煤矿安全生产监控系统中视频采集技术的与实现

煤矿安全生产监控系统中视频采集技术的研究与实现刘敬彪，郑为贵，蔡文郁（杭州电子科技大学电子信息学院浙江杭州310018）[摘要]针对当前煤矿安全监测手段落后的现状，设计了一种煤矿安全生产视频监控系统，探讨了煤矿安全生产视频监控系统开发中视频采集技术的具体实现。该系统是集视频图像采集压缩编码技术、图像与字幕叠加存储技术、系统集成技术和光纤通信技术于一体的工业监控系统。整个系统高效可靠，有效降低了企业的成本，大大提高了煤矿企业的监管力度和安全生产水准。关键词:视频监控系统；光纤图像通讯；视频采集；MPEG4；字幕叠加ResearchandRealizationofVedioCaptureTechnologyontheMonitoringSystemusinginCoalMineSafetyProductLIUJing-biao,ZHENGWei-gui,CAIWen-yu(SchoolofElectronics&Information,HangzhouDianziUniversity,HangzhouZhejiang310018,China)Abstract:Aimatactualityofthecollierysecuritysurveillancesystemdroppingbehind,ItdesignsforanvideomonitoringsystemusinginCollierySecurityProduction,ItalsodiscussesabouttheconcreterealizationofVideoCapturetechnologyinthedevelopmentofthevideomonitoringsystemusinginCollierySecurityProduction.ItworksoutasanIndustrialMonitoringSystem,whichintegratesVideoImageCaptureandCompressionCodingTechnology,SuperimposedImagesandDataStorageTechnology,SystemIntegrationTechnologyandOpticalFiberCommunicationTechnologytogether.Efficientandreliablesystemasawhole,whicheffectivelyreducesthecostoftheenterprise,andalsohasgreatlyenhancedthesupervisionandmanagementandMonitoring’sstandardsofcoalmineenterprises.Keywords:VideoMonitorSystem;FiberImageCommunication;VideoCapture;MPEG4;SubtitlesSuperimposed0前言中国是世界上最大的煤炭消费国和生产国。近几年，随著国民经济的快速增长，煤炭需求量的不断攀升，煤炭供应紧张，大大小小几万家企业争抢煤炭资源的矿业权，因监控手段的相对落后造成的各级安全事故频繁发生，造成的直接和间接经济损失达上百亿元。针对日趋严峻的形势，国家对煤炭企业加大了管理力度和深度，对煤炭企业管理、安全生产工作提出了更高的要求。因此，研制一种智能化、性能可靠、容量适中且便于安装维护的矿用计算机综合安全监测报警装置十分必要。在监控系统中用来传输图象信号的介质主要有同轴电缆、双绞线和光纤。这里需要传输数公里甚至上百公里距离的视频信号，所以需要采用光纤传输方式[1]；光纤和光端机应用在监控领域里主要解决了两个问题：一是传输距离，二是环境干扰。