软件编解码，利用w i n s o c k 2 技术实现口组播； 分析、对比几种数字图像处理算法，根据项目实际需要，对相邻图 像帧差算法进行改进，实现对运动目标的动态检测，提高了系统的 智能度。研究o p c ( o l ef o rp r o c e s sc o n t r 0 1 ) 接口技术在安防集成平 台中的应用模型，通过o p c 接口实现子系统间的信息融合，提高了 系统对突发时间的应急处理能力。针对系统的特点将安防集成平台 分为多媒体功能模块、控制管理模块两类进行软件开发。 最终完成的安防监控平台实现了对广州大学城星海音乐学院整 个校区的视频监控、非法入侵报警。视频监控系统对关键监控点采 用视频图像运动检测技术进行智能报警及自动录像，门禁子系统实 现了对图书馆、行政楼等重要场所出入口的监控管理，防盗报警子 系统加强了对高校财产的安防管理。使用电子地图导航功能，用户 可方便的查询现场监控设备的各类状态信息。系统运行稳定，功能 齐全，可扩展性强，达到了高校对安全防范的需求，使用效果良好。 关键词：安全防范系统，组播，集成，o p c ，动态检测 中南大学硕士学位论文a b s t r a c t a sar e l a t i v e y o u n gs u b j e c t , s e c u r i t ya u t o m a t i o nt e c h n i q u e i s s h o w i n gi t sg r e a ta c t i o ni nm a i n t a i n i n gs o c i a lp u b l i cs e c u r i t y w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to fs o c i e t y , p e o p l ep u tm o r ea t t e n t i o nt ot h es e c u r i t yo f t h e i re n v i r o n m e n ta n d r e q u i r es e c u r i t yd e f e n s em o r eu r g e n t l y h o w t ou s e m o d e r nc o n t r o lt e c h n i q u e s ，n e t w o r kt e c h n i q u e s , m u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n t e c h n i q u e s a n dc o m p u t e ri n f o r m a t i o n m a n a g e m e n tt e c h n i q u e s t o c o n s t r u c tan e wg e n e r a t i o no fs e c u r i t ya u t o m a t i o ns y s t e m ( s a s ) i n m a n a g e o f t h ei n f o r m a t i o ns y s t e mi saf o c u s b a s e do nt h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fs a sa n da c t u a lr e q u i r e m e n t s ， t h es e c u r i t ya u t o m a t i o ns y s t e mo fx i n g b m ia c a d e m yo fm u s i ci s i m p o l d e r e d i td e s i g n ss t r u c t u r a lm o d u l e so fv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m s o f t w a r ea n ds a si n t e g r a t e ds o f t w a r eh i e r a r c h y t h r o u g ht h es t u d yo f wv i d e oc a p t u r et e c h n i q u e si nw i n d o w s i ta c h i e v e st h ec a p t u r ea n d p l a y b a c ko fv i d e oi n f o r m a t i o n t h r o u g ht h es t u d yo fv i d e oi n f o r m a t i o n m u l t i c a s tt e c h n i q u e sb a s e do ni pn e t w o r k , i ta d o p t sd i v xs c h e m et oc o d e a n dd e c o d ev i d e os i g n a l sa n du s e sw i n s o c k 2t e c