（电气工程专业论文）简阳变电站远程数字视频监控系统研究.pdf

重庆大学i + 程硕十学位论文中文摘要 摘要 远程数字视频监控系统的发展方兴未艾，广泛应用于高速公路、智能建筑、 油田能源等领域。变电站远程数字网络视频监控系统对于辅助进行变电站，特别 是无人值守变电站生产运行状态的监控具有不能替代的重要作用，并且也已经丌 始在电力企业进行推广应用。本论文首先对现有模拟和数字视频监控系统进行比 较并对网络数字视频监控系统采用主流技术的发展动态和方向进行了综述，阐 述了变电站远程数字网络视频监控系统的结构和设计要点，并重点对负责数字视 频数据解码和变电站监控管理功能实现的主站和工作站子系统地开发技术及其过 程进行了分析。最后，对在实际变电站现场系统实施的过程进行了总结，指出了 远程数字网络视频监控系统在实施中的问题及其解决方案。 论文首先介绍了视频监控的基本概念和其技术发展的三个主要阶段：模拟视 频监控系统、准数字视频监控系统和数字视频监控系统，分析了各阶段的技术特 点和主要应用领域：阐述了数字视频监控的结构、功能和发展趋势，介绍和分析 了r t p r t c p 视频传输协议内容和单播、组播和广播等视频传输模式，并重点分 析比较了模拟视频监控和数字视频监控的优缺点。 论文还对数字视频图像的编码技术，包括采用的编码方法和目前形成的主要 编码标准进行了介绍，并详细阐述了m p e g 4 标准的内容和层次结构，以及采用 m p e g - 4 标准的视频图像处理技术和发展方向。同时，还对目前用于多媒体视频传 输的网络技术进行了比较和分析。然后，论文提出了通过集成视频图像采集设备、 网络传输设备等外部设备，重点实现远程数字视频监控系统主站子系统和工作站 子系统的实现方案。进一步，论文对两子系统的逻辑结构、功能需求和关键过程 的实现进行了较为深入的阐述。最后，论文对变电站远程数字监控系统在实际变 电站现场实施方案，以及在实旌中的工程问题进行了总结和分析。 论文及其相关课题成果对变电站远程数字视频监控系统及其关键技术进行了 较为全面的阐述和分析，在此基础上综合采用视频数据处理技术、计算机网络和 软件开发技术，基于系统集成和规模优化原则，研制和实施的变电站网络数字视 频监控系统能够解决电力生产中的实际问题，同时具有一定的理论价值和很强的 工程实用价值。 关键词：变电站 远程数字视频监控系统m p e g 一4 标准系统集成 重庆大学l 程硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t r e m o t ed i g i t a lv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m ( p , d v m s ) i sap r o m i s i n ga n dp r a c t i c a l t e c h n o l o g yi n r e a l - t i m ev i d e om o n i t o r i n gf i e l do v e rh i g h w a y , i n t e l l i g e n tb u i l d i n ga n d m a t e r i a lp r o d u c t i o ne t c s u b s t a t i o nr e m o t ed i g i t a lv i d e om o n i t o r i n gs y s t e mc a np l a ya i m p o r t a n tr o l ei nm o n i t o r i n gs u b s m t i o n m n t i m es t a t u s ，a n dh a sb e e n a p p l i e d s o m e w h e r e t h i sp a p e rf i r s tc o m p a r e st h ep r e s e n ta n a l o gv i d e om o n i t o r i n gs y s t e mt ot h e d i g i t a l s y s t e m ，c l a r i f i e ss o m ek e yt e c h n o l o g i e s i nt h i s f i e l d a n d ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h e g e n e r a la r c h i t e c t u r e ，t h ed e s i g no ft h ec e n t r a lc o n t r o l l i n gs t a t i o ns u b s y s t e ma n dc l i e n t s y s t e mi nd e t a i l f i n a l l y , s o m ep r a c t i c a le x p e r i e n c e sd u r i n gs y s t e mi m p l e m e n t a t i o ni s s u m m a r i z e da sar e s u l t v i d e om o n i t o r i n gs y s