由于光纤传输的众多优势以及系统建设成本的持续下降，采用光纤传输的方案成为建设煤矿视频监控系统的主流传输方案。视频采集一般有两种方法:一种是基于视频采集卡所附带的二次软件开发包SDK进行。这种方式的优点是应用方便，容易上手，缺点是对硬件的依赖性较强，灵活性差，且功能参差不齐，不能充分满足各种视频应用程序的开发需要；另一种方式是基于VFW（VideoforWindows）[2]进行的。VFW是Microsoft公司为开发windows平台下的视频应用程序提供的软件工具包，提供了一系列应用程序编程接口（API），VFW主要由AVICAP、MCIAVI、MSVIDEO、AVIFILE、ICM、ACM等6个模块组成。它的特点是播放视频时不需要专用的硬件设备，而且应用灵活，可以满足视频应用程序开发的需要。本文以VC++6.0作为编程开发环境,将视频数据流经过MPEG4的压缩实现视频监控系统中的高效率录像,并且从新的角度示范了综合采用以上两种视频采集来方法实现煤矿安全生产视频监控系统。1煤矿安全生产视频监控系统的构成蒙煤矿榜安全谦生产踢视频丘监控卡系统协主要殖包括信井下骗监控盒系统愁、井寇上监肝控系跪统德两菜个部勒分构搏成决。甜井下疗监控痰系统特中的纠摄像没机主违要是昼拍摄碧井下刷各种钻重要坟设备努的工凤作状俱态以返及拍逗摄采屋掘现帅场的办状态嚷，领井下役实时恒彩色是视频孟信息斧(4关路视岗频信哗号)醉通过行ND宰T刑CV蜻41品02闯ST驻/R剑视频舟光端灰机和朴单模弯光纤塔传至肥PC异机进驳行解而码显故示机；挤井下阅监控搞系统奖中的尿各种席传感颈器采占集瓦仅斯、息一氧药化碳态、硫球化氢孟等有安害气壤体的宜浓度债，另污有采布集通夜风量中、迅采掘辣进尺换、井词下视帖频信五息等透数据饼，将氏数据愤传输炮到井裹上监障控中劣心，华并可旦以就鹿地实议现报姥警及耽自动皆加大雪通风市量、铜对有陕关设蛾备进辉行实寸时自崭动断固电等薪相应缴措施允。井贤上监硬控系刃统使毙用贝两混台计玩算机润、一狡台光势端机贺及引一台穴计算陆机作懒为控霸制平朽台，默发送伍控制尺信息枯给井股下信懒息中醉心；杂另一直台礼计算或机作肚为图厅像平版台，变完成哥图像见解码扶显示耳、接份收井形下温崭度信希号、乘负压冈信号摇、粉推尘浓斗度信稠号、婚有害霜气体厌浓度卵信号旋、瓦凑斯浓图度信捎号及犯风速统信号蔽、采产掘进赌尺、深主扇丸开停舞、副萌扇开垂停等千数据造指标嫩，赖最后沉在P发C上删通过碍VC距实现养对视脆频信姥息和樱传感塑器数百据信默息叠叶加显动示存近储，黎具有变灵活舍方便与的画烂面组滚态，侮可以坚分别贯从次布画面话进入辈另一步个次栗画面锅或主获画面兴。并蓬在监割控中穴心实剂现报更警，厌及时奴安排佳现场市采取霸应急幻措施竹。笑图像跟传输行采用帽光纤后通讯疗方案多，井逗下与遗井上幅的图睁像通享信链狠路使胜用单籍模光御纤，意两端猫通过院ND义T勾CV惭41填02吨ST蜡/R练视频步光端捕机额来传黑输范井下贼实时廉彩色宿视频熊信息左(4来路视接频信劈号)尘。循当井皱下数漆据发银生异叨常时历，图童像平星台会辅以号发送色消息绍的方圆式踏通知叠控制绑平台鞋发泄出拜相应灰的控录制命爆令给坊井下竟信息将中心雅进行届相应卧的避操作聋。滩煤矿术安全自生产伏视频劈监控稻系统驱总体幅结构消如图怖1所盏示。献图1驱煤丛矿安器全生虚产埋视频炮监控绑系统挡总体筐结构督图寿2视傅频采么集的霞实现阅方案还视频盗采集威采用门的是碍大恒宝DH路-V晌T1拥40牢视频此采集貌卡,苹D竖H-煤VT宵14抓0图费像卡只是基享于P耽CI庆总线议的四防路图吩像采奉集卡扁，可膀四路栋复合纺视频繁同时券输入赵同屏龙显示碍，而钳每路趟复合恒视频越又有参两组琴视频荡输入腿源，慢可切姻换使其用。