h n i q u e st oa c h i e v ei p m u l t i c a s t t h r o u g ha n a l y z i n ga n dc o n t r a s t i n gs e v e r a ld i g i t a li m a g e p r o c e s s i n ga l g o r i t h m sa n dt h ea c t u a lr e q u i r e m e n t so fp r o j e c t , i ti m p r o v e s t h ea d j a c e n c yi m a g ed i f f e r e n c eo ff a l n ea l g o r i t h m , a c h i e v e st h ed y n a m i c d e t e c t i o no fm o v i n go b j e c ta n da d v a n c e st h es y s t e m s i n t e l l i g e n c ed e g r e e i ts t u d i e st h eo p ci n t e r f a c et e c h n o l o g ya n dt h ea p p l i c a t i o nm o d u l e si n s a s ，a c h i e v e st h ei n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o ni ns u b s y s t e mu s i n go p c i n t e r f a c ea n di m p r o v e st h ee m e r g e n c yd e a l i n ga b i l i t y t h i sp a p e rw h i c h a l m sa tt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h es y s t e mp a r t i t i o n st h es e c u r i t yd e f e n s e i n t e g r a t e dp l a t f o r m i n t om u l t i m e d i af u n c t i o nm o d u l e sa n dc o n t r o l m a n a g e m e n t m o d u l e s t h es e c u r i t yd e f e n s i n gm o n i t o r i n gp l a t f o r mh a sa c h i e y e dt h ev i d e o m o n i t o r i n g a n da l a r m i n go ft h ex i n g h a ia c a d e m yo fm u s i c i n g u a n g z h o uu n i v e r s i t yc i t y v i d e om o n i t o r i n gs y s t e mu s e sv i d e oi m a g e m o t i o nd e t e c t i o nt e c h n o l o g yt oi n t e l l i g e n t l ya l a r ma n da u t o m a t i c a l l y r e c o r da tk e ym o n i t o r i n gp o i i l t g a t ef o r b i d d i n gs u b s y s t e ma c h i e v e st h e m o n i t o r i n gm a n a g e m e n t a t i m p o r t a n tg a t e w a y s o f l i b r a r y a n d 中南大学硕士学位论文 a b s t r a c t a d m i n i s t r a t i o n b u i l d i n g b u g g i n gs u b s y s t e ms t r e n g t h e n s t h e s a f e t y d e f e n s em a n a g e m e n ta t c o l l e g ep r o p e r t y e l e c t r o nm a pn a v i g a t i o n f u n c t i o nc a nh e l pn s e l sc o n v e n i e n t l yq u e r ys t a t ei n f o r m a t i o no fl o c a l m o n i t o r i n ge q u i p m e n t s t h es y s t e m r u n ss t e a d i l y , h a sac o m p l e t ef u n c t i o n , as t r o n ge x p a n s i b i l i t ya n dag o o dr e s u l ta n da c h i e v e st h er e 如l u i r e m e n t so f c o l l e g e s k e yw o r d s ：s e c u r i t ya u t o m a t i o ns y g e m ，m u l t i c a s t ，i n t e g r a t i n g ，o p c ， d e t e c t i o no fm o v i n g 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其它单位的学 位或证书而使用过的材科。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文 中作了明确的说明。 储躲皇竽l 眺丛l 年上月阜日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位 论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容， 可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部 门规定送交学位论文。 名：学撒名：群臁一罗 中南大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景与意义 第1 章绪论 随着信息化时代的到来，安防监控产品也正经历着从模拟化向数字化、网络 化的革命。多媒体数字监控系统是基于多媒体技术研究出来的一种全新监控平 台，以计算机为核心，采用高新技术，结合监控系统的实际要求及多年来不断完 善的安防理论和经验，建立一套软硬件相结合的、崭新、完整的监控体系，优化 内部结构，减少不必要的环节，提高整体性能和反映速度，满足技术不断发展的 需求，属于一套真正的安防监控管理平台该平台充分体现了现代信息技术与监 控技术的有机结合。安全防范自动化技术应用于智能建筑安全防范就形成了智能 建筑安全防范自动化系统。智能建筑能向人们提供安全、高效、舒适、便利的建 筑环境，但也应具备通常生产、生活所需的。安全第一”的基本原则，所以不 可缺少的有安全防范措施和安全管理功能。故安全防范自动化技术与智能建筑密 不可分，是智能建筑的基本要求，在智能建筑中具有重要地位“。 广州大学城聚集了广东省内十余所知名高校，为了使大学城内各高校学生 能在安静、舒适、便利、安全的环境中好好学习，广州大学城采用了先进的网 络、信息、通信、控制技术，建设了集成度极高的智能建筑群。大学城内各高 校均为开放式校园，各高校迫切需要加强对人、财、物的有序，及时、有效的 安防监控管理。因此，设计一套实用智能化的安全防范系统集成平台就显得尤 为重要，本课题就是在这种背景下提出的。 1 2 安全防范系统的研究现状及发展趋势 目前，视频监控系统按出现时间主要分为模拟型视频监控系统、模数混合 型视频监控系统，数字型视频监控系统三种。门禁、防盗报警等子系统输出的 数字信号可由多网合一的方式通过网络复用进行传输。并与数字视频型监控系 统一起，在同一平台上进行各子系统的统一管理与控制，这样就形成了数字化 安全防范集成平台。 1 2 1 安全防范系统集成 1 ) 安全防范系统集成平台现状 虽然安防集成平台目前已有不少成功的案例。但是仍然存在种种外部和内 部的因素，制约着安防集成平台的发展。 中南大学硕士学位论文 第1 章绪论 ( a ) 安防集成平台的开发，缺乏一个统一的标准指导。各开发商都是根据 自行确定的标准、协议来展开开发工作。这种状况最终导致即使是同一个行业 的用户，由于采用了不同开发商的产品而只能构成一个个信息孤岛，难以互连 形成更大的网络，使数字化安防集成平台所能发挥的功效受到严重限制。 ( b ) 安防集成平台与前端设备之间的接口也缺乏标准，各前端设备厂商基 本是各行其是，各有各的做法。安防集成平台为了兼顾各种前端设备，系统的 模块设计得臃肿不堪，严重影响了系统本身的运行效率，也带来了大量的可靠 性和由于考虑不周导致兼容性的问题。 ( c ) 安防集成平台的开发商对系统的规划缺乏高度民主，模块的划分不够 清晰，许多通用的、相对独立的功能，本应得到抽象的模块( 如：视频流转发、 视频点播、集中存储等) 杂合在整个系统中，导致后续的开发缺乏一个统一的 平台支撑，存在大量的无价值的重复工作，软件质量不高；同时也提高了安防 集成平台开发的技术门槛，使用户的需求难以得到及时满足，阻碍了市场的开 拓和发展。 2 ) 安全防范系统集成平台发展方向 ( a ) 标准化 数字化安防集成平台目前的现状和困惑呼唤着标准的诞生。首先在数字化安 防集成平台内部设备模块之间的信息交互需要标准化。然而，由于数字化安防集 成平台在不同的行业使用，不同行业对系统的功能需求是各不相同的，所以跨行 业的标准化将是不可行的。其次，数字化安防集成平台与前端设备之间的信息交 互也需要标准化。第三，前端的视音频压缩设备产生的视音频数据流格式也需要 标准化。 ( b ) 构件化 数字化安防集成平台目前的现状和困惑同样也要求有成熟的、通用的构件来 支持数字化安防集成平台的开发。中间件技术是当前软件业的一个热点，采用中 间件技术来构建安防网络平台，符合安防行业软件开发的发展方向。软件构件化 ( s o r w a r ec o m p o n e n t ) 技术是在大规模软件产业制造下应运而生的，是软件产业 的发展趋势，其目的是彻底改变软件生产方式，从根本上提高软件生产的效率、 质量和成功率期望能通过构健安全网络中间件这样一个平台，带动安防监控系 统软件的发展和进步。 1 2 2 视频监控系统 视频监控技术作为安全防范系统的重要组成部分，是一种防范能力较强的 综合系统，它随着计算机处理能力、网络带宽、传输技术、图像数据存储容量 以及图像处理技术等的迅速提高而得到较快的发展。图像处理技术是视频监控 2 中南大学硕士学位论文 第1 章绪论 的关键技术之一，监控技术水平是和当时图像处理技术水平相适应的“。为此， 按照图像处理技术的发展阶段，视频监控可分为模拟视频监控技术、基于p c 的数字视频监控技术和基于口网络的多媒体远程数字监控技术、嵌入方式的 数字视频监控技术、无线网络化安全监控技术。 1 ) 模拟视频监控技术 模拟监控技术是最早出现的图像监控技术，视频图像的传输、处理全是模 拟信号，其基本特点是强调发送的信号波形在接收端无失真地恢复系统存在 三个方面的缺点：监控范围小，通常适合于小的区域；布线工程量大，系统扩 展能力差。 2 ) 数字视频监控系统 随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展、数字视频监 控系统迅速崛起，它是以计算机为中心，数字视频技术为基础，利用图像压缩 国际标准，综合利用图像传感器、自动控制等技术的一种新型监控系统。对于 数字信道，关注的是数字符号状态的正确识别。当信源为数字信源时，只需要 经过信道编码即可以进入数字调制信道传输；当信源为模拟信源，还需经过信 源编码转变为数字信号后经数字信道传输。所谓信道编码是指数字信号为了适 应信道的传输特性，达到高效可靠的传输而进行的相应的信号处理过程，如数 字信号的加密处理、差错控制编码及扩频编码。数字系统较模拟系统增加了信 源编解码器和信道编解码器 系统主要由摄像机、视频采集卡、多媒体计算机、切换矩阵、电视墙、编 解码器等组成。由于把模拟图像经过a d 转换为数字图像，为图像的后加工处 理带来很大方便，因此，和模拟监控技术相比，数字监控技术具有很大的优越 性： ( a ) 建立了新的更为友好的人机交互界面； ( b ) 可以采用大规模或超大规模集成电路，响应数字图像信号，综合了图 像分割器、录像机等的众多功能，减少系统硬件体积，节省功耗，而且传输可 靠性强，便于加密传输； ( c ) 数字图像信号，便于计算机进行处理、存储等变换； ( d ) 监控系统中的数字图像信号可以实现多次中继传输，在传输过程中可 以使用再生器，能消除噪声积累，适合远距离图像的传输； ( e ) 采用信源编码技术，减少视频图像信源灰度相关性，压缩传递信息量， 减少传输频带，传输速度较模拟快； ( f ) 采用大容量磁盘阵列存储器或光盘存储器，可以节省大量的磁带介质， 便于保存，对数据进行加密，同时有利于系统实现多媒体信息查询 3 中南大学硕士学位论文 第1 章绪论 但是，数字监控技术也存在以下缺点： ( a ) p c 机2 4 小时不问断工作，w i n d o w s 操作系统会由于p c 长时间工作 内部温度过高等原因导致其性能不很稳定的，p c 机一旦发生故障，整个系统将 无法运行； ( b ) 本地监控系统只能在本地查看现场情况，不能进行远程监控。 3 ) 基于口网络的多媒体远程数字监控技术 随着社会、经济和科学技术的发展，人们对工作环境、工作方式以及工作 条件都提出了新的要求，加上一些特别部门工作性质的特殊需求，人们希望能 在工作室里就可以对远端现场和设备进行监视控制。由于计算机技术、网络技 术和通信技术的发展，在本地数字监控系统的基础上发展了远程监控技术。 基于口网络的多媒体远程数字监控系统主要由模拟视频处理部分、通信部 分、数字视频处理部分三部分组成。 ( a ) 模拟视频处理 视频模拟处理部分包括摄像机、镜头、云台、解码器、画面分割器、视频 切换矩阵、键盘、监视器、录像机等传统闭路电视监控设备。 ( b ) 通信 模拟部分提供了r s - 4 8 5 等通信接口，这是与解码器的接口，它具有通信 速度高，抗干扰能力强的特点。通信板上固有的硬件发送和接收缓冲区可以保 证通信线路上数据的可靠性，不会因拥挤而丢失数据。高速的通信速度，合理 的缓冲区结构及高效率的编码方式，使得一条总线上可以并入多个系统，而不 至于通信线路显得过分拥挤由于总线上只限于控制指令的传输，所以对线路 的要求不高。因此，采用这种简便易行的串行总线结构是比较现实可行的方法。 视频切换矩阵内带一个转换卡，它将r s - 4 8 5 转换为r s - 2 3 2 ，从而为计算 机进一步通过切换矩阵控制解码器创造条件。 ( c ) 视频数字处理 利用视频采集卡提供的a p i 函数和视频交换矩阵提供的通信协议编制服务 软件和接收软件，通过局域网可以发布控制命令。 