t e mh a se x p e r i e n c e dt h r e ep h r a s e s ：a n a l o gv i d e om o n i t o r i n g s y s t e m ，p s e u - d i g i t a l v i d e om o n i t o r i n g s y s t e m a n dd i g i t a lv i d e o s y s t e m t h i sp a p e r a n a l y z e st h em a i nc h a r a c t e r i s t i c sa n di t sa p p l i e df i e l d s a te a c hp h r a s e ，i n t r o d u c e st h e s t r u c t u r e ，f u n c t i o n sa n dd e v e l o p m e n to fr d v m s i nd e t a i l e s p e c i a l l y ，t h ed i s a d v a n t a g e s a n da d v a n t a g e so f a n a l o ga n dd i g i t a ls y s t e m a r ed i s t i n g u i s h e d c l e a r l y s e c o n d l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed i g i t a lc o d i n gt e c h n o l o g yo fd i g i t a lv i d e od a t a ， i n c l u d i n gc o d i n gm e t h o d a n dm a i n d i g i t a lv i d e oc o d i n g s t a n d a r d s i nd e t a i l ，m p e g - 4a n d i t sc o n t e n t si si n t r o d u c e da s w e l l f u r t h e r , s o m e m u l t i m e d i ad a t at r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g i e sa r ed e s c r i b e da n da n a l y z e d t h e n ，t h i sp a p e rp r o p o s e dap r a c t i c a ls o l u t i o n ， w h i c h i n t e g r a t e s s o m ev i d e o i m a g e s c o l l e c t i o nt e r m i n a l sa n dn e t w o r ke q u i p m e n t s ， i n d e p e n d e n t l yd e v e l o p sc e n t r a lc o n t r o l l i n gs t a t i o na n d c l i e n ts t a t i o no fr d v m s f u r t h e r , w e d e p i c t st h el o g i c a ls t r u c t u r e ，f u n c t i o nr e q u i r e m e n t sa n dk e yd e v e l o p m e n tp r o c e s so f t h et w o s u b s y s t e m f i n a l l y , t h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s so fs u b s t a t i o nr e m o t ed i g i t a lv i d e om o n i t o r i n g s y s t e m i sd e s c r i b e d s t e pb ys t e p ，a n d s o m e h e l p f u le n g i n e e r i n g s o l u t i o n d u r i n g i m p l e m e n t a t i o n i sb e e ns u m m a r i z e d c o n c i s e l y t h i sp a p e rc o m p r e h e n s i v e l yi n t r o d u c e ss u b s t a t i o nr e m o t ed i g i t a lv i d e o m o n i t o r i n g s y s t e ma n di t sk e yt e c h n o l o g i e s a n db a s e do ns y s t e mi n t e g r a t i o na n ds c a l eo p t i m i z a t i o n r