砍它提衡供了免CG嫌Vi革de扁o.玉dl俭l,位C宁GV矿id泊eo眉.l皱ib屡2个资链接为库,走封装材了部梳分底兵层的喷操作挪。视众频采匪集系祥统乐主要同采用廉DH窗-V忘T1茶40钱图像喂采集趟卡提兔供的盐应用狡接口前库和坟MS外Co盛mm雹（M环ic散ro饺so驰ft想C热om悄mu补ni多ca备ti份on再s泥Co物nt裤ro衫l）篮串口堪控件伤[如3有]话来实扛现。蜻视频弹采集段的基录本实层现方到案如周图徐2鹊所示服。歇图梨2道视国频采且集基岂本实织现方刺案荐图死3盈软宴件流心程图宇拐3攻程序态的实刮现叼1躬)简通过柱多串驱口卡丘扩展溜PC丽串口觉，理利用辽MS心Co层mm辟（M助ic淹ro耐so趁ft舱C舞om蜂mu辞ni罚ca鄙ti包on荡s姑Co团nt胃ro时l）湿控件才的事行件驱口动通胃讯方康式去希获取债串口敲数据百（开温度暑数据凳、负印压数垄据、络粉尘穿浓度遇数据办、风扁速数机据、舍有毒更气体星数据诸、瓦骆斯数易据朱、采轧掘进连尺抖、蜡主扇屯开停炭、副斯扇开柏停等倒数据裤），匙事件际驱动沈通讯顾是处因理串蓄行端闹口交穿互作挣用的裙一种厅非常争有效菠的方烟法。古在许胜多情脚况下铃，在咸事件棚发生缓时需产要得手到通架知，抚在这叶些情攀况下居，可构以利昏用滴MS例Co商mm两控挖件的过O六nC摇om赢m梳事件作捕获饶并处清理这夜些通唱讯事汪件。波2希)添凶加菜彩单响毛应函渐数，粘主要泛采用般SD权K库既函数习来实拘现，膝这里年以选窝择视诚频信丘号源伯路类亲型的巡响应兄函数妄为例促来说武明。宵视频沫信号革源路喉类型骂设置尿是在膊CS配ou节rc仓eD觉lg单对话问框程告序里拖面实拥现的砍，在餐对话薄框构森造函础数中缓将V完ID监EO父_S得OU腥RC摸E中乎视频随信号栏m_锋Vi甚de缠oS穷ou击rc玉e惯源路眠类型市ty范pe牺初始旨化为利复合惕视频舅（C划OM凝PO加SI透TE躺_V冠ID糠EO撞）,志视频霉信号竖的源怨路序姥号i甲nd券ex你选0妇；在助初始陈化对宏话框沉的拆On杨In绍it漂Di姐al迹og箱函猛数中答，将赌选择续的视尼频源眠路类帽型通穷过发Vi证de干oS琴ou鸟rc望eT杠oI前nd俭ex亏函数衣转化幼为对刊应的玉源路孤序号赞，返卫回序蒸号值贴nS翠ou犹rc芬e缠，默艘认驱nS付ou培rc胡e咽=-额1；蚀当用廊户设阴置好耍源路拉后，般程序投会拍Vi网de期oS彻ou逃rc窄eT隔oI饰nd装ex乌函数宜将用岔户选判择的猛源路舰类型茎转化士为对蛋应的挎源路酸序号抗值叼nS别ou饶rc俩e止，源价路类嫂型和捆对应缩的源孕路序蚂号值梢关系伶如表梁1所贴示，惩程序缩然后巨根据课返回童的序州号值饱的具刺体数如值大樱小进饺入各西自的岩源路劲设置劣函数获中，铺在源拖路设咽置函甘数中疼会调顿用运In浑de苦xT通oV耻id投eo饰So债ur抗ce跑函数楚将返蹈回的凉序号吓值转枕化为旷对应连的用辆户选丢择的腥源路讯类型晚，这起样就牲完成阁了对刚视频血信号胜源路乐类型模设置办的响牺应函哄数威[代4秆]摘。去其它舅菜单诱响应材函数纱见表悟2似表1以喂Vi估de微oS雄ou判rc冻eT兴oI简nd因ex助源路旱类型唇和返蜡回值律的关据系巧源路裕类型忙（0显≤僵i锈≤辽3）干返回慢值犯nS奥ou意rc桃e陪CO岂MP妇OS肆IT例E_题VI皂DE铸O孔nS高ou完rc养e创=i商S_智VI哈DE树O煤nS毁ou糖rc巡e介=i列+6赌CO删MP沙ON薪EN文T_交VI呆DE爬O蚀nS气ou洋rc寻e恐=i素+9液表2由菜股单响绘应函款数蒸菜单壳函数察标识捧图像每数据还格式痒On六Pa排ra休me欺te桂r爸Fo机rm慌at屑(间)捡标识制视频酷信号丰制式蜘On酬Pa巴ra盒me售te煤rS股ta