视频采集压缩卡可以完成对视频的实时采集、a d 转换、压缩存储，然后 由计算机直接处理。这样通过软件就可以实现对视频的分屏显示，动态储存， 实时捕捉，资料查询等功能。 4 ) 嵌入方式的数字视频监控技术 技术的进步离不开技术的应用，广阔的应用空间为技术的发展提供了无尽 的源泉。随着电子技术功能的不断强大和集成水平不断提高，以及网络的普及 和网络技术的不断发展，出现了应用网络技术开发的远程嵌入式视频监控系统。 4 中南大学硕士学位论文 第l 章绪论 嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、 成本、体积等综合性要求严格的专用计算机系统 嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用 软件系统等组成，是集软硬件于一体的可独立工作的。器件”，通常包括与硬件 相关的底层驱动软件，系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准 化测览器等。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依靠性、软件固 态化及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。 嵌入式系统具有指令精简，处理速度快、稳定性好的优点，但是存在系统 目前最多只能接四路视频信号、部分功能固化不易扩展、网络功能、音视频同 步性较差等缺点。 5 ) 无线网络化安防监控技术 利用无线网络可以实现远程视频监控，系统主要由摄像机、p c i ( p c r i p h e r a l c o m p o n e ti n t e r c o n n e c t ) 插槽无线网卡n i c ( n e t w o r k i n t e r f a c e c a r d ) 或 p c m c i a ( p e r s o n a lc o m p u t e rm e m o r yc a r di n t e r n a t i o n a la s s o c i a t i o n ) n i c ( 仅用于 笔记本电脑) 、a p ( a c c e s sp o i n t ) 接入点，无线局域网收发器、天线、动态 速率转换器以及相关软件组成，基于g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n ) g p r s ( g e n c r a lp a c k e tr a d i os e n i c e ) 通信网络进行数据传输和远 程监控，适合于g s m g p r s 网络覆盖范围内的各种室内或野外恶劣环境的使用 场合。无线网络监控克服了布线工程带来的不便，大大缩短安装周期，维护方 便，扩容能力强但是目前成熟的无线网络数据传输速率较低，且相应的网络 产品少，很难满足远距离传输图像的要求 1 3 研究内容与章节安排 本文根据第三代安全防范系统的标准，利用先进的视频信息处理技术、集 成接口技术开发了具有集成化、网络化、智能化等特点的广州大学城星海音乐 学院安防集成平台，实现了对整个校区的统一安全监控，满足了用户对安防的 各项功能需求。论文对安全防范系统软件开发过程中用到的视频编采集、回放、 编解码技术，基于m 网络的视频远程传输技术，图像运动序列检测技术等视频 信息处理技术及具有开放数据访问接口特性的o p c ( o l ef o r p r o c e s sc o n t r 0 1 ) 接口技术、数据库访问技术进行了详细的阐述。 本文各章内容组织如下 第l 章绪论，介绍了论文的课题背景、s a s ( s e c u r i t y a u t o m a t i o ns y s t e m ) 安全防范系统的研究现状和发展趋势、研究的内容和要解决的问题等。 第2 章安全防范系统总体设计，对安全防范系统集成进行需求分析，并作 5 中南大学硕士学位论文 第1 章绪论 总体的设计；在此基础上对系统要实现的功能进行详细的介绍，给出了系统的 主要硬件设备 第3 章安全防范系统中视频信息处理技术，根据系统设计对视频监控的功 能要求及实际需要，设计了视频监控软件模块结构模型研究了w m d o w s 环 境中利用狮( v i d e of o r w m d o w s ) 技术进行视频捕获及回放，介绍了几种常 见的视频编码方式以及基于口网络的视频信息组播传输技术。通过分析和改进 得出一种比较容易用软件实现的视频图像运动序列检测算法。 第4 章基于o p c 接口技术的数据通信，充分利用o p c 开放式数据访问接 口，建立安全防范系统集成软件平台。重点阐述o p cd a ( d a t aa c c e s s ) 数据 访问规范及其标准接口，o p c 历史数据访问规范以及o p c 服务器软件设计流 程。 第5 章安全防范系统集成软件开发，运用第3 章研究的视频信息处理技术 及第4 章研究的集成接口技术开发了安全防范系统集成软件。简单介绍了系统 的应用效果。 第6 章总结与展望，对论文的研究内容进行总结，分析了系统存在的不足， 指出了安全防范系统开发进一步完善与研究的方向。 