u l e s ，v i d e od a t ap r o c e s s i n g ，c o m p u t e rn e t w o r ka n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yh a s i l 重庆大学j i l 犟硕士学位论文英文摘要 b e e nu s e dt od e v e l o pt h es u b s t a t i o nr e m o t ed i g i t a lv i d e om o n i t o r i n gs y s t e mt os o l v et h e p r a c t i c a lp r o b l e m s i ne l e c t r i c a lp o w e r p r o d u c t i o n g e n e r r a l l ys p e a k i n g , t h ep a p e r h a s s t r o n g p e c u l i a rp r a c t i c a lv a l u ea n d t h e o r e t i c a lc o n t r i b u t i o n k e y w o r d s ：s u b s t a t i o n ，r e m o t ed i g i t a lv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m ，m p e g 一4s t a n d a r d ， s y s t e mi n t e g r a t i o n i i i 重庆大学：程硕十学位论文 1 绪论 1 绪论 1 1 论文选题背景 1 1 1 变电站监控的现状和存在问题 随着我国电力工业的不断发展，电力网络规模不断扩大，网络结构的复杂性与 日俱增。而作为电网枢纽的变电站，更是在电力系统中发挥重要的作用。它具有重 大经济价值，且安全防范要求高，但由于变电站所处地理位置分散和偏僻的特点， 为电力网络的管理造成了诸多不便，因此，采用先进技术的研究成果对目前的变电 站管理进行改进，逐步实现变电站的无人值守，进而提高电网的管理水平具有重要 的意义。 然而，长期以来，变电站一直采用2 4 小时有人值班的工作方式。虽然，随着调 度综合自动化改造的实现，许多变电站已成为无人值守站或仅有一名守门人员，变 电站配变电设备的调度管理全部集中到调度中心。原来由生产现场工作人员直接执 行的设备运行状态监控职能，只能依靠变电站的遥测、遥信、遥调和遥控系统实现。 在实际生产运行中，由于这些系统在功能和可靠性上的局限，并不能完全覆盖所有 设备的运行状态的监控。同时，无人变电站经常出现的由于外人侵入所造成设备损 坏和丢失，也是变电站配套设备管理亟待解决的问题1 1 】1 2 1 。 因此，要实现真正意义上的无人值守，必须在变电站原有的遥测、遥信、遥调 和遥控的基础上，增加变电站室内外图像监控和图像传输的功能，实现遥视功能。 视频监控系统能够支持相关人员及时直观了解变电站现场的情况，为控制中心操作 人员提供变电站现场图像，并对关键部位进行报警检查。伴随电力网建设的同时， 目前大多数电力企业，包括四川资阳电力公司，都已经建立了较具规模的电力通信 网络，形成了数字微波、光纤干线和电力载波线等混合型网络架构，通信带宽和信 道质量有了明显提高，这些为变电站远程视频监控提供了必要的通信传输条件。 目前，电力系统中应用的图像监控系统有工业电视系统和计算机管理的图像监 控系统。工业电视系统是将安装在厂站现场的摄像机通过视频电缆将视频信号经视 频切换器传送到监视器。由于视频电缆会使模拟视频信号产生损耗，传送图像局限 在5 0 0 米范围内，只能用于本地监视：计算机管理的图像监控系统是将摄像机采集 的模拟或数字视频信号，经计算机视频采集卡进行数字处理再压缩编码，而后远传 或本地监视。采集点增多时，计算机工作量巨大，形成信息传输瓶颈，图像失真， 系统不稳定。因此，针对这些问题，在具体研究和开发过程中必须加以解决。 1 1 2 基于数字视频监控的变电站监控解决方案【4 】 数字视频远程监控技术可通过在本系统内建立监控调度中心，实现对远端现场 重庆大学t 程硕十学位论文1 绪论 的图像、声音及其它敏感数据的实时监控，以便对敏感事件做出快速反应。 在通常情况下，可将调度监控中心设置为主控中一心，在局域网环境下工作，可 包括主服务器、通信服务器、视频显示系统和工作站等组成，它通过网络遥控各外 围站点，察看需要的信息；而在各无人值守变电站建立现场监控系统，主要由视频 图像处理服务器d v s 、视频图像控制器d v c 和数字视频软录像机d v r ，以及通信 服务器、相应的采集模块和控制软件等组成。现场控制中心和现场监控系统的连接 是通过视频图像传输系统完成的。在无人变电站监控应用当中，视频图像传输系统 可借助完善的电力通讯网络来实现。 在监控中心和现场距离远的情况下，为了方便电站管理人员的控制和维护，可 借助成熟的远程通信网络技术。它的应用促进了变电站运行维护模式的变革。例如： 可以将数字视频监控系统的信息存放在w e b 服务器上，并接入远程通信网络。那么， 值班人员可在任何地方通过网络浏览器从i n t e m e t 获取该w e b 服务器发布的系统实 时信息，实现远程实时控制和维护。