交nd吊ar屑d朽()销标识聚视频跨信号补扫描拴方式服On谊Pa丹ra河me晚te秘rS慧ca尾n增()倚标识旨视频谢信号急的显扣示调孕节参狮数撤On绝Pa斤ra牢me帅te仪r昼Ad毫ju漫st屑()轨标识柳静态伴内存敬分配健On假Pa雷ra惯me醒te偷r棉Al足lo超ca弃te品()坛标识眠图像植卡配跟置的雅晶振贵类型川On督Pa犁ra帜me尖te昌r煮Cr妖yo菜sc抄()技标识厨图像爱卡显隐示的勾镜像溜功能怜On泛Pa称ra貌me及te节r愿Mi畜rr荡or巴Di余re肾ct渣io匹n听()浊标识沫视频邪信号扩的亮知度通网道和捎Ga耕mm商a校篇正控伶制足On聪Pa絮ra宣me彻te滑r丛Lu永ma袭Ga左mm崭a聚()隆3僻)诉AV哀I(哑Au脚di拒o喷Vi抱de同o宇In响te和rl隔ea恭ve搞d)肠是微候软公瓶司推嘱出的属视频禁格式之文件掀,它膊应用辩广泛向.但功由于樱AV渐I文召件通棒常没没有经扁过压磁缩或牵压缩饭率较冬低.骄所以悉采用慕这种肆格式层的文建件都赔比较肠巨大求,其匀内部公的压祥缩格抛式也淡有多苹种,没这里名采用绣MP参EG埋4的笑Co日de茶c编芝码。烤利用徒IC匪M实镰现视窑频压罢缩：煤IC拿M阁(矩in知st篮al邮la马bl举e拾co秀mp扁re之ss借io尽n晒ma物na掩ge揉r化)岁即压集缩管斥理器跑，提配供对僚存储虚在华av睛i割文件酬中视允频图傲像数员据的课压缩助、解余压缩哥服务姐。它IC苦M提垃供了竿应用闻程序佳对软约件压稼缩解先压缩忧的调疫用接厚口,驻通过方它提振供的塌各种班函数输、消雄息和帅宏,最应用田程序恐可以奔实现内视频颜的实颂时压悼缩、镜解压揪缩等罚功能刑,安焰装I发CM童后通造过A下VI受Ca篇p提配供的课更高得层的棉接口盖宏c攻ap照Dl焰gV职id班eo报Co封mp象re肺ss询io突n显瘦示的察对话择框的嗓下拉罚列表黎中,睬就会掀出现漫MP友EG盗4枕Co彻de兽c的匠选项旦供用丈户选紧择调壮用,修并提构供设卫置选庭项可陵以对慕压缩茶参数逗进行射指定家,非累常方饺便搬[创5径]赶。肺4局)魄将串捡口采韵集到暗的数切据信盛息晌系统逐时间苦按固详定的做格式数编制凶为字晨幕并艇实时丈叠加普到视滥频图猜象上口。迅[驳4昂]智在应促用程始序C位Ma闪in筹Fr而am虹e类美On完Cr活ea扒te胶()册函数降中创法建一助个计躬时器冶，在用On董Ti长me岛r(荷)函意数中怜利用穴Ge祸tC京ur点re难nt湾Ti爆me巡()覆获得局系统挂的时熊钟信声息并暗存放孟到m奸_s弹tr伞ti爹me晒中；豆创建司一个桃设备评DC阴同时掉调用车Te妖xt耗Ou喂t让蛛m_碰st巡rt幸im绩e和绒sz桑Te冶xt咸的信伤息以袍固定碑的格麦式动及态盛地政在视妨频图纺像上闸显示卖，可窜以将平定时按器设立置为粒一定感的刷环新频丙率让惊其达死到连耀续显窄示的右效果如，这驴样就轨完成贫了视剃频文汤本叠猴加显宫示的紧功能旷，灭每个辅矿井赞的安镜全状源况都钓能实蕉时显惩示，厅正常遵情况座下矿干井符奴号不上亮，夏而出塘现瓦撞斯报贫警与均其它罩隐患啦的报豆警的垂矿井裙则会羊自动墙以其扑它颜狐色显共示，枕并在乖有报辨警发遍生后汤发出荣声音萍提示虑并发筑送警聋告消完息给狸控制谢台计村算机友，控模制台采计算志机纪通过欺对于涨异常类数据那的分帝析，挎结合终煤层炼情况变及历都史和裂近期党的瓦涨斯状晋况，朗圈定但重点嚷监控院区域贪，将析设定技的重知点区饶域的哑瓦斯恭监测粒状况拖动态邪实时替显示骑。衬图像融监控脉计算船机颠同时暂监测紧矿井钓中各洞个风劫机的差工作扇状态办，保出证瓦泛斯气库体的比正常醋疏散壁。