6 中南大学硕士学位论文 第2 章安全防范系统总体设计 第2 章安全防范系统总体设计 目前存在的安全防范系统，其模式大体上分为两类：一种是各个子系统相互 独立的组合模式，这种模式可能造成子系统间大量重复的硬件设备，维护成本高， 系统管理效率低下，无法实现系统之间的信息共享，这种模式的安防监控系统己 经越来越不能满足现代社会的需要”1 ；另一种是采用子系统集成的综合管理模 式，使各个子系统建立在同一计算机网络平台上，实现硬件设备和软件资源的共 享这种模式已经愈来愈被大家接受，并在工程实践中得到采用。现在，许多智 能建筑采用的是这种模式的安防防范系统。本文在构建安全防范系统的过程中， 综合考虑实际的软硬件条件，开发了满足第三代安防监控标准，以集成化、网络 化、智能化为特点的安全防范系统。 2 1 用户需求 广州大学城星海音乐学院校区位于广州市番禺区新造镇小谷围岛。整个校区 内有4 栋教学楼，练琴楼，排练楼，行政楼，图书馆，学生食堂，教师食堂，学 生活动中心，学生公寓和教师公寓等十几个单体楼。校区跨越面积大，监控点多。 各单体通过综合布线工程，经由光纤集成到学校网络机房。 安全防范系统用户需求如下： 1 ) 视频监控 校区内的教学区、生活区都在适当的位置安装摄像头，可以实时地将监控区 的实际状况传输到主控计算机上，便于管理人员掌握整个校区的情况，提高了管 理者对突发事件的快速响应能力。 2 ) 电子地图导航 对高校这样的单位进行监控系统设计时，往往涉及较大的监控区域，较多的 监控点和大量的监控设备如果不使用电子地图导航的话，管理者可能无法进行 高效的管理和操作通过电子地图，校区内的监控点分布、监控装置目了然， 大大提高了管理者的工作效率。 3 ) 门禁系统的管理和控制 通过集成软件对分散在校区内的门禁装置进行统一管理。集成软件可以为i c 卡片授权，为控制器设置系统参数，监控每一个门禁点的动作和状态，接收控制 器发送的信息。根据收到的门禁、考勤信息可以自动进行考勤统计。 4 ) 防盗报警系统的实时监控 通过o p c 接口采集从报警主机上发送来的报警信息；在集成软件界面的电 7 中南大学硕士学位论文第2 章安全防范系统总体设计 子地图上显示报警点位置，将报警点区内的视频信号接入到监控主机上来。便于 管理人员了解报警点区域内的确切情况。 5 ) 外联接口 校内的监控系统要求采用分级管理的方式，除了安防监控主机对校区的运行 情况进行监控之外，校区级b m s 管理系统也要具有监控的权利，且还要为大学 城级i b m s 总控系统预留接口。因此，需要利用校区内的局域网，在不大量增加 网络负担的前提下，传输视频信号给上一级智能建筑管理系统b m s 、i b m $ 。 2 2 安全防范系统的方案设计 2 2 1 安全防范系统的总体结构设计 安全防范系统是广州大学城星海音乐学院综合管理系统的重要组成部分。在 进行监控装置选型和布置的过程中都充分考虑了高校对安全防范系统的功能需 求。 安全防范系统集成包含了大量的软硬件设备。本文采用分层的模式对这些软 硬件进行管理。本文将安防监控集成系统划分为：防盗报警子系统、门禁子系统、 视频监控子系统、数据库查询子系统等，通过监控主机上的集成软件对它们进行 统一的管理和控制。安全防范系统结构如图2 - l 所示，监控主机通过r s 2 3 2 串口 图2 - 1s a g 安全防范系统结构图 通信方式向矩阵主机发送对摄像头的控制命令，通过同轴电缆接受视频信息。矩 g 中南大学硕士学位论文第2 章安全防范系统总体设计 阵主机与前端摄像头采用r s 4 8 5 串口通信，主要负责接收前端视频信号以及对 摄像头发送控制指令；防盗报警、门禁子系统通过o p c 接口向监控主机传送现 场设备的实时信息；监控主机做为视频服务器以口组播的方式通过校园网络向 上一级智能建筑管理系统( b m s 、m m s ) 传输视频监控信息。 2 2 2 系统软件模块设计 在设计安全防范系统集成软件架构的过程中，按功能划分，将集成软件分割 成视频监控子系统、门禁子系统、防盗报警子系统、数据库信息系统、矩阵主机 控制子系统、电子地图导航子系统等六个子系统，系统软件模块结构如图2 - 2 所 示。 s a s 集成系统 视频 监控 子系 统 门禁 控制 子系 统 视 频 捕 获 压 缩 视 频 多 播 传 输 运 动 且 标 检 测 门 禁 管 理 与 设 置 门 禁 状 态 查 询 防盗 报警 子系 统 报 警 信 号 处 理 视 频 联 动 矩阵 主机 控制 视 频 接 入 控 制 云 台 切 换 控 制 数据 库信 息系 统 人 员 信 息 查 询 视 频 联 动 电子 地图 硬 件 设 置 与 管 理 选 择 视 频 接 入 图2 - 2s a s 系统软件模块结构图 各子系统功能 1 ) 视频监控子系统 采集不同监控点的现场视频信号，通过视频采集卡进行数字化处理，并 能够在捕获窗口中进行实时的显示： 可以调节图像的对比度、明亮度、饱和度； 将视频图像进行压缩，并通过组播方式向客户端发送； 对运动图像进行实时检测，可以比较准确地判断是否存在大的物体在图 9 中南大学硕士学位论文 第2 章安全防范系统总体设计 像序列中移动。 