同样，监控信息的传输可借助i n t e m e t 完成， 建立一个网络视频服务器，它采用一体化设计，在视频采集、压缩、编解码和传送 处理等方面，无须p c 机系统，内置w e b 服务器功能，利用浏览器或监控软件，可 实现对影像的监视、存储、检索和回放等功能，实现对联接在网络视频服务器上的 云台的各种控制，实时获取联接在网络视频服务器上的各种报警装置f 如：烟感、门 禁、温度传感器等) 的报警信息，并且可与各种类型设备和不同以太网设备无缝连接。 1 1 1 3 简阳变电站远程数字视频监控系统课题及其意义 四川省电力公司资阳公司电网现有3 5 k v 及以上变电总容量为9 8 0 0 5 m v a ，所 辖有2 2 0 k v 变电站3 座，分别为棉丰、孙家坝、广惠变电站，1 1 0 k v 变电站1 0 座， 分别为简阳、石盘、解放、鸡石湾、南市、d t h 、安岳、龙台、仙鹤、宝林变电站， 3 5 k v 变电站9 座；3 5 k v 及以上输电线路4 7 条，总长度为1 1 8 9 公里，其中：5 0 0 k v 线路3 条，2 4 8 3 9 公里，2 2 0 k v 线路1 0 条，4 4 6 9 6 公里，1 1 0 k v 线路2 1 条，3 4 6 2 9 公里。 其中，简阳变电站投运于1 9 7 1 年，有三个电压等级，分别为1 1 0 k v 、3 5 k v 、 1 0 k v ，现有主变压器两台，容量均为3 1 5 m v a ，现有1 1 0 k v 进线三条，分别为棉 简i 、l i 线、简小线，采用单母线分段带旁母的接线方式，3 5 k v 出线6 条，采用单 母线分段接线方式，1 0 k v 出线1 6 条，采用单母线分段接线方式。无功补偿容量为 1 0 8 万千乏。根据计划，简阳变电站将在2 0 0 4 年6 月实现无人值守。 在实际生产运行中，我们认为随着变电站实行无人值班，有必要在原有变电站 遥测、遥信、遥调和遥控系统功能基础上增加遥视功能，实施变电站远程数字视频 监控系统，以进一步实现对变电站生产运行状态和环境的全面监控。 通过对国内外主要视频监控技术及其发展应用动态的研究，我们认为远程数字 2 重庆人学i ：程硕十学位论文i 绪论 视频监控系统在变电站监控中将会起到积极作用，并在将来作为无人值守变电站远 程监控的基本技术设旖之一。因此，我们确定以变电站远程数字视频监控系统为研 究课题，并探索在无人值守变电站条件下系统的实施和管理经验，为下一步在我公 司各变电站实现遥视管理打下基础。 课题将研究无人值守变电站远程数字视频监控技术的实现原理和基本结构，并 在此基础上采用系统集成和规模优化原则，重点结合变电站远程监控管理需求，开 发一套符合变电站现场实际特点的无人值守变电站远程数字视频监控系统具有现实 可行性和重要性。 同时，结合远程数字视频监控技术的发展动态，以及无人值守变电站远程监控 管理的实际需求，以及变电站现场实际工程特点，我们认为有必要探索和总结无人 值守变电站远程数字视频监控系统工程实施和管理规范，并用于指导今后的实践。 因此，论文选题确定为“简阳变电站远程数字视频监控系统研究”，在对无人值 守变电站远程数字视频监控系统基于系统集成和规模优化原则进行结构设计的同时， 重点结合变电站实际监控需求研制系统主站和工作站子系统，并对系统在无人值守变 电站实施中的工程技术问题及其解决进行了总结和阐述。论文选题面向电力生产实 际，具有一定的理论意义和很强的工程价值。该变电站远程数字视频监控系统已经成 功实施，效果良好，达到预期设计要求。 课题主要研究的变电站远程数字视频监控系统，具有如下优点： 数字化视频可以在计算机网络( 局域网或广域网1 上传输图像数据，基本不受 距离限制，信号不易受干扰，可大幅度提高图像品质和稳定性； 数字视频可利用计算机网络联网，网络带宽可复用，无须重复布线，还便 于集中监视和集中控制： 采用数字化视频，使得图像的存储成为可能，经过压缩的视频数据可以存 储在硬盘阵列或保存在光盘中，查询十分简便快捷。 在研究和开发变电站远程视频监控系统的过程中，应解决视频图像的编码、传 输和处理技术，分析变电站，特别是无人值守变电站现场监控的技术需求并采用面 向对象软件开发技术进行实现。因而，通过课题的研究也是对这些技术的探索和发 展的过程，具有一定的技术价值。 变电站远程数字视频监控系统将极大方便对变电站运行和设备管理，因此研究 和开发变电站视频监控系统具有重要的工程价值。 变电站远程数字视频监控系统的实施，能够进一步保证无人值守变电站的可靠 运行，减少变电操作班的工作量，提高工作效率：及时监视到主变压器、断路器、 电流互感器、电压互感器等设备的油位，根据实际情况及时派人处理：能够远方龄 视断路器、隔离刀闸、接地刀闸的分合情况，防止误合、误分开关( 刀闸) 事故的 五庆大学l = 程硕士学位论文1 绪论 发生；能够及时监视设备的发热情况，通过加装红外线装置的摄相机能及时捕捉到 设备的发热情况，避免因设备过热造成的事故；能够及时捕捉设备的异常变化，有 利于事故的分析，更好地落实好事故的“四不放过”原则，进一步加强事故的防范 措施；能够远方监视操作人员的操作程序和步骤，使其严格执行电力生产运行、检 修设备上的规范化管理制度；能够加强火灾事故的预防，及时告警，做到防患于未 然：能及时观察到变电站周围环境的变化，采取相关措施，使其做到可控和在控。 