根嚼据采辈集的茎采掘国进尺毫数据膜，将渗采掘按现场地的剖骄面图忆发送袍给控踏制台寻计算故机，掠控制业台计遣算机基将其洗与煤兼层分秀布图雁叠加舅显示粗对比甘分析至，判孕断是稿否有晒越层迈越界晶的情螺况或乐趋势嘱。随坝之在汁这两风个图胀种对治比结剑果的挂基础携上进迁行防询越层摩作业套规划销，对争于发厉生越舅层的话位置痛或有慢越层旦趋势踢的位巾置进毒行标河注，扛生成刺专题告图。签并对辨所在笛企业映发出留越层既越界三警告胸。逐5)心箭视频喊文本咬叠加厕存储弓为望AV肉I文仿件的扑功能呜主要岁在程仪序框念架形类中骨的恢On鞋Av降iS文ta中rt它()赔函数驴、梅Sn菊ap答Th贼re息ad丑Ca庆ll闯ba葛ck已Ex封(S愁NA卡P_雅IN妥FO只*朗pI回nf妹o)倦函数值和枯On泥Sn商ap璃Ex春Ch斥an主ge翻(W细PA缺RA段M隔wP愚ar岛am秤,鸟LP炒AR忌AM唇l掘Pa碌ra贿m)鬼函数托完成母。在蜻On脑Av风iS询ta哪rt畜()晕函数浙中主汗要调额用V附FW聚提供亿AV稳I文烧件的感处理匀函数念及宏度定义骄来完工成初魔始化隶视频拣帧计盾数标吸记值暑和A尤VI犹FI帽LE陕库，笼生成涝AV酸I视岸频文剪件，摩定义反和填傲充视亚频、认文本缓数据睡流结梯构，疑创建哭视频眉、文册本流俱接口稻，分展配数互据采抓集、搂数据见压缩灶后数版据缓卫冲区砍等一尾系列搜功能悟；俘然后丑初始袍化图豆像卡亭采集绘图像元到内妥存的然控制衔，指宜定回鹿调函茅数S升na间pT量hr杯ea糊dC某al班lb探ac搁kE献x和斥用户樱参数合m_虽hW贫nd久；用辉户在越回调杏函数想Sn兔ap像Th迁re适ad役Ca起ll于ba案ck努Ex麻内发洞送自地定义企消息谱WM亭_S谅NA受P_智EX杆_C测HA桨NG氏E到胁主窗批口，伏同时鬼传入失当前给可以接处理逝的图绒像序乱号，宫最终谨在系On架Sn醉ap刘Ex吐Ch防an激ge好中实盗现对份采集灭视频吧数据荡的叠秀加处仆理：丙锁定格指定虎位置天的静斯态内趋存，袍偏移拾由图必像大剥小和泥图像揭序号懒确定榆，锁仍定大意小为铁图像依大小射用户阴可以柔在任断何时潜候锁价定指财定位驱置的卷静态笨内存湿，然顶后通羡过p境Li蒜ne客ar屋Ad倚dr胡指针榆访问酷相首应的冒内存边。将械静态吊内存妨中的荒图像快传递哭到用茧户缓瓣冲区剂，同申时进钓行格皮式转格换。倦然后买就可锄以毁在视菠图客补户区此显示绑图像喉，焦通过第IC抖Co角mp残re科ss腰Qu万er查y辫判断纺当前光压缩帖支持杂，遵设置划视频士流救数据塘压缩备质量扫、类兼型等胸参数旦；当牌视频已流压奶缩函奋数零IC货Co奖mp逼re兵ss认成功坦执行岛后就原可以牢帧数尿递增驱的方股式调音用V够FW爆提供访的函单数症AV责IS肉tr祸ea古mW稀ri鼻te傅在墓相同列的起翼始帧筛写入泰视频塔流和喉文本况流了前，污在视擦频文叙本流祖写入于完成钢后，扛程序韵调用可SD胖K库棍函数远CG缴Cl棉os俯eS痰na斧pE植x(蔽m_息hc府)来绝关闭信采集究图像赔到内心存控锄制，京释放钟图像帜卡资智源。他最后柴还要叙关闭饶文件债及清四除变棍量。该[4克]欺软件则设计逢流程纺图如坟图俯3榴所示骡。剩4调海试批首先旋需要版注意搂的是从所有架在井劲下使糖用的拘电子政设备粗必须贯考虑火井下献防爆霜，否可以孩将原这些搁电子暮设备梁都安穷装在仆防爆拒器里陷面。删其次镜是要殖采用垦光纤秆动力巩复合帮缆，事必须邪进行筐适当蛾的应五用研谁究，才采取弟必要形的安杠全措艺施易。芒最后水需要窝注意员的是趣在周所例用的歪监测誉监控陪系统律中支所挂笋接的盲各类政传感月器，窝按规弯定应坏进行轮定期遗校正碗，而削对采意用载尼体催敲化元爱件的锻甲烷为传感桑器，配《煤别矿安担全规涌程》敌更是圣做了者强制堡性的阻规定绪，要袋求每蜻7天阿必须筐校正日一次蝇。仅本系尸统在贷实验础室P地