2 ) 门禁控制子系统 设置门禁装置的属性，如：系统时钟、有效工作时间等等； 通过向门禁装置发送指令来注册开门卡，赋予该卡开门的权利； 从门禁装置中读取开门记录，即何时某张开门卡通过了该门禁装置； 实时监测门禁装置的状态，检测门禁装置是否处于正常工作状态，是否 被非法的打开； 直接发送指令驱动门禁装置，让门禁装置做开门、关门的动作。 3 ) 数据库信息子系统 通过访问远程的数据库服务器，可以查询和检索防盗报警点、门禁、持 卡人员的相关信息； 通过查询数据库中的相关信息，比如报警点号等，可以将报警点所在区 域的视频信号接入到监控主机上来，便于管理者了解其最新的状况； 4 ) 矩阵主机控制子系统 通过向矩阵主机发送指令，可以将任意一路监控前端设备采集到的视频 信号接入到监控主机上来； 利用矩阵主机还可以实现对监控前端设备的远程控制，如云台的转动， 镜头的变光圈、聚焦、变焦等。 5 ) 防盗报警子系统 实时监听报警前端设备，当报警装置被触发时，接受来自前端的报警信 号，并根据联动信息，将对应的视频信号切入到监控主机上来； 6 ) 电子地图导航 可以方便的导入新的电子地图，并在电子地图上设置摄像机、门禁、防 盗报警等装置； 通过点击电子地图上的设备图标，可以选中任意的前端摄像机，并将相 应的视频信号接入到主机上来； 当前端的防盗报警等设备会被触发时，电子地图导航系统会自动的将事 发地点的电子地图切入到监控主机的屏幕上来。 2 2 3 集成环境各子系统的硬件配置 安全防范集成系统中的硬件设备主要集中在以下三个子系统中：视频监控、 门禁、防盗报警子系统。下面对各子系统中的硬件组成和功能进行介绍。 i ) 视频监控子系统 近距离的监控子系统主要由前端摄像设备、切换控制设备和显示录像设备三 大部分构成近距离的监控子系统还包括传输设备部分。 l o 中南大学硕士学位论文 第2 章安全防范系统总体设计 c a ) 前端摄像设备 主要由彩色或黑白摄像机、镜头、云台、解码器、红外灯等组成摄像机的 用途就是为最大限度地捕获最佳图像解码器的功能主要是接受矩阵主机的控 制，并对云台进行直接的驱动。 ( b ) 切换，控制设备( 矩阵主机) 接受来自前端摄像设备的视频信号，并通过矩阵的切换，在不同监视器上实 现所希望的图像的显示；同样，矩阵主机还可通过多种控制方式实现对前端摄像 设备的控制。 ( c ) 视频采集卡 视频信号的数字化就是通过视频采集卡来完成的。它可以接收来自视频输入 端的模拟信号，并对该信号进行采集、量化成数字信号，然后压缩编码成数字视 频。大多数视频卡都具有硬件编码的功能。在采集视频信号时首先在卡上对视频 信号进行编码，然后再通过p c i 接口把视频数据传送到主机上。一般的p c 视频 采集卡还具有帧内压缩的功能，把数字化的数据压缩成a v i 文件。 ( d ) 显示、录像设备 主要由监视器、画面分割器、录像机( 时滞录像机和硬盘录像机) 等组成。监 视器是为显示图像用，画面分割器用于多路图像在同一监视器上的显示，录像机 实现了图像的实时记录、备份 2 ) 门禁子系统 门禁子系统主要由感应卡、读卡器、控制器、电控锁等组成。 ( a ) 感应卡 感应卡芯片写有3 2 位无重复的代码。当卡片接近读卡器时，会自动将代码 发送至读卡器。感应卡操作时无需接触，不会磨损，芯片封装在卡片内，不会被 腐蚀，所以经久耐用。 ( b ) 读卡器 读卡器是用于读取感应卡信息的部分，内置有无线电发射天线。当有感应卡 接近时能接收到卡片发送的代码等信息，读卡器分析确认是有效卡号后，将代码 传送至控制器。 c o ) 控制器 门禁控制器首先采集读卡器发来的信息，然后按预先设定的系统参数进行门 锁控制。诸如：区分有效或无效的卡，控制门锁开或关，储存操作记录并传送给 控制中心每个控制器可以设置不同的系统参数，如有效卡号、操作方式、自动 开门、有效时区等等。 ( d ) 电控锁 中南大学硕士学位论文 第2 章安全防范系统总体设计 电控锁用来取代机械锁，由控制器发送开门信号后，电控锁会自动打开。接 触检测器用来检测门的开关状态，从而确定门的开闭是否有效或被批准。 3 ) 防盗报警子系统 防盗报警子系统一般由探测器、区域控制器和报警控制中心三部分组成。 ( a ) 探测器 探测器负责探测人员的非法入侵，有异常情况时发出声光报警，同时向区域 报警器发送信息。 ( b ) 区域控制器 区域控制器负责将回路的输入信号处理后送往视频监控系统的视频矩阵切 换控制器，以实现联动控制。 ( c ) 报警控制中心 报警控制中心的功能是实施整个防盗报警系统的监控与管理。 摄像机是最重要的视频采集前端设备。其种类和性能要求依据监控系统应用 环境和目标而定数码摄像头的核心是感光成像器，目前主流使用的是c c d 感 光元件。选择c c d 摄像机的主要技术指标包括c c d 尺寸和像素、水平分辨率、 最小照度、信噪比等。在广州大学城星海音乐学院监控现场，本文针对不同监控 地点的需求，设置了不同类型的摄像机设备。在监室内部，使用固定的摄像机既 满足了监控要求，又可以大大的节约成本。在重要的通道处，采用高清晰度彩色 云台摄像机。通过对摄像机增益的调节，可以提高摄像机对光照变化的适应能力； 从而使摄像机能够在较大的光照范围内工作，即在低照度时增加摄像机的灵敏 度。