1 2 国内外研究现状 近年来，视频监控在各行各业得到了广泛的应用，如生活中有小区安全监控， 电讯行业有机站监控，银行系统有柜员制监控，林业部门有火情监控，交通方面有 违章和流量监控等。从功能上讲，视频监控可用于安全防范、信息获取和指挥调度 等方面。 目前，国外的视频监控广泛应用于各领域，其技术先进，功能齐全。而国内的 厂家大多在引进、消化国外产品，市场上的产品主要有两类：一是直接引进国外产 品，比较典型的系统如v s a m ，它于1 9 9 6 1 9 9 9 年间，美国国防高级研究计划局 ( d a r p a ) 资助卡内基梅隆大学、戴维s a r n o f f 研究中心等著名大学和公司合作研 制的。其它的例如：来自欧洲的c e u s t a c k 产品、英国高速公路局m 2 5 高速公路上 数字c c t v 监控系统和总却设在比利时的t e l i n d u s 等；二是国内自主开发的监控系 统产品，但大多都未采用最新的视频数据压解缩标准，并且不能很好地与变电站监 控的实际功能需求实现紧密结合。 数字视频监控系统不仅符合信息产业的未来发展趋势而且代表了监控行业的 未来发展方向，蕴藏着巨大的商机和经济效益，成为目前信息产业中颇受关注的数 字化产品。特别是近年来，随着技术的进步和社会经济的不断发展，客观上对监控 系统的准确性、有效性和方便性提出了更高要求。具体地讲，主要体现在以下两个 方面：一是需要实施视频监控的范围更加广阔，由传统的安防监控向管理监控和生 产经营监控发展，而且对同一套系统的覆盖面和实旖距离也提出了更高的要求，达 到点多面广；二是要求监控系统与管理信息系统、网络系统结合，实现对大量视频 数据的压缩存储、传输和自动处理，从而达到资源共享，为各级管理人员和决策者 提供方便、快捷、有效的服务。总之，数字视频监控系统在向网络化、管理智能化 和功能综合化方向发展。 1 3 简阳变电站远程数字视频监控课题研究内容和思路 课题研究内容包括： 收集视频监控系统的相关资料，了解相关技术动念； 掌握现有远程数字视频监控系统的主流技术，并结合无人值守变电站实际监 控要求和现有其它同类研究成果的应用情况，探索远程数字视频监控系统在无人值 4 重庆人学工程硕士学位论文 守变电站实际应用的特点和功能需求： 研究无人值守变电站远程数字视频监控系统的数字视频录像机d v r 和数字 视频服务器d v s 系统的结构，并根据软件工程原则进行系统结构设计，并最终加 以实现； 总结无人值守变电站远程数字视频监控系统在实际实施中遇到的问题，并进 行系统化总结，探讨无人值守变电站远程数字视频监控系统实施的工程规范。 根据研究任务和内容，论文主要思路确定如下： 图1 1 课题研究思路 f i g u r e 1 1 p r o j e c ：tr e s e a r c hr o a d m a p 1 4 本章小结 本章首先指出了变电站远程数字视频监控系统在电力生产中应用的必要性和重 要性，接着分析了目前变电站监控存在的不足，提出了无人值守变电站远程数字视 频监控的解决方案，同时也指出课题研究内容和价值，介绍了国内研究现状，最后 总结课题拟进行的主要工作和研究思路。 重庆人学l 程硕十学位论文2 视频监控基础知识 2 视频监控系统及其关键技术 视频监控通过对现场视频的监视，来达到对监控目标的监视、控制、安全防范 及智能管理。目前，视频监控广泛应用于各个领域，为能够总体上了解视频监控的 知识，论文将从视频监控的系统组成、发展和应用等方面加以介绍，并重点叙述了 数字视频监控的基础知识。 2 1 视频监控的基本概念 2 1 1 视频监控的基本组成 视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。随着计算机、 网络以及图像处理、通信传输、自动化技术的发展，视频监控技术也有了质的飞跃。 视频监控系统一般由图像摄像、图像传输、图像显示和系统控制等模块组成， 其结构如图2 1 所示： 图2 1 视频监控系统的组成示意图 f i g u r e2 1v i d e om o n i t o r i n gs y s t e ms t r u c t u r ed i a g r a m 在上图中，摄像模块是系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”，包括摄像机、 镜头、麦克风、云台、云台防护罩等设备。它的主要功能是完成目标景物到图像信 息的转换，为系统提供原始信息源；传输模块是监控系统的图像信号通路，它主要 是单向或双向传输图像信号，同时控制中心要对摄像机、镜头、云台和防护罩等进 行控制，因此还需要传输控制信号；控制模块是系统的指挥中心，可以是视频矩阵 切换器以及键盘、视频分配器、云台控制解码器、字符叠加器等设备，它的主要功 能有：视频信号分配、图像信号的校正与补偿、视频矩阵切换、摄像机、镜头、云 台、防护罩、字符叠加器等控制；显示模块是系统面向用户的终端设备，可以是一 台或多台监视器，主要完成图像信息的电光转换，在屏幕上再现目标景物的图像。 2 1 2 视频监控的发展历史【5 】 视频监控系统是多媒体技术、计算机网络、工业控制和人工智能等技术的综合 运用，它难向着视频音频的数字化、系统的网络化和管理的智能化方向不断发展。 重庆火学。【：程硕+ 学位论文 2 视频监控基础知识 如从技术角度出发，可以将视频监控系统的发展大致分为3 个阶段。 在9 0 年代初及以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第 一代视频监控系统，亦即模拟视频监控系统； 9 0 年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算 机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，从而大大提高了图像质量，增强了 视频监控的功能，它的输入为模拟量，但是采用了数字压缩、显示和控制系统，这 种基于多媒体计算机的系统称为第二代视频监控系统( 模拟与数字混合监控系统，或 准数字视频监控系统1 ； 9 0 年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高，以及各 种实用视频信息处理技术的出现，视频监控进入了全数字化的网络时代，称为第三 代视频监控系统( 数字视频监控系统) 。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字 视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视 频监控行业的技术革命【1 ”。 目前在国内的第二代视频监控系统渐渐占据主导地位。就技术角度而言，数字 视频监控系统是监控系统的技术主流和发展方向，具有很高的先进性和可扩充性。 2 1 3 视频监控的应用领域 视频监控由于其直观方便和信息丰富的特点，广泛应用于生活的各个角落。下 面列举了几种常见的视频监控系统l 儿】： 住宅监控：在智能大厦中，安全防范系统为其基本要求，在现有的家庭微机 上增加u s b 摄像头和相应的软件系统，即可实现功能强、价格低、性能可靠的数字 化家庭监控系统，用户可通过它实时了解家中的情况或家人的生活健康状况； 边防监控：在海岸线和边境线建立视频监控系统，就能使情报部门直观、及 时地监视边境的真实情况，提高情报获取的实时性和综合处理能力，也能有效防止 偷渡、出逃、走私、贩毒等非法行为： 交通监控：智能视频交通控制系统能及时提供各路段的车辆流量和路况信 息，记录违章车辆，以便实现准确快速的交通指挥调度，达到充分利用现有的道路 资源，提高突发交通事故的处理能力，从而为人们的出行提供快捷舒适的交通服务； 银行监控：银行因其易遭抢劫特点，需要进行监控录像，以便案件的调查 取证：而且柜台附近的监控方便了交易的事后查证；同时，自动提款机等也需要监 控； 工农业生产监控：对于那些恶劣环境，通过视频监控可减轻人们的劳动强度， 提高劳动效率和节约开支，而且通过远程视频传输系统，企业管理部门就能随时观 察到其在各地机构的生产、工作状况，与电话汇报相比，既直观真实又方便快捷。 重庆人学。i ：程硕士学位论文2 视频监控基础知识 2 2 数字视频监控系统基础 2 2 1 数字视频监控系统的结构和- 眭能 数字视频监控系统的组成如图2 2 所示【”l ，数字视频监控系统将摄像头获得的 模拟电视和视频信号转变为数字视频信号以便于计算机处理，或者由数字摄像头直 接输出数字视频信号，在计算机显示器上显示多路活动图像的同时，可将各路信号 分别存储于计算机的硬盘内。在实时情况下，每路信号在监视、记录、回放时都能 达到最大为2 5 帧s 的活动图像的效果。 图2 2 数字视频监控系统结构图 f i g u r e2 , 2s t r u c t u r ed i a g r a m o f d i g i t a lv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m 数字视频监控系统直接输入模拟视频信号，数字化后进行图像压缩，或者直接 输入数字视频信号然后进行存贮、传输及相关控制处理。一般单台计算机数字视频 监控系统具有以下性斛加l ： 视频输入：1 1 6 路v i d e o ： 视频制式：p a l 、n t s c ； 压缩记录标准：m p e g l 或m p e g 一4 ： 图像分辨率：3 5 2 2 8 8 ，7 6 8 5 7 6 ： 每路图像帧数：2 5 帧s ； 最大显示和压缩帧数：4 0 0 帧s ： 预览功能：可实现i 、4 、9 、1 6 路实时预览； 字符叠加：可在左上角或右上角显示用户定义的英文或中文说明； 录像功能：可实现最大1 6 路实时录像，可以同时显示1 、2 2 、3 3 、4 4 路视频图像； 图像播放：可以进行任一路图像的回放，速度可调： 占用磁盘空间：视频：6 0 6 0 0 m b 路小时。 为了实现对变电站遥视功能，远程数字视频监控还具有以下功能要求【9 1 ： 重庆人学j ：槲硕士学何论文2 视频监控基础知识 系统设计要求包括： 监控系统的软硬件技术采取模块化结构，具有最大的灵活性和可扩展性，以 适应不同规模监控系统网络和不同数量监控对象的要求。 数字视频监控系统的采用不影响被监控设备的正常工作，不改变具有内部控 制设备的原有功能； 采用工控机，抗干扰能力强，能不问断工作同时监控设备，本身不产生影响 监控设备正常工作的电磁干扰； 视频监控系统具有良好的人机对话界面，故障告警具有明显的可视信号，配 备高清晰度彩色摄像机，选配带预置位的云台。