通过对摄像机角度、光圈、聚焦的调节，可以对物体的成像效果进行调整， 使摄像机采集到最清晰的图像。在广场等室外场合。本系统采用球型摄像机。球 型摄像机一般采用一体化设计，能够适应室外恶劣的工作条件；另外，球型摄像 机的摄像头可以3 6 0 度的旋转，使监控者获得最大的视角。 矩阵主机是视频监控分系统的核心设备，其功能和可靠性决定了整个分系统 的功能和可靠性。本系统选用的矩阵主机采用单电缆传输技术和模块化设计，上 行传送视频信号，下行传送控制信号。该主机同时具有多种控制方式，即可以通 过键盘进行操作。也可以通过软件进行控制。 2 3 小结 根据用户的需求，提出了广州大学城星海音乐学院安全防范集成系统的设计 方案，给出了安全防范系统的整体结构、集成软件架构；对安全防范系统采用分 层管理的思想，对各个子系统进行了模块化设计；并对各子系统的硬件设备组成 及功能进行了详细的说明。 中南大学硕士学位论文 第3 章安全防范系统视频信息处理技术 第3 章安全防范系统视频信息处理技术 第三代的安全防范系统以集成化、智能化、网络化、数字化为特点，网络 技术、多媒体技术在监控系统中得到了充分的应用。视频监控作为安全防范系 统中的核心部分，视频监控系统的好坏直接决定了整个安全防范系统的实际应 用效果本文设计的视频监控软件模块主要有：视频数据处理模块、视频回放 模块、运动图像检测模块、矩阵控制器模块、视频数据发送模块、视频数据接 收模块等六个模块，其中视频数据接收模块用于远程客户端。视频监控系统结 构如图3 1 所示 。- i 远程 j ；客户端? ： 图3 1 视频监控系统结构图 根据视频监控系统结构图可知其中涉及到了视频信号的捕获、回放，视频 信号的压缩、基于网络的传输，视频图像序列检测技术等多媒体技术。本章将 对上述视频信息处理技术的原理及在本系统中应用进行介绍。 3 1w i n d o w s 环境下的视频捕获与回放技术 3 1 1v f w 视频捕获技术 v 阳w ( v i d e o 矗) rw - m d o w s ) 技术是w m d o w s 环境下实现实时视频捕获的重要 工具，主要由a v i c a p d l l 、m s v i d e o d l l 、m c i a v i 、a v i f i l e 、v c m ( 视 频压缩管理器) 和a c m ( 音频压缩管理器) 6 个模块组成“1 由于v i d e of o r w i n d o w s 函数可以方便地实现视频、音频数据流到a v i 文件的存储，在v i s u a l c + + 中也将v i d e of o rw m d o w s 函数称为a v i c a p 窗1 2 1 类函数通过使用a v i c a p 中南大学硕士学位论文第3 章安全防范系统视频信息处理技术 窗口类函数，可以在应用中方便地集成视频采集功能a v i c a p 为应用提供了一 个访问视频采集硬件简便的，基于消息的接口，并且能够控制视频流数据存储 到磁盘的过程“1 。 a v i c a p 窗口类是完成有视频捕获硬件获取的数据，并按照需要的格式进行 存储、转换的重要手段，它提供的主要功能包括： 1 ) 动态地同视频和音频输入器连接或断开； 2 ) 设置视频捕获速率； 3 ) 提供设置视频源，视频格式以及是否采用视频压缩的对话框； 4 ) 设置视频采集的显示模式为叠加模式或预览模式； 5 ) 实时获取每一帧数字视频数据； 6 ) 将视频流和音频流捕获并保存到一个a v i 文件中； 7 ) 按用户要求捕获某一帧的数据，并将单帧图像以d i b 格式的文件保存； 8 ) 创建，保存，或载入r g b 格式下的调色板； 9 ) 将捕获图像和相关的调色板拷贝到剪切板； 1 0 ) 指定捕获数据的文件名，并能够将捕获的内容拷贝到另一个文件。 视频捕获的流程如图3 2 所示 创建视频捕获窗口 上 注册系统回调函数 上 设置捕获窗口参教 上 与视频捕获设备相连 山 i设置窗口显示模式 j 捕获图像到缓存或文 l件并进行相应处理 0 终止税频并断开设备 图3 - 2 视烦捕获软件实现流程图 1 4 中南大学硕士学位论文第3 章安全防范系统视频信息处理技术 要进行视频捕获首先必须创建一个捕获窗，所有的捕获操作及其它设置都 是以它为基础的，它是通过c a p c r e a t e c a p t u r e w m d o w 函数创建的“。 在系统回调函数中常用的为状态设置、出错处理、流捕获或帧捕获等回调 函数，它们的注册是通过相应的宏完成的。如c a p s c ! t c a l l b a c k o n e r r o r 将系统出 错处理的回调函数注册到系统中，当系统出错时自动调用进行处理 本文主要对视频显示的两种模式，即视频叠加模式和预览模式加以详细说 明。 1 ) 叠加模式 该模式为部分采集设备所具有的能力，可以通过c a p d r i 、吧r c a p s 结构 中的f l - i a s o v e r l a y 域来判断设备是否具备该模式。在叠加模式下所捕获的视频 数据的显示不需要占用系统资源，显示速度快，同时不影响系统的其它任务 该显示模式所支持的