一旦报警，摄像机自动转到报警位 置，图像自动对准焦距，监视报警位置，硬盘自动录像； 监视无人值班机房的运行和操作情况； 解决防盗问题，具备防盗报警功能； 具有防火环境报警功能； 具有设备运行报警功能： 实现变电站无人值守监控，出入门禁控制等功能； 2 2 2 数字视频监控的发展趋势 许多数字视频设备中具有图像识别和特征提取的功能，通过图像分析实现远动 探测和报警、控制相关的机构，使电视监控更具智能化。这些将成为今后多媒体数 字视频监控系统的主要形式，以下是一些新功能【1 0 】： 图像探测将成为防入侵报警探测的主要手段，报警系统误报率高这一问题将 会随之解决。 摄像机将不再是电视监控系统唯一的( 或主要的佑源。由于图像处理功能和 能力的提高将促使新的成像技术的出现和实用化，如毫米波成像、超声波成像等【删。 数字输出摄像机的出现使产生真正的数字视频监控系统成为可能。以采集 信息为目的的电视监控系统实现真正的数字化还有一个过程，但这是必然的趋势。 数字电视监控系统将是完全实时的、载有极丰富信息、具有多种功能的系统。 视频监控将与网络结合起来，成为一种开放的、可自由生成的系统【1 5 】【1 6 j 【1 7 l 。 视频监控数字化解决了数据压缩的问题，使之便于通信，可以利用各种公共信息网 络( 电话网、综合数据网、有线电视网1 来传送，这就便视频监控系统成为一种可以 无所不到的、开放的、可以根据要求自动生成的系统。为其应用展开了极其广阔的 前景。 可靠性更高，图像传输质量得到有效的控制。数字视频监控系统的硬件和软 件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统的配置具有通用性强、开放性好、控 制功能完善、人机界面友好以及容错能力强等优点。 9 重庆人学r 程硕f ：学位论文2 视频监控基础知识 2 2 3 两种视频监控系统的比较 典型的模拟视频监控系统一般由图像摄像部分、图像传输部分( 一般采用电缆或 光缆) 、系统控制部分( 视频矩阵切换、动作控制、字符发生等) 和显示记录部分组成。 数字视频监控系统是计算机为中心、数字视频处理技术为基础，利用图像数据压缩 的国际标准( j p e g 、m p e g 或h 2 6 x 系列等1 ，综合利用图像传感器、计算机网络、 自动控制和人工智能等技术的一种新型监控系统。 虽然，到目前为止，模拟视频监控系统的技术已经很成熟。但传统的模拟闭路 电视监控系统仍有其局限性【2 1 j ： 通常只适合于小范围的区域监控。有线模拟视频信号的传输距离有限，若采 用同轴电缆，当传输距离大于1 0 0 0 m 时，信号容易产生衰耗、畸变、群延时， 并且易受干扰，使图像质量下降。双绞线传输的距离更短。这就决定了模拟视 频监控只适合于单个大楼、小的居民区以及其它小范围的场所； 布线工程量大，系统的扩展能力差。对于已经建好的系统，如要增加新的监 控点，往往是牵一发而动全身，新的设备也很难添加到原有的系统之中； 模拟视频监控系统大多采用录像机作为存储工具，磁带作为存储介质，这种 方法不仅记录信息量有限，数据的存储会耗费大量的存储介质( 如录像带1 ，而且 磁带易变形，磁头、磁带间磨损大，加上采用模拟信号方式记录读取，失真严 重，重放的音像质量远不能满足现场的要求，查询取证十分烦琐。 同时，数字视频监控系统除了具有传统闭路电视监视系统的所有功能外，还具 有远程视频传输与回放、自动异常检测与报警、结构化的视频数据存储等功能。另 外，数字视频信号具有频谱效率高、抗干扰能力强、失真少等模拟信号无法比拟的 特点，不可避免的是其信号处理数据量大、占用频率资源多的问题，正是这个原因， 造成数字视频监控系统虽然具有很多的优点，却迟迟难以实用化，具体比较如表2 3 所示。 1 0 重庆大学e 程硕士学位论文2 视频监控基础氮| 识 七q 1 龋 世 憾 o 蜒 蜊 毯 善= 痞 耻 鹃 采 基 蚓 霜能 丑 妊 臻 丑 鼎 剖 蹦 挺穗 螺 蚓 窟 曲 妊 嚏 宦 出 黎 蛊 垃 题 酶 团 匿 皑 挂 旧 妊 日 剖 匿 撂 登豁 疃亡 ， 世 氅 簋求 誊 瓣 髓 | 廿1 督托娃锰 鬈赠妊芒 蝗 梏 封并 脚 鞠扫蛙 榴匿盛 叫 榷醛榷 神逛 譬萑詹 辎 盛 ， | j 岳磊 晕秘 嘣 四 ，密 廿 嗤址 蚺 姻 嘣 吲赫 蚺 挂 世辎一 排 驰轴舞 口 钲士h 二削 心 蝌 厘地球 营器惟 ，搬誓 韶妊 g蚺罅 螺睦 垛楚 出 垦詹越 蝗喧 怔 唰昧 拯 魁 、 f _ 5枷醋 盥 鞋譬 蒋苻妇 一盎 撼 嘣 宙皿皿划 i 拦 骚 ，喜扛 ， 下 露 到宦 o 曙瀣 祢窨 址赢 寸 嘣崩州睡 陡 l描强酬 吾蝎 嚣 难锥 甘 越瓤口赢 墼碰_ i 瑚 黯悄瞄 帕薹靼 i 乓 _捌璺 嘣 喵粥磊毯 g飓董 埋刚 丝墨 强蚤 蕞器 蠹妞目 f 盎蚺口 甍 搿 相 米 挂 槎 釜 蜮 佰 椒 惴 蚶 槲 蟋 柜 d 垛 采 趟 旺 鲥 曹 器蛭 鞋 塞坚 垡 舟* 妊 擗蠼 拦曹 罄擅 鞘旨性 鲥盛髀 辕墨船 州毯臀 餐驰 懈埭捌 墨蚓髫 蜮睦删 袖 旺螺+ 粕骚 晡雌 魁鞋 蝼 咂 蠼 坦 职骐 强 神厘 圃 稚营 g 壮 枢 强毯 餐 垃 赢 攫 恒 辎 删 螺 岱鞋基 1 幅 羹塞 -鲤 犁 瞒排妇妇 鲥 啻蚺 删畿 心魁 蜊 骚 亘牲 积 靶 蝼骠髂0 是 耀 毯宫墨爿 导 藉 羹器 划黯噼盛强g 趔 旺菰螬 喀 鞲蚺州 避 罄曩 型彘似赵 妞 鞋搿 旧 窖掣靼世睡 赋悄蛙 g 匣删 1 毯 算蜷钲 妇 ，黼 联 n 艄 尝#瞄 酶谁 詹 刚 魁 是啦 *鼻 商 惺辎 ，霍扣斌副 毯牲-蜒逝铜导也宝 蜊二 瞄瑶琏*吨旺碟也囊构搬 密鞋 删 窨 ，】州 噶然 魁求娶 ，正鞋蚺舻妞收麟 稚鲻蝼隶 已e 删 帮辐 宴划 宦啦g趔键辐 1 】母】= 帮蜊 删 暑! ：撕收景回肇鲞出瞒捌 监控服务 编解码器控制端口 一j f服务器和编解码器间的接口 i 控制接口 程序固件 编解码器 图3 3 数字视频监控软件系统的结构 f i g u r e 3 3s t r u c t u r eo fd i g i t a lv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m 3 3 数字视频录像d v r 子系统软件的设计 d v r 子系统以工控机或p c 机为工作平台，系统采用硬件压缩视频流的方法， 减轻c p u 的负荷，提供运行效率，利用软件控制视频流的存取和播放以及辅助功能。 d v r 子系统软件部分功能如下： 预览功能：可同时支持1 、2 2 、3 3 、4 4 多路实时视频图像预览； 重庆大学一i ：程硕士学位论文 4 d v r 和d v s 子系统的设计 录像功能：实现最大1 6 路实时录像，包括正常录像、动态录像和定时录像等 方式； 检索回放功能：可在规定时间内，检索符合要求的视频图像，也可根据摄像机 名称进行检索；进行任一路图像的回放，速度可凋；报警输出安全功能。 在具体技术实现中，远端数字摄像机采集的数字视频图像经过视频采集卡，将 视频数据提交d v r 软件系统，完成视频数据的本地存取和控制。视频采集卡提供 通用视频数据操作接口a p i ，并进行封装。我们可以利用这些a p i 函数实现对视频 数据和前端设备的控制操作。图4 4 是d v r 子系统软件的程序流程图： 另外，d v r 子系统中还可以实现对设备的资源配置，包括对亮度、对比度、饱 和度、色调等参数的配置。 初始化图像卡( 程序启动时) 获取当前图像卡的数量 设置当前卡号的显示区域大小 监示区域和内存区域 设置通道号 设置视频采集参数 设置显示颜色参数 激活实时图像显示( 即开始显示) 禁止实时图像显示( 关闭显示) 释放嘲像卡资源( 退系统) 图3 4d v r 软件程序流程图 f i 9 3 4f l o wc h a r to fd v r s o f t w a r es y s t e m d v r 子系统实际在视频数据流的访问中是作为视频数据服务器发挥作用的，负 责向中心站控服务器提供视频数据访问服务。在此过程中应实现服务器初始化过程， 重庆大学工程硕十学位论文4 d v r 和d v s 子系统的垃计 以建立两者之间的通信连接。该通信过程采用w i n s o c ks d e c ti o 模型，其特点足， 在线程中循环调用s e l e c t 检查套接字集是否有网络事件到来，如有读事件到来，可 以调用r e c v f r o m 将数据读出：如写缓冲区有空，可以执行s e n d t o 将数据发出。在发 送视频数据线程中，线程需要不断检查缓冲区中是否有已经编码的视频数据，如有， 就调用s e l e c t 检查写缓冲区是否有空，如果有空则马上调用s e n d t o 将数据发出，否 则等待下一循环。该过程程序流程图如下： 图3 5 服务器会话初始化程序流程图 f i g u r e3 5f l o w c h a r to fs e r v e rs e s s i o ni n i t i a l i z a t i o n 其中，l i s t e n 0 1 函数负责侦听通信端口，o n a c c e p t o i 甬数收到客户端确认，负责创 建连接；o n r e c e i v e 0 函数负责读取从客户端发来的数据；o n c l o s e 0 函数和 c l o s e s o c k e t 0 函数负责关闭端口：o n n e t e v e n t 0 函数用于对网络事件作出响应。 f d a c c e p t 、f d r e a d 和f o _ c l o s e 为系统事件，分别表示接受连接请求、允 许读端口操作和关闭连接。 3 4 数字视频服务器d v s 子系统的设计 数字视频服务器d v s 能够以企业内部网i n t r a n e t 为网络平台，完成对本地或远 程受控站点的数字图像传输，提供对本地或远程监控客户端的数据访问。同时d v s 重庆大学l ：程硕士学位论文4 d v r 和d v s 子系统的设计 还作为d v r 的客户端，向d v r 提供数据访问请求。数字视频服务器一般采用结构： 在远端监控现场，设置若干摄像机、各种检测报警探头和数据设备，通过各自的传 输线路，汇集到监控终端数字视频录像机d v r 上。d v r 可以采用工控机或p c 机，除了处理完成本地所要求的功能外，系统利用视频压缩卡和通信接口卡，通过 通信网络，将信息传到一个或多个客户终端。 各视频监控终端对于视频数据的访问存在两种方式： 直接访问数字监控前端设备：数字监控前端设备有一个1 0 m 以太口，其本 身包含系